بخشی از مقاله
چکیده
در فرایند فولاد سازی حالت جامد، آهن خام را مستقیما به صورت پیوسته ریخته گری کرده و سپس تحت فرایند دکربوراسیون قرار می دهند. در این تحقیق دکربوره مقاطع چدنی به منظور بررسی امکان سنجی فرایند فولادسازی حالت جامد و تعیین مکانیزم فرایند انجام گرفته شد. جهت انجام فرایند دکربوراسیون با کمک گاز CO2، مقاطع چدن در محفظه بسته دارای پودر CaCO3 دفن شده و سپس با انجام واکنش تکلیس و تولید گاز CO2 مطابق واکنش بودوارد CO2 - g - + C - s - =2CO - g - نمونه ها دکربوره شدند.
بررسی امکان سنجی این فرایند و تاثیر پارامتر سرعت سرد کردن برای چدن های با ساختار مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های چدن سفید و چدن خاکستری ریخته گری شده و در دمای 900 ℃ به مدت زمان 24 ساعت در اتمسفر گاز CO2 تحت فرایند دکربوراسیون قرار گرفت. نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و SEM مورد بررسی قرار گرفته شد و میزان عمق دکربوره شده با روش متالوگرافی مطابق با استاندارد های مربوطه اندازه گیری شد. در این تحقیق مشاهده شد که در نمونه ی چدن خاکستری نسبت به نمونه ی چدن سفید میزان عمق دکربوراسیون افزایش می یابد که به دلیل نوع مورفولوژی گرافیت می باشد.
مقدمه
دکربوره شدن همانطور که از واژه آن فهمیده میشود از دست دادن اتمهای کربن از سطح قطعه کاری میباشد که درنتیجه آن سطحی با مقدار کربن پایینتر نسبت به فاصله نسبتاً کوتاهی در زیر سطح تولید میگردد.[2 ,1] دکربوره شدن پدیدهای است که میکرو ساختار و غلظت کربن هردو در لایههای سطحی، زمانی که فولاد تحت اتم سفر دکربوره کننده حرارت داده می شود، تغییر میکنند.[3] دکربوره شدن سطح که همواره در طی چندین مرحله ا صلی از قبیل پرو سههای عملیات حرارتی و نورد گرم اتفاق میافتد یکی از قدیمیترین و ماندگارترین مشکلات در تولید فولاد است.
دکربوره شدن ممکن است بهعنوان یکی از کمخطرترینها در لیست کل نقصها و عیوب در تولید فولاد در نظر گرفته شود[4]با توجه به م شکلات زی ست محیطی و در جهت کاهش هزینه ها ی تولید در صنایع فولاد سازی، فرایند فولاد سازی حالت جامد توسط ساساکی و همکارانش [5] مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. اساس کار ساساکی و همکارانش بر پایه دکربوراسیون و کاهش مقدار کربن نمونه های آهن حاوی مقدار کربن بالا می با شد.
در فرایند فولاد سازی حالت جامد ابتدا آهن مذاب کربن بالا از فرآیند فولادسازی بهطور مستقیم با استفاده از روشهای ریختهگری نوار برای تولید ورقهای نازک کربن بالا منجمد میگردد و نمونه های تولید شده فقط حاوی آهن و کربن می باشد. سپس ورقها تولیدی آهن حاوی کربن بالا با ا ستفاده از گازهای H2O و CO2 در یک خط پیو سته تحت فرایند دکربورا سیون قرار گرفته تا ورقهای فولادی کمکربن تولید گردد. از مزایای پروسه فولادسازی حالت جامد، حذف مراحل مختلف ازجمله BOF، پروسه اصلاح ثانویه و همچنین عدم تشکیل آخالها میباشد.[6 ,5]
مواد و روش تحقیق
با توجه به اینکه موضوع این پژوهش با دیدگاه فرایند فولادسازی حالت جامد تعیین گردیده است درنتیجه به منظور تطابق هرچه بی شتر شرایط آزمای شگاهی به شرایط صنعتی کوره بلند و از طرفی در د سترس بودن ماده اولیه از نمونههای چدنی بهعنوان نمونههای اولیه با در صد کربن بالا موردا ستفاده قرار گیرد. به منظور بررسی تأثیر نوع ساختار چدن بر میزان دکربوره شدن از ذوب حاصل با ترکیب شیمیایی یکسان نمونه هایی با ترکیب شیمیایی یک سان اما با دو ساختار متفاوت چدن خاک ستری و چدن سفید تهیه شد، ترکیب شیمیایی نمونه ها با استفاده از آنالیز کوانتومتری در جدول 1 -3 گزارش شده است : در این تحقیق جهت ؛ جلوگیری از تشکیل لایه اکسیدی و فقط انجام کربن زدایی نمونه، این فرایند در اتم سفر کنترل شده و سی ستم ب سته، انجام شد.
به این منظور فرایند کربن زدایی با ا ستفاده از پودر CaCO3 و تولید گاز CO2 انجام شد. نمونه ها پس از آماده سازی اولیه که شامل سنباده زنی و اسید شویی می باشد، سپس در محفظه بسته در پودر CaCO3 دفن شد. نحوه انجام آزمایش مربوط به تأثیر پارامتر زمان بدینصورت بود که ابتدا کوره به دماهای موردنظر رسانده میشد سپس محفظه شامل نمونه در کوره قرار میگرفت. پس از انجام عملیات دکربوراسیون برای تعیین ضخامت لایه اکسیدی شکلگرفته در طی عملیات حرارتی، از حمام 80% آب مقطر و % 20 اسید کلریدریک در دمای 60 ℃ به مدت 15دقیقه استفاده گردید. میزان ضخامت لایه دکربوره شده با ا ستفاده از روش متالوگرافی و ت صاویر بهد ستآمده با نرمافزار MIP cloud مورد برر سی قرار گرفت و ضخامت لایه دکربوره شدن جزئی و کامل به دست آورده شد.
نتایج و بحث
بررسی های ترمودینامیکی فرایند دکربوراسیون
با توجه به واکنش شماره 1و 2 می توان PCO2 و PCO را محاسبه کرد. در حالتی که امکان انجام فرایند دکربوراسیون وجود دارد، با توجه به محاسبه فشار اجزای گازی CO، CO2 ، O2 و فشار گاز N2 اولیه در دمای محیط که برابر با 0/79 atm ا ست می توان ف شار کل را با فرض ب سته بودن کامل سی ستم محا سبه نمود. میزان فشار کل ایجاد شده در اثر فرایند تکلیس و دکربوره شدن نمونه مطابق اطلاعات ترمودینامیکی واکنش های 3-1با کمک نرم افزار HSC محاسبه شده که در شکل 1 نمودار این اطلاعات آورده شده است.
