پهپادها در معدن

پهپادها در معدن

پهپادها در معدن

امروزه صنعت معدن به طور زیادی به نقشه برداری با پهپاد ها وابسته شده است.

نقشه برداری معدنی به معنای اندازه گیری و تولید نقشه از معدن، در سطح و زیر سطح زمین در تمام مراحل، از جمله چشم انداز اولیه تا مرحله استخراج ذخایر معدنی است. این کار ها به منظور:

  • ارزیابی خطر و بررسی تاثیر ایجاد معدن بر مناطق اطراف
  • تعیین مکان اندازه و ویژگی های ذخایر معدنی
  • برآورد در دسترس بودن مواد معدنی ، استخراج و پتانسیل تولید و ارزیابی ذخایر معدنی ، برای تعیین سودآوری معدن

موارد بالا اساسِ برنامه ریزی، کنترل و همچنین انجام بهینه و امن کارهای معدنی می باشد. نقشه برداری معدن تغییرات منطقه در عملیات معدنکاری را مورد مطالعه قرار داده و اینگونه ، تصمیم گیری های بعدی صورت می گیرند.

ورود پهپاد ها به معدنکاری

از سال ۲۰۱۴ کارهای معدنی با استفاده از پهپاد در حال انجام است. اخیراً ، هواپیماهای بدون سرنشین کوچک به شرکتها در اکتشاف ذخایر معدنی و نقشه برداری از مکانهای ذخایر معدنی کمک کرده اند. همچنین می توان از آنها برای محاسبه موجودی و نظارت بر انبارها ، با استفاده از سنسورهای مربوطه و ابزارهای داده استفاده کرد.

معادن عمدتا در مناطق دور افتاده است به طوری که یا این مکان ها نقشه برداری نقشه اند و یا نقشه های دقیقی از آن ها موجود نیست. این باعث میشود که معدنچیان و اکتشافگران در مراحل اولیه از منطقه یک کاوش اولیه داشته باشند که پیش از این نیاز به استفاده از روش های فتوگرامتری با هواپیما بود که نیاز به هزینه های بالای بوده است. ظهور هواپیماهای بدون سرنشین معادله را تا حدودی تغییر داده است. هواپیماهای بدون سرنشین می توانند در عرض چند ساعت و با کسری از هزینه نسبت به  نقشه برداری مرسوم ، نقشه های با وضوح بالا تهیه کنند.

پیشرفت های فن آوری امکان استفاده از سنسورهای کوچک با وضوح بالا ،  GPS های کوچک و برد های رایانه ای در هواپیماهای بدون سرنشین را فراهم کرده است که منجر به پایین آمدن هزینه عملیاتی کلی ، بدون به خطر انداختن کیفیت نقشه برداری مورد نیاز می شود.

بیشترین کاربرد پهپادها تصویر برداری سه بعدی از  معدن‌ و محاسبه حجم مواد برداشت شده، مواد معدنی دپو شده و یا فتوگرامتری محدوده‌‌های اکتشافی و تهیه نقشه ارتفاعی و نقشه‌های زمین شناسی و … می‌باشد. پهپادها کاربردهای بسیاری در فعالیت‌های معدنی دارند از جمله کاربردهای آن می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

  • فتوگرامتری و تهیه نقشه‌های ارتفاعی و زمین شناسی
  • برداشت‌های ژئوفیزیکی
  • تعیین دقیق محدوده‌های معدنی در تعارضات بومی – محلی
  • تعیین محدوده مالکیت
  • طراحی پیت معدن
  • تصویر برداری سه بعدی و محاسبه حجم مواد استخراج شده و یا دپو شده
  • مدیریت دامپ‌های باطله و پیت معدن
  • مدیریت و بهینه سازی مسیر باربری
  • بررسی تغییرات روزانه، هفتگی، ماهانه پلان معدنکار
  • بررسی و برداشت اطلاعات پیش از انفجار و پس از انفجار
  • پایش سد باطله
  • نمونه برداری از خاک و آب

مزایای استفاده از پهپاد ها در معدن

برخی از مزایای نقشه برداری معدن با پهپاد ها به نسبت نقشه برداری زمینی به شرح زیر می باشد:

  • هزینه خیلی پایین تر (هزینه نقشه برداری معمولی می تواند تا ۱۰ برابر هزینه نقشه برداری با پهپاد باشد(
  • در نقشه برداری معدن با پهپاد با توجه به کم بودن ارتفاع پرواز نیاز به دوربین های خیلی قوی مثل فتوگرامتری با هواپیما وجود ندارد.
  • هواپیماهای بدون سرنشین می توانند نقشه های توپوگرافی و داده های GIS را در مناطق دور افتاده ایجاد کنند ، در حالی که قبلاً نقشه برداری آن نیاز به نقشه برداران زمینی برای برداشت کل منطقه با قدم زدن به کمک یک درستگاه GPS بود.
  • هزینه کم داده باعث میشود با استفاده از مدل سه بعدی زمین در همان مراحل اولیه برنامه ریزی ها بهتر صورت گیرند.
  • ایمنی

 در مرحله اکتشاف می توان نقشه برداری و برداشت تصاویر با کیفیت را با استفاده از پهپاد انجام داد و تیم فنی را از خطرات احتمالی دور نگاه داشت. با استفاده از این فن آوری در صنعت معدنکاری می توان از راه دور شناخت خوبی از موقعیت فعالیت، اجرای و گسترش پروژه بدون نیاز به روبرو شدن با مخاطراتی نظیر زمین لغزش بدست آورد. همچنین اگر شرایط اضطراری یا مسائل دیگر در طول پروژه بوجود آیند، می توان با استفاده از پهپاد به این مناطق دسترسی داشت. به این طریق می توان بدون نیاز به حضور در محیط خطر، با داشتن اطلاعات کافی از شرایط، بهترین و سریعترین تصمیم را اتخاذ نمود.

  • مدیریت ماده معدنی

یکی از مراحل دشوارعملیات نقشه برداری معدن، تعیین موقعیت، طراحی، پیاده سازی و در ادامه مدیریت دامپ های باطله و ماده معدنی است.تا قبل ازاستفاده از نقشه برداری با پهپاد ، بخش های مختلف این عملیات با کمک تیم نقشه برداری زمینی انجام می شد که خطرات و حوادث زیادی را در برداشت.

از طرف دیگر، در نقشه برداری معدن با پهپاد، دیگرنیازی به حضور نقشه بردار درمحل نقشه برداری معدن و همچنین درمحل دپوها نیست؛ واین امر مهم باعث می شود که ضمن انجام نقشه برداری دپوها و محاسبه احجام، عملیات معدن کاری بدون وقفه ادامه یابد. با استفاده از تکنولوژی پهپاد، عملیات نقشه برداری معدن و دپومتری می تواند به صورت یک برنامه زمان بندی شده منظم انجام شود. همچنین هنگامی که برای نقشه برداری معدن از تکنولوژی نقشه برداری با پهپاد، استفاده می کنیم؛ امکان بروزرسانی دقیق اطلاعات احجام برای تیم عملیاتی و مدیریتی میسر می شود.

  • تجزیه و تحلیل به هنگام دارایی ها

باید به این موضوع توجه داشت که داشتن درک و شناخت صحیح از دارایی ها می تواند به منظور حفظ کیفیت در بالاترین سطح باشد. با کمک گرفتن از تکنولوژی پهپاد در نقشه برداری با پهپاد، بجز پایش به هنگام تجهیزات و دپوها، می توان از وضعیت عملیات استخراج معدن نیز اطلاعات و دانش خوبی کسب کرد. به عبارت دیگر، می توان چندین فرآیند متفاوت را به سادگی انجام داد .

بجز اینکه اطلاعات ذخیره شده از این طریق بسیار دقیق است، با انجام پروازهای روزانه و مکرر می توان اطلاعات بروز تمامی بخش ها و زوایای سایت را به منظور تجزیه و تحلیل سیستم در اختیار داشت و همواره بروزبود. با توجه به استفاده از چندین پیمان کار فرعی در پروژه های معدنی ، مدیریت زمان و منابع بین آنها بسیار مهم است. با استفاده از داده بدست آمده از نقشه برداری معدن با پهپاد، می توان به بهترین نحو در مورد تخصیص زمان مناسب برای انجام فعالیت های هر کدام ازپیمان کاران فرعی تصمیم گیری کرد .

با توجه به ویژگی پروژه های نقشه برداری با پهپاد، تاخیر در عملکرد هر یک از این پیمان کاران می تواند بر عملکرد باقی پیمان کاران و در نهایت پیشرفت کلی پروژه تاثیرگذار باشد. با استفاده از تکنولوژی نقشه برداری معدن با پهپاد ، این فرآیند راحت تر و بهتر قابل مدیریت است، که در نهایت منجر به افزایش بهره وری خواهد شد.

  • حفاری و انفجار

اطلاعات به دست آمده از تصاویر برداشت شده در نقشه بردای معدن با پهپاد این امکان را فراهم می سازد که پارامترهای مختلف پله های معدن را قبل از انجام عملیات حفاری و آتش باری مورد ارزیابی قرار داد. ایجاد توازن و تعادل بین مقدار مواد منفجره و سنگ در زمان انفجار، کار ساده ای نیست. با کمک گرفتن از تصاویر دقیق و نقشه های برداشت شده در نقشه برداری معدن با پهپاد ، امکان تعیین نسبت بهینه مواد منفجره به سنگ فراهم می شود .

  • بهینه سازی بارگیری

با استفاده از تکنولوژی پهپاد در نقشه برداری معدن با پهپاد  و محاسبه و بررسی پارامترهایی نظیر اندازه گیری احجام استخراجی، نظارت بر ارتفاع پله ها و همچنین تولید مدل های دیجیتالی شبکه راه های معدن، می توان روند بارگیری و حمل و نقل در معدن را اصلاح و بهینه کرد.

استخراج و تولید روی

استخراج و تولید روی

روشهای استخراج و تولید روی

۱-متدهای اصلی که در استخراج معادن بزرگ روی دنیا بکار می روند عبارتند از:

۱-۱- اطاق و پایه

۱-۲- متد انبارداری

۱-۳- روش کرسی چینی به غیراز معدودی از معادن روباز که در کشورهای استرالیا، برزیل، کانادا و ایران وجود دارند، روشهای استخراج روباز برای معادن روی ، زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرند.

۱-۱- روش استخراج بصورت اطاق و پایه

شامل حفاری مواد معدنی (بصورت افقی و یا سطح شیب دار و ایجاد کارگاههایی بصورت اطاقکها و داشتن ستون هایی از کانه ی روی و یا سنگهای باطله جهت نگهداری سقف می باشد.

۱-۲- در متد انبارداری

مواد معدنی روی بصورت برشهای افقی شیب دار بطریق بالارو استخراج میشود و بعد از هر برش مقادیر کافی از سنگهای استخراج شده را از طریق شرکتها و یا نقاط کشش, بار نموده و بدین ترتیب فضای کافی بین توده هائی از مواد استخراج شده و سقف یا جبهه جدید کار را بوجود می آورند.

۱-۳- روشهای پر شونده و کرسی چینی

را که بسیار پر هزینه میباشند، معمولاً برای استخراج مواد معدنی پرعیار سرب و روی و مس بکار می برند.عملیات استخراج مواد معدنی روی بترتیب شامل حفاری، آتشباری و جابجا نمودن مواد معدنی و سنگهای استخراج شده میباشد. لبه حفاری معمولاً دستگاههای حفاری ضربه ای و هوای فشرده میباشد و برای آتشباری از انواع مواد آتش زا استفاده می نمایند. در

کانسارهای افقی و جانشینی میتوان بوسیله دستگاه های حفاری جایز (با چرخهای رنجری ویا لاستیکی) چند جا را باهم حفاری نمود. بارگیری مواد معدنی استخراج شده بوسیله لودرها و یا بیلهای مکانیکی دیزلی و یا الکتریکی انجام می گیرد و فعلاً باربری نیز توسط واگنهای خاک کشی الکتریکی و دیزلی و یا لوکوموتیوهای هوای فشرده بعمل میآید. ولی در حال حاضر تمایل به استفاده از ماشین آلات کابل مانور با سرعت بالای چرخ لاستیکی که بتواند از فواصل زیادی بارگیری در اسکیپ ها را انجام دهد، زیاد شده است.

 ۲- کانه آرائی روی

برای کانه آرائی روی از روشهای مختلفی مانند جیک، میز،هوی مدیا (مایع سنگین) و فلوتاسیون استفاده می نمایند و عوامل مربوطه انتخاب میشوند. هر کدام از روشهای کانه آرائی عبارتند از:

۲-۱- اندازه دانه های کانه ها در داخل ماده معدنی

۲-۲- همراه بودن کانه روی با سایر مواد معدنی فلزی و غیر فلزی

۲-۳- و چگونگی اکسیداسیون و یا تشکیل قشر نازک سطحی روی کانیها

۳– روشهای عمومی

برای فلوتاسیون: روش عمومی برای فلوتاسیون, مخلوط کانیهای سولفوره (پس از خورد کردن و تولید خوراک مناسب کارخانه کانه آرائی) عبارتند از:

 ۳-۱- فلوته کردن کانیهای سرب, مس و رسوب دادن کانیهای روی و آهن

 ۳-۲- تفکیک کنسانتره های سرب و مس از هم بوسیله روش فلوتاسیون

 ۳-۳- فعال نمودن آسفالریت (sz) و فلوته و جدا نمودن آن از آهن و سایر کانیها

۴– روشهای بالا بردن راندمان بدست آوردن کنسانتره با عیار بالا عبارتند از:

۴-۱- بکار بردن روشهای جدید کنترل

۴-۲- تغییرات در لوازم و ماشین آلات

فلوتاسیون و مصرفها در بعضی از کارخانجات فلوتاسیون با استفاده از آنالیز اشعه ایکس، اضافه نمودن داروها را به دوغاب مواد معدنی بطور اتوماتیک تنظیم نموده و نیز با کنترل مدار آسیابها و سیلکونها خوراک را با دانه بندی مشخص برای سلولها تهیه میکنند و نیز در سالهای اخیر حتی الامکان داروهای ارزان قیمت مورد استفاده قرار گرفته و در مورد میزان گانگهای کنسانتره روی، از قبیل تالک و ترکیبات کلسیم و منیزیم نیز پیشرفتهائی حاصل گردیده است.

۵– روشهای تولید روی

۵-۱- روش پیرومتالورژی در کارخانه های مربوطه به روش پیرومتالورژی عمل تقطیر روی به سه طریق انجام می گیرد

۵-۱-۱- قرع (retort) افقی

۵-۱-۲- قائم پیوسته

۵-۱-۳- قرع قائم الکتریکی پیوسته

روش قرع افقی تقریباً منسوخ گردیده و امروزه فقط تعداد کمی از تولید روی جهانی (حدود ۲ درصد) با استفاده از آن تولید می شود. روئی که بوسیله تقطیر بدست می آید دارای ناخالصیهائی میباشد که ممکن است آنها را بوسیله تصفیه کاهش داده و عیار روی را بالا ببرند و تصفیه آن با استفاده از تقطیر مجدد در ستون های قائم بعمل می آید. عیار روی تصفیه شده حاصل حدود ۹۹/۹۹ درصد میباشد. علاوه بر روشهایی برای تولید روی, از کوره های بلند و کوره امپریال اسملتینگ (آی-اس-پی) نیز استفاده می نمایند و در این کوره ها کربن در مجاورت کانه سوخته و آنرا احیاء می کند و بخارات حاصل از تقطیر روی از کوره خارج و وارد کندانسورها شده و در آنها تبدیل به مایع می گردد.

۵-۲– روش ئیدرومتالورژی (الکترولیتی)

در روش الکترولیتی مواد معدنی روی کلسینه در اسید  سولفوریک رقیق حل شده (Leaching) و محلول سولفات روی حاصل پس از صاف کردن به قسمت الکترولیز پمپ میشود و در آنجا روی در نتیجه عمل الکترولیز احیاء و در کاتد  لومینیومی رسوب می نماید و کاتدها را مرتباً از گانگهای مربوطه برداشته و روی آنها را کنده و سپس آن را در کوره هائی ذوب نموده و محصول حاصل را در قسمت ریخته گری به صورت شمش در می آورند. چون کنسانتره های روی که در کارخانه های الکترولیز مصرف می شود دارای مقداری سرب، نقره وطلا می باشد لذا پس از مدتی مواد و لجن

های مخازن الکترولیز از آنها غنی می شود که آنها را برای بازیابی سرب، نقره و طلا به کوره ذوب سرب حمل نموده و در آنجا فلزات مذکور را بازیابی مینمایند. خوراک هر دو روش کنسانتره های روی کلسینه شده میباشد.

۶– محصولات صنعتی و تجارتی روی 

روی تجارتی با اشکال و اندازه های مختلف تولید می شود که آنها را اصطلاحاً شمش می نامند که وزن آنها بطور نمونه حدود ۲۵ کیلوگرم است ولی ممکن است ۲۲۷ تا ۹۰۷ کیلوگرم نیز می باشند.

مشخصات تجاری هر شمش عبارتند از: درجه با عیار روی ومشخصات آن که روی شمش حک می شود. آلیاژهای ریخته گریِ روی، تعداد زیادی از آلیاژهای شمشِ روی می باشند که آلومینیوم و مس از عناصر آلیاژسازی اصلی آنها هستند و انواع این آلیاژها که مصارف وسیعی دارند محتوی ۵/۲ تا ۵/۴ درصد آلومینیوم و تا ۲۵ درصد مس و از ۰۲/۰ درصد تا ۰۸/۰ درصد منیزیم می باشند. آلومینیوم خواص میکانیکی مورد نظر را به آلیاژ می دهد و مس نیروی کشش، سختی و سایر خواص فیزیکی آن را اصلاح می نماید و منیزیم نیز باعث خنثی کردن خورندگی های ناشی از بعضی ناخالصیهای موجود در آن می شود.

ورق فولادی

ورق فولادی

امروزه از ورق های فولادی در بسیاری از صنایع استفاده می شود. ورق فولادی در حقیقت آلیاژی تهیه شده از آهن و دیگر عنصر هاست که به روش های مختلفی تهیه شده و نام گذاری متفاوتی نیز دارد. در ادامه مطلب برای آشنایی بیشتر با ورقه های فولادی با ما همراه باشید.

ورق فولادی چیست ؟

ورق فولادی در حقیقت یک نوع ورق فلزی با سطح کاملا مسطح است. این ورقه فولادی معمولا از نوردهای گرم و یا پیلت تهیه می شوند.یکی از مزیت های بزرگی که می توان برای ورق های فولادی ذکر کرد، امکان کلاف شدن و رول شدن آن است که به همین صورت نیز به کارخانه ها ارائه می شود و نسبت به ورقه های برشی و تکه ای طرفدار بیشتری دارد.
ورق های فولادی انواع مختلفی دارند که بر اساس روشی که تهیه و تولید می شوند و مواد خامی که برای تولید آن ها مورد استفاده قرار می گیرد، نام گذاری می شوند.

استانداردهای ورق فولادی

ورقه فولادی امروزه بر اساس استاندارد کشورهای آلمان، آمریکا و روسیه تهیه و عرضه می شوند که به آن می پردازیم. نخست استاندارد DIN آلمان است که در واقع متداول ترین استاندارد برای ورق فولادی در کشور ایران به شمار می رود. دوم استاندارد ASTM آمریکا و در نهایت نیز استاندار روسیه که کم تر از دو استاندارد قبلی برای تولید ورقه های فولادی مورد استفاده قرار می گیرد. ورقه های فولادی درصد کربن متفاوتی دارند که همین امر سبب شده است تا خواص متفاوتی داشته باشند و نام گذاری مخصوصی به آن ها تعلق گیرد.

انواع ورق های فولادی

در این جا به بررسی انواع مختلف ورق های فولادی می پردازیم و با ویژگی های آن ها بیشتر آشنا خواهیم شد.

ورق های گرم (سیاه)
ورق های سرد (روغنی)
سفید (گالوانیزه)
رنگی
اسید شوئی
ورق کرکره
تین پلیت
ورق قلع اندود

ورق های فولادی گرم و سرد

اصطلاحا نورد سرد یکی از روش‌هایی است که برای ساخت ورق فولادی مورد استفاده قرار می گیرد و فر آیند چندان دشواری ندارد. در این جا شمش آهنی که قرار است به ورقه فولاد مبدل شود، بین دو نورد چرخنده که بالا و پایین آن هستند قرار می گیرد و با اعمال فشار از سوی آن ها و حرکت مداوم دو نورد بالا و پایین شروع به تغییر شکل دادن می کند. لازم به ذکر است که قبل از شروع این فرآیند باید شمش آهنی را اسید شویی کرد تا اگر لایه اکسید شده ای در سطح آن باشد کاملا پاکسازی شود. ورق های فولادی که توسط نورد سرد تولید می شوند معمولا از کیفیت بالاتری نسبت به ورق های فولادی تولید شده به روش نورد گرم برخوردار هستند. ورق فولادی سفید نتیجه این فرآیند می باشد.

ورق های فولادی نورد گرم بر خلاف روش قبلی با استفاده از حرارت حدود ۱۴۰۰ درجه فارنهایت، تغییر شکل داده شده و فرم دهی آن ها صورت می گیرد. در زبان لاتینی به این دسته از ورق های فولادی هات رول پلیت و یا هات رول کویل هم می گویند. ورق فولادی که به این روش تهیه می شود ضخامتی بین ۱٫۱۶ تا ۵٫۱۶ اینچ دارند و اگر ضخامت آن ها از ۶ اینچ بیشتر شود پلیت نامیده می شوند. ورق های سیاه و ورق های گالوانیزه به ورقه فولادی تولید شده از طریق این روش گفته می شود.

ورق های فولادی اسیدشویی، گالوانیزه، رنگی و کرکره

اسیدشویی فرآیندی است که ناخالصی ها و چربی هایی که روی ورق سیاه فولاد که همان طور که گفتیم از طریق روش نورد گرم تولید شده اند، زدوده می شود. ماده ای که در اسیدشویی مورد استفاده قرار می گیرد اسید کلریدریک است. بعد از انجام اسیدشویی سطح فلز تمیز تر و براق تر به نظر می رسد و حتی کمی از لحاظ ظاهری به ورق روغنی شبیه می شود.

ورق گالوانیزه نیز از ورق فولادی تولید شده به روش نورد سرد تهیه می شود. برای تولید ورقه گالوانیزه در مدت زمان طولانی چندین میکرون فلز روی را بر روی آن می پاشند تا مقاومت بیشتری در مقابل زنگ زدگی داشته باشد. لازم است بدانید که طی این فرآیند یک عمل الکتروشیمیایی ما بین آهن و روی اتفاق می افتد، به طوری که آهن به عنوان کاتد و روی به عنوان آند عمل می کند. به همین دلیل حتی اگر روی سطح ورق های فولادی گالوانیزه شده شیار یا خراشی ایجاد شود، باز هم زنگ نمی زند. این دسته از ورق ها را در رنگ های مختلف تولید می کنند و به دلیل استحکام و مقاومت از آن در نمای سالن ها و پوشش کانکس ها استفاده می کنند.

ورق کرکره در واقع همان ورق گالوانیزه شده یا ورق رنگی آن است که طرح متفاوتی دارد. در حقیقت از لحاظ ضخامت و طول و عرض کاملا به یکدیگر شبیه هستند. تنها وجه تمایز را می توان قیمت آن دانست و مشخص است که ورق های رنگی و کرکره ای قیمت بالاتری را نسبت به نوع ساده آن دارند.

ورق های تین پلیت یا قلع اندود

ورق های تین پلیت ضخامتی در حدود ۰٫۱۶ تا ۰٫۴۵میلی متر دارند. و نسبت به انواع قبلی ظریف تر هستند. از این دسته از ورق های فولادی جهت بسته بندی مواد غذایی تاریخ مصرف دار، مانند انواع کنسروها، چای، مواد غذایی و روغن های نباتی استفاده می شود. به جهت محافظت از مواد غذایی یک لایه قلع روی ورق های سرد کشیده شده است.

ورق قلع اندود شباهت زیادی به ورق تین پلیت دارد و از طریق فرآیند نورد گرم یا ورق سیاه تولید می شود. قبل از فرآیند نورد گرم بررای این که به ضخامت دلخواه در این دسته از ورق های فولادی برسند از شیوه نورد سرد استفاده می کنند و سپس با قلع یا کروم روی آن ها پوششی ایجاد کرده تا محافظ برای مواد غذایی یا دیگر مواد خوراکی یا غیر خوراکی باشد.

واحد فولادسازی و ریخته گری مداوم

واحد فولادسازی و ریخته گری مداوم

ناحیه فولاد سازی و ریخته گری 

ناحيه فولادسازي يكي از نواحی مجتمع های توليدي فولاد است . وظيفه اصلي اين ناحيه توليد شمش فولادي جهت تأمين ماده اوليه مورد نياز ناحيه نورد گرم به مقدار و كيفيت توافق شده با آن ناحيه توليدي مي باشد .

ناحيه فولادسازي در شرکت فولاد مبارکه اصفهان شامل واحدهاي توليدي بشرح ذيل مي باشد :

  1. واحد حمل مواد Material handling
  2. واحد كوره هاي قوس الكتريكي Electric arc furnace
  3. واحد متالورژي ثانويه و آماده سازي پاتيل Ladle furnace treatment and Ladle Total service
  4. واحد ريخته گري مداوم تختال Continuous  Casting of slab
  5. واحد آماده سازي شمش Slab cooling and conditioning

واحدحمل مواد

وظيفه واحد حمل مواد تخليه آماده سازي بارگيري ، ذخيره سازي و توزيع كليه مواد اوليه و افزودني فرآيند توليد فولاد در كوره هاي قوس الكتريكي و متالورژي ثانويه مطابق با مشخصات فني تعيين شده مي باشد .

اهم فعاليتهاي قسمت :

  1. تحويل گيري و ذخيره سازي مواد
  2. بارگيري مواد در سيلوها جهت مصرف در كوره قوس
  3. انتقال و توزيع مواد جهت كوره هاي قوس ومتالورژي ثانويه
  4. بازيافت ضايعات فولادي و آماده سازي آهن قراضه
  5. كنترل قراردادهاي خريد مواد مستقيم

الف) تحويل و توزيع مواد ورودي توسط نوار نقاله از ناحيه آهن سازي 

به منظور در دسترس بودن مواد و تضمين استمرار توليد آهن اسفنجي و افزودني ها همانند آهك ، دولوميت و…. توسط نوار نقاله از ناحيه آهن سازي به ناحيه فولادسازي منتقل و در سيلوهاي كوره قوس الكتريكي ذخيره مي گردند ، كه اين واحد وظيفه كنترل و زمانبندي عمليات شارژ توسط نوار نقاله ها و انجام عمليات اضطراري تجهيزات مربوطه را بعهده دارد .

ب ) توزيع مواد افزودني و مصرفي با سيستم هاي انبارداري 

دريافت ، انبارداري و توزيع حدود ۲۴ نوع مواد در تناژها ، شكل و اندازه هاي مختلف در نقاط مختلف واحد توليد فولاد نيز توسط اين واحد انجام گرفته وهمچنين در كنترل موجودي مواد مذكور همكاري لازم با قسمتهاي مربوطه نمايد .

ج ) آهن قراضه 

آهن قراضه آماده مصرف پس از تائيد كنترل كيفي – ايمني فني از نظر مشخصات فني توسط تأمين كنندگان با كمپرسي به محل حوضچه هاي ناحيه اعزام و جهت ذخيره سازي در ۱۷ حوضچه مربوطه به ظرفيت تقريبي ۴۵۰۰۰ تن تخليه مي گردد . سپس باتوجه به دستورالعملهاي مربوطه توسط جرثقيل در سبدهاي مخصوص بارگيري و توسط ماشين حمل به داخل كارگاه جهت شارژ به كوره هاي قوس الكتريكي انتقال داده مي شود

د ) ضايعات 

با هدف مصرف مجدد ضايعات فولادي ، ضايعات توليد شده در ناحيه با مكانيزمهاي پيش بيني شده به قسمت برش قراضه منتقل و پس از آماده سازي به حوضچه قراضه ها جهت مصرف ارسال مي گردند . 

واحد كوره هاي قوس الكتريك

اين واحد شامل ۸ عد كوره قوس الكتريك با ظرفيت توليدي ۱۸۰ تن فولاد مذاب در هرمرحله توليد باتوان ترانسفورمر ۹۰  MVA مي باشد.در ابتدا قراضه بارگيري شده در سبد توسط جرثقيل هاي موجود در اين واحد به داخل كوره قوس تخليه و سپس سقف كوره بسته مي گردد و  عمليات ذوب شروع مي گردد . در اين مرحله به كمك قوس الكتريكي قراضه ها ذوب مي گردند به اين مرحلة علميات ( سوراخكاري) boaring مي گويند سپس شارژ آهن اسفنجي از سيلوهاي ذخيره كوره به داخل شروع مي شود .ميزان قراضه شارژ شده به كوره توسط سبد حدود ۴۰ الي ۵۰ تن مي باشد و ميزان آهن اسفنجي شارژ شده به داخل كوره حدود ۱۷۰ تن براي هر ذوب مي باشد سرعت شارژ آهن اسفنجي از ۵۰۰ تا  ۳۲۰۰ كيلوگرم در دقيقه با توجه به شرايط ذوب متغير مي باشد . به اين مرحله ذوب (Melting ) مي گويند كه درآن  فعاليتهاي زير بصورت همزمان انجام مي شود :

  1. دمش اكسيژن
  2. دمش گرافيت
  3. شارژ آهك و دولوميت جهت توليد سرباره پفكي
  4. نمونه گيري و اندازه گيري دما

پس از ذوب كامل آهن اسفنجي مورد نياز ، مرحله تصفيه (refining ) صورت مي گيرد و تنظيمات نهايي دما و آناليز با توجه به نتايج آزمايشگاه در اين مرحله صورت مي گيرد و در مواقع لزوم عمليات سرباره گيري از ذوب نيز صورت مي گيرد .

 مرحلة آخر در عمليات كوره هاي قوس عمليات تخليه ( Tapping ) مي باشد در اين مرحله پاتيل خالي مذاب كه دماي پيشگرم  آن مطابق با دستورالعملهاي توليدي مي باشد به زير كوره هدايت شده و مقادير مورد نياز فروآلياژ و مواد افزودني مانند بوكسيت و آهك همزمان با تخليه مذاب از كوره به داخل پاتيل بارگيري شده و ذوب توليدي در پاتيل مذاب آماده تحويل به واحد بعدي  ميگردد. زمان كل ذوب از تخليه ذوب قبلي تا تخليه ذوب بعدي حدود ۱۵۰ دقيقه به طول مي انجامد و اين عمليات بطور مداوم در اين واحد در جريان مي باشد .

واحد كوره هاي پاتيلي

اين واحد شامل ۴ كوره پاتيلي با توان ترانسفورمر ۳۰MVA مي باشد و هر كوره پاتيلي داراي ۶ سيلو (Bin ) با ظرفيت ۹ متر مكعب بوده كه موادي چون فرومنگنز كربن بالا و كربن متوسط ، فروسيليسيم ، آهك و كلسيم آلومينات در آنها ذخيره مي گردد .
اهم فعاليتهايي كه بر روي هر ذوب در LF صورت مي گيرد به صورت زير است :

  1. اكسيژن زدايي
  2. سرباره سازي
  3. تنظيم آناليز شيميائي
  4. تنظيم دما و زمان تحويل به واحد بعدي ( ريخته گري مداوم )
  5. تصفيه يا حذف آخالهاي موجود در ذوب

اكسيژن زدايي

جهت حذف اكسيژن محلول در ذوب پس از اندازه گيري ميزان اكسيژن مقدار مورد نياز آلومينيم به ذوب اضافه ميگردد .

 سرباره سازي به اهداف زير صورت ميگيرد :

افزايش راندمان حرارتي قوس

  1. جذب آخالهاي ذوب توسط سرباره
  2. سولفور زدايي بهتر
  3. كاهش خوردگي نسوز خط سرباره پاتيل
  4. جلوگيري از اكسيداسيون مجدد آلومينيم محلول در ذوب
  5. افزايش بازده و تنظيم راحتتر تنظيم آناليز شيميايي
  6. تميز بودن پاتيل بعد از تخليه ته پاتيل
  7. كاهش آلودگي صوتي

تنظيم آناليز شيميائي ذوب

پس از مراحل بالا و نمونه گيري از مذاب با توجه به آناليز شيميائي دريافت شده مواد مورد نياز به ذوب محاسبه و اضافه مي گردد .

تنظيم دما و زمان تحويل به واحد ريخته گري مداوم

دماي خروج ذوب از LF بر پايه دماي انجماد نوع فولاد توليدي محاسبه و از طريق سيستم اطلاعاتي به اطلاع اپراتور رسانده مي شود اپراتور جهت افزايش دما بايستي ميزان Tap ولتاژ ترانس ، نوع مواد افزوده شده به ذوب ، ميزان وضعيت سرباره پاتيل ، چگونگي دمش آرگون در پاتيل و…. را مدنظر قرار دهد و پاتيل مذاب را در زمان مناسب كه حدود ۲۰ دقيقه قبل از ريخته گري مي باشد ، از اين واحد خارج نمايد . 

تصفيه ذوب

يكي از وظايف مهم قسمت متالورژي ثانويه حذف ناخالصيها در حد امكان مي باشد و انواع ناخالصيها  عبارتند از :

  1. ناخالصيهاي اكسيدي (MgO , SiO2, Al2O3  و…. )
  2. ناخالصيهاي كاربيدي ، نيتريدي ، سولفيدي
  3. ناخالصيهاي فلزي و يا عنصر آلياژي كه بيش از ميزان نياز در ذوب موجود باشد .
  4. گوگرد و فسفر
  5. گاز مضر ( هيدروژن ، نيتروژن ، اكسيژن )

واحد ريخته گري

وظيفه اين واحد تبديل فولاد مذاب به شمش تختال با كيفيت استاندارد ابعاد مورد سفارش مشتري و تحويل آن به واحد خنك سازي و اصلاح شمش مي باشد . اين واحد داراي چهار ماشين ريخته گري دو خطه از نوع قوسي به شعاع ۵/۱۰ متر بوده و مشخصات ابعادي محصول توليدي به شرح زير مي باشد :
عرض تختال توليدي : از ۶۵۰ ميليمتر تا حداكثر ۱۸۸۰ ميليمتر
طول تختال توليدي : در دو نوع تختال بلند ۱۰- ۹٫۵  متر و تختال كوتاه  ۴٫۵الی-۴٫۷۵ متر
ضخامت تختال توليدي : ۲۰۰ ميليمتر

 پاتيل مذاب بعد از تنظيم دما و آناليز شيميائي در بخش متالورژي ثانويه توسط جرثقيلهاي سقفي ۳۰۰ تن به واحد ريخته گري منتقل مي شوند كه هر ذوب داراي يك شمارة ۶ رقمي بوده كه كليه اطلاعات ذوب از جمله آناليز شيميايي ، دماها ، زمانها ، كيفيت و … از طريق اين شماره در سيستم  MIS قابل رديابي مي باشد در واحد ريخته گري مداوم پاتيل مذاب ابتدا بر روي برج پاتيل گردان قرار مي گيرد وپس از اتصال سيلندرهيدروليكي به دريچه كشوئي پاتيل و تنظيم تانديشكار روي خطوط ريخته گري جريان مذاب از پاتيل به تانديش با بازكردن دريچه كشوئي شروع ميگردد و سپس با بازكردن استوپر جريان مذاب به داخل قالب برقرار مي گردد و با توقف چندين ثانيه اي ذوب در قالب جهت تشكيل پوسته منجمد شده اوليه ، استارت ريخته گري مداوم شروع مي شود و با گذر شمش تشكيل يافته در قالب و در ادامه از مابين غلتكهاي  همراه با پاشش آب بر روي سطوح آنها جبهة انجماد در داخل شمش رشد نموده و در نهايت با رسيدن شمش به طول متالورژيكي ، بطور كامل در سطح مقطع تختال انجماد حاصل مي شود و در ادامه با رسيدن

  شمش به قسمت برش طول تختال  و با در نظر گرفتن حداقل ضايعات در انتهاي ريخته گري برش داده مي شود و پس از خروج تختال از ماشين برش بوسيلة ماشين شماره زني يك شماره ۹ رقمي جهت شناسايي و قابل رديابي بودن تختال بر روي آن حك مي گردد .
با پايان ذوب اول ، ذوب دوم كه بر روي بازوي ديگر برج پاتيل گردان قرار دارد گردانده شده و بر روي تانديش قرار ميگيرد و بلافاصله پاتيل باز مي شود تا تداوم و پيوستگي ريخته گري حفظ شود . ذوبهاي متوالي بطور متوسط حدود بيش از ۵ ذوب در يك عمليات به شمش تختال تبديل شده و تختالهاي توليدي جهت خنك سازي واصلاح به واحد بعدي تحويل داده مي شوند .

واحد خنك سازي واصلاح شمش

در اين واحد به دو صورت و براساس نوع تختال توليدي خنك سازي صورت ميگيرد :

  1. خنك سازي با هوا
  2. خنك سازي با آب

تختال هايي كه براساس كيفيت  نياز به خنك سازي با هوا دارند توسط جرثقيل هاي سقفي به قسمت مربوطه منتقل و پس از گذشت ۷۲ ساعت تختال خنك شده به قسمت اصلاح تختال ارسال ميگردد .

 تختال هايي كه نياز به خنك سازي آب دارند توسط ميز غلطكي هاي موجود به دو تانك خنك سازي انتقال داده شده و توسط دو جرثقيل به صورت اتوماتيك به داخل تانك شارژ شده و تختال خنك  شده (پس از حداقل۲۰دقيقه ) از تانك خارج و به قسمت اصلاح تختال ارسال ميگردد .
در قسمت اصلاح تختال ، تختالها توسط بازرسين كنترل كيفي بررسي و در صورت وجود عيوب سطحي آنها را مشخص مي نمايند سپس اپراتورهاي واحد اسكارف توسط مشعلهاي دستي اين عيوب را برطرف مي نمايند و پس از تائيد نهايي واحد كنترل كيفي تختالها به ناحيه نورد گرم انتقال داده مي شوند ولي در صورت عدم تطابق با برنامه پذيرش ناحيه نورد گرم تختالها در انبار نگهداري و به تدريج به ناحيه نوردگرم فرستاده مي شوند .

فولاد چیست و چگونه تولید می شود

فولاد چیست و چگونه تولید می شود

فولاد چیست و چگونه تولید می شود

فولاد یکی از مواد مهم در ایجاد پایه های جامعه صنعتی است. فولاد یک ماده آهنی است که از مقادیر کمی کربن و عناصر آلیاژی تشکیل می شود و می تواند به صورت هزاران ترکیب با خواص دقیق جهت برآورد نیازهای مختلف ایجاد شود. ارزش فولاد تولید شده در جهان سالانه بیش از ۲۰۰ میلیارد دلار است. آهن آلات در مجموعه وسیعی از صنایع مانند تولید وسایل حمل و نقل، ساختمان سازی، آزادسازی انرژی مثل الکتریسیته و گاز طبیعی، تولید غذا به کمک ماشین های کشاورزی، آبرسانی به وسیله پمپ ها و خطوط لوله و توجه به سلامتی با تجهیزات پزشکی کاربرد دارد.

فولاد در اکثر کشورهای جهان تولید می شود، بیش از ۹۶ درصد فولاد جهان در ۳۶ کشور تولید می شود. چین بزرگ ترین تولیدکننده فولاد است .در حالی که چین بزرگ ترین تولیدکننده فولاد است، در عین حال بزرگ ترین مصرف کننده آن نیز می باشد. ۲۰ کشور اول دنیا در مصرف فولاد بیش از ۸۳ درصد فولاد جهان را مصرف می کنند.

تاریخچه آهن

آهن چهارمین عنصر فراوان است که بیش از ۵ درصد پوسته زمین را تشکیل می دهد.تولید آهن توسط انسان ها در حدود ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد در جنوب غربی یا جنوب آسیا آغاز شد. این نشانگر آغاز عصر آهن بود که جایگزین گسترده برنز با آهن برای ابزارها و سلاح ها بود. در طول این دوران، آهن ریختگی توسط آهنگران ساخته شده بود که آهن را گرم می کرد و ناخالصی ها را بر روی یک سندان خرد کرد. آهن حاصل سخت ولی چکش خوار بود.

در قرون وسطی، نوع جدیدی از آهن با استفاده از دماهای بالاتر توسعه یافت. این فلز به عنوان چدن شناخته شد، که سخت تر از آهن ساخته شده بود اما شکننده تر بود. آهن در طول بیش از سه هزار سال، تا زمانی که تولید انبوه فولاد در سال ۱۸۷۰ میلادی آغاز شد، اساس فرهنگ تمدن بشری را تشکیل داد.

ترکیب فولاد

فولاد، آلیاژی از آهن و کربن است. فولاد می تواند مقدار کمی از سیلیکون، فسفر، گوگرد و اکسیژن را نیز داشته باشد. محتوای کربن فولاد بین ۰٫۰۸ تا ۱٫۵ درصد است. این مساله باعث می شود که فولاد سخت تر از آهن نورد باشد. نکته جالب توجه این است که فولاد با این ویژگی همانند آهن ریختگی ( چدن) شکننده نیست.

فولاد دارای تعادل منحصر به فرد از سختی، انعطاف پذیری و استحکام کششی است. فولاد با دوام تر است و لبه ای تیزتر از آهن نوردی دارد. در عین حال، در برابر شوک و تنش مقاوم تر از چدن شکننده است.

معرفی روش های تولید فولاد

با توجه به تنوع موارد استفاده فولاد در دنیا و گسترده شدن دایره مصرف فولاد، تولید فولاد همگام با پیشرفت تکنولوژی تغییرات بسیاری داشته است که در پی این تغییرات تولیدکنندگان سعی در بالا بردن بهره وری و استفاده از انرژی و سوخت های ارزان تر با توجه به محیط جغرافیایی خود کرده اند.

امروزه فناوری های مورد استفاده در تولید محصولات فولادی در مراحل بعد از به دست آوردن فولاد مذاب یعنی ریخته گری و نورد، کم و بیش یکسان است اما برای به دست آوردن فولاد مذاب یا خام، از فناوری های مختلفی می توان استفاده کرد.

به طور کلی فولاد خام در ایران از دو روش زیر تولید می گردد

۱ – تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند و تولید فولاد در کنورتورهای اکسیژنی که این روش در ذوب آهن اصفهان انجام می شود.

۲ – احیای مستقیم سنگ آهن و ذوب آهن اسفنجی و قراضه در کوره های الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی نظیر کوره های قوس الکتریکی فولاد خوزستان یا کوره های القایی مجتمع فولاد جنوب

لازم به ذکر است که تولید فولاد از روش های دیگری نظیر روش کوره باز نیز انجام می گیرد که با توجه به حجم تولید بسیار محدود آن در جهان ، که طبق آمار جامعه جهانی فولاد حدود ۲٫۵ درصد از کل تولید فولاد جهان بوده است و همچنین کاهش پیوسته تولید از این روش ، در اینجا مورد بررسی قرار نمی گیرد.

 در روش اول، که شیوه سنتی تولید است از احیای غیر مستقیم آهن استفاده گردیده، سنگ آهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده، آهن خام یا چدن مذاب به دست می آید. در مرحله بعد آهن خام در یک مبدل به فولاد مذاب تبدیل گردیده، کربن و ناخالصی های دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام تولید می گردد. روش دوم تولید فولاد، استفاده از کوره های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد می باشد. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده قیمت آن در طول سال های گذشته، در این روش می توان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده نمود.

فرآیند احیای مستقیم در طی چند دهه اخیر، یکی از فرایندهای بسیار مهم در جهت تولید آهن آلات به شمار می رود. تقریبا ۷۵ درصد از کل آهن اسفنجی تولیدی در جهان با دو روش میدرکس و اچ وای ال تولید می شود. امروزه بیشتر تولید فولاد در دنیا اختصاص به دو روش کوره بلند- کنورتور و احیای مستقیم – ذوب الکتریکی دارد که روش دوم به طور قابل توجهی در حال توسعه و پیشرفت می باشد. فرایند تولید فولاد بر پایه احیای مستقیم – ذوب الکتریکی شامل دو مرحله تولید آهن اسفنجی و سپس تبدیل آن به فولاد در کوره قوس الکتریکی می باشد. در روش احیای مستقیم ، ذرات اکسیدی آهن در تماس با گازهای احیاکننده شامل H2، CO و CH4 در دمای ۷۵۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی گراد احیا شده و به آهن اسفنجی تبدیل می گردند. آهن اسفنجی معمولا دارای بیش از ۹۰ درصد آهن به صورت فلزی می باشد که میل زیادی به ترکیب شدن با اکسیژن دارد.

انواع فولاد و کاربرد آنها

از نظر محتوای کربن، فولاد به سه نوع تقسیم می‌شود:

فولاد نرم: این نوع فولاد کمتر از ۲/۰ درصد کربن دارد و بیشتر در تهیه پیچو مهره، سیم خاردار و چرخ دنده ساعت و … بکار می‌رود.

فولاد متوسط: این فولاد بین ۲/۰تا ۶/۰ درصد کربن دارد و برای تهیه ریل وراه آهن و مصالح ساختمانی مانند تیرآهن مصرف می‌شود.

فولاد سخت: فولاد سخت بین ۶/۰  تا  ۶/۱ درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و برای تهیه فنرهای فولادی، تیر، وسایل جراحی، مته و … بکار می‌رود. اصطلاح فولاد (Steel) برای آلیاژهای آهن که تا حدود ۱،۵ درصد کربن دارند و غالبا با فلزهای دیگر همراهند، بکار می‌رود. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.

تاریخچه سرب و روی

تاریخچه فلز روی

روي در ابزار هاي برنزي ساخته دست بشر ۵۰۰۰ سال پيش، يافت شده.۲۰۰۰ سال است که بعنوان يکي از عناصر تشکيل دهنده برنج در اروپا و آسيا مورد استفاده قرار مي گيرد.

قدمت برخي از مصنوعات روي به حدود ۵۰۰ سال قبل بر مي گردد. در قرن هفتم بعد از ميلاد مسيح چيني ها تکنولوژي ذوب را گسترش دادند .

در قرن دهم ميلادي سکه هايي از ناحيه زاوار هندوستان ضرب شده است. براساس مشاهدات باستان شناسان از قرن چهارم به بعد مقدار زيادي روي در زاوار توليد و مورد استفاده قرار گرفته است. در خلال قرنهاي هفدهم و هجدهم تختال روي از آسيا به مقصد بازارهاي اروپا صادر مي شد.

در يونان باستان نيز از اين فلز استفاده مي شده به طوري که مجسمه اي از جنس روي در ترانسيلوانيا يافت شده که جزء قديمي ترين قطعـاتي است که در ساخت آن روي بکــار رفته است.اين فلز در يونان ” واپسودارگراس” يعني ( با فلز ديگر اشتباه گرفتن يا نقره کاذب ) و اين فلز مبهم به نظر مي آمده و به اشتباه فلز نقره ناميده مي شده.

و اما آشنايي با فلز روي در ايران سابقه ديرينه داشته، چنان که گفته مي شود صنعت فلزکاري در ايران سابقه هفت هزار ساله دارد. ايرانيان باستان از پيشگامان ساخت آلياژهاي گوناگون از فلزات محسوب مي شوند.

همانگونه که مي دانيد مفرغ (مس، قلع و روي) اولين بار توسط ايرانيان در ناحيه لرستان ساخته شده است، برنج (مس و روي) ، هفت جوش (مس، طلا، نقره، روي ، سرب، قلع، آهن و جيوه يا پلاتين)سفيد روي (نوعي آلياژ که رنگ و جلاي زيبايي داشته و جهت ساخت ظروف به کار مي رفته).
در دوره ساسانيان صنعت فلزکاري بسيار توسعه يافت از نمونه هاي ارزنده و زيباي بازمانده مي توان به تکنيک بالاي (در زمان خود و در مقايسه با تمدنهاي مشابه) صنعت فلزکاري در اين دوره پي برد. آثار کورههاي بسيار قديمي در اطراف برخي از معادن سرب و روي کشور موجود مي باشد، اما متاسفانه به علت عدم مطالعات کافي و کمي اسناد، از پيشينه و چگونگي توليد وتکنولوژي اين آلياژها مطالب مکتوب موجود نمي باشد است.

سرب يکي از شش فلزي است که از هزاره چهارم قبل از ميلاد مسيح شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است.طبق نظر باستان شناسان،قديمي ترين قومي که سرب را مورد استفاده قرار داده اند مصريها بوده اند که اين فلز را براي لعاب ظروف بکار برده و از کانيهاي نقره دار آن، نقره استخراج مي کردند. سپس روميان و بالاخره ايرانيان، چيني ها، هندوها، روسها و اعراب از جمله اقوامي بودند که از قديم الايام سرب را مي شناختند و از آن استفاده مي کردند. وجود آثار سرب و ابزار بجا مانده از آن دوران نشانگر کاربرد قابل توجه اين فلز مي باشد. به دليل خاصيت چکش خواري سرب، صنعتگران مي توانستند آنرا بخوبي گداخته نموده و به اشکال مختلف مورد نياز بازار آن زمان درآورند.
در ايران، سرب از اواخر هزاره سوم قبل از ميلاد مسيح شناخته شده و چون ذوب کربناتهاي سرب آسان است بهره برداري از معادن کربنات سرب بسشتر مورد توجه بوده است.

در دوره هاي قبل از اسلام سرب به عنوان ملات در کارهاي ساختماني، سد سازي و پل سازي و نيز براي ساختن رنگ، نقاشي و مواد دارويي بکار مي رفته است. بعد از اسلام، بهره برداري از معادن سرب به دليل بدست آوردن نقره بوده بطوري که حتي در برخي از کتب اين معادن را معادن نقره ناميده اند.
تا قبل از جنگ جهاني دوم، مصرف سرب در ايران ناچيز بوده و از معادن سرب بهره برداري چنداني به عمل نمي آمد، در حاليکه پس از جنگ، اين قبيل معادن اهميت يافته و از سرب به عنوان يک محصول صادراتي و ارز آور استفاده شده است.

ریخته گری چدن

ریخته گری چدن

ریخته گری چدن چیست و روش‌های ریخته گری چدن چگونه است؟

ریخته گری چدن یکی از روش‌های ساخت فرم دهی فلزات در ابعاد، شکل و اندازه موردنظر است. از گذشته تا به امروز برای ساخت قطعه‌های فلزی، مواد و فلزات مذاب (آلومینیوم، آهن، چدن و …) را به داخل قالب‌های مخصوص می‌ریزند. به زبان ساده عملیات حاصل تزریق مواد مذاب در قالب، شکل گیری و سخت شدن آن را ریخته گری می‌گویند.

قالب‌های ریخته گری عموماً از جنس ماسه و خاک رس و فلز هستند. در این نوشته به توضیحاتی در مورد ریخته گری چدن و روش‌های انجام آن خواهیم پرداخت.

چدن از ترکیب ۳ عنصر اصلی آهن، کربن و سیلیسیم تشکیل‌شده است. برای تولید قطعات فلزی فرم دار از ریخته گری چدن استفاده می‌کنند. با توجه به اینکه دمای ذوب چدن بیشتر از دمای ذوب آهن است، شرکت‌های ریخته گری از ماسه‌هایی استفاده می‌کنند که مقاومت بیشتری در برابر حرارت بالا داشته باشند.

ماسه‌هایی که درگذشته استفاده می‌شد ماسه‌های بادی کنار دریا یا ماسه‌های ته رودخانه‌ها بودند؛ اما امروزه با روش‌های جدید ماسه‌هایی تولید می‌کنند که مقاومت آن نسبت به حرارت بالا است. این ماسه‌ها به نام ماسه CO2 شناخته می‌شوند که یکی از ترکیبات اصلی آن چسب سیلیکات است. ترکیب ماسه و چسب سیلیکات و گاز CO2 یک قالب مقاومت و محکم خواهد بود.

ریخته گری چدن به روش داکتیل یا چدن نشکن

برای داکتیل سازی یا همان نشکن سازی از موادی استفاده می‌کنند که به آن نشکن ساز یا منیزیم می‌گویند. چدن نشکن از اضافه کردن عناصر منیزیم و سریم به مذاب چدن خاکستری به دست می‌آید. منیزیم ساختار چدن را تغییر می‌دهد آن را کروی می‌کند و درنهایت ساختار شکنندگی چدن را از بین می‌برد، استحکام به کشش و خم آن را بیشتر می‌کند به همین دلیل از چدن داکتیل بیشتر استفاده می‌شود.کروی بودن گرافیت‌ها، باعث افزایش استحکام و چقرمگی در مقایسه با چدن‌های خاکستری می‌شود.

قالب گیری به روش ماسه CO2

در این روش از ماسه سیلیسی استفاده می‌شود و چسب مورداستفاده در این روش چسب سیلیکات سدیم هست. این چسب با دمش گاز CO2 ایجاد سیلیس کرده که موجب چسبیدن ذرات ماسه به هم می‌شود. این روش دارای دقت ابعادی بالاتر و تراشکاری کمتر و عدم نیاز به درجه در مرحله ریخته گری هست.

وقتی قالب از آن خارج شود شکل همان قالب روی ماسه ایجاد می‌شود این روش در چهارچوبی قرار دارد به نام درجه که این درجه بیشتر در ریخته گری ماسه‌ای بیشتر استفاده می‌شود.

قالب گیری به روش ماهیچه

ماهیچه جز مستقلی از یک قالب است به‌عنوان‌مثال در قطعات توخالی، نقش ماهیچه‌ها ایجاد محفظه‌های داخلی اصلی در قطعه است. همچنین در قطعاتی که زائده‌های خارجی آن‌ها در یک سطح قرار ندارند، از ماهیچه به‌جای قطعات آزاد مدل استفاده می‌شود.

در قطعاتی با اشکال پیچیده و در مواردی که استحکام زیاد قالب موردنظر باشد، از ماهیچه به‌عنوان قسمتی از قالب یا تمام آن استفاده می‌شود. اگر قالب ماهیچه پیچیده باشد و امکان کوبیدن ماسه به روش دستی وجود نداشته باشد، ماسه به فشار باد و در حالت دمش به داخل قالب تزریق می‌شود. سپس تحت فشار و گرما به یک قطعه ماسه‌ای محکم تبدیل می‌شود.

چدن خاکستری چیست؟

ساختار چدن خاکستری به‌صورت خشتی است. این نوع چدن سختی و استحکام بالایی دارد و دارای قابلیت ماشین کاری خوب است و همچنین خاصیت الاستیک و جذب ارتعاش بالایی دارد.
معمولاً استحکام و سختی این نوع آلیاژها بستگی به ترکیب شیمیایی آن‌ها دارد. معمولاً چدن‌های هیپو دارای استحکام و سختی پایین‌تری هستند و از مقاومت به ضربه بالاتری برخوردار هستند اما چدن‌های هیپر دارای گرافیت‌های درشت و غیریکنواخت و دارای سختی بیشتری هستند.

چدن خاکستری در مقابل فشار و فرسودگی مقاوم است ولی قابلیت چکش خوری ندارد. قابلیت ریخته گری چدن خاکستری بالا است و دمای ذوب آن ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد است.

یکی از مهم‌ترین موارد استفاده از چدن در بخش‌هایی است که در معرض حرارت هستند. از چدن خاکستری برای تولید قطعات موتور ماشین، سر سیلندر، کاسه چرخ و … استفاده می‌کنند.

مراحل ریخته گری چدن خاکستری و چدن داکتیل چیست؟

ریخته گری چدن مراحل مختلفی دارد. شناخت دقیق مراحل ریخته گری به درک بهتر از چگونگی اجرای این کار کمک می‌کند. مرحله اول برای ریخته گری چدن، ساخت قالب اصلی است. قالب ریخته گری معمولاً از قالب‌های آلومینیومی ساخته می‌شود. آلومینیوم به دلیل سبک بودن و براده برداری آسان گزینه خوبی برای ساخت قالب ریخته گری است.

طراحی قالب اصلی ریخته گری چدن

شرکت‌های تولیدکننده قطعه موردنظر را به طراح قالب سفارش می‌دهد و طرح با دستگاه سی ان سی به قالب نهایی تبدیل می‌شود. بعد از طی مراحلی بر اساس آن قالب، یک قالب دیگری ساخته می‌شود که به آن درجه می‌گویند. درجه قالب، فلزی است که قالب اصلی در داخل آن قرار می‌گیرد.

ساخت درجه ریخته گری فلزات

درواقع درجه یک چهار کلاف فلزی است که قالب اصلی را در بر می‌گیرد. بسته به مقدار ماسه و آن ارتفاع اندازه‌ای که دارد که درجه را می‌سازند. درجه در دو مدل ساخته می‌شود. در جه را هم می‌توان به‌صورت آلومینیوم و فولاد یا آهن و جوشکاری شده بر اساس قالب ساخت. بعد از ساخت درجه ریخته گری، قالب اصلی را در داخل درجه قرار می‌دهند تا قالب گیری با استفاده از ماسه شروع شود.

قالب گیری به‌وسیله ماسه ریخته گری

در قالب گیری درجه، ماسه‌های CO2 را طوری می‌ریزند که کل قالب را پوشش دهد. بعد از ماسه CO2، ماسه‌های بادی را می‌ریزند که هم ماسه CO2 زیاد ضخیم نشود و تخریب کردن آن راحت باشد و هم هزینه کمتری را در بر داشته باشد.

در مرحله بعد ماسه را با کوبه می‌کوبند تا فشرده شود. پس از کوبیده شدن دستی ماسه، نوبت به تزریق گاز CO2  است تا ماسه سفت و محکم شود.

در روش ماسه CO2 سوراخ‌هایی در داخل ماسه ایجاد می‌شود و گاز به داخل این سوراخ‌های تزریق می‌شود. پس از تزریق گاز به داخل ماسه، قالب محکم می‌شود

مرحله ذوب چدن داکتیل

مرحله بعد جمع‌آوری ضایعات بلوک و آهن و انتقال آن به کوره است. پس از بالا بردن دمای کوره، ضایعات آهنی و چدنی شروع به ذوب شدن می‌کنند. چدن در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود؛ اما معمولاً کارخانه‌های ریخته گری دمای ذوب را تا ۱۴۰۰ درجه سانتی‌گراد هم می‌رسانند. تنظیم دمای ذوب بستگی به مواد داخل کوره دارد. در زمان ذوب مواد، اپراتور برای ایجاد چدن، سیلیس و کربن را با توجه به استانداردهایی به کوره اضافه می‌کند. به‌عنوان‌مثال برای ۱۰۰ کیلو مواد، ۲ درصد کربن، ۴% سیلیس یا برعکس که بستگی به مواد و فرآیند دارد.

برخی شرکت‌ها مواد ذوب شده را به شمش‌های چدنی (برای ذوب دوباره) تبدیل می‌کنند. البته بیشتر کارخانه‌های ریخته گری چدن مذاب را مستقیماً به قالب‌های از پیش آماده شده منتقل می‌کنند.

مواد مذاب توسط پاتیل‌های کوچک از پاتیل اصلی کوره به درجه منتقل می‌شود.

جداسازی قالب ریخته گری

پس از سخت شدن مواد مذاب در داخل قالب، حالا نوبت به جداسازی قالب است. برای جدا کردن درجه از قالب اصلی مراحل مختلفی وجود دارد. این کار را هم می‌توان به‌صورت دستی و هم با استفاده از دستگاه ویبراتور انجام داد. در روش دستی، با نیروی دست قالب از درجه جدا می‌شود و در روش مکانیکی، با استفاده از لرزش دستگاه ویبراتور، قالب را از درجه جدا می‌کنند.

 مراحل پایانی ریخته گری چدن

پس از جداسازی قطعه ریخته گری شده از قالب ماسه‌ای، با استفاده از دستگاه شات بلاست کاملاً تمیز و یکنواخت می‌گردد.

تکنولوژی QST

تکنولوژی QST

تکنولوژی QST در میلگردهای آجدار

میلگرد یا آرماتور , فولادی است که در بتن برای جبران مقاومت کششی پایین آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولادی که به این منظور در سازه‌های بتن آرمه به کار می‌رود به شکل سیم یا میلگرد است و فولاد میلگرد نامیده می‌شود. البته در موارد خاصی از فولاد ساختمانی نظیر نیمرخ‌های L شکل، ناودانی و یا قوطی نیز برای مسلح کردن بتن استفاده می‌شود.

مشخصه‌های محاسباتی مهم میلگرد

مقاومت تسلیم: مقدار تنشی که در آن بدون افزایش بار تغییر طول نمونه فولادی ازدیاد می‌یابد را تنش تسلیم یا مقاومت تسلیم یا مقاومت جاری شدن می‌نامند و آن را با fy نمایش می‌دهند.

مقاومت کششی: از تقسیم حداکثر بار ثبت شده در آزمایش کشش بر سطح مقطع اولیه به دست می‌آید.

طبقه‌بندی فولاد میلگرد

در کشورهای مختلف فولاد میلگرد با استانداردهای متفاوتی تولید می‌شوند و در هر استانداردی طبقه‌بندی مشخصی در ارتباط با خواص مکانیکی فولادها وجود دارد. در ایران قسمت عمده فولادهای میلگرد که توسط کارخانه ذوب‌آهن اصفهان تولید می‌شوند با استاندارد روسی مطابقت دارند. فولادی که در ایران تولید می‌شود (طبق استاندارد روسی) به سه گروه تقسیم می‌شود:

فولاد نوع A-1
فولاد نوع A-2
فولاد نوع A-3

فولاد A-1 از نوع صاف بوده و مقاومت تسلیم و مقاومت کششی آن به ترتیب ۲۳۰۰ و۳۸۰۰ کیلوگرم بر سانتیمترمربع است.

فولاد A-2 از نوع آجدار با مقاومت تسلیم ۳ هزار و مقاومت کششی ۵ هزار کیلوگرم بر سانتیمترمربع است

فولاد A-3 نیز از نوع آجدار با مقاومت تسلیم ۴ هزار و مقاومت کششی ۶ هزار کیلوگرم بر سانتیمترمربع است.

از نظر تنوع قطر میلگردها نیز استانداردهای تولیدکنندگان متفاوت است. در سیستم روسی که در کارخانه‌های ذوب‌آهن اصفهان مورد استفاده‌ است میلگردها تا قطر ۴۰ میلیمتر ساخته می‌شوند.

تکنولوژی QST

تکنولوژی آبدهی و خود تمپرینگ (QST) به‌صورت یک عملیات درون خطی در واحدهای نورد به کار گرفته می‌شود که در دهه‌های ۷۰ و ۸۰ میلادی در نتیجه تقاضای مهندسین عمران برای میلگردهای فولادی آجدار مورد استفاده به عنوان آرماتور بتون ابداع شد. با استفاده از این روش میلگردهای ساختمانی به استحکام تسلیم حداقل ۵۰۰ نیوتن بر مترمربع می‌رسند. توسعه موفقیت‌آمیز روش  QST در تولید میلگرد‌های ساختمانی مزایای زیر را برای مهندسین عمران به همراه آورد:
– کاهش حجم فولاد
– کاهش هزینه‌های نیروی انسانی
– کاهش مصرف انرژی برای حمل و نقل و دیگر مزایا
همچنین این تکنولوژی به نوبه خود این امکان را برای مهندسین عمران فراهم آورد تا طراحی‌های خود را با هزینه‌های کمتر به اجرا درآورند.
میلگردهای آجدار با نقطه تسلیم حداقل حدود ۵۰۰ نیوتن بر متر مربع محدودیت بیشتری برای آرماتورهایی که پیش تنیده نشده باشند دارند. با افزایش در میزان غلظت کربن و منگنز، این امکان در فولاد به‌وجود می‌آید تا میزان نقطه تسلیم آن افزایش یابد، اما چنین افزایشی در میزان کربن می‌تواند موجب پیدایش عیوبی از قبیل کاهش قابلیت جوش‌پذیری شود که همین امر باعث می‌شود تا میلگرد برای استفاده به عنوان آرماتور مناسب نباشد.
بتون آرماتور یکی از پرمصرف‌ترین سیستم‌های سازه‌ای در جهان است و در سال‌های اخیر در کشورهای مختلف شاهد بودیم که این سازه‌ها در سکوهای محسوس (phenomenal) که روی آنها پروژه‌های زیربنایی اجرا می‌شود، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ایمنی و قابلیت اطمینان این سازه‌ها مهمترین مشخصه‌های آنها بوده و این جنبه از کاربرد میلگردهای آجدار مطمئن یکی از پیش‌نیازهای حیاتی است که در هر تکنولوژی که مورد استفاده قرار می‌گیرد باید نیازهای خاص آن را برآورده کند.

فرآیند QST و تکنولوژی THERMEX®

هدف

در ابتدا ذکر این نکته اهمیت دارد که تکنولوژی THERMEX® برای تولید میلگردهای ساختمانی مستحکم است که دستیابی به نقطه تسلیم ۵۰۰ نیوتن بر متر مربع را تضمین کند. تمامی سیستم‌های Thermex® ارائه شده برای این هدف طراحی شده‌اند، مگر این که نیاز مشتری چیز دیگری باشد. این سیستم تقریبا در اکثر کشورها به همین صورت است. این سیستم مزایای بسیار درخشانی را برای طراحان و مهندسین عمران به همراه دارد.
کارخانه‌های نورد زمانی که به مرحله تولید می‌رسند اقدام به دریافت لیسانس فرآیند Thermex® می‌کنند و سپس محصولات آنها تحت آزمایش قرار می‌گیرد تا مشخص شود که آیا میلگردهای تولیدی بدون هیچ‌گونه مشکلی به درجه استحکام تسلیم ۵۰۰ رسیده‌اند یا خیر. موضوع دیگری که می‌توان بدان اشاره کرد این است که در بسیاری از کشورها تمایل به استفاده از میلگردهای ساختمانی QST به جای میلگردهای گرید CTD Fe 415  افزایش یافته است و از این رو صنایع مرتبط با مهندسی عمران در این کشورها قادر نیستند تا به‌طور کامل پاسخگوی این مزیت تکنولوژیکی باشند.
اساسا خواص مطلوب در یک میلگرد تحت فرآیند حرارتی قرار گرفته را می‌توان به صورت زیر برشمرد:

استحکام تسلیم حداقل ۵۰۰ نیوتن بر مترمربع یا بیشترنسبت تنش(TS/YS) 12/1  (به‌طور کلی ۱۵٫۱ تا ۳.۱)حداقل درصد ازدیاد طول ۱۶ (به‌طور کلی ۲۵ تا ۱۸)قابلیت جوشکاری متناسب با نیازهای صنعتی

فرآیند

سیستم  QST به مدد فرآیند THERMEX® امکان استفاده از انرژی حرارتی میلگرد نورد شده بعد از مقام   (stand)  نهایی واحد نورد را فراهم می‌آورد. به طور معمول، این انرژی کاملا از یک میلگرد در حال نورد در دمای ۹۵۰ تا ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد خارج می‌‌شود و موجب خنک کردن دمای پیرامون در بستر خنک‌کننده می‌شود.
فرآیند THERMEX® QST تکنولوژی بسیار دقیق و پیچیده‌ای است که طی چندین سال آزمایش و تجربه ابداع شده است.
سیستم Thermex® بین آخرین مقام و بستر خنک‌کننده نصب می‌شود.

کوئنچ کردن (Quenching) عبارت است از سرد کردن سریع فولاد از دمای سختکاری (آستنیته شدن) تا دمای محیط یا دمای خاص دیگری، کوئنچ کردن را می‌توان به روش‌های مختلفی انجام داد، مثلا فرو بردن فولاد گرم شده در روغن، آب، آب‌نمک (Brine) هوای آرام و حمام نمک (Salt bath) این بستگی به نوع فولاد دارد.
در فرآیند سختکاری فولاد، باید بلافاصله پس از تکمیل سیکل کوئنچ، عملیات تمپرینگ آغاز شود تا تنش‌هایی که در قطعه کار به وجود آمده و ممکن است باعث ایجاد ترک شوند، آزاد گردند.
تمپرینگ همچنین برای تنظیم سطح سختی مورد نیاز در فولاد لازم است.
در مورد فولادهای سخت شونده در هوا، تمپرینگ باعث می‌شود آستنیت باقی مانده در فولاد نیز به مارتنزیت تبدیل شود. برای حصول بهترین نتایج از تمپرینگ، نباید هیچ‌وقت زمان سیکل را کوتاه کنید.
عملیات آنیلینگ به‌منظور کاهش سختی، حذف تنش‌های داخلی و تصحیح میکروساختار انجام می‌شود. برای انجام عملیات آنیلینگ، ابتدا باید قطعات فولادی را ۳۰ تا ۵۰ درجه سانتیگراد بالای دمای AC3، گرم کرده و به مدت کافی در این دما نگهداری شوند. سپس، قطعات باید به آهستگی و با سرعتی در حدود ۰۲/۰ درجه سانتیگراد در ثانیه، سرد شوند.
معمولا عملیات سرد کردن قطعات یاد شده، در کوره صورت گرفته و بسیار زمان‌بر است. میلگرد زمانی که آخرین مقام (stand) را ترک می‌کند به سمت لوله‌های Thermex®  که به طور ویژه و برای این فرآیند اختصاص یافته‌اند هدایت می‌شوند که در آن دمای سطح در حدود ۹۵۰ تا ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد بوده و به واسطه خنک‌گردانی شدید و یکنواخت در یک دوره زمانی نسبتا کوتاه (تقریبا یک ثانیه) دمایش بشدت کاهش می‌یابد. این در حالی است که دمای مرکز میلگرد کماکان بدون تاثیر باقی مانده است.
سرد شدن شدید و از پیش تعیین شده محیط پیرامون میلگرد موجب تغییر ساختار خارجی آن به یک ساختار مارتنزیتی می‌شود و از این رو برای این که بتواند مورد استفاده قرار گیرد نیازمند عملیات آنیلینگ است. این آنیلینگ به واسطه حرارت موجود در هسته میلگرد حاصل می‌شود. اختلاف دمای بین هسته و جداره خارجی نهایتا در دمای حدود ۶۰۰ درجه سانتیگراد متعادل می‌شود و ساختار میلگرد حاصله در پیرامون جداره خارجی، تمپر مارتنزیتی و در هسته میلگرد پرلیتی فریتی دانه‌ریز می‌‌شود.
به‌طور کلی، هسته نرم میلگرد نهایی تقریبا ۶۵ تا ۷۵ درصد (با توجه به حداقل استحکام تسلیم مورد نیاز) از حجم آن را تشکیل می‌دهد و حجم باقیمانده نیز ساختار سخت دارد. از خصوصیات این محصول می‌توان به نقطه تسلیم بالا، سختی سطحی بالا، چقرمگی و چکش‌خواری بالا و جوش‌پذیری مناسب اشاره کرد.

زمانی که میلگرد در حال نورد با یک سرعت نرمال در سیستم  Thermex به دمای حدود ۹۵۰ تا یک‌هزار درجه سانتیگراد می‌رسد جداره خارجی آن بشدت در معرض خنک شدن قرار می‌گیرد، در حالی که هسته در یک مدت زمان بسیار کوتاه هنوز تحت تاثیر فرآیند کوئنچ قرار نگرفته است. بخش جداره خارجی میلگرد که استحاله مارتنزیت در آن رخ داده است، به محض این که میلگرد از سیستم Thermex  خارج می‌شود، بتدریج از سمت هسته گرم حرارت دریافت می‌کند.

در حقیقت واژه   THERMEX نیز از تبادل حرارت (Thermal Exchange) مشتق می‌شود و این تبادل گرما کلید فرآیند است. باید به این نکته توجه کرد که تعادل دما بدین صورت است که ما یک میلگرد با ساختار خارجی تمپر مارتنزیتی و هسته پرلیتی فریتی به ‌دست می‌آوریم.

سختی

انجام آزمایش سختی صورت پذیرفته روی میلگرد تحت فرآیند Thermex به خوبی نشان داد که میزان سختی از جداره به سمت مرکز کاهش یافته، به‌طوری که سختی در جداره به بیش از ۲۶۰ ویکرز می‌رسد اما در مرکز سختی کمتر از ۱۶۰ ویکرز است.

مقایسه کوره ها

مقایسه کوره ها

مقایسه بین کوره قوس الکتریکی و کوره ذوب القایی در تولید فولاد

کوره ذوب القاییIMF

با فرکانس بالا به طور گسترده ای برای تولید فولاد ابزار (فولاد ریخته گری) مورد استفاده قرار می گیرد . ذوب شامل قراضه انتخاب شده با کربن مشخص است . قراضه در محفظه ای استوانه ای از مواد نسوز (بوته) قرار می گیرد که توسط یک سیم پیچ القایی خنک شونده با آب احاطه شده است . جریان متناوب با فرکانس بالا از سیم پیچ عبور می کند و باعث ایجاد میدان مغناطیسی متناوب در داخل مذاب می شود که گرمای شدیدی تولید می کند و همچنین دارای اثر همزنی هم می باشد . نه تنها دستیابی به دمای بالا ممکن است ، بلکه کنترل دقیق دما هم امکان پذیر می باشد …

ظرفیت کوره القایی از کمتر از یک کیلوگرم تا بیست تن متغیر است و از آن برای ذوب کردن چدن و فولاد ،مس آلومینیوم و فلزات گرانبها استفاده می شود . یکی از اشکالات عمده استفاده از کوره القایی در یک کارخانه ریخته گری نبود قابلیت تصفیه آن است ؛ مواد شارژ باید عاری از محصولات اکسیداسیون بوده و ترکیب شناخته شده ای داشته باشند و برخی از عناصر آلیاژی به دلیل اکسیداسیون ممکن است از دست برود (و باید دوباره به مذاب اضافه شوند).

کوره قوس الکتریکی(EAF)

شامل یک حمام بزرگ و کم عمق با لایه نسوز اسیدی یا بازی و الکترودهای کربنی بر بالای بستر ذوب می باشد که می توانند بالا و پایین بروند . جریان الکتریکی از ترانسفورمرها به این الکترود ها وارد می شود . آهک برای حذف ناخالصی ها و تشکیل سرباره به ذوب اضافه می شود . فلزی که مذاب را تشکیل می دهد ، قراضه با ترکیب شناخته شده است . هنگامی که کوره با قراضه شارژ شد ، الکترودها پایین آورده می شوند و جریان الکتریکی برقرار می گردد.سپس الکترودها بالا می روند و قوس الکتریکی از الکترود به فلز برقرار و ذوب شدن آغاز می شود . دما در نزدیکی نوک الکترود به حدود c◦ ۴۱۰۰می رسد که قراضه را ذوب می کند . آهک ، فلوراسپار ، کربن و فروآلیاژها برای اکسیژن زدایی فلز نیز اضافه می شوند .

کوره EAF می تواند برای تولید فولاد های پرآلیاژ ، HSS،فولاد پراستحکام و غیره مورد استفاده قرار گیرد . این امر به دلیل کنترل بیشتری بر ناخالصی و در نتیجه بر فولادسازی امکان پذیر است . در حال حاضر از آن به طور فزاینده ای برای تولید فولاد معمولی استفاده می شود . اندازه EAF ها از محدوده ظرفیت کوچک حدود یک تن برای استفاده در کارخانه های ریخته گری جهت تولید محصولات چدنی ، تا حدود ۴۰۰ تن برای فولادسازی ها دربرمی گیرد (ظرفیت EAFهای مورد استفاده در آزمایشگاه های تحقیقاتی و در دندانپزشکی ممکن است تنها چند ده گرم باشد) . هدف این مقاله مقایسه بین تکنولوژی کوره قوس الکتریکی با تکنولوژی ذوب القایی است .

کوره ذوب القایی 

فرایند گرمایش القایی روشی است که در آن مواد هادی برق از طریق جریان گردابی القل شده توسط میدان الکترومغناطیسی متغیر گرم می شوند . اصل کوره گرم کردن القایی شبیه به ترانسفورمر است .

کوره های القایی دارای محدودیت خاص خود می باشند . فرایند القایی مورد استفاده در کارخانه ریخته گری فاقد قابلیت تصفیه مذاب می باشد .

فرکانس عملیات کوره القایی نیز متفاوت است . فرکانس معمولا به مواد مذاب شونده ، ظرفیت کوره و سرعت ذوب لازم بستگی دارد . کوره با فرکانس بالا معمولا شارژ را سریعتر ذوب می کند در حالی که کوره با فرکانس کم تلاطم بیشتری در فلز ایجاد می نماید و قدرتی را که می تواند به کوه اعمال شود کاهش می دهد . کوره القایی در هنگام کار کردن وزوز می کند ، که این صدا می تواند توسط اپراتور برای اطلاع از سطح قدرت کار کوره مورد استفاده قرار گیرد .

از جمله ویژگی های کوره القایی موارد زیر است :

بالاترین پایداری شیمیایی (مذاب)
نسوزندگی بالا
قابل دسترس دز اندازه های مختلف
انواع ظرفیت

کوره قوس الکتریکی 

کوره EAF رو ش ساده و مؤثری را برای ذوب گریدهای مختلف قراضه و سپس انجام عملیات تصفیه فلز تا مشخصات مورد نظر فراهم می کند . این کوره برای ساخت انواع فولاد از جمله فولاد های ابزار و فولاد های آلیاژی مفید است . همچنین امکان استفاده از قراضه ارزان را فراهم می کند . مزیت کلیدی ذوب کردن با EAF این است که امکان تصفیه مذاب و همچنین تولید فولاد های کم کربن وجود دارد . کوره EAF عمدتا برای ساخت فولاد مورد استفاده قرار می گیرد و شامل مواردی همچون بدنه نسوز چینی شده و الکترودها می باشد . الکترود ها مقطع گرد دارند و با کوپلینگ رزوه شده به هم متصل می گردند به طوری که با فرسایش یک قطعه الکترود می توان الکترود جدید را به آن اضافه نمود . قوس الکتریکی بین مواد شارژ و الکترود برقرار می شود . شارژ کوره هم توسط جریان الکتریکی عبوری از شارژ و هم توسط انرژی تابشی ساطح ساطح شده از قوس گرم می شود .الکترود ها توسط سیستم موقعیت یابی خودکار بالا و پایین می روند .برای موقعیت یابی ، از وینچ بالابر برقی یا سیلندرهای هیدرولیک استفاده می شود . سیستم تنظیم ، جریان برق ورودی تقریبا ثابت در طی ذوب کردن شارژ را حفظ می کند حتی اگر قراضه زیر الکترودها در هنگامی که ذوب می شود جابجا شود . از دکل بازوی نگهدارنده الکترودها برای انتقال جریان برق به الکترودها استفاده می شود .

ترانسفورمر برای محافظت از حرارت کوره در یک اتاق نصب می شود . بدنه نسوز چینی شده هم با سقف قابل جابجایی از سیستم برق جدا شده است .

پایین کوره ، با آجرهای نسوز و مواد نسوز بی شکل پوشیده شده است . کوره بر روی یک سکوی کج کردن ساخته شده است به طوری که فولاد مذاب را می توان به درون ظرف دیگری (پاتیل) برای انتقال به فرایند بعدی ریخت . برای جلوگیری از آلایندگی فولاد مذاب با نیتروژن و سرباره کوره های مدرن دارای مجرای تخلیه از کف در محل ناودانی تخلیه مذاب می باشند . در برخی از کارخانه های جدید ، از روش های مختلف پیش گرم قراضه به منظور کاهش مصرف برق و افزایش بهره وری استفاده می شود .

عملیات تولید باEAF

کوره با قراضه بارگیری می شود . پس از قرار دادن قراضه در داخل کوره دوباره سقف کوره بسته شده و عملیات ذوب کردن انجام می گیرد . الکترودها بر روی قراضه پایین آمده و قوس زده می شود و سپس الکترودها به لایه قراضه خرد شده در بالای کوره فشار وارد می کنند . ولتاژ انتخابی برای این سطح از عملیات معمولا کم است . ولتاژ پایین سقف و دیوارها را از گرمای بیش از حد و آسیب از قوس محافظت می کند .

پس از رسیدن به پایین کوره ، الکترود ها می توانند کمی بالا آورده شوند و موجب افزایش طول قوس و از این رو بالا بردن توان ذوب کردن گردند . این موضوع به تشکیل حتی سریعتر حوضچه مذاب کمک می کند . کوره های مدرن با برخی ویژگی های اضافی طراحی می شوند . در این کوره ها اکسیژن به داخل قراضه دمیده شده و گاهی اوقات گرمای شیمیایی توسط مشعل های اکسیژن – سوخت نصب شده روی دیوار کوره تامین می شود . هر دو فرایند به ذوب کردن قراضه سرعت می بخشند .

تشکیل سرباره که در سطح فولاد مذاب شناور می شود بخش مهمی از فرآیند ساخت فولاد است . سرباره نه تنها به عنوان پوشش عایق حرارتی عمل می کند ، بلکه فرسایش مواد نسوز را هم کاهش می دهد . مواد نسوز بازی در کوره باعث سرباره پفکی می شود و امکان دستیابی به بازده حرارتی بیشتر و پایداری بهتر قوس و بازدهی الکتریکی را فراهم می کند .

هنگامی که قراضه به طور کامل ذوب شد اغلب سبد دیگری از قراضه به کوره شارژ و ذوب کردن انجام می شود . پس از اینکه شارژ دوم به طور کامل ذوب شد ، عملیات تصفیه برای کنترل و تصحیح ترکیب شیمیایی فولاد انجام می گیرد و فوق گذار از دمای انجماد برای آماده سازی جهت تخلیه کوره به آن داده می شود . هنگامی که دما و ترکیب شیمیایی درست باشد ، با کج کردن ،کوره فولاد به پاتیل پیشگرم شده ای تخلیه می گردد .

کوره هایی با جریان متناوب سه الکترود گرافیتی متحرک دارند . گرم کردن و ذوب فلز توسط انرژی تابشی از برقراری قوس بین الکترودها و فلز انجام می شود و دما در منطقه قوس به c ◦۴۰۰۰ می رسد برقراری یکنواخت قوس با استفاده از حرکت الکترودهای حامل جریان در جهت عمود بر سطح مذاب تنظیم می شود . تنظیم انرژی تابشی توسط کوتاه و بلند کردن طول قوس با حرکت الکترود ها امکان پذیر است .

اصول کنترل

کنترل حرکت الکترود ، به نوبه خود براساس حفظ سطح ثابت امپدانس خارجی قوس الکتریکی می باشد . در طی دهه گذشته ، آنها تحت تغییر بنیادی ناشی از ظهور نسل جدید فنون کامپیوتری در صنعت از قبیل کنترل کننده ها و درایوهای الکتریکی کنترل شده دیجیتال قرار گرفته اند .ولتاژ ترانسفورمر کوره ممکن است در مراحلی از طریق دستگاه تغییر پله قدرت تغییر داده شود . اما به عنوان یک قاعده ، دستگاه تغییر پله قدرت ترانسفورمر در کوره های کوچک در طی فرآیند تکنولوژی مورد استفاده قرار نمی گیرند .

مشکل شکست الکترود در قوس زنی در درایوهای به روز شده الکتریکی به راحتی با تنظیم نقاط تنظیم محدود کننده جریان درحرکت الکترود کنترل شده توسط سیلندرهای هیدرولیکو علائم بار اضافی که به کنترل کننده اصلی برای اطمینان از پاسخ مناسب سیستم منتقل می شود ، حل شده است .

با کمک تجهیزات اتوماسیون مدرن امکان یکپارچه سازی سیستم کنترل در شبکه سطح بالا برای سازمان سیستم های ثبت انواع مختلف ، سیستم های کنترل و یا مدیریت مستندات فراهم می شود . استفاده از EAF ها امکان می دهد تا فولاد را از ۱۰۰% قراضه فلزی ، که معمولا به نام “شارژ آهنی سرد ” شناخته می شود و براین واقعیت تأکید می کند که قراضه خوراک عادی EAF است ، تولید کرد . مزیت اصلی آن کاهش زیاد در انرژی ویژه (انرژی بر واحد وزن) مورد نیاز برای تولید فولاد است .

کوره های EAF می توانند به سرعت شروع به کار کرده و یا متوقف شوند که به کارخانه فولاد امکان تغییر تولید مطابق با تقاضا را می دهد . گرچه EAF های تولید فولاد به طور کلی از آهن قراضه به عنوان ماده خام اولیه خود استفاده می کنند ، چنانچه چدن مذاب خام از کوره بلند و یا آهن اسفنجی از لحاظ اقتصادی در دسترس باشند نیز می توانند به عنوان خوراک EAF مورد استفاده قرار گیرند .

کاربردها

کاربرد کوره قوس الکتریکی شامل موارد زیر است :

تولید بسیاری از گریدهای فولاد .
میلگرد آجدار تقویت کننده بتن ، انواع مقاطع فولاد تجاری از قبیل ناودانی ، میله و تسمه .
گریدهای میله با کیفیت مخصوص مورد استفاده در صنعت خودرو و نفت .
منبع متداول تامین مذاب فولاد برای مینی میل های تولید کننده میله یا نوار ورق .

مقایسه

هنگامی که یک کارخانه ریخته گری / کارخانه ذوب قصد انتخاب از میان یک کوره قوس الکتریکی مدرن و یا کوره ذوب القایی فرکانس متوسط بدون هسته برای عملیات خود را دارد، بحث بر عوامل کلیدی همانند هزینه های انرژی ، مقررات زیست محیطی ، مواد شارژ ، نیروی کار و سطح تولید متمرکز می شود . برای انجام تجزیه و تحلیل مناسب از اینکه بهترین سیستم عملیاتی کدام است ، همه عوامل باید برحسب دلار برتن فولاد مذاب اندازه گیری شده و سپس برای تعیین راهکار ذوب مقرون به صرفه با هم جمع شوند .

این تجزیه و تحلیل عوامل زیر را برای هر دو سیستم مذاب مورد بررسی قرار داده و هزینه بر حسب دلار بر تن فولاد را به آنها تخصص می دهد :

هزینه مواد شارژ / عملیات
هزینه های بهره برداری
هزینه نیروی کار
هزینه های زیست محیطی
تجزیه و تحلیل سرمایه گذاری و نقطه سر به سر .

سپس این عوامل را می توان برای تعیین سیستم ذوبی که برای وضعیت تولید خاص گزینه مقرون به صرفه تر است با هم جمع کرد .

مواد شارژ

تفاوت عمده بین فرآیندهای ذوب مورد مقایسه توانایی آنها در استفاده از مواد شارژ با کیفیت های متفاوت است واکنش های اکسیداسیون و احیا در داخل و بالای منطقه مذاب در طی فولادسازی با قوس الکتریکی رخ می دهند که امکان استفاده از مواد قراضه بسیار اکسید شده و با کیفیت پایین را می دهند . کوره های ذوب القایی به مواد شارژ با کیفیت پایین و آلاینده ها حساس تر هستند که به هزینه های اضافی برای قراضه منجر می شودو اتمسفر احیائی در آنها وجود ندارند وبنابراین اکسید آهن احیا نخواهد شد . این موضوع سبب افزایش تلفات آهن از طریق سرباره می شود . یکی دیگر از تفاوت ها در مواد شارژ بین فرآیندهای ذوب هزینه آلیاژها و مواد افزودنی غیرفلزی است . عملیات کوره القایی از کاربید سیلسیم پرعیار برای تنظیم ترکیب شیمیایی و علاوه بر این از کربن خالص به صورت گرافیت برای کربن دهی استفاده می شود . این افزودنی ها هزینه هایی هستند که برای EAF مورد نیاز نمی باشند .

برق

از آنجا که ورود انرژی الکتریکی بالاتر همراه با جریان بالاتر الکترود است ، بازدهی الکتریکی بالاتر با راکتورها و به واسطه ورود انرژی شیمیایی اضافی (نزدیک به ۳۵% از کل انرژی) توسط مشعل های اکسیژن – سوخت و تزریق کربن ،عملیات EAF نیاز به مصرف انرژی مخصوص کمتر در حدود kwh/ton 420 -380 دارد در حالی که کوره IMF نیاز به مصرف kwh/ton 720 -680 نیاز دارد .

بهره وری 

با توجه به ورود انرژی شیمیایی با اکسیژن مافوق صوت و تزریق کربن ، زمان روشن بودن EAF ،کمتر است به طور کلی ، زمان ذوب تا ذوب EAF حدود ۶۰-۵۰ دقیقه است در حالی که یک ذوب در کوره IMFحدود ۱۵۰-۱۲۰دقیقه طول می کشد . سودآوری هر واحد صنعتی به طور مستقیم با سرعت تولید کم و زیاد می شود.

نیروی انسانی

عملیات EAF با مدرن ترین تجهیزات به نیروی کار زیر نیاز دارد :

چهار نفر در هر نوبت کاری

نیروی کار مورد نیاز یک سیستم کوره ذوب القائی فرکانس متوسط عبارتند از :

دو اپراتور کوره ، دو اپراتور شارژ کننده و جرثقیل ، یک ناظر . در مجموع پنج نفر در هر نوبت برای ذوب کردن در کل عملیات مورد نیاز است .

مواد نسوز

کوره EAF برای دو هفته عملیات تولید مذاب طراحی می شود . پس از دو هفته ، تغییرات پیش بینی شده عبارت خواهند بود از : تعمیرات سینه کوره و مجرای تخلیه ، ناودانی ، قسمت پایئین کوره (ول) و منطقه ذوب علاوه بر این ، تعویض و تعمیرات عمده برای ناودانی ، قسمت پائین کوره (ول) ، منطقخ ذوب و پوشش آجری بالای منطقه مذاب باید در نظر گرفته شود . برای سه کوره القائی فرکانس متوسط نیز مواد نسوز و نیروی کار باید در نظر گرفته شود که شامل نسوزکاری مجدد ، تعمیر کلی / جزئی کوره و تعمیر ناودانی است . بزرگترین تفاوت بین دو نوع کوره در ارتباط با مواد نسوز به طور کلی و تعمیرات جزئی به دلیل افزایش مقدار مواد و ساعت کار نیروی انسانی برای سیستم سه کوره ای است . سیستم فرکانس متوسط دارای این مزیت است که از کوره نگهدارنده استفاده نمی کند ، لذا موجب صرفه جویی در هزینه های مواد نسوز می شود .

دفع گرد و غبار

باطله های انباشته شده از هر سیستم را سرباره و گرد و غبار تشکیل می دهند . تفاوت در مقدار مواد باطله آنهاست . کوره EAF به میزان حدود ۸ % از تولید خود سرباره و به میزان ۳۰-۲۰ پوند به ازای هر تن آهن مذاب ، گرد و غبار ایجاد می کند . سربارهEAF برای استفاده مجدد سودمند بوده و ارزش تجاری دارد .

مقدار باطله های کوره القایی فرکانس متوسط کمتر می باشد ، وزن سرباره ۱% از وزن مذاب است . این عملیات ، سرباره برای استفاده مجدد تجاری تولید نمی کند . علاوه بر این در ذوب با کوره القایی فرکانس متوسط ، گرد و غبار جمع آوری شده (۱ پوند بر تن مذاب تولیدی) در فیلتر کیسه ای نیاز به فرآوری برای فلزات سنگین قابل لیچینک دارد . اما علاوه بر مکش غیر مستقیم از هود بالایی (کانوپی هود) در مورد IMF ، مکش مستقیم گرد و غبار از سقف به اتمسفر برای عملیات EAF است که به دلیل شانس خارج کردن گازهای خروجی از کوره به طور مستقیم می باشد .

تعمیر و نگهداری 

هزینه های تعمیر و نگهداری برای هر دو عملیات با فرض هزینه تجهیزات ، قطعات یدکی ، تعمیر و نگهداری در داخل کارخانه و پیمانکاران بیرونی و براساس گزارش کارخانه های ریخته گری محاسبه شده اند . هزینه های عملیات EAF به میزان ۴۰/۶ دلار بر تن آهن مذاب و برای عملیات کوره القایی فرکانس متوسط به میزان ۴۰/۴ دلار بر تن آهن مذاب برآورده شده است .

ساختمان ها و سایر

این مورد شامل هزینه های ساختمان های عملیاتی از جمله تاسیسات برق و گاز طبیعی ، عملیات اداری ، حمل و نقل ایمنی می باشد و طبق گزارش کارخانه های ریخته گری ، این پارامتر برای دو نوع عملیات یکسان است.

سرمایه گذاری

در این تجزیه و تحلیل ، سرمایه گذاری برای این دو سیستم بر اساس پروژه های گذشته می باشد . طبق این تجربه ، سیستم های ذوب فرکانس متوسط در مقایسه باسیستم های EAF به میزان ۲۵% هزینه کمتری دارند .

عوامل عمده هزینه برای سیستم ذوب قوس الکتریکی عبارتند از : کوره سیستم شارژ ، ساختمان ها شامل منبع تغزیه و کنترل های زیست محیطی .

انتخاب کدام یک ؟ 

مهم این است که در زمان انتخاب یک سیستم ، باید تمام داده ها و عوامل مناسب برای اطمینان از کارآمدترین عملیات مذاب در نظر گرفته شود . دمای قوس بسیار بالاتر از حداکثر دمای ایجاد شده توسط القا است .تفاوت بزرگ در هزینه های انرژی خواهد بود . قوس از نظر الکتریکی کارآمدتر است . اکثر کوره های ذوب القایی بدون هسته برای ذوب فلزات غیر آهنی هستند و بسیار کوچکتر از یک کوره قوس کوچک می باشند .

عملیات با کوره EAF نیاز به ذوب کننده و اپراتورهای با تجربه یعنی کسانی که کمیابند دارد . هزینه الکترودهای گرافیتی و مواد نسوز هزینه های عملیاتی آنها را افزایش می دهد . در مقایسه با هزینه انرژی برای ذوب با کوره های القایی ممکن است هزینه EAF کم باشد اما هزینه ترانسفورمر الکتریکی ، جعبه سوئیچ ۳ و کابل ها گران قیمت خواهند بود . علاوه بر این تجهیزات اضافی کنترل آلودگی باید برای تامین قوانین محلی شرکت نصب شود .

به طور معمول در جایی که تقاضای فلز مذاب بیش از ۲۵ تن به طور مداوم می باشد ،  EAFنصب می شود . اشکال عمده در ذوب القایی یکی استفاده قراضه تمیز و تفکیک شده است که گران قیمت می باشد و دیگری عدم وجود هر گونه عملیات تصفیه است . نصب و راه اندازی تجهیزات در القا سریع است و یک اپراتور با مهارت کم می تواند با کوره کار کند . گریدهای خیلی کم کربن (۰۰۰،۰۳%) را می توان در کوره القایی تولید کرد . همچنین تغییر گریدهای فولاد را براساس یک ذوب تا ذوب دیگر می توان انجام داد .ثابت شده که برای نیاز به چدن مذاب به میزان کمتر از ۵ تن بر ساعت کوره القایی فرکانس متوسط بدون هسته بهترین انتخاب از نقطه نظر عملیاتی و اقتصادی است .

تولید و جمع آوری گرد و غبار همچنان به عنوان دو مشکل جدی کوره های القایی است و هیچ راه حل رضایت بخشی قریب الوقوع به نظر نمی رسد .

اگر عملیات نسوز کاری و پاتیل خوب باشد ، فلز کوره قوس نیز باید کیفیت بهتری داشته باشد . گرید های فولاد مستعد به عیوب ناشی از نیتروژن یا هیدروژن ممکن است در زمانی که در کوره های القایی ذوب می شوند مشکل داشته باشند .

هر دو نوع عملیات کوره ذوب از استفاده از عملیات تصفیه (متالوژی ثانویه) ، به ویژه به نیازمندی به ” فولاد” بهره مند می شوند . هر عملیات ذوب مجموعه ای از الزامات منحصر به فر خود را ارائه می دهد ، و عملیات مطلوب باید براساس مورد به مورد توسعه داده شود و قواعد تخمینی ناکافی هستند .

با توجه به ماهیت فرآیند ذوب کوره القایی ، مرحله تصفیه قابل انجام نیست . در نتیجه کاهش فسفر و حذف سرباره را نمی توان با موفقیت انجام داد . برای به دست آوردن کیفیت مناسب ، قراضه عاری از عناصر مضر و خاک باید مورد استفاده قرار گیرد .این نوع قراضه گرانتر و کمیاب تر از قراضه عادی است . با توجه به شکل کوره القایی ، اندازه قراضه بسیار محدود است . آماده سازی مخلوط قراضه نیز هزینه اضافی به بار می آورد .

مصرف برق برای EAF کمتر است . حتی مقادیر کمتر از kwh/ton 400 هم قابل تضمین می باشند .

زمان تحویل تجهیزات مکانیکی کوره قوس الکتریکی حدود ۴ ماه است . اما برای تجهیزات الکتریکی مانند ترانسفورمر پله ای ، ترانسفورمرکوره و غیره این زمان ۸ تا ۱۰ ماه است که همان زمان کوره القایی می باشد .

بهره دهی قراضه در EAF به میزان ۹۰% است ، اما همان طور که قبلا ذکر شده ،  EAF فرصت استفاده از قراضه ارزان تر را نسبت به کوره القایی دارد .

تولید فولاد با استفاده از کوره قوس الکتریکی به میزان قابل توجهی در سال های اخیر افزایش یافته و اکنون حدود یک سوم از کل تولید فولاد جهان را به خود اختصاص داده است .

مزایای استفاده از آهن اسفنجی

مزایای استفاده از آهن اسفنجی

استفاده از آهن اسفنجی در کوره های القایی

کمبود روز افزون ضایعات فلزی، مشکلات متعددی را برای واحدهای کوچک و بزرگ فولادی منجر شده است که با جایگزینی درصدی از شارژ فلزی کوره با آهن اسفنجی با بریکت، میتوان به حل این معضل پرداخت.

کاربرد و مزایای استفاده از آهن اسفنجی در کوره القایی به شرح ذیل میباشد :

تولید فولاد با کیفیت بهتر

با جایگزینی آهن اسفنجی بجای قراضه، میزان مس، کروم، تنگستن، سرب، قلع و روی و سایر عناصر مزاحم و مضر در فولاد مذاب کاهش یافته و کیفیت و خواص مکانیکی محصولات تولیدی افزایش می یابد.

کاهش قیمت تمام شده فولاد

طبق ارزیابی های انجام شده، قیمت تمام شده فولاد خام، در کوره های القایی با شارژ ترکیبی قراضه و آهن اسفنجی، بین ۵ تا ۱۰ درصد، کمتر از قیمت تمام شده فولاد با شارژ ۱۰۰ درصد قراضه می باشد که بسته به شرایط کارفرما و در اختیار گذاشتن امکانات و نجهیزات، متغیر می باشد.

کاهش مدت زمان بین دو تخلیه

سهولت و سرعت انبارسازی، انتقال و شارژ آهن اسفنجی و عدم نیاز به تجهیزات و ماشین آلات سنگین در مقایسه با قراضه، علاوه بر کاهش قیمت تمام شده، موجب کاهش زمان بین دو تخلیه می شود.
ماهیت ناهمگون قراضه و عدم امکان شارژ مداوم آن موجب نوسان توان مصرفی در کوره گشته که علاوه بر افزایش زمان بین دو تخلیه، آسیب پذیری کوره را افزایش میدهد.

افزایش عمر نسوز کوره در صورت استفاده صحیح

ماهیت ناهمگون قراضه و سقوط یکباره آن به داخل کوره، منجر به آسیب دیدگی نسوز کف کوره و سایش جداره کوره می گردد، در نتیجه عمر نسوز کوره، کاهش می یابد. با توجه به تمهیداتی که در نحوه شارژ آهن اسفنجی در نظر گرفته شده و ماهیت یکنواخت آن نه تنها عمر نسوز کوره را کاهش نمیدهد، بلکه افزایش نیز می یابد.

امکان تعدیل عناصر مزاحم و خنک کردن مذاب

گوگرد و فسفر کمتر در آهن اسفنجی نسبت به آهن قراضه، امکان کاهش و تعدیل درصد آن ها را در حد قابل ملاحظه ای فراهم می سازد.

مزایای مصرف آهن اسفنجی نسبت به آهن قراضه در کوره های برقی

‏با توجه به افزایش روز افزون مصرف فولاد در دنیا، تامین بار آهنی و مواد اولیه همواره مورد نیاز فولاد سازیهای جهان می باشد که در این راستا، تولید و مصرف آهن اسفنجی سهم قابلی توجهی را به خود تخصیص داده است.

‏برخی از مزایای تردید ناپذیر مصرف آهن اسفنجی در مقایسه با آهن قراضه

‏تحقق آنالیز شیمیایی استاندارد محصولات فولادی در صورت استفاده از آهن اسفنجی در کوره های برقی

‏الف- استمرار یکنواختی آنالیز در محصول
‏ب- گوگرد و فسفر کمتر در آهن اسفنجی نسبت به آهن قراضه

همچنین با مصرف و شارژ توام آهن اسفنجی و قراضه در کوره های قوس الکتریکی و القایی از میزان ناخالصی ها و عناصر گو گرد و فسفر در حد قابل ملاحظه ای کاسته می شود. با دقیق کردن ترکیب شارژ آهن اسفنجی و قراضه نیاز به عملیات تصفیه مذاب کمتر شده و در نتیجه عملیات متالوژیکی در داخل کوره آسانتر انجام شده و بهره وری کوره بالا می رود.

ج- با جایگزینی آهن اسفنجی به جای قراضه

میزان مس، کروم، تنگستن، سرب، قلع و روی و سایر عناصر مزاحم و مضر در چدن و فولاد مذاب کاهش یافته و کیفیت و خواص مکانیکی محصولات ریخته گری و فولادی افزایش می یابد.

د-کاهش میزان نیتروژن

در مذاب فولاد باعث می شود تا تختال و شمش های با کیفیت بمراتب بهتر جهت تولید ورق های گرم ، وایر و انواع محصولات دیگر تولید گردد.
مس نیتروژن
شارژ قراضه ۰.۲ درصد ۸۰ppm
شارژ آهن اسفنجی ۰.۰۵ درصد ۲۲ppm

انبارسازی، انتقال، شارژ، عملیات تولید ذوب در صورت استفاده از آهن اسفنجی

‏الف- سهولت انبار سازی، انتقال و شارژ آهن اسفنجی در کوره برقی و عدم نیاز به تجهیزات و ماشین آلات سنگین نظیر جرثقیل و لودر برای متریال هندلینگ‏
ب- امکان شارژ مداوم آهن اسفنجی گرم در کوره های برقی و به تبع آن کاهش مصرف انرژی و زمان ذوب،‏تغذیه مستمر آهن اسفنجی به کوره های برقی فولاد سازی در مقایسه با شارژ صد در صد قراضه در همان شرایط امکان افزایش قدرت الکتریکی ورودی به کوره را بالاتر برده و نتیجتا زمان ذوب کاهش یافته و راندمان تولید فولاد را افزایش می دهد. به دلیل ماهیت ناهمگون قراضه و تغییر پیوسته طول قوس بین الکترود و قراضه شارژ شده به کوره، نوسانات شدید و هارمونیکهای مزاحم و فیلکرهای زائد کار کرد کوره های برقی و پایداری شبکه انتقال قدرت را مختل می نماید.
‏شارژ مستمر آهن اسفنجی موجب می شود تا برق مصرفی حدود ۱۵ کیلو وات در ساعت به ازاء هر تن مصرف آهن اسفنجی ‏و با استفاده از ترانسفورماتورهایUHP ‏ کاسته شود.
ج- مصرف مستمر آهن اسفنجی باعث می شود تا کوره های برقی عملیات سرباره گیری به آسانی صورت گیرد.
د- عدم نوسان برق مصرفی در کوره های برقی

بهبود مصارف، زمان ها، میزان خطرات و میزان آلودگی های ایجاد شده با توجه به مصرف آهن اسفنجی

  1. تأمین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز در کوره های برقی به وسیله کربن موجود در آهن اسفنجی ‏یکی دیگر از مواردی که باعث کاهش انرژی مصرفی به ازای هر تن تولید می شود، کربن موجود در آهن اسفنجی است. با شارژ آهن اسفنجی و با کربن مناسب (معمولأ بیشتر از۱/۵ درصد) ‏انرژی مصرفی حدود ۵ کیلو وات ساعت کاهش می یابد.
  2.  کاهش میزان شکست الکترود و سایش دیواره آن در کوره های قوس الکتریکی (EAF)

Kwh/ton درصد آهن اسفنجی
۴۲۱ ۱۰۰درصد آهن قراضه
۳۷۵ ۲۵درصد آهن اسفنجی
۳۷۷ ۳۰درصد آهن اسفنجی
۳۸۰ ۳۵درصد آهن اسفنجی
۳۹۳ ۴۰درصد آهن اسفنجی
۳۹۹ ۴۵درصد آهن اسفنجی
۴۰۸ ۵۰درصد آهن اسفنجی

استفاده از آهن اسفنجی در مقایسه با قراضه به دلایل مشروحه ذیل موجب کاهش مصرف الکترود می شود:
سقوط قراضه منجر به افزایش شکستگی الکترود می شود که در زمان استفاده از آهن اسفنجی این اتفاق رخ نخواهد داد.‏
با استفاده از آهن اسفنجی به دلیل میزان بالای منوکسید کربن (CO) در کوره باعث کاهش اکسیداسیون الکترود می گردد.

  1. کاهش آسیب دیدگی نسوز کف وجداره کوره و همچنین پانلهای آبگرد دیواره و سقف در کوره های قوس الکتریکی و القایی.
  2. کاهش خطرات آلود گی های اطراف کوره های ذوب (ناشی از انفجار قراضه های مرطوب و آلوده به روغن و مخازن و محفظه های بسته و یا گالوانیزه که احتمال خطرات ناشی ازبخارات روی، سرب، قلع و سایر فلزات وجود دارد)
  3. مصرف پایین اکسیژن
  4. با مصرف آهن اسفنجی و با توجه به ورود اکسیژن از اکسیدهای احیا نشده آهن به کوره، میزان اکسیژن تزریقی به کوره کاهش می یابد.اکسید آهن احیا نشده در آهن اسفنجی به حدی کافی است که می تواند نیازهای سرباره به اکسیدهای آهن را تامین نماید.
  5. نظر به اینکه قراضه دانسیته ظاهری کمتری نسبت به آهن اسفنجی دارد لذا مصرف آهن اسفنجی باعث کاهش تعداد سبدهای آهن قراضه شارژ شده به کوره شده و باعث کاهش زمان ذوب و افزایش راندمان کوره های برقی خواهد شد.
سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژها

با گذشت زمان و پیشرفت صنایع مختلف نیاز طراحان به مواد مستحکم­ تر و مقاوم ­تر در برابر خوردگی افزایش یافته است. فولادهای زنگ ­نزن توسعه داده شده و به کار رفته در دهه­ های دوم و سوم قرن ۲۰ میلادی، نقطه شروعی برای برآورده شدن خواسته ­های مهندسی در دماهای بالا بودند. هنگامی­ که نیازهایی از قبیل استحکام کافی در برابر بارگذاری، خزش و خستگی مورد نظر باشد، سوپرآلیاژها (پایه نیکل) به عنوان مواد قابل استفاده دردماهای بالا (بالاتر از ۸۰۰ سانتیگراد) کاملاً شناخته شده هستند. در سال ۱۹۲۰ میلادی افزودن آلومینیوم و تیتانیوم به آلیاژهای از نوع نیکروم (nichrom type)  به عنوان اختراع به ثبت رسید، ولی صنعت سوپرآلیاژها با پذیرش آلیاژ کبالت (وایتالیم) برای برآورده کردن نیاز به استحکام در دمای بالا در موتورهای هواپیما پدیدار شد.

به طور کلی سوپرآلیاژها، در سه گروه:

پایه نیکل، پایه آهن _ نیکل و پایه کبالت که هرکدام از نظر ماکروسکوپی به دو نوع ریخته و کارشده (شامل آلیاژهای متالورژی پودر) تقسیم بندی می ­شوند و عموماً در دماهای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می­ گیرند. سوپرآلیاژهای پایه آهن _ نیکل معمولاً به صورت کارشده موجود می­ باشند، در حالی­که دو گروه دیگر بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می ­توانند به صورت ریخته­ گری شده و یا کارشده در دسترس قرار بگیرند.

اگر بخواهیم نگاهی بر روند پیشرفت سوپرآلیاژها و نقش افراد و شرکت­های تاثیرگذار بر این آلیاژها را داشته باشیم، با توجه به اطلاعات در دسترس مشخص است که در ابتدا پیشرفت سوپرآلیاژها از آمریکا شروع شده و با فعالیت­های برجسته ­ای در انگلستان و آلمان در سال­های اخیر ادامه یافته است. اخیراً ژاپن و فرانسه نیز در این پیشرفت­ها تاثیرگذار بوده ­اند.

مقاومت به خوردگی سوپرآلیاژها به عناصر آلیاژی افزوده شده به ویژه آلومینیوم، کروم و شرایط محیطی بستگی دارد. فولادهای معمولی و آلیاژهای تیتانیوم در دمای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتیگراد دارای استحکام کافی نیستند و امکان خسارت دیدن آلیاژها در اثر خوردگی وجود دارد در حالی­که سوپرآلیاژها برای کار در دماهای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتیگرادو کمتر از نقطه ذوبشان (بیش­تر از ۱۲۰۴ درجه سانتیگراد) مناسب هستند. حد بالایی محدوده دمایی استفاده از آلیاژ تحت تاثیر نوع پایه آلیاژ (پایه نیکل و یا پایه آهن _ نیکل) مقدار و نوع رسوب و شکل آلیاژ (ریخته یا کارشده) است. برای مثال اکثر سوپرآلیاژهای پایه نیکل و پایه آهن _ نیکل کارشده فقط در دماهای ۷۰۴-۶۴۹ درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می ­گیرند. برخی از کاربردهای سوپرآلیاژها در جدول ۱ ارائه شده است، لازم به ذکر است که همه­ کاربردها به استحکام در دمای بالا نیاز ندارند.

کاربردصنعت استفاده کننده
دیسک ها، پیچ ها، محفظه احتراق، شافت هاقطعات توربین های گاز هواپیما و صنعتی
پیچ ها، تیغه ها، لوله های خروج گازقطعات نیروگاه های توربین بخار
پیچ ها، سوپاپ ها، مخازن واکنش، لوله ها، پمپ هاصنایع شیمیایی و پتروشیمی
دندان پزشکی، ابزار جراحیقطعات پزشکی

سوپرآلیاژها در دو گروه ریخته و کارشده تقسیم بندی می­ شوند، آلیاژهای کارشده معمولاً از شمش­ های ریخته بدست می ­آیند اما چندین ­بار تغییرشکل و عملیات پیش­گرم روی آن­ها انجام می­ شود، تا به حالت نهایی خود برسد. آلیاژهای کارشده به مراتب همگن­تر و انعطاف ­پذیرتر از آلیاژهای ریخته که معمولاً دارای جدایش ناشی از فرآیند انجماد هستند، می ­باشند. لازم به ذکر است که هر آلیاژی را نمی ­توان به شکل کارشده در آورد و بعضی از قطعات فقط به صورت ریخته تولید می ­شوند. سوپرآلیاژهای ریخته در ناحیه دما بالای توربین­های گازی، به­ ویژه در قطعاتی نظیر پره­ های هوا یافت می ­شوند. اکثر آلیاژهای ریخته از نوع چند بلوری با دانه­ های هم محور و بعضی دیگر از نوع انجماد جهت­ دار هستند. کاربرد آلیاژهای کارشده در محدوده دمایی متوسط (۵۴۰ تا ۷۶۰ درجه سانتیگراد) و کاربرد آلیاژهای ریخته در دمای بالا (از ۸۱۶ درجه سانتیگراد تا دمای ذوب فلز) می ­باشد.

استحکام ­دهی سوپرآلیاژها توسط سخت­کاری محلولی (تداخل اتم­های جانشینی همراه با تغییر شکل)، کارسختی (انرژی نهان ناشی از تغییر شکل) و رسوب سختی (تداخل رسوب­ها همراه با تغییر شکل) افزایش می ­یابد. همچنین ایجاد کاربیدها (توزیع مناسب از تداخل فازهای ثانویه به همراه تغییر شکل) به­ ویژه در سوپرآلیاژهای پایه کبالت افزایش استحکام را در پی دارد.

گزارش آماری آهن

گزارش آماری آهن

گزارش آماری آهن 

آهن چهارمین عنصر فراوان در زمین بوده و اکسید آن حدود ۵ درصد از پوسته زمین را شامل  می شود. کانیهای معدنی رایج سنگ آهن عبارت از هماتیت ( Fe2O3 ) و مگنتیت ( Fe3O4) می باشد. کانسارهای آهن در سنگهای ماگمایی و رسوبی یافت میشوند و كانسارهاي آهن رسوبي ۹۰ درصد ذخيره آهن دنيا راشامل مي شوند. سن این نوع کانسارها اغلب پركامبرين است.

آهن از جمله با ارزش ترین مواد معدنی فلزی است که به عنوان ماده اولیه در صنایع مختلف کاربرد داشته و نقش بسیارمهمی در توسعه صنعتی کشورها ایفا می کند. همچنین سنگ آهن ماده اولیه تولید فولاد است که کاربرد بسیار گسترده ای در توسعه زیرساخت ها، راه سازی، حمل و نقل، ماشین آلات و … به خصوص در کشورهای در حال توسعه دارد. بر اساس آمار موجود، در حدود ۷۰ درصد از ذخایر سنگ آهن جهان در چهار کشور استرالیا، برزیل، روسیه و چین شناسایی شده است. چين یکي ازبزرگترين مصرف كنندگان سنگ آهن دنيا بوده و جزء بزرگترين توليد كنندگان فولاد در جهان نیز مي باشد.

پایگاه ملی داده های علوم زمین سعی نموده با انتشار مستمر گزارشات آماری در حوزه معدن در دوره های زمانی مشخص، ضمن کمک به فراهم نمودن شفافیت در فضای کلان اقتصادی کشور، دسترسی فعالان این حوزه را به اینگونه اطلاعات تسهیل نماید.

گزارش پیش رو به بررسی آماری وضعیت آهن در ایران در توالی زنجیره تأمین این ماده معدنی با سرفصلهای زیر پرداخته است.

  • فرآیند تولید آهن
  • ذخایر
  • تولیدات آهن خام (سنگ آهن)
  • معادن آهن
  • تولید محصولات آهن
  • تجارت آهن
  • صادرات
  • واردات
  • قیمت
  • مصرف
  • شرکت های فعال
  • اقتصاد آهن در ایران
  • ارزش تولیدات
  • هزینه های تمام شده
  • ارزش افزوده
  • اشتغال معادن
  • بهره وری

گزارش را از این قسمت مشاهده  بفرمائید :