ریخته گری

[bigbang]

آهن گیری: می دانید که اهن با ظرفیتهای مختلف در مواد اولیه یا بدنه های خام وجود دارد، در مجموع چهار شکل متفاوت آهن وجود دارد. – به صورت یک کاتیون در داخل شبکه بلوری مواد اولیه – به صورت کانیهای مختلف که به عنوان ناخالصیهای طبیعی با مواد اولیه مخلوط می شوند . – به صورت ناخالصیهای مصنوعی که در اثر سایش صفحات خرد کننده سنگ شکنها و آسیابها به وجود آمده اند . فقط در حالت اخیر آهن به صورت فلزی یا آزاد وجود دارد. لذا در این حالت توانایی می توان عمل اهن گیری را انجام داد. – به صورت ترکیبات دو وسه ظرفیتی آهن که در اثر زنگ زدگی خطوط انتقال دو غاب ،‌- وارد دوغاب میشوند.در تولید فرآورده های ظریف برای تخلیص دو غاب از ذرات آهن موجود ،‌- از دستگاههای آهنر یا مگنت دستی استفاده می شود . دستگاههای آهنربا اگر چه عامل بسیار موثری در حذف آهن و تخلیص دو غاب هستند،‌- ولی ماسفانه باید توجه داشت که این دستگاهها قادر به جذب تمام مواد وذرات حاوی آهن نیستند . در بین کانیهای مهم آهن، کانیهای مگنیت ( ) سیدریت ( )‌و هماتیت( ) به ترتیب دارای بیشترین خاصیت مغناطیسی هستند و بنابراین ،‌به وسیله دستگاههای آهنربا جذب می شوند . در کانیهای لیمونیت ( ) مارکاسیت و پیریت ( ) خاصیت مغناطیسی به ترتیب کاهش یافته و به همین دلیل در عمل ، احتمال جدا سازی این کانیها به وسیله دستگاههای آهنربا بسیار کم است . در مورد آهن فلزی بدیهی است که دستگاههای آهنربا به راحتی قادر به جذب آنها هستند. تنظیم خواص رئولوژیکی بعد از اینکه دو غاب الک و آهنگیری شد، دو غاب رابه چاله ذخیره یا به ظرف مخصوص انتقال می دهیم . در حالی که همزن الکتریکی با دور کم در حال هم زدن آرام دو غاب است ، از چاله نمونه برداری کرده و آزمونهای زیر را اعمال می کنیم تا فرم پیوست تکمیل شود. همان طوریکه در فرم ملاحظه می شود ،
شامل مراحل زیر است :‌اولین مرحله تنظیم دانسیته دوغاب است . بدین معنا که سرعت ریخته گری یا مدت زمانی که لازم است دو غاب در قالب گچی بماند و به ضخامت مورد نظر برسد، تنظیم شود . بدین منظور در ابتدا قالب گچی مناسب را که دارای عمر مشخص و درصد آب به گچ ثابت و معینی است آماده می کنیم و یا اینکه می توانیم از یک مدل مشخص در خط تولید استفاده کنیم بعد از بستن قطعات قالب، آنها را با کمک یک نوار پهن لاستیکی نظیر تیوپ دوچرخه یا لاستیکی که از تیوپ ماشین معمولی بریده شده است ، کاملا در کنار هم جذب و محکم کنید . دو غاب حاصل را به داخل قالب گچی بریزید . و بعد از مدت زمان مشخصی ،‌در نتیجه واکنشهای متقابل بین دو غالب وقالب گچی ،‌لایه ای درمحل تماس دو غاب و قالب ایجاد می شود .‌واضح است که قطر لایه ایجاد شده بستگی به زمان توقف دو غالب در قالب دارد. بعد از گذشت مدت زمان مورد نظر ، دو غاب اضافی موجود قالب تخلیه می شود . این زمان به طور عمده بستگی به قطر فراورده مورد نظر وسرعت ریخته گری دو غاب دارد . باید توجه داشت که تراکم قالب گچی نیز عامل موثری در زمان ریخته گری است . ولی برای ایجاد زمینه ای در ذهن دانش آموزان باید اشاره شود که با توجه به کلیه عوامل موثر زمان ریخته گری به عنوان مثال برای فرآورده ها بهداشتی به قطر حدود ۱۰ یا ۱۱میلیمتر،‌معمولا حدود تا ۲ ساعت ،‌برای ظروف غذا خوری از جنس ارتن و ریا پرسلان با قطر۲ تا ۳ میلیمتر ، حدود ۱۵ تا ۲۵ دقیقه و برای چینی استخوانی به همین قطر حدود ۲ تا ۵ دقیقه است .سپس قالب و فرآورده شکل یافته در آن برای مدتی به حال خود گذاشته می شود تا لایه ایجاد شده ،‌تا حدودی خشک و در نتیجه کوچکتر شود .(‌دراثر انقباض تر به خشک ) بعد از این مرحله قطعه شکل یافته به راحتی از قالب جدا شده و می توان آ نرا از داخل قالب گچی خارج کرد درهنگام تشکیل لایه در محل تماس قالب و دوغاب،‌حجم دو غاب موجود در غاب به مرور کمتر وکمتر می شود . به همین دلیل لازم است که مجددا مقادیری دو غاب به داخل قالب گچی ریخته شود. با توجه به اینکه انجام این عمل نیازمند نیروی انسانی بیشتر و نیز مراقیت دایم است، در عمل قطعه ای در دهانه قالب گچی تعبیه شده که اصطلاحا به آن ((‌حلقه ۴۵)) گفته می شود. این حلقه باعث ایجاد ستونی از دو غاب برفراز قطعه ساخته شده می شود. در نتیجه با کاهش حجم دو غاب موجود در قالب ،‌نیازی به اضافه کردن مجدد دو غاب نیست. در بعضی موارد به جای تعبیه حلقه از قیف استفاده می شود . حلقه ها می توانند از جنس لاستیک و یا گچ باشند. در صورتی که حلقه ها از جنس گچ باشند، در سطح داخلی حلقه ،‌در محل تماس دو غاب با گچ نیز لایه ای ایجاد میشود . این لایه اضافی و نیز دیگر قسمتهای اضافی ( به عنوان مثال اضافات ایجاد شده در محل درز قالبها)‌در مرحله پرداخت بریده و جدا می شوند . قالبهای گچی به ندرت یک تکه هستند. بدین معنی که معمولا فراورده ها در قالبهای چند تکه شکل می یابند. از طرف دیگر در مورد بعضی از شکلهای پیچیده لازم است مدل اصلی به چند قعطه مختلف تجزیه شده و هر یک از قسمتها جداگانه شکل بگیرند . سپس، بعد از خروج از قالبها به یکدیگر متصل شوند. به عنوان مثال ، در مورد ظروف خانگی دسته فنجانها و یا لوله قوریها به صورت مجزا شکل یافته و پس از خروج از قالب، به بدنه اصلی چسبانده می شوند . مرحله چسباندن قطعات در شکل دادن فراورده ها دارای اهمیت زیاد است . درشکل دادن به روش ریخته گری به صورت کاملا ساده نشان داده شده است . تعیین زمان ریخته گری دو غابی وسایل مورد نیاز مواد اولیه مورد نیاز تعداد پنج عدد قالب گچی دو غاب تنظیم شده لیوانی کولیس یا ریز سنج کاغذ میلیمتری سیم یا فنر برای برش دادن خط کش کرنومتر مدت زمانی که دو غاب در داخل قالب باقی می ماند ، در قطر لایه ایجاد شده ویا به عبارت دیگر در ضخامت بدنه خام ، تاثیر بسیار زیادی دارد. بدنی معنی که چنانچه دو غاب اضافی همچنان در قالب باقی مانده و تخلیه نشود و اصطلاحا (( زمان بیشتر به دو غاب داده شود ))‌،‌قطر لایه ایجاد شده افزایش خواهدیافت . باید توجه داشت که با گذشت زمان ،‌سرعت تشکیل ثابت نبوده و به مرورکند تر می شود . چرا که در این شرایط ،‌خود لایه ایجاد شده به صورت سدی در ماقابل نفوذ آب به داخل گچ ،‌عمل می کند. همچنانکه مشاهده می شود ، این عامل که اصطلاح (( ریخته گری)) به آن اتلاق می شود، عامل مهمی درتعیین قطر بدنه خام (‌ودر نتیجه دیگر خصوصیات بدنه ) و نیز سرعت تولید است . به همین دلیل ،‌یکی از مهمترین خواص دوغابها مقدار ( سرعت ریخته گری) آنها است. به طور مشخص ،‌سرعت ریخته گری عبارت است از ضخامت ایجاد شده در واحد زمان و عوامل موثر در ان کلا عبارتند از : فشار، درجه حرارت ،‌وزن مخصوص دو غاب و بالاخره مقاومت لایه ریخته گری شده در برابر عبورآب . دو عامل اخیر وبخصوص آخرین عامل ، مهمترین مواردی هستندکه عملادرصنعت مورد توجه قرار می گیرند . مقاومت لایه ریخته گری شده در برابر عبور آب ، خود به عوامل دیگری بستگی دارد که به طور خلاصه عبارتند از:نوع و یا دانه بندی مواد و نیز چگونگی و یا شدت روان شدگی ( به عبارت دیگر تجمع و یاتفرق ذرات )ضمنا باید توجه داشت که در سرعت ریخته گری ،‌عوامل خارجی دیگری که ربطی به خواص دو غاب ندارند نیز موثر هستند. مانند تراکم و یا تخلخل قالب گچی و درصد رطوبت موجود در آن.ضخامت لایه ایجاد شده رابطه مستقیم با جذر زمان ریخته گری دارد. بنابراین ،‌بین زمان و ضخامت لایه رابطه زیر بر قرار خواهد بود: ویا در رابطه فوق ، ۱ضخامت لایه ایجاد شده ( به میلی متر )‌و t زمان (‌به دقیقه)‌وk ضریب ثابت است . به همین دلیل سرعت ریخته گری معمولا به صورت بیان می شود . رابطه فوق بدین معنی است که به عنوان مثال چنانچه ساخت فرآورده ای به ضخامت یک میلیمتر ،‌چهاردقیقه زمان احتیاج داشته باشد، ساخت فراورده دیگر به ضخامت ۲ میلیمتر در همان شرایط به شانزده دقیقه زمان نیاز دارد. با این توضیحات ، برای تعیین سرعت ریخته گری و در کنار آن زمان ریخته گری، به صورت زیر عمل کنید: نخست روی قالبهای گچی به ترتیب شماره یک تا پنج بزنید ، سپس دو غاب را به ترتیب در اولین قالب ریخته و بلافاصله کرنومتر را بزنید .بلافاصله قالب گچی دیگر و درنهایت پنجمین قالب گچی را از دو غاب پرکنید. بعد از یک دقیقه اولین قالب را و بعد بترتیب زیرا قالبهای دیگر را تخلیه کنید : بعد از اینکه آخرین قطرات دو غاب از چکه کردن باز ایستاد ،‌قالب را به حال خود بگذارید و بعد از زمان مشخصی که جداره تشکیل شده در اثر انقباض از قالب جدا شد، آن را از قالب بیرون آورد. با ریز سنج یا با کمک کولیس اندازه گیری کنید.سپس با کمک کاغذ میلیمتر و با انتخاب دو محور xوy به ترتیبx را به عنوان زمان و y را به عنوان ضخامت با کمک نقطعه یابی رسم کنید. در این حالت با رسم ۱ بر حسب خواهید توانست ضریب خط را بدست آورید که همان سرعت ریخته گری است . و از انجا می تونید به راحتی هر ضخامتی را که می خواهید ، تعیین و زمان آن را محاسبه کنید. مثلا اگر سرعت ریخته گری ۵/۰ باشد،یعنی ( میلیمتر مربع بر دقیقه) برای داشتن بدنه ای به ضخامت ۸/۰ سانتیمتر به صورت زیر محاسبه می کنیم . دقیقه َ ۲٫۸ = ۶۰ ÷ ۱۲۸ یعنی باید ۲ ساعت و ۸ دقیقه زمان بدهید تا جداره مورد نظر تشکیل شود.یکی از عوامل موثر درسرعت ریخته گری ، وزن مخصوص دو غاب و یا به عبارت دیگر نسبت بین مواد جامد و آب است . علاوه بر این مورد افزایش مقار اب در دو غاب ریخته گری باعث اشباع سریعتر قالبها می شود که به نوبه خود خشک کردن کامل قالبها باعث فرسودگی سریعتر آنها و نهایتا کاهش بازدهی قالبهامی شود . وزن مخصوص دو غابهای ریخته گری باید حتی المقدور بالا باشد. علت اساسی استفاده از روان کننده ها در دوغابهای ریخته گری ،‌همین مورد است . چرا که بدون استفاده از روان کننده ها تهیه دو غابهایی با وزن مخصوص بالا ، تقریباً غیر ممکن است . به همین دلیل یکی از خواص مخصوص آنها است . در تولید فرآورده های سرامیک ظریف به طور معمول وزن مخصوص دو غاب ریخته گری بین ۵/۱ تا است. یکی دیگر از خصوصیات بسیار مهم در دو غابهای ریتخه گری و یسکوزیته آنهاست .ویکسوزیته یک دو غاب علی رغم وزن مخصوص بسیار بالای آن باید درحدی باشد که درمقیاس صنعتی ، دوغاب به راحتی از الکها و یا خطوط لوله عبور کند و درعین حال بتواند تمامی زوایاو گوشه های قالب را پرکند. مساله مهم درارتباط بین وزن مخصوص ویسکوزیته و روان کننده این موضوع است که اگر چه تغییرات وزن مخصوص ویا به عبارت دیگر مقدار آب و نیز تغییرات مقدار روان کننده در ویسکوزیته موثر هستند. ولی تغییرات مقدار روان کننده در مقدار وزن مخصوص بیتایر است ودر نتیجه در خطوط تولید کارخانه ها ،‌با اندازه گیری و یسکوزیته و وزن مخصوص در بسیاری موارد می توان به تغییرات مقدار روان کننده پی برد. علاوه برسرعت ریخته گری ،‌وزن مخصوص و ویسکوزیته عامل دیگری نیز دردو غاب بدنه خام اهمیت دارد و آن تیکسو تروپی است ؛ خاصیت تیکسوتر را به طور خلاصه می توان به صورت ‍«افزایش ویسکوزیته دو غاب دراثر سکون و رکود و کاهش ویسکوزیته دراثر هم خوردن» تعریف کرد. دو غابی که دارای تیکسوتر و پی زیادی است بلافاصله بعد از هم خوردن ممکن است دارای روانی مناسبی باشد. ولی بعد از مدتی سکون ، ویسکوزیته آن به شدت افزایش می یابد. افزایش ویسکوزیته در اثر خاصیت تیکسوتروپی، گاه به حدی است که چنانچه ظرف حاوی دو غاب بعد از مدتی سکون ،‌وارونه شود، دو غاب داخل آن از ظرف خارج نمی شود. در دو غابهای ریخته گری به طور معمول مقادیر کمی تیکسوتروپی مطلوب است. چراکه تیکسوتروپی باعث افزایش سرعت ریخته گری شده و درعین حال استحکام و ثبات خاصی را در قطعه ریخته گری شده ایجاد می کند.( باید دقت شود که منظور ، ایجاد استحکام و در حالت پلاستیک است ( درصورتی که استحکام خشک مد نظر باشد، خلاف این موضوع صحیح است . بدین معنی است که رسهای روان شده به دلیل تراکم بیشتر دارای استحکام خشک بسیار بیشتری هستند. استحکام خشک زیادتر فرآروده هایی که به روش ریخته گری شکل می یابند نیز به همین دلیل است ). از طرف دیگر وجود مقدار زیادی تیکسوتروپی دردوغاب نیز باعث بروز اشکالاتی می شود؛ تیکسوتروپی زیاد در دو غاب باعث سست شدن فراورده ریختهگری می شود ،‌به نحوی که چنین فرآورده هایی را می توان به راحتی تغییر شکل داده و با تکان دادن ممکن است مجددا به دو غاب تبدیل شوند. به عنوان یک قانون کلی ، روان کننده ها نه تنها باعث کاهش ویکسوزیته می شوند، بلکه تیکسوتروپی رانیز کاهش می دهند. بنابراین ،‌مقدار مصرف روان کننده باید به نحوی تنظیم شود که با ایجاد بیشترین مقدار روانی ، مقادیر کمی تیکسوتروپی در دو غاب ایجاد شود. دلیل استفاده مشترک از سلیکات و کربنات سدیم به عنوان روان کننده همین مورد است. سیلیکات سدیم اگر چه باعث روانی دو غاب می شود. ولی تیکسوتروپی ار ینز به طور کامل از بین می برد . در حالی که کربنات سدیم درعین حال که باعث کاهش ویسکوزیته می شود، مقادیر کمی تیکسوتروپی در دو غاب باقی میگذارد. استفاده توام از این دو روان کننده باعث ایجاد بیشترین حد روانی و در عین حال وجود مقدار کمی تیکسوتروپی در دو غاب می شود.
روشهای ساخت ماهیچه های سرامیکی: ماهیچه های سرامیکی به خاطر دقت ابعادی بالا در ریخته گری قطعات دقیق به کاربرده می شوند. این ماهیچه ها به دو روش دو غابی و فشاری ساخته می شوند که از نظر نوع نسوز یکسان بوده ولی چسبهای آنها با هم تفاوت دارد. دو روش ساخت ماهیچه ها در ذیل به اختصار شرح داده می شود:
الف ) ماهیچه های ساخت سرامیک به روش دو غابی در این روش یک مدول مومی به شکل ماهیچه موردنظر ( با احتساب انقباضات موم و مواد سرامیکی پس از خشک شدن) ساخه می شوند. پس این مدل مومی را در داخل یک قالب می گذاریم به طوریکه یک قسمت از مدل جهت خروج موم و وارد کردن دو غاب سرامیک به آن درنظر گرفته شود. پس دو غاب گچی آماده شده را در درون قالب حاوی مدل مومی می ریزیم و پس ازسفت شدن دو غاب گچ آنرا از قالب خارج کرده و در خشک کن قرار می دهیم پس از خشک شدن قالب گچی مدل مومی را ذوب کرده و از قالب گچی خارج می نماییم. دو غاب سرامیکی تهیه شده به نسبت ۷۰% پودر نسوز و ۳۰% آب را درون قالب گچی تهیه شده می ریزیم و پس ازخشک شدن مواد سرامیکی قالب گچی را شکسته و ماهیچه سرامیکی شکل گرفته را خارج می نماییم . این ماهیچه را پس از خشک کردن در دمایی حدود۹۵۰ درجه سانتی گراد پخت می کنیم. ماهیچه تهیه شده پس از پخت کامل و خنک شدن آماده استفاده می باشد. قابل ذکر است که چسبهای مورد استفاده دراین روش از نوع سیلیکاتها می باشد ونسوز مصرفی دارای عدد ریز دانگی ۲۰۰یا۳۲۵ مش است.
بـ )ساخت ماهیچه های سرامیکی به روش فشاری: در این روش پودر نسوز مورداستفاده که ازنوع زیرکنی یا آلومینیایی یا آلومیناسیلیکاتی می باشد را با رزین مخصوص(موم و..)‌مخلوط کرده و به صورت خمیر در می آوریم خمیر تهیه شده ار در درون قالب ماهیچه که عمدتااز جنس فلز می باشدبه روش فشاری تزریق می کنیم . ماهیچه تهیه شده را حرارت داده تا به آرامی موم آن خارج گردد. سپس این ماهیچه رادر دمای ۹۵۰ درجه سانتیگراد تحت عملیات نهایی پخت قرار می دهیم. پس ازپخت کامل ماهیچه و خنک نمودن آن تا دمای محیط ماهیچه مذکور مورد استفاده قرار می گیرد.

[bigbang]

ریخته گری فولاد و تاریخچه آن
در فولاد ریزی دو روش عمده ریخته گری داریم :
۱- روش شمش ریزی: که ریخته گری جهت تولید آلیاژ انجام می شود.
۲- شکل ریزی: که ریخته گری جهت تولید قطعه انجام می شود.
تاریخچه فولاد سازی
فولاد نوعی آهن است که بیشتر ناخالصی های آن جدا شده است . آهن عنصری ،فلزی مستحکم، سخت ،سنگین و به رنگ خاکستری است. این ماده در شهاب سنگ ها یافت می گردد. همچنین آهن در ترکیب با بسیاری از کانی ها در پوسته زمین پیدا می شود. آهن به آسانی زنگ می زند و می توان آن را مغناطیسی ساخت وبه شدت جذب آهنربا نمود. از این ماده جهت ساختن بسیاری از سازه ها استفاده می گردد. فولاد (آهن ذوب شده) با گرمای شدید و آمیختن آن با کربن (آلیاژ) درست می شود . از فولاد برای ساختن ماشین آلات ، اتو مبیل ، ابزار آلات و دیگر مصنوعات استفاده می گردد.
تاریخ ذوب آهن و آهن کاری به درازای خود تاریخ است . باستان شناسان در مصر ابزارهایی آهنی یافتند که تاریخ ساخت آنها به ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح بر می گردد، و زیور آلات آهنی حتی پیش از این تاریخ نیز به کار می رفت . اسلحه های آهنین ساخته شده به وسیله تیمار گرمایی برای یونانیان در ۱۰۰۰ سال پیش از میلاد امری شناخته شده بود.
آهن ورزیده (چکش خوار)
وسایل آهنی اولیه و آنهایی که تا سده ی چهاردهم ساخته می شد تحت عنوان آهن ورزیده رده بندی می گردد. آنها را با گرما دادن توده های سنگ معدن آهن و زغال چوب در کوره ی آهنگری یا کوره های آهن دارای تهویه مصنوعی تولید می کردند. تحت این تیمار ، سنگ معدن احیا و اسفنجی از آهن فلز و لجنی (سر باره ای ) حاوی نا خالصی های فلزی و خاکستر چوب تبدیل می شد . این اسفنج آهنی را از کوره بیرون می آورند در حالی که هنوز گداخته و ملتهب بود و آن را با پتک های سنگین می کوبیدند تا سرباره و جوش از آن خارج شود و به آهن جامد تبدیل شود.
آهنی که تحت این شرایط تولید می شد حاوی ۳ درصد ذرات سرباره و ۱/۰ درصد دیگر ناخالصی ها بود . گاه این تکنیک آهن سازی بر حسب تصادف به جای آهن چکش خوار فولاد واقعی به دست می داد. آهنگران آموخته اند که با گرما دادن آهن چکش خوار و ذغال چوب در بوته های سفالین به مدت چندین روز فولاد به دست آورنده طی این فرایند آهن کربن کافی جذب می کرد تا به فولاد واقعی تبدیل گردد.
آهن لخته (خام یا شمش)
پس از سده چهار دهم اندازه کوره هایی که برای ذوب آهن به کار می رفت افزایش یافت ، و از کشش اضافی برای بافشار وارد کردن گازهای حاصل از احتراق به درون((بار)) کوره حاوی آمیزه ی مواد خام استفاده می شد .در این کوره های وسیع تر ،سنگ آهن در بخش بالایی کوره نخست به آهن فلزی تبدیل می شد و سپس به علت گازهایی که با فشار وارد آن می شد با کربن بیشتری آمیخته می گردید. ابزارهای اولیه آهنی که تا سده ی چهاردهم ساخته می شد تحت نام آهن چکش خوار دسته بندی می گردد. فراورده های این کوره ها آهن لخته بود ، آلیاژی که در دمای پایین تری نسبت به آهن چکش خوار ذوب می شود. آهن لخته (چدن خام) (بدان علت به این اسم نامگذاری شده که معمولا آن را در شمش های کوتاه وپهن که تحت عنوان قالب فلزی یا بلوک نامیده می شود می ساختند) وسپس تصفیه ی بیشتری روی آن انجام می شد تا به فولاد تبدیل شود.
دم و کوره های الکتریکی
امروزه برای ذوب آهن از کوره های دم دار استفاده می شود که در واقع نوع بهبود یافته کوره هایی است که آهنگران قدیم برای تهیه ی آهن به کار می بردند. فرایند تصفیه آهن گداخته به کمک جریان هوا به وسیله مخترعی انگلیسی به نام سر هنری بسمر تکمیل گردید که کوره بسمر یا کونورتور (کوره مخصوص تولید فولاد) را در سال ۱۸۵۵ اختراع کرد.
چگونه فولاد می سازیم
کارخانه های فولاد از چهار واحد اولیه ی یکپارچه درست شده است شامل:
· احیای مستقیم
· کوره ی قوس الکترونیکی
· ریخته گری پیوسته (متوالی)
· کارخانه نورد
هر یک از واحد ها واحد بعدی را تغذیه می کند.
کارخانه احیای مستقیم با استفاده از ساچمه های سنگ معدن آهن جامد تولید می کنند.
اولی گاز طبیعی را به هیدروژن و مونوکسید کربن تبدیل می کند . این گازها اکسیژن را از سنگ معدن گرم شده در کوره می زدایند و سنگ آهن را به آهن فلزی تبدیل می کنند.گاز/آب خنک کننده در بخش پایین کوره جریان می یابد و آهن را سرد می کند.
طی این فرایند چیزی تولید می شود که آهن مستقیما احیا شده نام دارد (DRI) واین ماده به درون کوره قوس الکتریکی تغذیه می گردد.
کوره قوس الکتریکی (EAF)
EAF برای ساختن فولاد گداخته از DRI به کار می رود.کوره، همراه با سقف آن به یک سو چرخانده می شود، وبا قراضه بار گیری می شود.
قوس جریان الکتریکی توانمندی بین الکترودها و بار کوره به جهش در می آید. این عمل گرمای شدیدی پدید می آورد که بار را ذوب وباعث پیشرفت آن دسته از واکنش های شیمیایی می شود که به تولید فولاد می انجامد.
در پایان فرایند تصفیه ،کارگران جریان برق کوره الکتریکی را قطع می کنند . سپس کوره را کج می کنند ،کوره ای که بر روی اهرم های نوسان کننده ای نصب شده ، تا سرباره بیرون ریزد.
پس از بیرون ریختن سرباره ،کوره ی الکتریکی به سوی دیگر خم می شود . فولاد مایع از دهانه بارگیری خارج می شود ودر پاتیل یا کفچه گرد آوری می گردد.
ریخته گری پیوسته (CC)
فولاد گداخته ی تولید شده در کوره الکتریکی به درون واحد قالب گیری (ریخته گری) وارد می گردد،که آهن گداخته(گدازه)را به شکل شمش در می آورد. فولاد از درون قالبی با شکل ویژه جاری می شود آب سرد به سرعت فولاد را سرد می کند ،و باعثمی شود که به هنگام عبور از میان غلتک های مخصوص سخت شود.
فولاد گداخته تولید شده در کوره ی الکتریکی به درون واحد ریخته گری پیوسته سرازیر می شود که فولاد گداخته را به شمش تبدیل می نماید.
دستگاه نورد
این واحد دیگری است که فولاد گداخته را شکل می دهد . تولید مفتول های فولادی در دستگاه نوردی انجام می گیرد. دستگاه نورد غلتک هایی دارد که طوری شیار یافته اند که بتوانند شمش داغ را به اشکال مقطع گرد، بیضوی، مربع یا شش گوشه در آورند
خواص مکانیکی فولادها :
۱- استحکام مناسب که بین ۴۰۰تا ۲۰۰۰ مگاپاسکال می باشد
۲- قابلیت شکل پذیری بالا
۳- مقاومت خستگی مناسب
۴- مقاومت در درجه حرارت پایین مقاومت در درجه حرارت بالا
۵- قابلیت جوشکاری
دسته بندی فولاد ها :
معمولا به سه دسته فولاد های ساده کربنی فولاد های پر آلیاژی فولاد های کم آلیاژی
انواع فولادهای ساده کربنی :
فولادهای کم کربن – کربن متوسط و پر کربن :
فولاد های کم کربن: که در این فولاد ها مقدار کربن کمتر از ۰.۲% می باشد لذا قابلیت شکل پذیری و فرم دهی بالا دارد که در صنعت بیشتر در مواردی به کار می رود که استحکام پایین همراه با قابلیت انعطاف بالا در نظر باشد
فولاد های کربن متوسط : که در این فولاد ها مقدار کربن بین ۰.۲تا ۰.۵% می باشد که در مقایسه با فولاد کربنی استحکام و سختی بالاتری دارند ولی انعطاف پذیری پایین تری دارند که عموما در صنایع راهسازی و ماشین سازی از این گروه استفاده می شود
فولاد های پرکربن : که در این فولاد ها مقدار کربن پس از ۰.۵% می باشد که افزایش درصد باعث افزایش سختی و کاهش انعطاف پذیری می شود در مواردی استفاده می شود که نیاز به سختی و مقاومت به سایش بالا باشد
فولاد های کم آلیاژی : در این فولاد ها میزان عناصر آلیاژی کمتر از ۸% می باشد . وجود عناصر آلیاژی باعث افزایش خواص مکانیکی فولاد می شود وجود عناصر آلیاژی باعث جلوگیری از تغییر فرم – تابیدگی و ترک خوردن آلیاژ در حین عملیات حرارتی می شود که عمدتا در ساخت قطعات و قالبهای خاص صنعتی ساخته می شود
فولاد های پرآلیاژی : میزان عناصر آلیاژی در این نوع فولادها بیش از ۸% می باشد و در مواردی مصرف می شود که خواص خالی را در نظر داشته باشیم به عنوان مثال مقاومت به خوردگی بالا و مقاومت به سایش بالا و با توجه به اینکه قیمت عناصر بالا می باشد و همچنین تکنولوژی اضافه کردن این عناصر نیز بالاتر می باشد لذا فولاد های آلیاژی از نظر قیمت بالاتر می باشد .

[bigbang]

انواع کوره های ذوب در فولاد ریزی :
کوره هایی که در ذوب فولاد استفاده می شود شامل کوره های زیمنس مارتین کوره های القایی و قوس کوره های کوپل و کنوتر دوپله کردن کوپل و کنورترمی باشد .
مراحل دوبله کردن کوپل و کنورتر :
۱- تهیه مذاب در کوره کوپل
۲- انتقال به پاتیل با جداره بازی و گوگرد زدائی
۳- تخلیه مذاب در کنورتر به روش اکسیژن و هوا که با دمش هوا کربن سوخته می شود و واکنش های زیررا به وجود می آورد .
Fe+O=FeO
Si+FeO=SiO+Fe+Q
Mn+FeO=MnO+Fe+q
C+FeO=CO+Fe+Q
که کربن لحظه به لحظه می سوزد و مذاب به مذاب فولادتبدیل می شود وجوشش کربن صورت می گیرد لحظه ای که درصد کربن به ۰.۵% در مذاب می رسد فرآیند جوشش کربن به حدی می رسد که فرآیند حرارت را در مذاب نداریم که برای افزایش راندمان به جای هوا اکسیژن تزریق می کنند در روش های جدید برای کنترل بیشتر مذاب مذاب به کورههای القایی منتقل می شود و ترکیب شیمیایی آن کنترل می شود
عملیات کیفی در تهیه قطعات فولادی : شامل اکسیژن زدایی سرباره گیری ریخته گری قطعات تمیزکاری و جوشکاری می باشد .
جهت اکسیژن زدایی در مراحل اولیه از فروسیلیس – سیلیکم منگنز و فرومنگنز استفاده می شود در صورتی که بخواهیم میزان اکسیژن به زیر ۰.۱% برسد از Alو Ti در آخرین مرحله استفاده می شود .
تمیزکاری: معمولا از طریق شات بلاست و سند بلاست انجام می شود
جوشکاری : که بر خلاف چدن در قطعات فولادی به علت قابلیت جوشکاری بالا انجام می شود که شامل پر کردن اثرات انقباضی-گازی و نیامد در کردن در طی فرآیند ریخته گری می باشد
مراحل جوشکاری : انتخاب نوع الکترود و اندازه الکترود عملیات پیش گرم کردن قطعات قبل از جوشکاری عملیات تنش زدایی بعد از جوشکاری تمیز کاری
تست های غیر مخرب : نظیر ماوراء بنفش التراستیگ ایکسرید
تاثیر عناصر جزئی بر فولاد ها ساده کربنی :
منگنز : جزء عناصر موجود در فولاد های ساده کربنی مقدار آن ۰.۶تا ۰.۸۵ درصد که پیش از این مقدار به عنوان عنصر آلیاژی در فولاد ها می باشد باعث افزایش سختی استحکام و مقاومت به ضربه فولاد می شود می تواند به عنوان اکسیژن زدا درفولاد ها استفاده شود .
Si سیلیس : به عنوان اکسیژن زدا استفاده می شود مانع از پایداری سمنتیت می شود مقدار آن ۰.۰۶% می باشد و بیشتر از این مقدار به عنوان عنصر آلیاژی می شود
Niو Cu : تا حدود ۰.۵ باعث افزایش سختی پذیری و خواص مکانیکی می شود که پایدار کننده ی آستینیت می باشد بیشتر از این مقدار به عنوان عنصر آلیاژی محسوب می شود
سایر عناصر آلیاژی نظیر کرم مولیبدن وانادیم و تنگستن تا حدود ۰.۰۵% در فولاد های ساده کربنی وجود دارد که باعث افزایش خواص مکانیکی می شود
Al&TI :به عنوان اکسیژن زدا در مراحل تولید استفاده می شود.
ازت : مقدار آن بین ۰.۰۰۵ تا ۰.۱۲ درصد می باشد تا این مقادیر باعث افزایش خواص مکانیکی می شود بیش از این مقدار به علت تشکیل مک و حفره گازی در قطعات تولیدی باعث کاهش خواص مکانیکی می شود
گوگرد : از عناصر مضر در فولاد می باشد به علت تشکیل فاز FeSتا سولفید آهن که فازی با نقطه ذوب پایین و ترد می باشد و در مراحل انتهایی انجماد در مرز دانه رسوب می کند باعث کاهش شدید خواص مکانیکی می شود همچنین به هنگام عملیات حرارتی به علت ذوب موضعی در مرز دانه باعث ایجاد ترک موسوم به ترک سرخ می شود وجود منگنز تشکیل فاز MnS یا سولفید منگنز را می دهد این فاز نرم بوده و تاثیر سوءکمتری نسبت به FeS دارد MnS در داخل دانه پخش می شود .
فسفر : تمایل به جدایش بیشتری دارد لذا در محل هایی که آخرین انجماد را دارند جمع می شوند تشکیل فاز فسفید آهن یاFe3P را می دهد این فاز تشکیل یوتکتیک سه تایی می دهد که نقطه ذوب پایین دارد که در مرز دانه ها رسوب کرده و باعث شکست دانه ها می شود میزان فسفر و گوگرد کمتر از ۰.۰۵ درصد می باشد
سیستم راهگاهی در فولاد ریزی :
شامل حوضچه بارریز – راهگاه بارریز حوضچه پای راهگاه راهگاه اصلی آشغالگیر کانال های فرعی و اصلی می باشد .
عموما نوع سیستم راهگاهی فشاری بوده s>r>g نکاتی که در طراحی سیستم راهگاهی در فولاد ریزی باید درنظر بگیریم :
بین راهگاه بارریز و حوضچه بارریز شیب زیادی وجود داشته باشد وجود این شیب از نفوذ آخال و هوا به داخل سیستم راهگاهی می شود .
راهگاه بارریز مخروطی می باشد
گوشه های راهگاه اصلی و فرعی گرد می شود
انتهای راهگاه اصلی بعد از آخرین راهگاه فرعی ادامه پیدا می کند تا ناخالصی ها وارد سیستم راهگاهی نشود
در انتهای راهگاه بارریز حوضچه پای راهگاه را در نظر می گیرند
مقطع راهگاه اصلی به طرف راهگاه فرعی کم می شود
حدالامکان از راهگاه اصلی و فرعی عریض استفاده نشود
انجماد جهت دار به طرف تغذیه
جنس راهگاه اصلی در مورد قطعات بزرگ از مواد دیرگداز با نقطه زینتر بالا باشد
تقسیم بندی سیستم راهگاهی بر اساس ابعاد قطعات : عموما چهار نوع راهگاه در فولاد ریزی وجود دارند
۱) راهگاه از بالا برای قطعات با ارتفاع کم
۲) راهگاه از بغل برای قطعات با ارتفاع متوسط وابعاد بزرگ
۳) راهگاه از پایین برای قطعات با ارتفاع بلند در حالت باید فوق ذوب زیاد در نظرگرفته شودتا از انجماد زود رس در سطح مذاب جلوگیری شود
۴) راهگاه پله ای : که برای قطعات با ارتفاع زیاداستفاده می شود هر یک این روش نسبت به روش فوق این است که مذاب در هر لحظه مذاب گرم به سطح مذاب هدایت می شود برای جلوگیری از ورود آخال از راهگاه های مورب استفاده می شود.
تعیین ابعاد سیستم راهگاهی :
نکته : در بین راهگاه اصلی و فرعی معمولا یک آشغال گیر قرار می دهند
تعین ابعاد آشغال گیر:
آشغال گیر و ***** محفظه این دو بین راهگاه اصلی و فرعی می باشد که به منظور آخال گیری و جدا کردن آخال و جلوگیری از ورود آن ها به محفظه قالب تهیه میشود .
کورة القایی
تکنولوژی کورة القایی یک تکنولوژی استراتژیک و پرکاربرد است که از جمله در ذوب فلزات با استفاده از انرژی الکتریکی کاربرد دارد.زیربنای صنایع سنگین هر کشور، صنایع ذوب فلزات است. زیربنای صنایع ذوب نیز صنایع کوره سازی است.لذا از اینجا اهمیت صنایع کورهسازی بوضوح روشن می گردد.
در گذشته بیشتر از کوره های سوخت فسیلی برای ذوب فلزات استفاده می شد . آلودگی محیط زیست، راندمان پایین، سروصدای زیاد، عدم یکنواختی مذاب، عدم توانایی ذوب فلزات دیرگداز و مسائلی از این قبیل، مشکلاتی بود که این کوره ها به همراه داشتند.
در چند دهة اخیر توجه متخصصین و دست اندرکاران کوره سازی به استفاده از انرژی الکتریکیدر این زمینه جلب شد و نسل جدیدی از کوره های الکتریکی بوجود آمد که از این میان به دو مدل از کوره های ذوب می توان اشاره نمود:
۱-کورههای قوس الکتریک
۲- کورههای القایی
کوره های قوس الکتریک برای ذوب فولاد و به منظور فولادسازی مورد استفاده قرار میگیرد که فعلاً بحث دربارة آن مورد نظر نیست. اما دربارة کوره های القایی و یا به عبارتی تکنولوژی گرمایش القایی، زمینة بحث بسیار گسترده و عمیق است که مختصری درباره آن صحبت می­کنیم:

تکنولوژی گرمایش القایی در واقع تولید حرارت توسط میدان متغیر مغناطیسی قوی است که توسط سیستمهای مختلفی قابل تولید است.در گذشته این میدانها را توسط ژنراتورهای دینامیکی تولید می کردند. بدین شکل که یک ژنراتور فرکانس متوسط را با یک موتور سه فاز کوپل می کردند و با اضافه کردن یکسری خازن در مدار رزونانس، جریانهای متغیری را در داخل کویل گرمکن بوجود می آوردند. بر این مبنا حرارت در قطعة قرارداده شده در کویل بوجود می آمد.
با پیشرفت تکنولوژی “الکترونیک قدرت” و ساخته شدن سوئیچهای سریع و قوی، نسل جدیدی از ژنراتورها بوجود آمد که اصطلاحاً به آنها ژنراتورهای استاتیکی گفته میشود. در این نوع ژنراتورها حرکت مکانیکی وجود ندارد. بهاضافه اینکه کنترل قدرت ژنراتور بسیار دقیقتر و کاملتر میسر است.
نکتة مهم دیگر اینست که ساخت کورة القایی یک کار تکنولوژی‌بر است.حداکثر ۲۰ الی ۳۰ درصد قیمت یک کوره, مواد به کار رفته در آن می‌باشد و بقیه قیمت تکنولوژی آن است. به همین دلیل است که تکنولوژی آن را به ما نمی‌فروشند. البتهدولت ارزش این تکنولوژی را درک نمیکند و برای وام گرفتن، تنها ملک و زمین را به عنوان وثیقه قبول دارند و تکنولوژی را که ۵۰ میلیون دلار ارزش دارد به عنوان وثیقه قبول ندارند و برای آن ریالی ارزش قائل نیستند.
اهمیت این تکنولوژی در این مطلب نهفته است که زیر بنای بسیاری از تکنولوژیها و صنایع می باشد و به عبارتی اکثر صنایع سنگین به نوعی به این تکنولوژی وابسته اند. مطلب دوم اینکه این تکنولوژی خود بسترساز بسیاری از تکنولوژیهای دیگر است که به نوبة خود برای کشور مفید خواهند بود. با توجه به نیاز کشور به این تکنولوژی به نظر می رسد می باید نظر مسئولین مربوطه نسبت به این صنعت بیشتر جلب گردد تا در آینده بتوانیم شاهد شکوفایی و رشد و ترقی روزافزون این تکنولوژی در کشور باشیم.