سرباره تاندیش و نقش آن در جذب آخال ها در ریخته گری مداوم

تاندیش آخرین رآکتوری است که هنوز می توان عملیات متالورژی قابل توجهی در آن انجام داد. سرباره تاندیش حاوی آلومینات کلسیم می توانند با در نظر گرفتن جداسازی اکسید، محافظت در برابر اکسیداسیون مجدد و جلوگیری از گوگردزدایی به متالورژی کمک کنند. با این حال، اینها عایق های ضعیفی هستند. هنگام استفاده از سرباره تاندیش با نقطه ذوب پایین، لازم است از مواد پوشش دهنده دیگری استفاده شود. انحراف از اشباع را می توان به عنوان اندازه گیری ظرفیت جذب استفاده کرد. با استفاده از ساخت کامپیوتری نمودارهای سه تایی و چهارتایی می توان سرباره تاندیش در حالات مختلف را با هم مقایسه کرد و ترکیبات سرباره مناسبی با ظرفیت معقول برای حل کردن آخال ها یافت. هدف از مشارکت فنی حاضر ارزیابی ظرفیت سرباره تاندیش برای جذب آخالها، با در نظر گرفتن یک سرباره صنعتی خاص و تغییرات در ترکیب شیمیایی آن در طول ریخته‌گری مداوم فولاد است. مشاهده شد که ترکیب سرباره در طول فرآیند ریخته‌گری مداوم تغییر کرد. این تغییر احتمالاً مربوط به تعامل بین سرباره مذاب CaO-Al2O3 و لایه خاکستر سبوس برنج است که در بالای آن استفاده می شود. ترمودینامیک محاسباتی برای تعیین فعالیت آلومینا محلول در سرباره مذاب استفاده شد. مشاهده شد که تغییر در ترکیب سرباره تاندیش ظرفیت سرباره برای جذب آخال‌ها را تغییر نمی‌دهد، زیرا رسوب فازهای جامد Al2O3 پیش‌بینی نشده است.

1. معرفی

تاندیش به عنوان مخزن و توزیع کننده فولاد مذاب از پاتیل به داخل قالب در یک سیستم ریخته گری مداوم چند رشته ای استفاده می شود. این آخرین رآکتوری است که هنوز می توان عملیات متالورژیکی قابل توجهی در آن انجام داد. از آنجایی که تمیزی فولاد به یک هدف اصلی برای گریدهای فولادی مورد نیاز تبدیل شده است، نقش تاندیش امروزه هم ترویج حذف آخال از فولاد مذاب و هم جلوگیری از ظهور آخال‌های جدید اغلب ماکروسکوپیک است که برای کیفیت فولاد مضر هستند. معمولاً اینها محصولات اکسیداسیون مجدد هستند که بین پاتیل و قالب تشکیل می شوند [1]. هدف اصلی مواد پوششی سبوس برنج، خاکستر بادی، خاکستر بادی با سودا و برخی از مواد پوشش مصنوعی عایق حرارتی هستند. تأثیر متالورژیکی محدودی به شکل جذب آخال تنها در مورد خاکستر بادی هنگام در نظر گرفتن این مواد مورد انتظار است [2]. سرباره تاندیش با نقطه ذوب پایین به عنوان مثال آلومینات کلسیم با توجه به جداسازی اکسید، محافظت در برابر اکسیداسیون مجدد و جلوگیری از گوگردزدایی می تواند به طور مثبت به متالورژی کمک کند. با این حال، اینها عایق های ضعیفی هستند. هنگام استفاده از سرباره‌ تاندیش با نقطه ذوب پایین، برای عایق‌سازی بهتر، لازم است از مواد پوششی دیگری (بالای آن) استفاده شود.

بهترین روش کار برای مواد پوششی تاندیش، به ویژه با توجه به ساخت فولادهای کم گوگرد، استفاده از سرباره های پوششی مبتنی بر آلومینات کلسیم است. به دلیل تشکیل سرباره مایع، فولاد به صورت هرمتیک آب بندی می شود و از این طریق از تماس با نیتروژن هوای محیط جلوگیری می شود. علاوه بر این، سرباره‌های آلومینات کلسیم ظرفیت‌های سولفیدی خوبی دارند که در مورد سرباره ملاقه‌ای حباب شده تغییر ناچیزی دارد. بنابراین گوگرد زدایی صورت نمی گیرد. با توجه به ظرفیت سرباره‌های تاندیش برای جذب آخال‌ها، به چیزهای زیادی با توجه به ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی سیستم و مراحل شرکت‌کننده بستگی دارد. ظرفیت بالای سرباره برای جذب آخال ها از فولاد یکی از ویژگی های کلیدی سرباره تاندیش فعال متالورژیکی است. انحراف از اشباع را می توان به عنوان اندازه گیری ظرفیت جذب استفاده کرد. با استفاده از ساخت کامپیوتری نمودارهای سه تایی و چهارتایی می توان سرباره های مختلف را با هم مقایسه کرد و ترکیبات سرباره مناسبی را با ظرفیت معقول در انحلال آخال ها یافت [1].

تکنیک‌های تحقیقاتی پیچیده مانند میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال، اندازه‌گیری کشش سطحی (روش وزن قطره‌ای)، و تکنیک ترموکوپل دوگانه را می‌توان برای سرباره‌های صنعتی برای به دست آوردن اطلاعات مفید در مورد واکنش‌های سطحی و پدیده‌هایی مانند حذف و انحلال اجزا، از جمله سینتیک، و سرباره استفاده کرد. امولسیون کردن [1، 3]. با توجه به سینتیک انحلال آلومینا و اسپینل MgO-آلومینا در سرباره تاندیش صنعتی، تنوع زیادی در نرخ انحلال برای سرباره های مختلف مشاهده می شود. به طور کلی، اندازه‌گیری‌های تجربی نشان می‌دهند که انحلال در سرباره‌های اسیدی بسیار کندتر از سرباره‌های بازی است، با در نظر گرفتن ترکیب‌های آلومینا و MgO-آلومینا [1]. این اطلاعات مهم است زیرا فاصله زمانی برای تعامل بین فولاد و سرباره تاندیش در طول فرآیند صنعتی نسبتاً کوتاه است. بسته به ترکیبات سرباره تاندیش، جذب می تواند ناچیز باشد. سرباره های پایه کلسیم آلومینات به دلیل پایداری شیمیایی در برابر فولاد پتانسیل استفاده گسترده را دارند – به ویژه با توجه به واکنش اکسید زدایی (SiO2) + 4/3 Al = 2/3 (Al2O3)inc + Si – و به دلیل ظرفیت کافی آنها برای جذب اجزاء. هدف از مشارکت فنی حاضر ارزیابی ظرفیت سرباره تاندیش برای جذب آخالها، با در نظر گرفتن یک سرباره صنعتی خاص و تغییرات در ترکیب شیمیایی آن در طول ریخته‌گری مداوم فولاد است.

2 مواد و روش ها

برای ارزیابی ظرفیت سرباره تاندیش برای جذب آخال‌ها، از ترمودینامیک محاسباتی با در نظر گرفتن داده‌های صنعتی استفاده شد، یعنی نمونه‌های جمع‌آوری‌شده در تاندیش در طول تولید فولاد در کارخانه‌های فولاد برزیل. ترکیب شیمیایی عنصری این نمونه ها از طریق تکنیک فلورسانس اشعه ایکس در آزمایشگاه Imerys Steelcasting do Brasil تعیین شد. سپس، این اطلاعات به عنوان داده های ورودی برای نرم افزار تجاری FactSage نسخه 6.4 (Universidade Federal do Rio Grande do Sul) استفاده شد.

2.1 تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی عنصری

در ابتدا، نمونه (0009/0 ± 75/0 گرم) و شار (0009/0 ± 6 گرم Li2B4O7) در یک کوره در یک بوته پلاتین در دمای 15±750 درجه سانتی گراد حرارت داده شد تا کربن حذف شود. سپس نمونه و شار با استفاده از دستگاه ذوب VULCAN VAA 2 (شکل 1) ذوب شد و یک دیسک شیشه ای تولید کرد که با استفاده از دستگاه PHILIPS AXIOS 4KW آنالیز شد (شکل 2). به این ترتیب ترکیب عنصری مواد با تکنیک فلورسانس اشعه ایکس تعیین شد.

2.2 ظرفیت سرباره تاندیش (از نوع صنعتی) برای جذب آخال

در کار حاضر، انحراف از اشباع به عنوان معیار ظرفیت جذب، همانطور که توسط Holappa و همکاران پیشنهاد شده است، استفاده شد. حالت تعادل برای سیستم ها با استفاده از “روش کمینه سازی انرژی گیبس” با استفاده از ماژول Equilib نرم افزار FactSage (نسخه 6.4) تعیین شد. خروجی ماژول Equilib مقادیر عددی مربوط به مقدار فاز، ترکیب فاز و فعالیت های جزء را می دهد. به همین ترتیب، نمودارهای فاز با استفاده از ماژول نمودار فاز ترسیم شدند – نرم افزار در جای دیگری توسط بیل و همکاران [4] توضیح داده شده است. از سه پایگاه داده زیر استفاده شد: پایگاه داده مواد خالص واقعی (2013). ترکیبات اکسید واقعی (2013); و محلول های اکسید واقعی (2013). دو نوع ترکیب عنصری به عنوان داده های ورودی برای انجام محاسبات با FactSage استفاده شد:

(i) ترکیب مواد پوششی تاندیش که توسط Imerys Steelcasting do Brasil تولید شده و توسط یک کارخانه فولاد برزیلی استفاده می‌شود (همانطور که تحویل داده شده است)

(2) ترکیب شیمیایی عنصری نمونه‌های سرباره تاندیش که در طول تولید فولاد جمع‌آوری شده‌اند.

3. نتایج و بحث

3.1 تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی عنصری

ترکیبات عنصری برای مواد پوششی تاندیش که به کارخانه فولاد تحویل داده می شود و نمونه های سرباره تاندیش جمع آوری شده در طول تولید فولاد در جدول 1 نشان داده شده است (مقدار جزئی ناخالصی نادیده گرفته شد).

با توجه به اینکه سرباره مذاب عایق مناسبی نیست، استفاده از آن در آزمایشات صنعتی خاکستر سبوس برنج در بالای آن ضروری بود. نویسندگان فرض می‌کنند که مخلوطی بین لایه‌ها رخ می‌دهد و محتوای سیلیس سرباره مذاب را افزایش می‌دهد. این فرض در محاسبات زیر استفاده شده است.

3.2 ظرفیت سرباره های صنعتی توندیش برای جذب آخال

در کار حاضر، فعالیت جزء Al2O3 در سرباره مایع تعیین شد. این یک موجود بسیار مهم است زیرا می تواند مستقیماً با ظرفیت سرباره تاندیش برای جذب و حذف آخال های آلومینا غیرفلزی مضر از فولاد مذاب مرتبط باشد. فعالیت جزء Al2O3 در سرباره مذاب به آسانی توسط نرم افزار هنگام انجام تعیین حالت تعادل برای هر سیستم مورد مطالعه که شامل فاز سرباره تاندیش به صورت مذاب به تنهایی یا در ترکیب با سایر فازهای مذاب یا جامد در آن حالت تعادل است، تعیین می شود. . اما این فعالیت صحیحی نیست، زیرا حالت مرجع در روش تعیین معمولاً سرباره مذاب خالص (Al2O3) است. برای به دست آوردن فعالیت واقعی، باید برخی اصلاحات دقیق در روش محاسبه اعمال شود – میزان هر کدام به نرم افزار مورد استفاده بستگی دارد. حالت مرجع فعالیت صحیحی که باید در مورد حاضر مورد استفاده قرار گیرد، به منظور برآوردن نیاز و مطابقت با معیار «اشباع» آلومینا (یا نیروی محرک)، فاز جامد آلفا آلومینا است.

دو مورد صنعتی در این کار مورد مطالعه قرار گرفت: (1) مواد تحویلی و (2) سرباره مخلوط به دست آمده از سرباره آلومینات کلسیم و خاکستر سبوس برنج (ترکیبات در جدول 1). تعیین فعالیت Al2O3 در مورد فاز آلفا آلومینا برای شار آلومینات کلسیم خالص انجام شد و نتایج مقدار 0.01 را نشان داد. علاوه بر سرباره تاندیش به صورت مذاب، در دمای 1550 درجه سانتیگراد تنها فاز موجود دیگر CaO جامد بود. ترکیب شار به گونه‌ای است که CaO جامد تنها 13 درصد وزنی از جرم سیستم را در آن دما نشان می‌دهد، شکل 3. در طول تولید تغییرات ترکیب مواد فولادی، سرگردانی به مکانی فقط سرباره مذاب وجود داشت، شکل 4. با این وجود، فعالیت Al2O3 افزایش جزئی را به 0.17 نشان می دهد – هنوز یک مقدار فعالیت کوچک است.

این تعیین‌ها نشان می‌دهد که توانایی شار برای جذب و حذف آخال‌های آلومینا غیرفلزی مضر از فولاد مذاب بالا است و در صورت افزودن SiO2 (از خاکستر سبوس برنج) به سرباره‌ای که در تماس مستقیم با فولاد است. ظرفیت سرباره های صنعتی تاندیش برای جذب آخال ها باقی مانده است.

4. نتیجه گیری

 با توجه به ترکیب عنصری مواد پوششی تاندیش تولید شده توسط Imerys Steelcasting do Brasil، با توجه به تجزیه و تحلیل فلورسانس اشعه ایکس، مشاهده شد که ترکیب آن در طی فرآیند ریخته‌گری پیوسته تغییر کرده است. این تغییر احتمالاً مربوط به تعامل بین سرباره تاندیش به صورت مذاب CaO-Al2O3 و لایه خاکستر سبوس برنج است که در بالای آن استفاده می شود. – ترمودینامیک محاسباتی برای تعیین فعالیت آلومینا محلول در سرباره تاندیش به صورت مذاب استفاده شد. با توجه به محاسبات مشاهده شد که تغییر در ترکیب سرباره ظرفیت سرباره برای جذب آخال‌ها را تغییر نمی‌دهد، زیرا بارش فازهای جامد Al2O3 پیش‌بینی نشده است.

آکادمی ویستا پیشرو در ارائه مطالب مفید و بروز علمی و صنعتی. جهت دسترسی به جدیدترین مطالب علمی ما را دنبال کنید. همچنین برای بهره مندی از خدمات و محصولات شرکت ویستا آسمان با ما در تماس باشید.