مقاله فرآیند ذوب

عنوان :

مقاله فرآیند ذوب

این فایل با فرمت word و آماده پرینت میباشد
 
فهرست مطالب
مقدمه ۴
تکنیک های ذوب ۵
فرآیندهای ذوب اولیه ۵
فرآیندهای پالایش ۷
فرآیندهای ذوب ثانویه ۸
فرآیند VAR 10
فرآیند ESR 10
فرآیند EBCHR 11
فرآیند VADER 12
فرآیند ISM 14
نتیجه گیری ۱۵
 
مقدمه
هر فرآیند ذوب ایده آل برای تولید سوپر آلیاژهای با کیفیت بالا باید شرایط زیر را داشته باشد:
1- قابلیت استفاده از هر نوع قراضه و مواد خام را داشته باشد.
2- کنترل دقیق ترکیب شیمیایی و بازیابی همه عناصر آلیاژی امکان پذیر باشد.
4- بدون توجه به کلاس و طبقه بندی آلیاژ، انعطاف پذیری و تطابق کامل برای ذوب همه نوع سوپر آلیاژ را داشته باشد.
4- از نقطه نظر اثر واکنشهای اصلاح، پالایش و توالی انجماد کاملاً قابل کنترل باشد.
5- از هر نوع منبع آلودگی مانند گازها، ناخالصی ها و آخالهای غیر فلزی مبرا و مصون باشد.
6- بالاترین تولید با کمترین هزینه امکان پذیر باشد.
به سادگی می توان فهمید که ترکیبی از همه موارد بالا را نمی توان در تنها یک روش ذوب خلاصه کرد. به این ترتیب، ذوب سوپر آلیاژها را می توان در سه شاخه طبقه بندی کرد:
1- فرآیند ذوب اولیه، که در آن آلیاژ با ترکیب فلزات خالص، فرو آلیاژها، برگشتی‌ها و قراضه ها تهیه می شود.
2- فرآیند پالایش، که می تواند در یک مرحله مجزا و یا همراه با فرآیند ذوب اولیه برای حذف ناخالصی ها و کنترل میزان گازها بصورت بگیرد.
3- فرآیند ذوب ثانویه، که تاکید آن بر کنترل انجماد و تولید شمشهای با ساختار مناسب و بی عیب است. تهیه شمشهای با خلوص بالا بدون حضور عیبهای ناخواسته از مواد دیر گداز و یا اتمسفر هوا از اهداف این مرحله است.
تکنیک های ذوب
فرآیندهای ذوب اولیه
ساده ترین روش برای ذوب اولیه سوپر آلیاژها در مقیاس زیاد، ذوب در کوره قوس الکتریک (EAF) است. فرآیند ذوب در هوا صورت می گیرد و حرارت مورد نیاز نیز از قوس الکتریکی بیش الکترودهای گرافیتی و مواد شارژ تامین می شود. عموماً، از اکسیژن گازی نیز برای کاهش مقادیر کربن، هیدروژن و نیتروژن استفاده می شود. ذوب تهیه شده اغلب به صورت شمش برای محصولات نوردی و یا الکترود برای رسیدن به کیفیتهای بالاتر در فرآیندهای ذوب مجدد، ریخته می شود عمده مزایای (EAF) به ترتیب زیر است:
1- انعطاف پذیری در نوع و شکل مواد شارژ
2- کنترل دمایی خوب
3- سرباره فعال سیال برای پالایش متالورژیکی
4- بیشترین تولید با کمترین قیمت
معایب این روش نیز دارای ترتیب زیر است:
1- حضور مواد نسوز
2- هوای محیط
3- سرباره
فقدان شرایط هم زدن خوب باعث افزایش زمان پالایش شده و ذوب از لحاظ همگن بودن فقیر خواهد بود.
مقادیر سرباره و آخال نیز در مقایسه با روش ذوب در هوا به شدت کاهش می یابد.
شارژ اولیه برای کوره VIM ، آلیاژهای پایه است و عناصر آلیاژی فرار به آن اضافه نمی شود. بعد از آنکه شارژ در اثر یکسری واکنشهای خروج گاز و جوش ذوب شد، همگن سازی و پالایش انجام می شود. قبل از ریخته گری الکترودها، ترکیب مذاب کاملاً کنترل شده و اصلاح می شود. الکترودها را می توان هم در خلاء و هم تحت گاز خنثی ریخته گری کرد.
عمده معایب فرآیند VIM عبارت است از:
1- سایش نسوز و واکنشهای ذوب- نسوز که منجر به تولید آخالهای اکسیدی می‌شود.
2- عدم کنترل نرخ انجماد که منجر به تشکیل لوله انقباضی اضافی و جدانشینی انجمادی می شود.
3- درشت ساختار و ریز ساختار غیر یکنواخت.
فرآیندهای پالایش
سه فرآیند پالایش اولیه برای سوپر آلیاژهای تولید شده از فرآیند EAF مورد استفاده قرار می گیرد. گاززدایی در خلاء (VD) اولین مرحله برای بالا بردن کیفیت محصول کوره الکتریکی است. در این فرآیند، فلز مذاب در یک محفظه مجزا و در معرض فشارهای بسیار پایین پالایش می شود. تحت این شرایط گازهای حل شده مانند مونواکسید کربن، هیدروژن و نیتروژن کاهش می یابد. برخی تجهیزات مانند الکترودهای گرافیتی یا کویلهای القایی نیز برای حرارت دهی فلز مذاب در حین و یا در ادامه فرآیند گاززدایی استفاده می شود.
توسعه فرآیندهای گاززدایی منجر به فرآیند کربن زدایی با اکسیژن در خلاء (VOD) گردید که در آن، فولادهای زنگ نزن و سوپر آلیاژها را میتوان تحت شرایط بسیار کنترل شده عمل آورد. در این فرآیند پالایش، فلز مذاب تهیه شده از EAF که دارای مقادیر زیادی کربن و کروم است تحت خلاء و با تزریق اکسیژن کربن زدایی می‌شود. این عمل، اجازه می دهد تا در تولید سوپر آلیاژها، از مواد خام حاوی کربن زیاد با قیمت پایین تر استفاده کرد. برای بالا بردن کیفیت گاززدایی می توان مذاب را به وسیله آرگون و یا القاء و یا هر دو هم زد.
سومین روش پالایش، تکنیک کربن زدایی به وسیله آرگون و اکسیژن (AOD) است در این روش، فلز مذاب معمولاً با تزریق اکسیژن و آرگون کربن زدایی می شود. مخلوط اکسیژن و آرگون از نازلها یا افشانکهای مجزا تزریق و نسبت آرگون به اکسیژن با پالایش یا کربن زدایی به تدریج افزایش می یابد. پس از رسیدن کربن بهحد مورد نیاز، واکنش های مذاب سرباره، مانند احیاء کروم و گوگرد زدایی را می توان با هم زدن مذاب به وسیله تزریق آرگون خالص تشدید کرد. تزریق آرگون همچنین، گازهای حل شده دیگر را خارج می کند.
فرآیند AOD به دلایل زیر به سرعت مقبولیت و  توسعه یافت:
1- سادگی و انعطاف پذیری
2- کنترل آسان و قابلیت تولید مجدد
3- کیفیت مذاب عالی
این روش را می توان انقلابی در تولید فولاد و سوپر آلیاژهایی دانست که نیاز به کربن و مقادیر عناصر فعال پایین دارند. این فرآیند شرایط استفاده از فرو کروم های پر کربن دیگر مواد خام ارزانتر از برای تولید بسیاری از آلیاژها فراهم آورده است.ساختمان ساده محفظه AOD نیز مشکلات فرآیندی و تعمیر و نگهداری را بسیار کاهش داده است. همچنین، مصرف بالای آرگون را می توان به طور جزئی با جایگزینی نیتروژن کاهش داد. از AOD بیشتر در تولید فولادهای زنگ نزن استفاده می‌شود ولی برخی شرکتها از این فرآیند برای تولید آلیاژهای پایه نیکل دما بالا و مقاوم در برابر خوردگی استفاده می کنند.
فرآیندهای ذوب ثانویه
معمولترین روشهای ذوب ثانویه برای سوپر آلیاژها عبارت است از VAR و ESR. فرآیند VIM عموماً به عنوان فرآیند ذوب اولیه سوپر آلیاژها به کار می رود و ممکن است برای ریخته گری دقیق قطعات سوپر آلیاژ کافی باشد با این وجود، برای موادیکه قرار است در معرض فرآیندهای شکل دادن باشند، به ویژه برای سوپر آلیاژهای با استحکام بالاتر که برای تولید توربین های گازی بزرگ در معرض کار قرار می گیرند، فرآیند ذوب ثانویه کاملاً ضروری است شمشهای VIM عموماً دارای اندازه دانه‌های بزرگ و غیر یکنواخت است و همچنین انقباض و جدا نشینی عناصر آلیاژی نیز رخ می دهد.
با این حال در مواردیکه محصولات تحت فرآیندهای شکل دادن قرار خواهند گرفت و نیاز به استحکام بالایی است. فرآیند ذوب ثانویه کاملاً ضروری است.
این موارد مشکلی برای مواد خامی که قرار است ذوب مجدد شوند ایجاد نمی‌کند، در حالیکه برای سوپر آلیاژهایی مانند Incoloy 901 و Waspaloy و In cone 1718 و Astroloy که فورج پذیراند و تحت کار گرم قرار می گیرند بسیار محدود کننده و مشکل زاست. این مشکلات را می توان با توالی ذوب VIM با VAR یا ESR کاملاص حل کرد. VAR و ESR علاوه بر اصلاح ترکیب آلیاژ، ساختار انجمادی شمش را نیز اصلاح می کنند. ]1،3،6[
در برخی سوپر آلیاژهای پایه نیکل پیشرفته، حتی روشهای VIM-VAR و
VIM-ESR نیز نمی تواندساختار شمش قابل قبولی برای کارگرم به وجود آورد، یک چنین سوپر آلیاژهایی با روشهای متالوژی پودر به عمل می آیند.
پیشرفتهای اخیر در تکنولوژی ریخته گری و ذوب شمش مانند VADER شرایط مناسبی را برای اصلاح و بهبود ساختار سوپر آلیاژهای با استحکام بالا برای روشهای فورج و اکستروژن به شکل شمش فراهم می آورد. ]9-7[
یکی از روشهای جدید برای بهبود خواص و کارپذیری سوپر آلیاژهای پایه Ni و Fe-Ni که مقادیر آخال و ناخالصی های سرباره را به شدت کاهش می دهد، روش EBR است. EBR فرآیند بسیار مناسبی برای تهیه شمشهای ریختگی و کارپذیر با کیفیت عالی است. ]1[
 

دانلود کامل مقاله فرآیند ذوب

تحقیق کاربرد ریخته گری سیستم های اندازه گیری متالوژی پودر

عنوان :

تحقیق کاربرد ریخته گری سیستم های اندازه گیری متالوژی پودر

این فایل با فرمت word و آماده پرینت میباشد
فهرست مطالب
ریخته گری و متالوژی پودر ۶
شکل دهی پوسته ۷
پخت نهایی و ریزش ۷
مراحل تهیه و ساخت قالب گری پوسته ای ۸
قالب گیری Invesment ) (بسته‌ای) ۹
پوشاندن مدل ۱۲
قالب گیری فلز ۱۳
مزایای پوشاندن قطعه ۱۴
قالب ریخته گری فلزی ۱۵
فلزقالب ریخته گری فلز ۱۵
دای کست ثقلی ۱۶
دای کست تحت فشار (فشار بالا) ۱۷
قالب های ریخته گری تحت فشار ( دای کست ) ۲۰
ویژگیهای مراحل مختلف قالب ریزی ۲۲
متالوژی پودری ۲۲
همگن سازی ۲۴
محدودیت ها و ملاحظات طرح ۲۵
اندازه گیر ۲۸
تطبیق گرها ۲۸
تطبیق گر مکانیکی ۲۹
تطبیق گر با تسمه پیچشی ۳۰
تطبیق گر الکترونیک ۳۲
تطبیق گر نوری ۳۴
روش های اندازه گیری فشار باد ۳۵
روشهای اندازه گیری ۳۷
لنزهای موازی ۴۱
پروژه عدسی ۴۱
انواع پرتو افکن ها ۴۲
روشهای اندازه گیری ۴۳
پروژه‌ای از نمودارهای پیچیده ۴۴
کاربردهای اتوکولیماتور ۴۹
اندازه گیری گوشه‌ها و زوایا ۵۳
زاویه دکور: ( Dekkor ) 54
تراز دقیق ۵۶
اندازه‌گیری سطح تمام شده ۵۷
آرایش ۵۸
سیستم اندازه‌گیری ۵۸
روشهای اندازه‌گیری ۵۹
وسایل ثبت الکتریکی ۶۲
آزمایشات برای مرغک ماشین تراش ۶۴
محور موازنه ماسوره با بخش متحرک ماشین تراش ۶۵
گونیای متحرک لغزنده مقطع ( عرضی ) با محور ماسوره ۶۶
محور موازنه انتهای بدنه تیغه همراه با بستر ۶۷
آزمایش هایی برای ماشین های فرز افقی ۶۷
میز متحرک موازی با تی اسلات مرکزی ۶۷
گونیای محور ماسوره‌ای با تی اسلات مرکزی ۶۸
میز گونیای شکل با استفاده از شیوه‌های عمودی ۶۹
آزمایش‌های ماشین‌های سوراخکاری ۷۰
حدود و انطباق‌ها ۷۲
سیستم های محدودیات و تناسبها ( timit -&-fits ) 76
انحراف اساسی ۷۷
تعیین نوع اندازه مبنا ۷۹
حد اندازه‌گیری ۸۱
تلرانسهای مقیاسی ( نمونه ) و دقت مجاز فرسایشی ۸۳
 
 
ریخته گری و متالوژی پودر:
مقدمه: به ویژه در جایی که ریخته ها احتیاج به جزئیات دقیق دارد، جهت از بین بردن این محدودیت ها فرایندهای ریخته‌گری دیگری که هزینه تولید کمتری هم دارند به وجود آمده اند، این روش شامل:
(i) قالب گیری پوسته‌ای
( ii ) قالب‌گیری بسته‌ای
(iii ) دای کاست یا ( ریخته گری حدیده ای که علاوه برفرآیندهای ریخته گری شکل دهی قطعات با استفاده از پودرهای فلزی نیز شامل این فصل می باشد.
 قالب گیری پوسته ای: این فرآیند را می توان به عنوان فرآیند گسترش داده شده ریخته گری ماسه ای دانست. اصولاً این روش از 2 نیمه مصرف شدنی قالب یا پوسته قالب از ماسه مخلوط شده با یک چسب مناسب جهت ایجاد استحکام در برابر وزن فلز ریخته شده، پخته شده است تشکیل می شود.
 
شکل دهی پوسته:
برای تشکیل پوسته ابتدا یک نیم الگوی فلزی ساخته می شود که معمولاً از جنس فولاد یا برنج می باشد و به صفحه الگو چسبانده می شود. یک الگوی راه گاه بر روی این صفحه تعبیه می شود. بر روی الگو یک زاویه 1 تا 2 درجه برای راحت جدا شدن ایجاد می شود. همچنین بر روی صفحه الگو دستگیره هایی برای جدا کردن صفحات ایجاد می شود.
پخت جزعی: این مجموعه تا درجه حرارت   در کوره یا توسط هیترهای مقاوم الکتریکی که در داخل الگو نصب شده اند گرم می شوند. از هر کدام از روشهای حرارت دهی که استفاده شده باشد صفحه الگو به جعبه های ماسه مخلوط شود. با چسب تر متوسط متصل می شود این جعبه سپس وارونه شده تا مخلوط ماسه و چسب بر روی الگوی حرارت دیده ریخته شود تا رزین یا چسب ذوب شده و باعث چسبیدن ماسه شود. پس از 10 تا 20 ثانیه را برگردانده تا یک لایه ( حدوداً   نیمه پخته شده پوسته که به الگو چسبیده باقی بماند.
 پخت نهایی و ریزش:
مجموعه صفحه الگو به همراه پوسته به داخل کوره براه شده تا پخته نهایی در درجه حرارت 300 الی   در مدت زمان 1 الی 5 دقیقه صورت گیرد. زمان و درجه حرارت دقیق جهت این کار بستگی به نوع رزین مصرف شده دارد. پس از پخت پوسته از صفحه الگو جدا می شود هر دوی پوسته ها به این روش ساخته می شود. و قالب به هم چسباندن 2 نیمه توسط چسب یا کلمپ یا پیچ کامل می شود.
قالب همگون آماده ریختن می باشد. در جاهایی که احتیاج به قسمتهای تو خالی
می باشد. فنری قرار داده می شود و این ماسه مشابه روش ریخته گری ماسه ای انجام
نمی شود. مراحل ساخت یک پوسته قالب در شکل (1. 2) نشان داده شده است.
مراحل تهیه و ساخت قالب گری پوسته ای:
در مقایسه با روش ریخته گری ماسه ای قالب گیری پوسته ای دارای مزایای زیر
می باشد:
a) دقت ابعادی بهتر یا تلرانس (   ).
b) تکمیل سطح بهتر یا قابلیت دوباره تولید جزئیات دقیق تر.
c) این فرآیند جهت کارکردهای غیر ماهر یا با مهارت کم می توانند استفاده کنند.
اشکال این روش قسمت بالای الگوها و ماسه قالب گیری آنها می باشد. ( هر چند ) چون فرآیند نیمه مکانیزه می باشد زمان تولید یک پوسته قالب در مقایسه با ساخت یک قالب برای ریخته گری ماسه ای به صورت قالب ملاحظه ای کمتر می باشد. بنابراین این فرآیند جهت تولید ریخته  اثر بالا که هزینه های اولیه در آن قابل جبران می باشد مناسب می باشد.
 قالب گیری Invesment )   (بسته‌ای)
این روش ریخته گری قدمتی مانند ریخته گری ماسه ای دارد توسط قدیمیان جهت ساخت قطعات با جزئیات دقیق مانند دسته شمشیر و جواهرات مورد استفاده قرار گرفته است. در طول قرن ها این فرآیند محدود شده بود به مجسمه های برنزی و به درستی تنی فرآیندی است که امروزه در این حرفه مورد استفاده قرار می گیرد در پانزده سال اولیه این قرن بوده که قالب گیری Invesmemt جهت فرآیندهای صنعتی به ویژه در جابه جائی که ریخته ها با دقت ابعادی و تکمیل سطح بالا مورد نیاز است مناسب تشخیص داده شده.
اساساً رویه فوم از مراحل ساختن و شکل دادن تشکیل شده است که از مواد نسوز (مقاوم در مقابل حوادث ) برای شکل دادن قالب پوشانده می شود.
وقتی پوشانده سخت می شود فوم مذاب از حفره های قالب بیرون زده و از آهن مذاب پر می شود. زمانی که آهن مذاب به درجه انجماد رسید و قالب نسوز شکسته
 شد، چدن ریخته گری ظاهر می شود.
I) مدل ساخته می شود.  II) مدل پوشانده می شود. III ) آهن ریخته گری می شود.
ساختن مدل
برای رویه فوم به یک قالب دو نیمه ای لازم است که اساساً از یک یا دو روش زیر ساخته می شود.
1) زمانیکه انتظار دوام طولانی داشته باشیم، قالبها معمولاً از آهن، استیل، برنج، آلومینیوم ساخته می شوند. شکل معکوس قالب را در فلز تراش داده و آن را برای راحتی انقباض مقداری بزرگ می سازند، که مقدار دقت و مهارت در این مرحله خیلی بالاست. دقیقاً مانند مرحله ساخت قالبهای پلاستکی.
2) اگر دوام قالب مهم نباشد. از قالبهای ارزانی که با آلیاژ های نقطه ذوب پائین ساخته شده استفاده می شود. مراحل در شکل (2-2) نشان داده شده است.
 
اولین لازمه قالب اصلی است که از برنج یا استیل ساخته شده است که از سطح صاف و صیقلی ساخته شده، برای انقباض موم مقداری اندازه آن را بزرگ می سازند. شکل تا
عمق نصف قالب داخل ماسه فرو می رود و قالب استیلی دور بقیه شکل قرار داده میشود و با آلیاژهای بانقطه ذوب پائین 19 درجه سانتیگراد پر میشود.
پس از انجماد شدن آلیاژ دو نیمه قالب از هم جدا می شود و ماسه اطراف آن عوض میشود با همان آلیاژ نقطه ذوب پائین مانند قبل.
هر کدام از روشهای ساخت نوع قالب استفاده شده را معین می کند. و پس از انتخاب موم گداخته شده را داخل آن تزریق می کنیم و آن را مونتاژ می کنیم. بعد از انجماد موم قالب را دو نیمه کرده و موم شکل گرفته را از آن خارج می کنیم.
 
پوشاندن مدل:
به پوشش نسوزی که به روی شکل کشیده می شود که قالب را تکمیل کند و به آن پوشاننده می گویند. و در دو مرحله انجام می گیرد.
پوشانده اولیه از رنگ کردن یا فرو بردن شکل در آبی که مخلوطی از سدیم سلیکات و اکسید کرومیک و آرد زارگون است تشکیل شده قبل از خشک شدن پوشش معمولاً مقداری پودر خاک نرم روی آن ریخته، برای پوشاندن و زمینه را برای پوشاندن نهائی فراهم می کند. بعد از خشک شدن یک قالب فلزی دور شکل پوشیده شده می گیرند و با پوشش دوم که معمولاً از موادی که آب با آلومینیوم گداخته شده یا خاک رس مذاب تشکیل شده پر می کنند. برای اطمینان مواد نسوز دور اولین لایه پوشش را فرا می گیرد و معمولاً قالب را تکان می دهند. قالب را در کوره با درجه حرارت کم قرار می دهند تا اینکه هم پوشش سخت می شود و هم موم ذوب می شود و از قالب خارج می شود که در دفعات بعد استفاده شود. این مراحل معمولاً 8 ساعت در دمای 95 درجه سانتیگراد طول می کشد. زمان و حرارت دقیقاً به نوع جنس موم بستگی دارد. سپس درجه حرارت تا 1000 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. تا اینکه قالب کاملاً سخت شده و هیچگونه اثری از موم باقی نماند. قالب برای قالبگیری آماده است. (در شکل 4-2)
 
قالب گیری فلز:
زمانیکه قالب گرم است آنرا در کوره ای که با برق گرم می شود و مواد مذاب در آن موجود است قرار می دهند (شکل 5-2) در درجه حرارت مناسب کوره را بر عکس کرده تا مواد مذاب وارد قالب شود. برای اطمینان از اینکه مواد مذاب درون تمام حفره‌ها را پر کرده، معمولاً مواد را با فشار زیاد تزریق می کنند. بصورتیکه تمام جزئیات نشان داده شود. سپس بعد از سرد شدن (انجماد) قالب کوره به حالت اولیه برگردانده می شود و قالب برداشته می شود. سپس با چکش های باید و قلم مواد را از قالب خارج
می کنند.
 
مزایای پوشاندن قطعه:
برتریهای این رویه بطور خلاصه در زیر توضیح داده شده است.
الف ) این نوع قالب گیری دقت دقیقی دارد و با تلرانس 8/0+ میلی متر ممکن است.
ب ) سطح صیقلی بسیار مناسبی دارد که دیگر به صاف کاری احتیاج ندارد و این در قالب گیریهائی که با فلز درست می شوند و سخت هستند مهم می باشد، برای عملیات دوباره صاف کاری (آلیاژهای کروم و نیکل) در پروانه توربینها استفاده می شود.
برتریهای این رویه بطور خلاصه در زیر توضیح داده شده است.
الف) این نوع قالب گیری دقت دقیقی دارد و با تلرانس 8/0 + میلی متر ممکن است.
ب) سطح صیقلی بسیار مناسبی دارد که دیگر به صاف کاری احتیاج ندارد و این در قالب گیریهائی که با فلز درست می شوند و سخت هستند مهم می باشد، برای عملیات  دوباره صاف کاری ( آلیاژهای کروم و نیکل ) در پروانه توربینها استفاده می شود.
ج) از آنجائی که شکل موم دقیقاً مانند قالب نهائی است و تمام قسمتها مشخص
می شود و به قطعات ریز دیگر احتیاجی نمی باشد.
د) قطعات ممکن است در یک واحد درست  بشوند. اگر از روش دیگر استفاده
می گردید، ممکن بود قطعه از چند قسمت تشکیل شود و در کنار همدیگر مونتاژ شود.
شکل اصلی این رویه این است که وسایل و هزینه تولید بسیار بالاست ولی چون تراشکاری اضافی احتیاج نمی باشد. مانند قالب گیریهای دیگر این هزینه سنگین با صرفه و مورد قبول است.
قالب ریخته گری فلزی:
در قالب گیری که توضیح دادیم از پوششهای مصرفی استفاده می کنیم. ولی قالبهای ریخته گری بر مبنای استفاده از قالبهای فلزی دائمی است که به اسم قالبها می باشند. از آنجائیکه طراحی و تولیدشان گران است و از ماشین های گران قیمت استفاده می شود. این روش زمانی اقتصادی است که در حجم زیاد تولید شود.
فلزقالب ریخته گری فلز:
فلز مورد استفاده برای قالب ریخته گری بطور کلی محدود به گروهی از فلزات غیر آهنی است، بدین ترتیب برای مدت زیادی عمر می کنند که نقطه ذوب آنها پایین تر از آلیاژها است.
دو شرط در این است که باید سیالیت خوب داشته باشند و در ضمن در برابر «تردی داغ» هم حساس نباشد. تردی داغ عبارتی است که برای توصیف تردی قطعات ریختگی در دمای بالا به کار می رود آلیاژهای مورد استفاده شامل آلیاژهای پایه آلومینوم روی منیزیم قلع و سرب و به مقدار محدودی برنج و برنز هستند تا کنون رایج ترین فلزات مورد استفاده در این روش آلیاژهای پایه آلومینیوم به صورت زیر است:
مس 4% سیلسیم 5% آهن 3% نیکل 2% و منیزیم 5/0% از قطعات ریخته گری تحت فشار آلومینیوم در جاهایی استفاده می شود که نسبت به استحکام به وزن بالایی موردنیاز است یک آلیاژ پایه روی معمولی شامل 4% آلومینیوم 7/2% مس و 3% منیزیم است این آلیاژ خواص ریخته گری خوبی دارد و به علاوه این مزیت را هم دارد که دمای ریخته گری آن در مقایسه با آلیاژهای پایه قلع و سرب محدود است کاربرد اصلی آنها در ساخت یاتاقانهای فشار پایین و قطعاتی دیگر است که در آنها استحکام یک فاکتور با اهمیت نیست آلیاژهای منیزیم که گاهی اوقات با نام تجاری Elektron شناخته می شوند در بین آلیاژهای فوق از همه سبکتر هستند و در جایی استفاده می شود که مسئله وزن و مقاومت در برابر خوردگی بهترین ملاحظات موجود باشند.
فرآیند دای کست (ریخته گری تحت فشار)
ریخته گری تحت فشار به طور عمده شامل دو نوع فرایند است.
1) ثقلی  2) فشار بالا (تحت فشار)
 
دای کست ثقلی:
این فرآیند شبیه به ریخته گری ماسه است با این تفاوت که قالب از چدن یا از فولادهای آلیاژهای مخصوص ساخته می شوند در اینجا هم باید از سیستم راه گاهی استفاده کرد اما از آنجا که بر خلاف ریخته گری ماسه نمی توان قالب را پس از استفاده خُرد کرد باید قالب را به گونه ای استفاده کرد که بتوان دو تکه آن را از هم جدا کرد و قطعه را خارج نموده ساده ترین قالب مورد استفاده در این روش از دو لنگه قالب تشکیل می شود اما به دلیل پیچیدگی بسیاری از قطعات قالب باید طوری طراحی شود که تعدادی قطعات متحرک و قابل جداشدن هم داشته باشد و ماهیچه های هم درون آن قرار گیرد در هر حال طراح قابل سعی می کند که تعداد این گونه قطعات را به حداقل برساند تا هم هزینه قالب کاهش یابد وهم زمان سر هم کردن قالب قبل از ریختن مذاب بعدی کمتر شود علاوه بر پیش بینی برای جبران انقباض ناشی از انجماد و سرد شدن، طراح باید سیستم تهویه مناسبی را هم در نظر بگیرد تا از ایجاد تخلخل و حفره در قطعه جلوگیری شود.
سیستم تهویه یا همان راه خروج هوا را معمولا با ایجاد شیارهایی در فصل مشترک دو لنگه قالب (با عمق تقریبی mm5/0) ایجاد می کنند که موقعیت و تعداد آنها به طبیعت و پیچیدگی قطعه ریختگی بستگی دارد.
برای اینکه مذاب خیلی سریعتر منجمد نشود، قالب را پیشگرم می کنند (تقریباً با c200) البته پیشگرم کردن قبل از اولین مذاب ریزی انجام می شود. بعد از ریختن اولین مذاب در هر مرحله حرارت ناشی از فلزات مذاب به اندازه کافی قالب را برای مراحل بعد گرم کرده از آنجا که از قالبهای فلزی استفاده می شود می توان به دقت ابعادی و کیفیت سطحی بهتری نسبت به قطعات حاصل از ریخته گری در قالبهای ماسه ای دست پیدا کرد.
دای کست تحت فشار (فشار بالا):
در این روش فلزات مذاب با فشار بسیار زیاد به دال یک قالب فلزی بسته تزریق
می شوند در مقایسه با دای کست ثقلی دای کست تحت فشار مزیتهای زیر را دارد
1- می توان سطوح نازکتر و جزئیات بیشتری را تولید کرد.
2- کیفیت سطحی و ابعادی بهتری به دست می آید
3- ساختار دانه بندی بهتری به دلیل فلز تحت فشار به دست می آید دای کست تحت فشار به دو دسته تقسیم می شود.
1- فرآیند محافظ سرد
2- فرآیندمحافظ داغ
انتخاب روش دای کست تحت فشار عمدتاً به نوع فلزی که قرار است ریخته گری شود و آهنگ تولید مورد نیاز بستگی دارد فرآیند محافظ سرد:
مشخصات اصلی و عمده ماشینهای محفظه سرد در شکل 6-2 نشان داده شده فلز مذاب به صورت دستی در سیلندر تزریق ریخته می شود و پس از آنها به وسیله بازوهای هیدرولیکی به داخل محفظه قالب تزریق می شود.
 
فشار مورد استفاده در تزریق بسته به حجم و نوع فلز تزریقی می کند اما معمولا در محدوده 14 تا mn/m 70 قرار دارد.
بعد از انجماد و سرد شدن قالب باز می شود و قطعه معمولا به وسیله پینهای بیرون انداز بیرون انداخته می شود فلزات مورد استفاده در این روش شامل آلیاژها پایه آلومینیوم و منیزیم برنج و برنز هستند.
فرآیند محفظه داغ: در شکل 7-2 نشان داده شده ماشین این فرآیند معمولا یک سیلندر تزریق دارد که داخل پاتیل فلز مذاب قرار دارد.
 
در عمل بازوی هیدرولیکی جابجا می شود تا مقداری فلز مذاب به درون سیلندر تزریق وارد شود و پس از آن به درون قالب تزریق 5/2 تا mn/m5/3 است وقتی قطعه منجمدشد، قالب باز و قطعه خارج می شود معمولا بازکردن، بستن و تزریق در یک سیکل اتوماتیک قرار داده می شود و با یک ماشین تمام اتومامیک می تواند 2000 قطعه در ساعت تولید کرد. آلیاژهای پایه آلومینوم به ندرت با روش محفظه داغ ریخته گری می شوند چون آلومینیوم با پاتیل دستگاه واکنش می دهد. بنابراین فرآیند بیشتر به آلیاژهای روی و منیزیم محدود شده. در مقایسه با فرآیند محفظه سرد، این روش بسیار سریعتر است.
 
قالب های ریخته گری تحت فشار ( دای کست ):
 طراحی و ساخت قالب های دای کست نیازمند مهارت زیاد و رعایت استانداردهای دقیق و نکات هندسی بسیار است به همین دلیل ساخت قالب بسیار گران است. اما این هزینه زیاد با تعداد زیاد قطعات باید در برابر سایش مقاوم باشند تا عمر قالب حتی الامکان افزایش یابد به همین دلیل فولادهای آلیاژی خاصی توسعه یافته‌اند که حاوی مقدار زیادی کروم و وانیوم به عنوان عناصر آلیاژی اصلی هستند که در طراحی یک قالب باید تدابیر لازم برای جبران مذاب در حین انقباض ناشی از انجماد در نظر گرفته شود پین‌های بیرون انداز هم باید به گونه ای طراحی شوند که باعث صدمه خوردن  یا اعوجاج قطعه ریخته شده نشوند سرعت سرد شدن هم مهم است و با استفاده از سیستم آب گرد در قالب تنظیم می شود.
عمدتاً از 3 نوع قالب استفاده می شوند.
1- تک حفره ای
2- چند حفره ای
3- مختلط
قالب های تک حفره ای ساده ترین نوع قالب هستند و هدف از طراحی آنها تولید یک قطعه پرسیکل است قلابهای چند حفره ای دارای تعدادی حفره مشابه هستند و در مواقعی به کار می روند که سرعت تولی بالا است با استفاده از قالبهای چند حفره ای حتی ال 120 قطعه را هم می توان در یک سیکل تولید کرد قالبهای مختلف حفره های متعدد دارند که متشابه نیستند  و بطور کلی در مواقعی استفاده می شوند که قطعات کوچک یک مجموعه کامل را می‌خواهند در یک سیکل تولید کنند.
 بسیاری از قالب ریزی ها مستلزم خصوصیاتی مانند سوراخهای قلاویز شده و دندانه ها و شیارهای خاردار می باشند. که برای طراحی آنها بایستی ساخته شوند. علیرغم اینکه این خصوصیات را می توان در قالب ریزی ماشینی کرد اغلب از لحاظ کاربردی و اقتصادی به صرفه است که آنها را به شکل  تیغچه ای بسازیم لازم است که این انیزرت‌ها ( تیغچه ) کاملاً به فلز محاطی قالب بندی شده وصل شده باشد همانگونه که در مثال شکل (8-2) نشان داده شده است. این مسأله نیز مهم است که اطمینان حاصل
نمائیم که اینزرت ها به گونه ای در قالبها قرار دارند که بوسیله فلز ذوب شده تغییر مکان ندهد.
 

دانلود کامل تحقیق کاربرد ریخته گری سیستم های اندازه گیری متالوژی پودر

تولید آهن به روش اسفنجی

عنوان :

تولید آهن به روش اسفنجی

این فایل با فرمت word و آماده پرینت میباشد
فهرست مطالب
مقدمه ۴
تجهیزات انتقال بار به کوره احیا و تخلیه آهن اسفنجی از کوره به روش میدرکس ۶
تجهیزات کوره احیا به روش میدرکس ۱۰
کوره احیا به روش میدرکس ۱۰
درجه حرارت و فشار در کوره احیا ۱۱
توزیع گاز سرد کننده آهن اسفنجی در کوره احیا ۱۲
خوشه شکنهای کوره احیا ۱۳
پاروی تخلیه آهن اسفنجی در کوره میدرکس ۱۴
تولید گاز احیا کننده به روش میدرکس ۱۴
ساختمان راکتور تولید گاز احیا کننده به روش میدرکس ۱۵
لوله های راکتور گاز احیا کننده به روش میدرکس ۱۷
کنترل راکتور تولید گاز احیا کننده (رفورمر) به روش میدرکس ۱۷
کاتالیزور و مواد خنثی در لوله های راکتور تولید گاز احیای کننده به روش میدرکس ۱۹
بازیاب حرارتی (رکوپراتور) واحد میدرکس ۲۱
سیستم شستشوی گاز خروجی کوره احیا و گاز سرد کننده آهن اسفنجی به روش میدرکس ۲۳
کمپرسور گاز خروجی و گاز سرد کننده به روش میدرکس ۲۴
سیستم تولید و مصرف گاز خنثی به روش میدرکس ۲۴
سیستم آبرسانی واحد میدرکس ۲۵
ویژگی گاز احیا کننده ، گاز خروجی و گاز سرد کننده یک واحد میدرکس ۲۷
موازنه انرژی و مواد در یک واحد میدرکس ۲۸
ویژگی های چند واحد میدرکس ۲۹
ویژگیهای واحدهای میدرکس مجتمع فولاد اهواز ۲۹
تولید آهن اسفنجی به روشهای اچ وای ال یک و دو ۳۰
کوره های تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال یک و دو در دوره تخلیه آهن اسفنجی ۳۳
مراحل تولید آهن اسفنجی در واحد اچ وای ال یک و دو ۳۴
حرارت لازم برای تولید بخار آب در روش اچ وای ال ۳۷
میزان گاز لازم در روش اچ وای ال یک ودو ۳۷
تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال سه ۳۸
احیای سنگ آهن به روش اچ وای ال سه ۳۸
بررسی کلی مطالب ۳۹
استاندارد AISI 39
استاندارد آلمانی DIN 42
فولادهای غیر آلیاژی ۴۲
 
 
مقدمه
ابداع روش میدرکس به وسیله D .Beggs w .t .marton و تحقیقات لازم برای توسعه آن از سال 1965 میلادی درشرکت  میدلند- روس انجام گرفت . در سال 1976 میلادی یک واحد احیای مستقیم آزمایشی با تولیدی برابر 5/1 تن آهن اسفنجی در ساعت در توله دو واقع در اوهیو و سپس واحد دیگری به ظرفیت سالیانه 150هزار تن در پرتلند ، آمریکا تاسیس شد که در سال 1969 میلادی شروع به تولید کرد . متعاقباً ، واحدهای دیگری در چرجتاون آمریکا و در کارخانه فولادسازی هامبورگ، تاسیس شدند که در سال 1971 میلادی راه افتادند . واحد بعدی سیدبک رد کانادا بود که در سال 1973 میلادی راه اندازی شد . در ژانویه 1974 میلادی ، اجازه ساخت کارخانه های تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس به گروهفولاد کورف واگذار شد.
در کشورهای پیشرفته صنعتی مانند آمریکا و آلمان فدرال، کانادا ، اتحاد جماهیر شوروی و نیز کشورهایی که دارای منابع غنی گاز طبیعی هستند ، در دهه گذشته از تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس استقبال کرده اند .
مضافاً به اینکه ابعاد و ظرفیت تولید آهن اسفنجی کوره های احیا در واحدهای میدرکس گسترش چشمگیری یافته است و مثلاً قطر کوره  احیا در مدول 200 ، 6/3 متر ، قطر کوره احیا در مدول 400 ، 88/4 متر ، ظرفیت روزانه نسل اول آن مدول 1000 و ظرفیت روزانه نسل دوم آن 1250 تنبودهاست اما قطر کوره احیا در مدول 400 به 5/5 متر و ظرفیت روزانه آن به حدود 1700 تن اهن اسفنجی افزایش یافته است . به عقیده سازندگان واحدهای میدرکس  گسترش ظرفیت کوره های احیا به دلایل اقتصادی ممکن می باشد . گرچه در این زمین دلایل کافی در دست نیست ولی این امر طبیعی به نظرمی رشد .
در اغلب روشهای صنعتی تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس ، گاز طبیعی به عنوان عامل احیا کننده و گرما زا مصرف می شود . یک واحد میدرکس از دو قسمت اصلی تشکیل می شود :
قسمت اول ، تجهیزات لازم برای تبدیل گاز طبیعی به گاز احیا کننده .
قسمت دوم ،تجهیزات لازم برای احیای کسیدهای آهن توسط گاز احیا کننده .
 تولید آهن اسفنجی  گاز احیا کننده به روش میدرکس مداوم است . درزیر باختصار تجهیزات واحدهای میدرکس تشریح می شود .
ذکر این نکته ضروری است که چون تجهیزات واحدهای مختلف و نیز ویژگی احیا به این روش در دهه گذشته تغییرات زیادی داشته لذا خصوصیات ارائه شده در زیر مربوط به واحدهایی است که ویژگی آنها در منابع منتشر شده و برای کلیه واحدهای میدرکس عمومیت ندارد .
تجهیزات انتقال بار به کوره احیا و تخلیه آهن اسفنجی از کوره به روش میدرکس
در سیستم میدرکس ، بار گندله یا سنگ آهن خرد شده پیش از ورود به سیلوهای روزانه سرند می شوند. دانه بندی بار برای کوره از این قرار است :
بار درشتر از 50 میلیمتر
بار بیشتر از 6تا50 میلیمتر
بار بین 3 تا 6 نیلیمتر
و بار زیر 3 میلیمتر
بار با دانه بندی 6 تا 50 میلیمتر و 3 تا 6 میلیمتر به نسبت معینی در کوره احیا تغذیه می شود . برای دانه بندی گندله و یا سنگ آهن خرده شده و به روش میدرکس تجهیزاتی پیش بینی شده است . همچنین آهن اسفنجی تولید شده در کوره احیا پیش از ورود به سیلوها و مصرف مستقیم سرند می شوند و نرمه آن در برخی از واحدها به خشته تبدیل شده و در برخی مستقیماً در کوره های قوس الکتریکی به مصرف       می رسد . طرح برخی از تجهیزات انتقال گندله و سنگ آهن خرد شده به کوره و نیز آهن اسفنجی به صورت گندله و یا کلوخه در می آید .
در یک میدرکس بار به وسیله نوار نقاله از سیلوهای روزانه به مخزن تغذیه قیف مانندی که در بالای کوره قرار گفته ،تخلیه میگردد . این مخزن در واحدهای میدرکس مستقر در مجتمع فولاد اهواز 75 متر مکعب گنجایش دارد . هنگامی که نوار نقاله کار نمی کند ، گندله این مخزن به عنوان ذخیره مورد استفاده قرار می گیرند .ضمناً گندله می تواند توسط یک اسکیپ بالا برنده (به جای نوار نقاله ) در این مخزن تخلیه گردد .
سطح مواد در مخزن بالای کوره از طریق میله ای رادیو اکتیو تعیین می گردد. این میله از طرفی با سطح بار و از طرف دیگر با سیستم کنترل در تماس می باشد و سطح بار به طور اتوماتیک اندازه گیری می گردد . در صورتی که گندله در این مخزن در چهار سطح زیر باشد . سیستم کنترل علائم هشدار دهنده ذیل را مخابره می کند :
1-بالاترین سطح بار:         اخطار داده می شود
2-پر                   :      دستور توقف نوار نقاله تغذیه کننده بار به مخزن صادر
                                می گردد.
3-خالی               :    دستور کارنوار نقاله تغذیه کننده باربه مخزن صادر میشود .
4-پایین ترین سطح:   تخلیه کوره متوقف و اخطار لازم داده می شود .
مخزن بالای کوره توسط لوله نسبتاً طویلی به قسمت توزیع کننده بار (آپولو) ارتباط دارد. چون مخزن تغذیه بار در بالای موره روباز است ، لذا برای جلوگیری از داخل کوره جریان دارد و فشارآن به طور اتوماتیک کنترل می گردد . به این وسیله از نشت گاز احیا کننده کوره به خارج جلوگیری به عمل می آید . گاز خنثی نیز به علت طویل بودن لوله های رابط بین مخزن تغذیه بار و 12 لوله توزیع کننده بار در کوره به خارج کوره نفوذ نمی کند . مضافاً به اینکه زیر مخزن تجهیزاتی برای آب بندی گاز پیش بینی شده است که از این قرار می باشند :
1- دریچه کشوئی هیدرولیکی که در هنگام خالی شدن مخزن به طور اتوماتیک بسته می شود و از خروج گاز به خارج جلوگیری به عمل     می آورد .
2- فلانچها که برای جلوگیری از خروج گاز نصب شده و در مواقع اضطراری آنها به وسیله بازوی هیدرولیکی از هم باز و یک صفحه به وسیله دست بین آنها قرار داده می شود .
3- یک کمپنزاتور که برای تعدیل انبساط حرارتی کوره پیش بینی شده است .
توزیع یکنواخت گدله در کوره احیا برای جریان یکنواخت گاز احیا کننده در بین گندله ها  از اهمیت خاصی برخوردار است . با احیای بار گندلهدر کوره ، درجه فلزی آن بالا می رود ، درجه فلزی آهن اسفنجی تولید شده در کورههای میدرکس حدود 92 در صد و اکسید آهن احیا نشده در آهن اسفنجی به صورت وسیت می باشد .
در شروع راه اندازی کوره احیا ، بار به میزان کافی احیا نمی گردد . لذا درجه فلزی آهن اسفنجی تولید شده کافی نیست به این علت بار مجدداً به کوره برگشت داده می شود . مسیر جریان بار برگشتی به کوره نیز می شود .
گندله های آهن اسفنجی سرد پس از خروج از کوره سرند می گردند . میزان نرمه آهن اسفنجی زیر 5 میلیمتر در روند احیا به روش میدرکس حدود 2/0 در صد است . نرمه می تواند مستقیماً یا پس از خشته شدن در واحد فولاد سازی مصرف می گردد . آهن اسفنجی درشتر از 50 میلیمتر خرد و همراه سایر گندله ها به مخزن ذخیره حمل ودر آنجا انبار می شوند . طرح تجهیزات دانه بندی گندله های آهن اسفنجی  داده شده است .  همچنین سیلوهای ذخیره آهن اسفنجی دیده می شود . در این مخازن برای جلوگیری از اکسایش گندله ها ، گازی خنثی جاری است .
تجهیزات کوره احیا به روش میدرکس
واحدهای صنعتی احیای مستقیم که به روش میدرکس آهن اسفنجی تولید می کنند در دهه گذشته به سرعت تکامل یافته اند . در این بخش کوشش می شود باختصار تجهیزات کوره های تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس که مشابه آنها در مجتمع فولاد اهواز مستقر هستند و یا در مبارکه مستقر خواهند شد بررسی شود .
کوره احیا به روش میدرکس
کوره احیا در روش میدرکس از یک قسمت فوقانی و یک قسمت تحتانی تشکیل شده است . قسمت فوقانی کوره که منطقه اصلی احیا    می باشد، استوانه ای به قطر 8/4 تا 5 متر و ارتفاع 9 متر است که حجم مفید آن حدود 220 متر مکعب می باشد ، اما کل ارتفاع کوره 12 تا 14 متر می باشد .
بار به صورت سنگ آهن خزد شده یا گندله سنگ آهن از بالای کوره به طرف پایین جریان داشته و در مدتی حدود 5/6 ساعت در منطقه  احیا به وسیله گاز احیا کننده به اهن اسفنجی تبدیل می شود . گاز احیا کننده از بالای کلوخه شکنهای فوقانی ازطرق لوله کمربندی وارد کوره شده ودرخلاف جهت نزول بار ، جریان می یابد . گاز کم کم سرد و پس از حذف رطوبت گندله ، آن را احیا و خود تا اندازه ای اکسید می شود . طرح لوله کمربندی برای توزیع گاز احیا کننده در کوره آمده  است .
درجه حرارت و فشار در کوره احیا
احیای اکسیدهای آهن به روش میدرکس به طور کلی بر اساس واکنش زیر انجام می شود :
1- Fe2o3 +3h2 = 2fe+3H2O
2-           Fe2o3+3co=2fe+3vo2
جداره داخلی کوره توسط نسوزهای مقاوم در برابر سایش و مواد عایق پوشانده شده است تا از تلفات حرارتی کوره تا اندازه ای کاسته شود، مع هذا دمای دیواره خارجی کوره حدود 100 درجه سانتیگراد می باشد .

دانلود کامل تولید آهن به روش اسفنجی