صنعت فولاد در کشور آلمان – روند هایی در فناوری فولاد تمیز و مهندسی دیر گداز

صنعت فولاد در کشور آلمان

توسعه پایدار فناوری فولادسازی، محرک اصلی برای توسعه دیرگدازهای جدید و پیشرفته است. در این مقاله بطور خلاصه در مورد روندهای فولادسازی ثانویه بحث شده. و اینکه چگونه دیرگدازهای پیشرفته راه حل های نوآورانه ای را برای شرایط چالش برانگیز. در فرآیندهای فولادسازی فراهم می کنند. مثال هایی نیز پیرامون نقش دیرگدازها در کیفیت فولاد و کاهش هزینه اقتصادی فرآیند ارائه گردیده است.

صنعت فولاد به دلیل اینکه 6 تا 70 درصد از سهم بازار فرآورده های دیر گداز. را به خود اختصاص داده است. محرک اصلی پیشرفت های جدید در صنعت دیرگداز محسوب می شود. برای برآورده ساختن نیازهای جدید و فرآیند فولادسازی، نیاز به توسعه پایدار مهندسی دیرگدازها وجود دارد. در بخش اول مقاله در مورد روندهای فناوری فولادسازی توضیح داده شده. و در بخش دوم مقاله مثال هایی پیرامون راه حل های ارائه شده. توسط دیرگدازهای پیشرفته برای فولادسازی مقرون به صرفه و کیفیت بالا ارائه گردیده است.

روندهایی در متالورژی ثانویه

روندهای فناوری فولادسازی به تفصیل توسط Fahndrich و همکارانش و Bruckhausen و Fahndrich مورد بحث قرار گرفته است. با توجه به اهداف این مقاله، به روندهای مذکور به طور خلاصه اشاره شده است. توسعه پایداری از انواع گریدهای فولادی جدید با خواص مربوطه برای کاربردهای متفاوت وجود دارد. به گونه ای که بیش از 2000 گرید فولادی مختلف در بازار آماده عرضه می باشد.

این فولادها، گریدهایی با خلوص بالا با مقدار اندکی از ناخالصی های نامطلوب و عناصر آلیاژی هستند. شکل 1 حد قابل دستیابی از میزان ناخالصی ها را در فولادها و در 50 سال گذشته نشان داده. و در جدول 1 عناصر آلیاژ ساز مهم در فرآیندهای فولادسازی. و درصدهای احتمالی بیشینه و کمینه برای فرآورده های مختلف ارائه گردیده است. بهبود مداوم کیفیت فولاد با عملیات در حوزه پاتیل ها حاصل شده است. تأثیر مهم این عملیات در پاتیل فولادسازی که متالوژی ثانویه نام دارد از سال 1980 به بعد آشکار شد.

شکل 2 - صنعت فولاد در کشور آلمان-فولاد تمیز

آنالیز گریدهای مختلف فولادی برای کاربرد در خودروسازی در شکل 2، نشان از افزایش تقاضا. برای فولادهای با ناخالصی کم و کیفیت بالا دارد.

تداوم فرآوری فولاد مذاب در متالوژی ثانویه، به پیشرفت آسترهای دیرگداز نیازمند است. و می توان آن را از مهمترین عوامل محرک برای اختراعات حوزه دیرگداز در نظر گرفت. متالوژی ثانویه گستره وسیعی از فرآیندها شامل اکسیژن زدایی، گاز زدایی، گوگرد زدایی. کربن زدایی، جهت کاهش درصد کربن، آلیاژ سازی در محدوده خواص معین. افزایش تمیزی فولاد با جداسازی یا اصلاح آخال های غیر فلزی. و آخرین میزان. – و نه حداقل میزان- به دست آمده. از همگنی ترکیب و دما را پوشش می دهد. از این رو Lachmund از پاتیل فولادسازی با عناون “رآکتور متالوژیکی” یاد کرده است. (شکل 3).

شکل 3- صنعت فولاد در کشور آلمان - فناوری فولاد تمیز

فولاد بطور پیوسته در طی زمان های عملیاتی در پاتیل فولادسازی سرد می شود (شکل 4). بنابراین حتی دماهای ذوب ریزی بالاتر کنورتو فولادسازی (BOF)  یا کوره قوس الکتریکی (EAF).  یا بازگرمایش فولاد در کوره پاتیلی یا با روش های ترموشیمیایی مثل CAS-OB. نیازمند جبران این افت دمایی و تضمین دمای واقعی برای ریخته گری فولاد است. طبق گزارش منابع مختلف، هزینه جبران افت دما به ویژه افزایش دمای یک درجه کلوین مذاب فولاد. بین 3 و 5 یا حتی تا 10 یورو در هر تن تولید فولاد است.

صنعت فولاد در کشور آلمان

پاتیل_فولادسازی_-_رأکتور_متالوژیکی-شکل_4
سیر تکامل زمان ماندگاری فولاد مذاب در پاتیل از زمان ذوب ریزی تا شروع ریخته گری

شمار زیادی از انواع فولادهای مختلف (بیش از 2000 نوع). و همچنین شرایط کاری مختلفی در هر کارخانه فولاد وجود دارد. که هیچ کدام دقیقاً مانند دیگری نیست. لذا به منظور بدست آمدن فرآورده های فولادی با کیفیت بالا. به روش های فرآوری پیچیده و چند گانه در طی متالورژی ثانویه نیاز است. برخی روش ها در شکل (5) با در نظر گرفتن ذوب اولیه، همزدن، گاز زدایی RH , VD/VOD. کوره پاتیلی و تجهیزات گرمایش شیمیایی ارائه گردیده است. برای تولید فولاد مقرون به صرفه و کیفیت بالا به برنامه ریزی دقیق و منظم. و عملکرد فن آوری نیاز است.

بنابراین Bruckhaus در مورد “راهبردهای خطای صفر” با حداکثر توان تولید. و انعطاف پذیری به عنوان یک راهبرد مهم در فولادسازی نوین اشاره کرده است. متالوژی ثانویه تنها با آسترهای دیر گداز با عملکرد بالا در پاتیل فولادسازی قابل انجام است. مثال های زیر نشان می دهند دیرگدازهای مهندسی شده. در آستر پاتیل فولادی چگونه برای شرایط چالش برانگیز فولادسازی نوین راهکارهای فنی و اقتصادی ارائه می کنند. تمرکز اصلی در مورد دیر گدازهای آلومینایی خلوص بالا ارائه شده است.

فرایند متالوژی ثانویه-صنعت فولاد در کشور آلمان

توسعه در مهندسی دیر گدازها

دیرگدازهای خنثی برای تولید فولاد پاک

دیرگدازها برای جدار داخلی پاتیل فولادسازی باید در مقابل سرباره های خورنده. سرباره های واکنشگر متالوژیکی مثل سرباره آلومینات کلسیم با نسبت CaO/Al2O3. حدود 1 برای فولاد های کشته آلومینیوم دار (شکل 6) مقاومت کنند. علاوه بر این آستر دیرگذار باید از نظر ترمودینامیکی در تماس با فولاد – برای مثال در برابر. آلومینیوم اضافی حل شده در فولاد کشته آلومینیوم دار – پایدار باشد. تا از اکسیداسیون مجدد فولاد و مشکلات مربوط به تمیزی فولاد جلوگیری گردد. این مورد بطور معمول برای آسترهای دیرگداز قلیایی مثل آجرهای دولومایی یا منیزیا- کربنی مسئله ای نیست. آجر منیزیا کربنی ماده استاندارد برای خط سرباره پاتیل فولاد سازی است.

دیر گدازهای آلومینا بالای حاوی سیلیس، مانند بوکسیتی یا آندالوزیتی در مقابل سرباره های خورنده. و با دمای ذوب پایین آلومینات کلسیمی نرخ فرسایش بالایی دارند. SiO2 در این دیرگدازها از نظر ترمودینامیکی در تماس با آلومینیوم کاهیده می شود. تا Al2O3 شکل بگیرد که باعث افت تمیزی فولاد خواهد شد:

بنابراین دیرگدازهای آلومینا-اسپینل و آجرهای منیزیا-کربن خلوص بالا جایگزین آندالوزیت و بوکسیت در آستر پاتیل شدند (شکل 7).

دیر گدازهای آلومینا – اسپینل هم بصورت جرم ریختنی و هم بصورت آجر. برای هر دو نوع گرید فولاد کشته حاوی سیلیسیم

ترکیب_شیمیایی_سرباره_پاتیل_فولادسازی_برا_سرباره_های_واکنش_گرا_متالوژیکی.صنعت فولاد در کشور آلمان - فناوری فولاد تمیز
تعداد فولاد سازی اروپایی مصرف کننده دیرگدازهای آندالوزیتی یا بوکسیتی برای آسترهای مقاوم به سایش-صنعت فولاد در کشور آلمان - فناوری فولاد تمیز

و آلومینیوم و در دیواره پاتیل فولادسازی با موفقیت به کار گرفته شده اند. در دیواره های کناری پاتیل فولادسازی، جرم های ریختنی با فاز اسپینل درجا نسبت به جرمهای ریختنی حاوی اگریگیت اسپینل. از نظر مقاومت به سرباره و رفتار ترموپلاستیک در دماهای بالا امتیازات بیشتری دارد. آجرهای دیر گداز فوق به صورت آجرهای بدون کربن با پخت دما بالا یا آجرهای آلومینا-منیزیا- کربن (AMC).  باند کربنی یا فاز اسپینل درجا هستند.

آجرهای دیرگداز اسپینلی فوق الذکر بایستی جهت ایجاد عملکرد مطلوب، درصد بسیار کمی SIO2 داشته باشند. Franken و همکارانش گزارش کردند. که طول عمر آجرهای اسپینلی با یک درصد سیلیس تنها 40 درصد آجرهای اسپینلی با 1/0 درصد سیلیس می باشد. بنابراین عوامل رسی سنتی برای آجرهای دیرگداز مذکور، بایشتی با عوامل دیگر مانند آلومینای ری اکتیو جایگزین شوند.

عملکرد آجرهای دیرگداز آلومینا – منیزیا- کربن به اگریگیت های آلومینای مورد استفاده در دیرگداز بستگی دارد. آجرهای حاوی بوکسیت در این رده کمترین کیفیت را دارند. چنین آجرهای دیرگدازی نمیتوانند عملکرد مناسبی برای فرآیندهای منعطف و فزاینده فولادسازی در پاتیل داشته باشند. در کف پاتیل، آجرهای آلومینا – منیزیا-اسپینل بر پایه آلومینای تبولار به وضوح کیفیت بالاتری. نسبت آجرهای بر پایه آلومینای ذوبی قهوه ای دارد. طبق گزارش Krausz  و همکارانش طول عمر آجر دیرگداز بر پایه آلومینای ذوبی قهوه ای. به مقدار 50% کمتر از آجر دیرگداز برپایه تبولار آلومینا در کف پاتیل بوده است.

آجرهای دیرگداز خلوص بالا بر پایه آلومینای تبولار مقاومت بالاتری در برابر سرباره و خزش داشته. و دارای بیشترین نرخ تشکیل اسپینل درجا در طول سیکل های گرمایی است. بررسیهای اخیر نشان می دهد که دیر گداز بر پایه اگریگیت آلومینای سینتری (96 BSA). تشکیل همگنتر و سریعتر فاز اسپینل درجا را در آجرهای AMC. نسبت به آجرهای برپایه آلومینای ذوبی قهوه ای نشان می دهد.

اگر دیرگداز حاوی کربن و گرافیت باشد. فولادهای فوق کم کربن مثل ورق های فولاد خودروسازی حساسیت زیادی به ورود کربن. از آستر دیرگداز به درون مذاب فولاد دارد. چنین گریدهای فولادی حداکثر 20 ppm – 10 کربن دارند. و لذا امروزه ورود چند ppm کربن از طریق کربن موجود. در دیرگداز به درون فولاد. عامل بحرانی محسوب می گردد.

برخلاف دیرگدازهای منیزیایی، دیرگدازهای آلومینایی جهت دستیابی به انعطاف پذیری ترمودینامیکی. و مقاومت به شوک حرارتی مطلوب، نیازمند محتوای کربن / گرافیت در فرمولاسیون خود نیستند. حتی دیرگدازهای آلومینا – منیزیا – کربن باند کربنی درصد گرافیت به مراتب کمتری (طبق جدول 2). نسبت به آجرهای دیرگداز منیزیا – کربنی دارند.

شکل 8 افت دمایی در دیواره پاتیل فولادسازی 180 تنی با آستر دیرگداز جرم ریختنی اسپینل درجا. را نسبت به آجرهای دیرگداز جرم ریختنی اسپینل درجا را نسبت به آجرهای دیرگداز MgO-C نشان می دهد.به دلیل هدایت حرارتی بالاتر آجر دیرگداز MgO-C (طبق جدول 2). افت دمایی با وجود یک لایه عایق اضافی در آستر اصلی، 10-15 درجه کلوین بالاتر می باشد. با توجه به اینکه هزینه افت دمای 1 درجه کلوین. بین 5 تا 10 یورو به ازای هر تن تولید فولاد متغیر است. هزینه متوسط افت دمایی 15 درجه کلوین به مقدار 75/0  تا 1/5 یورو. به ازای هر تن تولید فولاد خواهد بود. بطور کلی هزینه آسترکاری دیرگداز پاتیل بدون سیستم اسلاید گیت. از 1/5 تا 2 یورو به ازای هر تن تولید فولاد متغیر است .

بنابراین هزینه افت گرمای لازم برای فرآیند فولادسازی بیش از 50 درصد هزینه آسترکاری دیرگداز پاتیل اهمیت دارد. دیرگدازهای آلومینا بالا با محتوای کربن کمتر و یا بدون کربن به دلیل هدایت حرارتی پایینتر. امتیازات بهتری نسبت به دیرگدازهای با محتوای کربن بالا دارند. و چنین جنبه هایی در ارزیابی های اقتصادی طراحی آستر پاتیل بایستی مد نظر قرار گیرد.

شکل توسعه دمایی فولاد در پاتیل فولاد سازی
داده های مربوط به برخی از دیرگدازها

آستری دیرگداز نازک با خواص مقاومت به سایش جهت افزایش ظرفیت پاتیل

برای پاتیل فولادسازی با ظرفیت 200 تن مذاب فولاد. با کاهش ضخامت آستر دیرگداز 10 mm میتوان ظرفیت آن را تا 2/5 تن اضافه کرد. به استثنای هزینه مواد ورودی، دیگر هزینه های فرآیند ثابت می ماند. و لذا این تناژ اضافی می تواند بطور قابل ملاحظه ای خروجی اقتصادی فولادسازی را افزایش دهد.

بنابراین ضخامت آستر دیرگداز در بسیاری از کارخانه های فولادسازی اروپا کاهش یافته است. جدول 3 نمونه هایی از موارد با فرسایش شدید را ارائه کرده است. که در آنها دیرگدازهای آلومینا – اسپینل با ضخامت 110-140 mm .در آسترهای تازه نصب شده بطور متوسط 110 – 140  ذوب گرفته اند.

صنعت فولاد در کشور آلمان

چنین افزایشی در ظرفیت پاتیل تاجایی امکان پذیر است که توان وزنی چرثقیل محدودیت ایجاد نماید. در اینگونه موارد، وزن آستر دیرگداز پاتیل نیز هدف گذاری می شود. دیرگدازهای آلومینا بالا بر پایه اگریگیت های سینتر شده. به دلیل وجود تخلخل های بسته داخلی. در اگریگیت های سینتر شده. معمولاً دارای چگالی بالک کمتر نسبت به دیرگدازهای آلومینا بالا بر پایه اگریگیت های ذوبی هستند. مثالی از این موارد در جدول 2 آمده است.

نتیچه گیری

مثال هایی از دیرگدازهای پیشرفته که در این مقاله مورد بحث قرار گرفت. ارتباط دیرگدازها با فولادسازی نوین را هم از نظر فنی و هم اقتصادی نشان داد. هنگام بررسی جنبه های اقتصادی مواد دیرگداز، بایستی علاوه بر هزینه های مستقیم مصرف دیرگداز. هزینه های مربوط به اپراتوری دیرگدازها نیز لحاظ گردند.

هزینه های مربوط به اپراتوری دیرگداز ورای هزینه خرید و نصب دیرگدازها. می تواند بدین شکل خلاصه شود: کاهش تولید به دلیل خارج از سرویس بودن پاتیل (آسترکاری مجدد، عدم اعتماد پذیری. تخریب های غیرمنتظره و یا حتی حوادث غیر مترقبه)، تأثیر بر کیفیت فولاد، هدر رفت انرژی، افت بازدهی، مسایل زیست محیطی، ایمنی و سلامت تأثیر می گذارد.

صنعت فولاد در کشور آلمان

تجربه ها نشان داده است که هزینه های مربوط به اپراتوری دیرگداز به همان اندازه اهمیت دارد. که هزینه های مصرف دیرگداز مهم هستند و معمولاً تهیه دیرگدازهای ارزان قیمت و با کیفیت پایین. با لحاظ کردن هزینه های اپراتوری تبعات سنگین تری برای صنایع مصرف کننده به وجود می آورد. انعطاف پذیری لازم در فرآیند فولادسازی نوین نیازمند عملکرد مناسب مواد دیرگداز است.

محمد حمید وکیل نژاد: محسن امین

شرکت خشکه و فولاد پایتخت صنعتگران عزیز، افتخار داریم که سالها. تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران. ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت. را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما:
۰۹۱۲۱۲۲۴۲۲۷
۰۹۳۷۱۹۰۱۸۰۷
تلفن: ۰۲۱۶۶۸۰۰۲۵۱
فکس: ۶۶۸۰۰۵۴۶