جمعه, 24 آذر 1396
 
 نظرسنجی
سايت فولاد آلياژي ، تا چه اندازه در آشنايي شما با محصولات آلياژي موثر بوده است ؟
شرکت فولاد آلیاژی ایران(سهامی عام) - متن مقاله :: بررسی عیوب ناشی از پودرهای قالب در فرآیند ریخته‌گری پیوسته فولاد

چکیده

فرآیند ریخته‌گری پیوسته یک عملیات بسیار پیچیده‌ای است که متغیرهای زیادی از جمله سرعت ریخته‌گری، خصوصیات نوسان قالب، گرید فولاد، ابعاد قالب، عمق SEN و درجه حرارت ریخته‌گری را در بر می‌گیرد. به منظور دستیابی به شرایط ریخته‌گری پایدار، همه این متغیرها می‌بایست بهینه شوند. پودرهای قالب به سطح آزاد مذاب افزوده و از لایه‌های مختلفی تشکیل می‌شوند. هر لایه به طور مجزا یا در ترکیب با لایه دیگر، عملکردهای مورد نیاز پودر را جهت کاهش عیوب و افزایش کیفیت محصولات فرآیند ریخته‌گری پیوسته فراهم می‌کند. در این پژوهش مشکلات عملیاتی و عیوب ناشی از پودرهای قالب در فرآیند ریخته‌گری پیوسته فولادها بررسی و راهکارهای مقابله با آنها ارائه می‌گردد.

مقدمه

تکنولوژی فولادسازی و کنترل کیفیت محصولات ریخته‌گری پیوسته در دهه‌های اخیر بسیار بهبود یافته است. در فرآیند ریخته‌گری پیوسته فولاد، پودرهای قالب تأثیر زیادی بر کیفیت محصولات دارند. این پودرها به سطح مذاب اضافه می‌شوند که در ادامه ذوب شده و در طول نوسان قالب، به فصل مشترک قالب- شاخه نفوذ می‌یابند. همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده، هر لایه از پودر به طور مجزا یا در ترکیب با لایه دیگر، عملکردهای مورد نیاز پودر را جهت انجام فرآیند ریخته‌گری پیوسته مطلوب فراهم می‌کند 1 و 2.

 

 

شکل1- شماتیکی از قالب و وظیفه پودر قالب در فرآیند ریخته‌گری پیوسته فولاد 2.

 

مواد و روش تحقیق

در این پژوهش مشکلات عملیاتی و عیوب ناشی از پودرهای قالب در فرآیند ریخته‌گری پیوسته فولادها بررسی و راهکارهای مقابله با آنها ارائه می‌گردد.

 

 

نتایج و بحث

ویژگی پودرهای قالب برای هر گرید، متفاوت است. برای مثال فولاد کم کربن آلومینیوم کشته به پودری نیاز دارد که بتواند ناخالصی آلومینا را جذب کند بدون اینکه اثر منفی روی ویسکوزیته داشته باشد. ویسکوزیته پایین به پودر کمک می­کند تا روانکاری مناسب و کافی را در سرعت­های ریخته­گری بالاتری ایجاد کند. فولادهای متوسط کربن (C%18/0-08/0) مستعد به ترک خوردگی می‌باشند. پودر با دمای انجماد بالا، حرارت خروجی از قالب را کاهش می‌دهد. برای روانکاری مناسب، ویسکوزیته پایین پودر، مورد نیاز است. گریدهای کربن بالا نیز به پودری با ویسکوزیته کم و نقطه ذوب پایین نیاز دارند. برای فولادهای فوق کم کربن (%005/0‍C ) باید پودری استفاده شود که توانایی جذب ناخالصی‌های غیر فلزی را داشته، عایق‌کاری را بهبود بخشد، روانکاری مناسب ایجاد کند، خواص پایدار و حداقل حبس سرباره را نیز داشته باشد. جدول 1 اثر ترکیب شیمیایی را بر خواص پودر قالب نشان می‌دهد 3-1. در ادامه مهمترین مشکلات وعیوب ناشی از پودرهای قالب تشریح می‌گردد.

پارگی شاخه ناشی از چسبندگی: هنگامی‌که پوسته منجمد شده داخل یا خارج از قالب، پاره می‌شود پارگی شاخه اتفاق می‌افتد و درنتیجه فولاد مذاب نمی‌تواند توسط پوسته منجمد شده حفظ شود و درون آن قرار بگیرد. یکی از وظایف پودرهای قالب، فراهم نمودن یک روانکاری پیوسته بین قالب و شمش است. این روانکاری پیوسته می‌بایست یکنواخت باشد، زیرا اگر این کار منقطع صورت گیرد، فولاد به دیواره قالب چسبیده و منجر به افزایش تنش‌های قابل توجهی بواسطه اصطکاک شده و لذا ریسک وقوع پارگی شاخه افزایش می‌یابد2 و 4.

- حبس پودر: عیوب مختلفی از قبیل تراشه و لوله خودکاری3 بواسطه به دام افتادن پودر در طول زمان‌های اولیه انجماد در قالب است. دلیل اصلی این عیب، تلاطم جریان مذاب در قالب است؛ ازینرو پارامترهای ریخته‌گری نظیر سرعت جریان مذاب، عمق غوطه‌وری SEN، سرعت جریان گاز آرگن بر تلاطم تأثیر بسزایی دارند. راه‌های بسیاری برای جلوگیری از حبس پودر قالب وجود دارد. یکی از این راه‌ها، استفاده از نیروی الکترومغناطیس است که جریان مذاب را در قالب کنترل می‌کند. همچنین نوسانات سرعت ریخته‌گری و تغییرات ناگهانی و شدید سطح ذوب در قالب، شرایط به دام افتادن پودر را تسهیل می‌کند. روش دیگر بهینه‌سازی عمق SEN برای جلوگیری از حبس پودر است. به طور کلی برای جلوگیری از عیوب سطحی به ویژه ترک و حبس پودر ضروری است عمق SEN در محدوده 14-11 سانتی‌متر قرار گیرد (شکل 2) 1-5.

 

جدول1- اثر ترکیب شیمیایی پودرهای قالب بر خواص آنها 2

- ترک طولی: گریدهای که ترکیب شیمیایی آنها مشابه با فولاد پریتکتیکی است، مستعد به توسعه ترک‌های طولی هستند. منشأ این عیب به تفاوت ضریب انقباض فازهای کریستالی δ و γ مربوط است که منجر به ایجاد یک پوسته نامنظم و غیر یکنواخت می‌شود. لذا به دلیل تمرکز تنش، ترک‌های قابل توجهی شکل می‌گیرد. محققی به نام Wolf کاربرد محاسبه کربن معادل را به منظور پیش‌بینی حساسیت به ترک خوردگی طولی، پیشنهاد کرد. برای مثال در مورد فولاد کم آلیاژی می‌توان از معادله 1 استفاده نمود:

 

 

 (1)                        

                 

Cp: کربن معادل پریتکتیک

برای جلوگیری از ترک خوردگی طولی که ناشی از پودر قالب باشد، می‌بایست شرایط انتقال حرارت از طریق پودر، یکنواخت باشد. با استفاده از پودر قالب می‌توان تمایل به ترک خوردگی را مینیمم کرد و این تمایلات در مصرف پودر بالاتر کم می‌شود زیرا ضخامت فیلم افزایش می‌یابد. در مواردی که ترک‌های طولی ناشی از پودر قالب باشند، همه ترک‌های طولی در مجاور ناحیه سطح آزاد مذاب  تشکیل می‌شوند. از سوی دیگر با افزایش سرعت ریخته‌گری، تشکیل ترک‌های طولی افزایش می‌یابد. افزایش ترک‌های طولی ناشی از افزایش سرعت ریخته‌گری ممکن است مربوط به کاهش مصرف پودر قالب باشد که این عامل، با کاهش ضخامت متوسط پودر بین قالب و بلوم همراه است.  در نتیجه با توجه به پیچیدگی انتقال حرارت در قالب، با کاهش مصرف پودر، شار حرارتی در قالب افزایش و به دنبال آن منجر به ترک‌های طولی و حتی پارگی می‌گردد. لذا طراحی پودر قالب می‌بایست متناسب با سرعت ریخته‌گری باشد. یک عایق‌بندی حرارتی نامناسب در سطح آزاد مذاب مشکلات عملیاتی نظیر پارگی شاخه و نیز عیوب سطحی در محصولات نظیر ترک‌ها و اثرات عمیق نوسان قالب را نتیجه می‌دهد 6-4.


شکل 2- محدوده مجاز عمق SEN‌ برای کاهش عیوب سطحی 5.

نتیجه گیری

برخی راهکارهای جلوگیری از وقوع عیوب ترک، پارگی شاخه و حبس پودر در فرآیند ریخته‌گری پیوسته به شرح زیر می‌باشد:

1- طراحی پودر قالب متناسب با سرعت ریخته‌گری است. بعبارتی دیگر پودر قالبی که دمای تبلور بالایی دارد، مناسب‌تر می‌باشد.

2- برای جلوگیری از ترک خوردگی طولی که ناشی از پودر قالب باشد، می‌بایست شرایط انتقال حرارت از طریق پودر قالب، یکنواخت باشد.

3- به منظور بهبود انتقال حرارت در قالب، می‌بایست پودر خواص ویسکوزیته پایین، دمای لیکوئیدوس کم و نرخ ذوب‌شدن پودر هماهنگ با سرعت ریخته‌گری را داشته باشد.

4- بهبود پارامترهای ریخته‌گری: حداقل نمودن انتقال حرارت توسط مستقیم نمودن مجرای نازل و بهینه‌سازی عمق غوطه‌وری آن. کنترل فوق گداز و سرمایش ثانویه جهت کاهش انجماد دندریتی و فواصل بین آنها. کنترل سرعت ریخته‌گری جهت کاهش نوسان و تلاطم سطح آزاد مذاب در قالب. اصطکاک در فصل مشترک پوسته در حال انجماد- قالب و غیریکنواختی موضعی در رشد پوسته انجمادی می‌تواند منجر به گرم شدن موضعی نواحی نازک پوسته و لذا پارگی شاخه شود.

5- عدم استفاده از قالبی با شیب ثابت خصوصاً در سرعت‌های ریخته‌گری بالا و ریخته‌گری فولادهای پریتکتیکی.

6- جلوگیری از گرم شدن مجدد شاخه زیر افشانک‌ها جهت جلوگیری از ایجاد تنش کششی داخلی و ترک‌های گرم (با جلوگیری از گرفتگی نازل‌ها و کنترل فوق گداز و سرعت ریخته‌گری) و پارگی شاخه، کنترل هم محوری خنک کننده ثانویه و قالب.

7- افزایش ترک‌های طولی ناشی از افزایش سرعت ریخته‌گری ممکن است مربوط به کاهش مصرف پودر قالب باشد که این عامل، با کاهش ضخامت متوسط پودر بین قالب و بلوم همراه است.

 

مراجع

[1] J. Konishi, "Modelling of the formation of longitudinal facial cracks in the conyinuous casting of steel slabs", Metals and materials engineering, 1996.

[2] G. Thomas, "Modeling of continuous casting defects related to mold flow", 3rd Internat congress on science & technology of steelmaking, Charlotte, NC, May 9-12, AIST, Warrendale, PA, 2005, pp. 847-861.

[3] A.B. Fox et al,"Development of fluoride- free fluxes for billet casting", ISIJ Int, Vol.45, pp. 1051-1058, 2005.

[4] W. Alan, "The making, shaping and treating of steel", 11th edition, Casting volume, Chap. 2-8, The AISI steel foundation, 2003.

[5] J. A. Kromhout, S. Melzar, E. W. Zinngrebe, "Mould powder requirements for high speed casting", Steel research int, Vol. 79, pp. 143-148, 2008.

[6] K. Tsutsumi, K. Watanabe, M. Suzuki and M. Nakada, "Effect of properties of mold poeder entrapped in molten steel in continuous casting process", VII international conference on molten slags flaxes and salts, pp. 803-806, 2004.

 

 


2- Sliver

3- pencil pipe

   تاریخ ثبت: 1396/08/24     |     تعداد بازدید:35 [sect id=[file]] | [/sect id=[file]] |