برچسب: کاربرد

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.