تبلیغات
سیمرغ سعادت(بانک اطلاعاتی در مورد گزارش کار،تحقیق،آموزشی،مقاله،پروژه،پایان نامه،و...) - ترک مرکزی در ریخته گری مداوم
----------------------------------- ---------------------------------------


 
>translator
Powered by Translate
>translator
 undefined 
Bookmark and Share

مقدمه:

ریخته گری مداوم به عنوان یکی از مهمترین فرایندهای تولید ابداع شده در دنیا می باشد ، که نتایجی از قبیل بهبود در کیفیت ، راندمان ، بهره وری و صرفه اقتصادی را در محصولات فولادی به همراه داشته است. امروزه ، بالغ بر 5/95 درصد از تولید فولاد خام جهانی را به خود اختصاص می دهد. تولید با کیفیت مطلوب به همراه بهره وری بالا یک نیاز ضروری برای ماشین ریخته گری مداوم می باشد که تعیین فاکتورهای مهم احتمالی برای عیوب و اجرای مطمئن اقدامات پیشگیرانه ممکن به منظور ارائه یک فرایند ریخته گری عاری از عیب را ناگزیر می سازد.


در شکل نمونه ای از ترک های خط مرکزی نشان داده شده است. این عیب یکی از مهمترین عیوب داخلی مشاهده شده در اسلب های فولادی Corten می باشد که در نزدیکی خط وسط اسلب ریخته شده ظاهر می شود که ناشی از افت حجمی یا انقباض مذاب در مرکز در هنگام تغییر حالت از مذاب به جامد و تغییر شکل خط نورد می باشد. این ترک ها می توانند در نتیجه تنش های حرارتی ایجاد شوند و از آنجایی که نرمی(داکتیلیته) فولاد در دمای بیش از 1300 درجه سانتی گراد تنها در حدود 2/0 تا 3/0 می باشد،  هنگامی که یک ناحیه از اسلب در ارتباط با نواحی مجاور  در معرض یک تغییر دمای ناگهانی از 100 تا 150 درجه سانتیگراد قرار می گیرد این عیب به وجود می آید.

ترک ها و جدایش های آشکار در طول خط مرکزی اسلب های ریختگی اساساً ناشی از اعمال نوسانات در ابعاد اسلب به دلیل نامیزانی و/یا خمیدگی غلطک های تکیه گاه (support) در نقطه ای از خط نورد که انجماد نهایی در آنجا صورت می پذیرد ، می باشند. در نتیجه این ترک ها، خط مرکزی باز شده و از این رو در طی فرایند سرد کردن اکسید می شود و در نهایت در فرایند نورد ثانویه نیز بسته نخواهد شد.

 چکیده مطلب

فولاد Corten جزء دسته ای از فولادهای ساختمانی با نام دسته ضد فرسایشی می باشد که پایداری آنها در مقابل شرایط جوی با افزودن مقدار کمی از عناصر از قبیل مس ، فسفر ، نیکل و کروم بهبود یافته است. این فولاد با یک سرعت کمتری نسبت به فولادهای ساده کربنی زنگ می زند و تحت شرایط آب و هوایی مناسب می تواند یک لایه اکسیدی آهن هیداراته پایدار ایجاد کند که این لایه حملات بیشتر بر روی سطح را به تأخیر انداخته و از این رو برای شرایط آب و هوایی دشوار نیز مناسب می باشد. این فولاد دارای کاربرد وسیعی در واگن های راه آهن و کانتینر ها برای حمل مواد زائد می باشند. این طبقه از فولادها در فرایند ریخته گری مداوم به صورت اسلب تولید می گردند که به شدت در معرض ترک های مرکزی قرار دارند.

فاکتورهای مؤثر برای به وجود آمدن ترک مرکزی در اسلب های فولادی Corten عبارتند از :

١              جدایش
٢              شرایط سرد کردن
٣              شرایط ماشین
۴             سرعت ریخته گری
جدایش

جدایش به معنی غیر یکنواختی ترکیب شیمیایی می باشد که ناشی از پس زدن جسم حل شده در محلول توسط مذاب در طی فرایند انجماد می باشد به طوری که جامد در مقایسه با مذاب دارای انحلال پذیری کمتری می باشد. همچنین افزایش حجمی عناصر رایج از قبیل کربن ، منگنز ، فسفر و گوگرد در فولاد می تواند منجر به اصلاح عیب جدایش در فولاد ها شود. حال آنکه جدایش در حد میکرو ناشی از تفاوت در ترکیب مذاب بین دندریتی و دندریت های بی اثر(inert) می باشد و جدایش ماکرو نیز با غیر یکنواختی ترکیب شیمیایی در مقیاس بزرگ در قسمت ریخته شده ارتباط مستقیم دارد.

فولادهای Corten دارای مقداری از کربن در حدود 10/0 درصد به همراه 085/0 درصد فسفر می باشند و از این رو در طی فرایند انجماد در این فولادها ابتدا مستقیماً فاز δ تشکیل می شود و در نهایت از طریق یک استحاله پریتکتیک  تبدیل به فاز γ  شده و این امر منتج به ایجاد یک افت حجمی یا انقباض در مذاب می گردد که به وسیله جریان ذوب باقیمانده به طور مثال ایجاد جدایش ماکرو ناشی از ضریب نفوذ بالای فسفر در فاز δ ، تقویت می شود. همچنین این اتفاق می تواند در نتیجه جابجایی فیزیکی مکان های جدایش ماکرو به دلیل حرکت سیال و کریستال های آزاد باشد. حرکت سیال به دلایل متعددی از قبیل تفاوت در چگالی ناشی از شیب حرارتی و غلظتی در مذاب که منجر به انتقال حرارت به صورت آزاد می شود ، تبادل حرارتی اجباری به دلیل همزدن از طریق حرکت دورانی گاز و پاشش جریان مذاب، کشش سطحی سیال رانده شده به نزدیکی سطح قالب و همچنین مکش مذاب از بخش بین دندریتی به علت انقباض فلز در طی فرایند انجماد که در اکثر موارد به وسیله تورم سطح فلز ناشی از عقب زنی غلطک ها یا تنش های جزئی در پوسته منجمد شده در نتیجه شیب حرارتی تشدید می شود، صورت می پذیرد.

به منظور کاهش جدایش و در نتیجه کاهش ایجاد ترک های داخلی ، یک منطقه متجانس پیشنهاد می شود. در مذاب، تعداد زیادی کریستال های کوچک شناور وجود دارد. هنگامی که فرایند فوق گداز کم می شود ، این کریستال ها شروح به رشد می کنند و در نهایت تشکیل یک منطقه متجانس یا هم محور را می دهند. بنابراین ، دمای فوق گداز باید تا حد امکان پایین باشد تا جدایش ماکرو کمتری در ناحیه مرکزی اتفاق بیافتد. این امر به طور وضوح تأثیر دمای فوق گداز را بر روی جدایش در راستای خط مرکزی و همچنین ایجاد ترک در این ناحیه را نشان می دهد .

با خمیدگی غلطک ، جدایش مرکزی تشدید می شود. زیرا ، غلطک خم شده ناشی از تنش حرارتی وارده بر آن به صورت غیر معمولی دوران می کند و از این رو به واسطه غلطک خمیده ، هنگامی که سمت محدب غلطک با سطح اسلب تماس پیدا می کند اسلب با یک کاهش چشمگیر در ضخامت مواجه می گردد و سبب جاری شدن فولاد مذاب باقی مانده شده که ممکن است سبب افزایش غلظت عناصر موجود در آلیاژ شود. همچنین ، جدایش در امتداد خط مرکزی در حالتی که اسلب دائماً در معرض نقصان ناشی از تماس با سمت محدب غلطک قرار دارد ، ممکن است به دلیل جاری شدن فولاد مذاب غنی شده به خارج ، این نقصان به طور موضعی اصلاح گردد ، از طرف دیگر در حالتی که اسلب به طور مکرر در معرض نقصان کمتر ناشی از تماس با سمت مقعر غلطک قرار داشته باشد ، به دلیل ریزش فولاد مذاب غنی به داخل و در نتیجه فشرده شدن فولاد مذاب در قسمت غلطک، جدایش می تواند با وخامت بیشتری همراه باشد و از این رو منتج به پراکندگی جدایش مرکزی در جهت ریخته گری می گردد.

شرایط سرد کردن

بازگرم کردن سطحی ، پدیده ای است که بر اساس اختلاف دمای بین سطح ریخته گری در زیر منطقه اسپری آب و دمای ثابت نسبی محصول ریخته شده در حدود 2 متر پایین تر از قالب ، تعریف می شود. اندازه و تعداد ترک ها با اعمال بازگرم سطحی کمتر با کاهش مواجه گردیدند. اگر پاشش آب خنک کننده به طور یکنواخت و در یک فاصله طولی کوتاهتر اعمال شود ، موجب بازگرم قابل توجه و افزایش چشمگیر در ایجاد ترک ها می شود. این اتفاق ناشی از افت ناگهانی در میزان خروج گرما از سطح در نتیجه حرکت اسلب از منطقه اسپری آب به سمت منطقه خنک کننده تابشی ، می باشد. دما در خط مرکزی ناگهان کاهش می یابد و به یکباره تمامی گرمای نهان خود را از دست می دهد. خط مرکزی منقبض شده و در معرض تنش قرار می گیرد و همزمان در منطقه داکتیلیته کم منتج به ترک مرکزی می شود.

تشکیل ترک خط مرکزی می تواند به وسیله افزایش شدت خنک کنندگی اسپری برای سطح خط نورد در نقطه پایان انجماد، متوقف گردد. افزایش خنک کنندگی اسپری یک تأثیر سودمند را به همراه دارد، زیرا منتج به ایجاد یک پوسته خنک می شود که می تواند به طور مؤثر تری در برابر فشار فرواستاتیک مقاومت کند. خنک کردن اسپری با شدت بالا می تواند دندیرت های ظریفی را در اسلب ایجاد کند و از این رو باعث کاهش جدایش ماکرو و تشکیل ترک های داخلی گردد.

شرایط ماشین

این یکی از مهمترین عواملی است که بر روی تشکیل ترک در امتداد خط مرکزی مؤثر می باشد. فاصله نامناسب غلطک می تواند منتهی به برآمدگی پوسته جامد شود که ایجاد جدایش در امتداد خط مرکزی را تشدید می کند. اگر پوسته به بیرون متورم شود یک فضای خالی در منطقه مرکزی مذاب ایجاد می شود ، از این رو مکش مذاب بین دندریتی ناخالص را از منطقه خمیری اطراف یه منطقه مرکزی افزایش می دهد. تنظیم مجدد فاصله غلطک ها در ماشین ریخته گری مداوم منجر به کاهش ایجاد ترک های مرکزی در اسلب های تولیدی می شود. کرنش ایجاد شده که منتهی به تشکیل ترک می شود ناشی از برآمدگی وسیع سطحی به علت فضای کم بوده و معمولاً به دلیل اعمال نیروی حاصل از تورم بر روی مناطقی با نرمی کمتر در نزدیکی خط جامد در ناحیه مرکزی می باشد.

به طور کلی ، در تکیه گاه غلطک های ماشین ریخته گری اسلب یک سوراخ مرکزی برای خنک کردن اسلب به وسیله آب تعبیه شده است و این غلطک ها به طور متداول غلطک های گرم نامیده می شوند. این امر موجب می شود که سطح غلطک گرم شده در طی فرایند ریخته گری ، بیش از پیش در معرض خمیدگی قرار گیرد. همچنین ، تمایل غلطک به خمیدگی متناسب با توان سوم طول آن می باشد.

زمانی که اسلب گرم وارد فاصله بین دو غلطک می شود، در نتیجه فشار فرواستاتیک به کار برده شده ، یک تغییر شکل خمشی برای غلطک اتفاق می افتد. این خمیدگی در حدود 1 میلیمتر می باشد و تقریباً ثابت باقی می ماند. به هر حال یک وقفه کوتاه (در حدود 1 دقیقه) در فرایند ریخته گری به وجود می آید و اسلب متوقف می شود ( که ممکن است به علت برآمدگی ناشی از تنظیم نا مناسب دستگاه باشد) و غلطک نیز به دلایل حرارتی، به اندازه قابل توجهی نسبت به اسلب تاب بر می دارد. همراه با عقب زنی مجدد ، غلطک برای یک مدت زمان مشخص به طور غیر معمول می چرخد تا این که یک تعادل دمایی حاکم شود ، که بعد از آن غلطک به وضعیت خمیدگی ثابت باز می گردد. در توقف، غلطک های گرم مقدار بیشتری خمیده می شوند و مدت زمان طولانی تری برای بازگشت به حالت اولیه طول می کشد.به طور کلی ممکن است بازگشت به حالت اولیه در غلطک های گرم هرگز رخ ندهد. تنظیم ماشین نیز بر روی سایش غلطک ها به ویژه برای غلطک هایی با قطر کوچک به علت ترکیب تنش و خوردگی، بسیار تأثیر گذار می باشد.

با توجه به تأثیر تنش ناشی از برآمدگی بین غلطک ها و نامیزانی غلطک ها ، جانمایی مناسب غلطک بر حسب لزوم انجام می شود. همچنین از آنجایی که گام های تنگ در غلطک احتمال خمیدگی آن را کاهش می دهند و منجر به افزایش نامیزانی آن می شوند ،اعمال یک گام ((pitch مناسب در غلطک ضروری می باشد. زمانی که برآمدگی در هر گامی از غلطک رخ می دهد و به ناچار غلطک ها از تنظیم خارج می گردند ( در حقیقت بدیهی است که در برخی از غلطک ها می تواند صفر باشد) ، باید توجه بیشتری به ایجاد برآمدگی نمود.

سرعت ریخته گری

هرچه سرعت ریخته گری بالاتر باشد زمان کمتر برای خروج حرارت وجود دارد . بنابراین ، طول مذاب داخلی بیشتر شده و منطقه خمیری افزایش می یابد و ضخامت پوسته به محض خروج  از قالب که منتج به برآمدگی اسلب و جدایش ماکرو در مرکز اسلب می شود، کاهش می یابد. ریخته گری با سرعت کمتر منجر به ایجاد پوسته قوی تر می شود که می تواند در مقابل فشار فرواستاتیک مقاومت کرده و احتمال جدایش را کاهش دهد.  بهینه سازی سرعت ریخته گری ضروری می باشد به طوری که این سرعت نباید کمتر از یک محدوده معین بوده زیرا در غیر این صورت می تواند به طور جدی موجب کاهش تولید گردد.

تجربه کارخانه فولادهای آلیاژی

واحد صنعتی تولید فولاد آلیاژی در  Durgapurهند، مجهز به یک ماشین ریخته گری منحنی شکل منحصر به فرد اسلب و شمشه برای تولید اسلب در خطوط نورد تک خطه و دو خطه برای شمشه هایی برای انواع مختلف فولادهای آلیاژی می باشد. در طی دوره ای بین سال های 97-1996 میلادی ، این واحد صنعتی با مشکلاتی در رابطه با ایجاد ترک هایی در امتداد خط مرکزی در اسلب های ریخته شده انواع فولادهای Corton مواجه گردید. این مشکل منتج به انجام مطالعات گسترده ای بر روی فرایند های مختلف ریخته گری و همچنین پارامترهای موثر بر ماشین گردید و به منظور تشخیص پارامترهای مؤثر برای ایجاد ترک در این نوع از فولادها، در حدود 105 ذوب شامل اسلب هایی با ترک های مرکزی و بدون ترک های مرکزی ریخته شدند.

اینگونه مشاهده شد که با اعمال یک دمای فوق گداز متجاوز از 40 درجه سانتی گراد ، به کار گیری ترکیبی از خنک کردن قالب به طور شدید (HMC) با جریان آبی با سرعت بیش از 5900 لیتر بر دقیقه یا خنک کنندگی قالب به طور معمولی (NMC) با جریان آبی با سرعت 5900-5250 لیتر بر دقیقه به وسیله یک خنک کننده اسپری ملایم (SSC) با مصرف آب مخصوص در حدود 66/0 لیتر بر کیلوگرم و همچنین فشار هیدرولیک در حدود 70 تا 75 بار در عقب زنی و فاصله بیشتر بین غلطک ها در بخش های (segments) 3 تا 7 ، موارد ایجاد ترک مرکزی افزایش یافت. همچنین زمانی که میانگین سرعت ریخته گری 80/0 متر بر دقیقه بود، در هر دو مورد یعنی اسلب های سالم و یا دارای ترک مرکزی،  هیچ گونه تأثیری بر روی ایجاد ترک نداشت.

یکی از مهمترین عوامل مؤثر بر روی ایجاد ترکهایی در امتداد خط مرکزی ، فاصله زیاد بین دو غلطک در بخش های 3 تا 7 بود. در یک دستگاه ریخته گری ، 5 غلطک در هر بخش وجود دارد که هر یک از آنها دارای غلطکی با قطر 310 میلیمتر با استوانه ای با طول 1350 میلیمتر،  می باشند. غلطک ها در این قسمت ها دارای یک سوراخ در مرکز به همراه یک سیستم تعبیه شده برای خنک کاری غلطک ها در داخل آن طراحی شده اند. فاصله غلطک برای بخش های 3 و4 برابر با 5/174 میلیمتر ، برای بخش های 5 و 6 ،دقیقاً 174 میلیمتر و در نهایت برای بخش 7 برابر با 5/174 میلیمتر می باشد. در تمام غلطک ها ، تلورانس غلطک تحتانی به همراه بالشک (template) حداقل 9/0 میلیمتر و حداکثر 1/1 میلیمتر می باشد. همچنین حداکثر خمیدگی مجاز 2 میلیمتر برای غلطک منفرد و 3 میلیمتر برای غلطک های مرکب می باشد. بعد از ریخته گری و بررسی ذوب های با ترک مرکزی ، برامدگی آشکار و فاصله بالاتر غلطک ها در بخش ها به روشنی مشاهده شد. این امر واضح بود که خمیده شدن غلطک  ناشی از توقف ها در طی فرایند ریخته گری ( نقص دریچه های کشویی ، برآمدگی و ...) بوده که موجب بالا رفتن دمای غلطک گردید، همچنین اعمال نا مناسب آب به منظور خنک کردن داخل غلطک ها منتج به تراوش آن در امتداد مفاصل چرخنده شد و در نهایت امکان کارکردن را برای یک دوره زمانی خاص بعد از ریخته گری نیافت. علاوه بر آنچه که ذکر شد ، عدم خارج کردن غلطک های فرسوده از روند تولید ، وارسی غیر منظم فاصله غلطک و تمیزکاری نامناسب ماشین موجبات افزایش فاصله غلطک را تشدید می کنند. نظارت منظم فاصله غلطک ، جلوگیری از ترواش آب در امتداد مفاصل چرخنده توأم با خنک کردن مستمر غلطک ها تا زمان توقف بخار، بعد از فرایند ریخته گری برای اطمینان از پایداری غلطک و بازرسی های دوره ای ماشین برای خارج کردن غلطک های فرسوده و جایگزینی آنها می تواند کمک شایانی به تولید اسلب هایی عاری از ترک های مرکزی کند.


همچنین افزایش شدت اسپری خنک کننده از مصرف آب مخصوص 66/0 لیتر بر کیلوگرم به 80/0 لیتر بر کیلوگرم کمک بسیاری به کاهش مؤثر ایجاد ترک در امتداد خط مرکزی در اسلب ها می کند. ترکیب روش خنک کنندگی ملایم قالب (SMS ) جریان آبی با شدت 5250 لیتر بر دقیقه که افزایش استحکام پوسته را تسهیل می کند و خنک کنندگی اسپری شدید (HSC) با میزان 88/0 لیتر بر کیلوگرم ، میزان بروز ترک در اسلب های فولادی Corton را به حداقل می رسانند. علاوه بر نکات بالا ، نگه داشتن دمای فوق گداز در کمتر از 40 درجه سانتیگراد تمایل به تشکیل ترک را در اسلب های ریخته شده کاهش می دهند.

به کارگیری فشار هیدرولیک بالاتر در عقب زنی (70 تا 75 بار) با استفاده از خنک کنندگی اسپری ملایم (SSC) نشان داد که دارای یک تأثیر مضاعف بر روی تشکیل ترک مرکزی در اسلب ها می باشد. همچنین این امر نشان داد که نوسانات فشار هیدرولیک 15 تا 25 بار بر روی اسلب آزمایشی می باشد. کاهش فشار هیدرولیک در عقب زنی به 60 تا 65 بار و اطمینان از خنک کنندگی اسپری شدید (HSC) موجب کاهش موارد ایجاد ترک مرکزی گردید. در کارخانه فولاد آلیاژی ، با کنترل عوامل فرایند و ماشین ریخته گری، ایجاد ترک ها در امتداد خط مرکزی اسلب ها می تواند برطرف گردد.

نتیجه گیری

پارامترهای ریخته گری و ماشین، یک نقش محوری را در ایجاد ترک های مرکزی در فرایند ریخته گری مداوم اسلب های Corton بازی می کنند. امکان رفع این عیوب از طریق نظارت بر فاصله غلطک و برآمدگی آن ، به کارگیری سیستم خنک کنندگی ملایم قالب به همراه خنک کننده اسپری شدید، نگهداری دمای فوق گداز در کمتر از 40 درجه سانتیگراد و همچنین انتخاب مناسب سرعت ریخته گری و فشار هیدرولیک وارده در عقب زنی در فرایند ریخته گری میسر می باشد.

>




برچسب ها: در شکل نمونه ای از مقدمه: ریخته گری مداوم به عنوان یکی از مهمترین فرایندهای تولید ابداع شده در دنیا می باشد ، که نتایجی از قبیل بهبود در کیفیت ، راندمان ، بهره وری و صرفه اقتصادی را در محصولات فولادی به همراه داشته است. امروزه ، بالغ بر 5/95 درصد از تولید فولاد خام جهانی را به خود اختصاص می دهد. تولید با کیفیت مطلوب به همراه بهره وری بالا یک نیاز ضروری برای ماشین ریخته گری مداوم می باشد که تعیین فاکتورهای مهم احتمالی برای عیوب و اجرای مطمئن اقدامات پیشگیرانه ممکن به منظور ارائه یک فرایند ریخته گری عاری از عیب را ناگزیر می سازد. دنباله در ادامه مطلب ...ترک های خط مرکزی نشان داده شده است. این عیب یکی از مهمترین عیوب داخلی مشاهده شده در اسلب های فولادی Corten می باشد که در نزدیکی خط وسط اسلب ریخته شده ظاهر می شود که ناشی از افت حجمی یا انقباض مذاب در مرکز در هنگام تغییر حالت از مذاب به جامد و تغییر شکل خط نورد می باشد. این ترک ها می توانند در نتیجه تنش های حرارتی ایجاد شوند و از آنجایی که نرمی(داکتیلیته) فولاد در دمای بیش از 1300 درجه سانتی گراد تنها در حدود 2/0 تا 3/0 می باشد ، هنگامی که یک ناحیه از اسلب در ارتباط با نواحی مجاور در معرض یک تغییر دمای ناگهانی از 100 تا 150 درجه سانتیگراد قرار می گیرد این عیب به وجود می آید. ترک ها و جدایش های آشکار در طول خط مرکزی اسلب های ریختگی اساساً ناشی از اعمال نوسانات در ابعاد اسلب به دلیل نامیزانی و/یا خمیدگی غلطک های تکیه گاه (support) در نقطه ای از خط نورد که انجماد نهایی در آنجا صورت می پذیرد ، می باشند. در نتیجه این ترک ها ،

 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر