خودکفایی در تولید فولاد خالص
با توجه به رشد روزافزون تکنولوژی در دنیا و به کارگیری روشهای نوین برای بهینه سازی مواد تولیدی ، امروزه برای تولید فولادهای مرغوب از روشهای مختلفی استفاده می شود.
بهترین روش برای رسیدن به این هدف روش ESRیا ذوب مجدد فلز به کمک سرباره است که برای تولید سوپر آلیاژهای خاص که در صنایعی نظیر هوافضا و مهندسی هسته ای کاربرد دارند و همین طور در تولید قطعات سنگین به کار گرفته می شود.
متخصصان کشور ما در گروه پژوهشی فرآوری مواد فلزی دانشکده فنی دانشگاه تهران پس از سالها تلاش موفق شده اند به این فناوری دست یابند.
شما به عنوان مجری طرح ESR، برایمان بگویید: از چه زمانی فناوری ذوب مجدد فلزات در دنیا مطرح شده و ما از چه زمانی موفق به ساخت آن شده ایم؛
تئوری پیش زمینه این فرآیند از حدود سال 1930 مطرح شد اما حرکت اصلی و عمومی در جهت به کارگیری این روش 30سال بعد یعنی از دهه 1960آغاز شد.
بعد از جنگ جهانی دوم کشورهای اتحاد شوروی سابق ، آلمان ، اتریش و ژاپن تقریبا به طور همزمان بر روی امکان ساخت این واحد شروع به فعالیت کردند.
در کشور ما نیز از سال 1366 در جهاددانشگاهی دانشکده فنی دانشگاه تهران آزمایشاتی در زمینه Electro slag remetting) ESR)صورت گرفته است و در نهایت موفق شده ایم تا دستگاهی طراحی کنیم که با آن می توان فولادهای مختلف را دوباره ذوب و تصفیه کرد.
این روش نسبت به روشهای دیگر ذوب فلزات چه مزیت ویژه ای دارد؛
مزیت این روش نسبت به روشهای مورد استفاده قبلی این است که در اینجا بدون نیاز به تشکیل خلائ به شمشی با ساختار یکنواخت و ترکیب شیمیایی مطلوب می توان رسید
در این روش الکترود مصرف شدنی که همان فلزی است که می خواهیم دوباره ذوب شود درون حوضچه ای از سرباره و مجموعه ، داخل قالبی دیگر قرار می گیرد.
فرآیند ESR چگونه می تواند فلزات را دوباره ذوب کند؛
در فرآیند ESR ابتدا الکترود از جنس ماده اولیه در کوره ذوب و سپس در اتمسفر محیط ریخته می شود، پس از نصب برروی دستگاه با نزدیک کردن انتهای الکترود به کف قالب ، قوس اولیه زده شده و حرارت ناشی از آن پودر سرباره را گرم و به تدریج ذوب می کند.
در اثر گرمای سرباره مذاب نوک الکترود که در داخل سرباره قرار گرفته کم کم گرم شده و پس از رسیدن به دمای ذوب به صورت قطرات مذاب از نوک الکترود جدا می شود و در حین عبور از ترکیب سرباره در اثر واکنش با سرباره تصفیه شده و به دلیل دانسیته بالاتر نسبت به سرباره مذاب تشکیل لایه ای از فلز مذاب تصفیه شده زیرلایه سرباره می دهد.
ناخالصی های غیرشیمیایی نیز وارد واکنش با سرباره می شوند یا به صورت فیزیکی روی سطح حوضچه مذاب شناور می شوند. بقیه ذرات ناخالصی باقیمانده از نظر ابعادی بسیار ریز بوده و به صورت یکنواخت در شمش ذوب مجدد شده توزیع شده اند.
با پیشرفت فرآیند کم کم لایه های زیرین در اثر انتقال حرارت مناسب از دیواره های قالب آبگرد انجماد حاصل کرده ساختاری یکنواخت را به دست می آورند. در ادامه با زیاد شدن ارتفاع شمش تصفیه شده در سیستم های با قالب ثابت صفحه پایه با حرکت متناسب با روند انجام فرآیند شروع به پایین آمدن کرده و اگر صفحه پایه ثابت و قالب به صورت متحرک طراحی شده باشد، مجموعه قالب با سرعت مناسب و تدریجی بالا کشیده می شود.
محصول این فرآیند چه خصوصیاتی دارد؛
شمش حاصله به دلیل ساختار انجمادی جهت دار عاری از جدایش های میکروسکوپی و حفرات انقباضی است و از نظر ترکیب شیمیایی نیز تا حد بالایی می توان در آن به ترکیب دقیق و یکنواخت رسید.
کیفیت سطح شمش نیز به دلیل تشکیل پوسته نازک سرباره منجمد شده بین دیواره قالب و شمش در حین عملیات ذوب بسیار عالی است. در این روش ما می توانیم شمش هایی سالم بدون تخلخل و با ساختار یکنواخت تولید کنیم.
ضمن آن که این شمش ها برای رسیدن به شکل و ساختار مطلوب نهایی انرژی کمتری لازم داشته و در مقابل اکسیداسیون اتمسفری به طور کامل مقاوم هستند.
از مهمترین عواملی که در این روش به کار رفته استفاده از سرباره است ، این باره چیست و چه خصوصیاتی دارد؛
سرباره های ESR را معمولا از میان ترکیباتی مانند فلوراید کلسیم ، آهک ، آلومین ، منیزیم ، تیتال و سیلیس بسته به نوع ماده ای که تصفیه می شود انتخاب می کنیم.
برای انجام یک عملیات موفق یک سرباره مناسب در این فرآیند باید دارای ویژگی های خاصی باشد. نقطه ذوب کمتر از فلزی که تصفیه می شود، داشتن هدایت حرارتی و ظرفیت حرارتی ، ویسکوزیته و کشش سطحی مناسب و... از مهمترین مشخصه های یک سرباره است.
ضمن این که میزان تبخیر آن کم بوده ، قابلیت ترکیب با ناخالصی ها را داشته باشد، درجه پایداری شیمیایی آن بالا و شامل موادمضر و مسموم کننده نباشد. در کنار تمام این خصوصیات میزان دسترسی و قیمت مناسب سرباره نیز از جمله فاکتورهای انتخابی است.
فرآیند ESR در چه مواردی کاربرد دارد؛
این شیوه نه تنها برای تولید شمش های سبک تری از جنس فولادهای ابزار و سوپر آلیاژها مورد توجه است بلکه شمش های سنگین تر تا 165 تن نیز قابل تهیه با استفاده از این روش خواهند بود.
چرا که ساخت بعضی از قطعات مهندسی نیازمند تهیه بلوک های اولیه فولادی با ابعاد زیاد سنگین در حد چندین صدتن است. این نوع قطعات بخصوص در ژنراتورهای مولد برق که لازم است خروجی در زمان کوتاهی شدیدا افزایش یابد کاربرد دارد.
وزن فولاد مورد نیاز در این موارد نزدیک به 450تن می رسد. در صورتی که قرار باشد از روشهای قبلی تولید شود به مواد اولیه بالای 600 تن نیاز خواهد بود.
به طور طبیعی حفظ کیفیت بالا در چنین قطعاتی یعنی قطعاتی با وزن های بالاتر از 200 تن به سادگی عملی نیست.
چرا که این شمش ها دچار عیوبی هستند که در مراحل بعدی قابل اصلاح نبوده و کارآیی لازم را نخواهند داشت. البته تدابیری برای بهبود در نظر گرفته می شوند اما کافی نبوده و کیفیت شمش از جهت یکنواختی ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی مطلوب نخواهد بود.
در نتیجه منطقی ترین راه استفاده از ESR است. ESRهمچنین در تولید شمش های توخالی به کار می رود که به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.
کاربرد این روش در ساخت قطعاتی چون لوله هایی با ابعاد مختلف ، رینگ ها، محورهای توخالی ، حلقه یاتاقانها، قطعات فولادی توخالی ، میل لنگ ، شاتون ، محورهای بزرگ ملخ هواپیما و... است.
از دیگر کاربردهای ESRمی توان به ساخت اجزا و قطعات نظامی ، اجزای توربین بخار و گاز، اجزای هواپیماها، فضاپیماها، موشک ها، لوله و مخازن تحت فشار، قالب ها، پرسهای هیدرواستاتیک ، ابزار پانچ و سوراخکاری ، غلتک های نورد و انواع و اقسام فولادهای مخصوص اشاره کرد.
بهاره صفوی
تازه ها
گوناگون
پیشنهاد سردبیر
گواردیولا چگونه برترین مربی تاریخ شد؟
واقعیتهای تلخ «پپ»
