متالورژی ، علم ناشناخته

برای سربلندی کشورمان ، باید به سرآغاز هایمان پایان دهیم

 
کوره زیمنس مارتین
نویسنده : مصطفی زارع - ساعت ٧:٢٤ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 


        کوره زیمنس مارتین

طرح اصلی این کورها توسط دانشمندانی از قبیل امیل و پی یر مارتین فرانسوی در سالهای 1840تا 1865 اراعه شد .
این دانشمندان وقتی با فرضیه زیمنس در سال 1856 مبنی بر استفاده از گرمای گازهای خروجی برای گرم کردن سوخت و هوا اشنا شدند  توانستند در کارهای خود به موفقیتهایی چشم گیری دست یابند . که از ان به بعد این کورها به نام کوره زیمنس مارتین شهرت یافت .



طرز کار کوره :
حرارت لازم برای ذوب شارژ در کوره زیمنس مارتین توسط گاز ویا سوختهای جامد نظیر ذغال سنگ ویا مایع تامین میشود . سوخت در دو محفظه احتراق که در دوطرف کوره زیمنس مارتین قرار دارند محترق شده و از طریق مشعل هایی به کوره زیمنس مارتین وارد می گردد . دو مشعل قرار گرفته در دو طرف کوره زیمنس مارتین با یکدیگر عمل نکرده بلکه یکی برای حدود 15 تا 20دقیقه کار کرده وسپس با متوقف شدن ان دیگری برای همین مدت کار می نماید واین عمل  به تناوب تکرار می گردد .

برای رسیدن به درجات حرارتی بالا در کوره زیمنس مارتین هوای لازم برای احتراق قبلا توسط عبور از رژنراتور گرم میشوند . این قسمت از کوره زیمنس مارتین متشکل از محفظه هایی است شبیه لانه زنبور که توسط اجرهای دیر گداز پوشش داده شده وحرارت حاصل گازهای خروجی از کوره زیمنس مارتین گرمای لازم در این گونه محفظه ها را تولید نموده واجرهای دیر گداز را گداخته می نماید .

بدین ترتیب می توان درجه حرارت مذاب را تا 80 الا 100 درجه ، بالای نقطه ذوب افزایش داد .

اجرهای نسوز مورد استفاده در کوره زیمنس مارتین :

انواع مختلفی از سنگهای نسوز برای اجر چینی کوره زیمنس مارتین مورد استفاده قرار می گیرند . اجرهای نسوز را می توان با توجه به خواص شیمیایی انها تقسیم بندی کرد :
نسوزهای اسیدی یعنی آجرهایی که صرفا خواص اسیدی دارند مانند آ جرهای سیلیسی ، کوارتزیت و غیره .
نسوزهای بازی مانند سنگهای منیزیتی ، آجرهای منیزیتی ، کرمیتی با مقدار زیاد  دولمیت و غیره .
نسوزهای خنثی مانند آجرهای شاموتی ، آجرهای کرمیتی و گرد شاموت .
کوره زیمنس مارتین را نیز با توجه به نوع نسوز مورد استفاده تقسیم بندی ونام گزاری می کنند . بر این اساس کوره زیمنس مارتین به دو نوع کوره زیمنس مارتین اسیدی و بازی تقسیم بندی میشوند .
فرایند کوره زیمنس مارتین اسیدی تنها برای تولید فولادها با کیفیت بسیار بالا مناسب است
 بنابراین هزینه ی تولیدی فولاد در کوره زیمنس مارتین بالاتر از کوره زیمنس مارتین بازی است .

علت افزایش هزینه ها نسبت به کوره زیمنس مارتین بازی این است که مواد اولیه باید فسفر وگوگرد بسیار کمتری داشته باشند ، چون در کوره زیمنس مارتین اسیدی نمی توان عملیات فسفر زدایی و گوگرد زدایی را انجام داد . این در حالی است که در کوره زیمنس مارتین با جداره ی با زی می توان به راحتی عملیات فسفر زدایی وگوگرد زدایی را انجام داد .

 شارژ مورد استفاده در کوره زیمنس مارتین اسیدی می بایست از چدن خام با درجه مرغوبیت بسیار بالا که  0.015 تا 0.02 درصد فسفر و 0.01 تا 0.025 درصد  گوگرد دارنداستفاده می شود .

مواد شارژ کوره زیمنس مارتین :
1.آهک : اهک هم در کوره زیمنس مارتین اسیدی وهم در کوره زیمنس مارتین بازی به عنوان گداز اور مورد استفاده میشود .
ترکیبات مضر ان عبارتند:سیلیس و گوگرد
سیلیس مقدار آهک پخته را تقلیل می دهد ودر نتیجه مقدار سرباره را افزایش می یابد .
گوگرد عنصر نا مطلوبی در فولادها است بنابراین نباید سنگهای اهکی که بیشتر از 0.08 – 0.05 درصد گوگرد دارند ، داخل کوره زیمنس مارتین ریخت .
سنگهای اهک ماده ی مناسبی برای جوشش مذاب محسوب می شوند زیرا در اثر حرارت تجزیه شده وگاز دی اکسید کربن از انها متصاعد میشود . این غلیان اهک شرایط انتقال گرما را در داخل کوره زیمنس مارتین بهتر کرده ونیز به عمل تصویه ، توسط اکسیژن دی اکسید کربن کمک می کند .

 
2.کلسیم فلورید ( فلوئورین ) :
این گداز اور دارای 90 تا 95 درصد 2CaF و 3 تا 9 درصد سیلیس است.از این گدازاور برای سیال کردن سرباره های خیلی غلیظ استفاده میکنند . این گداز اور خاصیت گوگرد زدایی دارد .
 تجربیات نشان داده که این گداز اور اثر تخریبی روی جداره ی سیلیسی دارد .

 3. بوکسیت ها :

به طور وسیع در کوره زیمنس مارتین بازی برای کنترل سیالیت سرباره مورد استفاده قرار می گیرد . اثر سیال کنندگی ان به افزایش غلظت آلو مینا در سرباره بستگی دارد ولی شدت اثر انها به مراتب کمتر از فلدسپار است.

4.آجرهای شکسته ی شاموتی :

این ماده به سرباره ی کوره زیمنس مارتین اسیدی اضافه میشود تا سیالیت سرباره را افزایش دهد .

5. سنگ اهن : این ماده برای سوزاندن ناخالصی ها وبرای کمک به انحلال اهک به کوره زیمنس مارتین اضافه می شود . در ضمن سیلیس نبا ید از یک حد مجازی در سنگ های اهن فراتر رود چراکه منجر به افزایش مصرف اهک می شود.

 
6. قراضه فولاد :

قراضه هایی که به بار کوره زیمنس مارتین اضافه می شوند نباید به ماسه ، گوگرد ، سرب ، روی ، قلع و غیره الوده باشند .
قراضه هایی که با قلع نازک و روی ، رو کشی شده است ، از پست ترین نوع قراضه است .
  روی همراه قراضه به هنگام ذوب به صورت بخار اکسید روی متصاعد شده و بر جداره کوره زیمنس مارتین ، رژنراتورها ، لوله های ، مشعل ، دیگ های بخار نشسته و انها را خراب می کند .
وقتی سرب وارد کوره زیمنس مارتین بشود به علت پایین بودن نقطه ذوب فورا ذوب شده و به علت سنگینی به قسمت تحتانی مذاب جاری و در انجا به داخل سوراخ های  باریک آجرها  نفوذ کرده و موجبات خرابی سینه کوره زیمنس مارتین را فراهم می اورد .گدشته از ان که سرب ممکن است سبب شکسته گی سینه کوره زیمنس مارتین و جاری شدن مذاب بشود .
قراضه سبک وزن ،  تراشه های سبک فولادی و سرقیچیهای ورق را در بر می گیرد .
اگر مقدار قراضه سبک وزن در بار کوره زیمنس مارتین زیادتر شود در این صورت زمان باردهی افزایش یافته و در نتیجه بهره وری کوره زیمنس مارتین کاهش می یابد .
اما این عیب را می توان با پرس کردن قراضه در ماشین های پرس بر طرف کرده و شرایط باردهی را بهتر کرد .

تراشه هایی که در کوره زیمنس مارتین مورد استفاده قرار می گیرند باید تازه بوده و اکسید نشده باشند (در غیر این صورت حمام مذاب بیش از حد لزوم اکسید شده و گازهای فراوانی در ان تجمع پیدا می کنند )

 
قراضه ها را باید به دقت درجه بندی کرد .بدین علت قراضه های گوگرد دار را باید  به دقت از سایر قراضه ها جدا کرد زیرا در ساختن فولادهای عالی این نوع قراضه ها بسیار نا مناسب هستند .

7. چدن خام :
قسمت مهمی از بار کوره زیمنس مارتین را چدن خام تشکیل میدهد . در کارخانه های فولاد سازی که فاقد کوره بلند هستند .چدن خام به صورت شمشهای جامد  در کوره شارژ می شوند و در هر صورت از لحاظ اقتصادی برخی اوقات  به صلاح است که شمشهای منجمد را قبل از ریختن به درون کوره زیمنس مارتین در یک کوره کوپل ذوب کنند .

 
نقش برخی از عناصر موجود در چدن خام در فرایند فولاد سازی کوره زیمنس مارتین:
طبیعت و بازده کوره زیمنس مارتین شدیدا به مقدار فسفر چدن خام بستگی دارد .در فرایند کوره زیمنس مارتین اسیدی ، که در ان امکان تصویه فسفر وجود ندارد ، مقدار درصد فسفر در چدن خام باید حداقل نگه داشته شود .
تنها زمانی که 20تا30 درصد کل شارژ را چدن خام تشکیل می دهد می توان به روش اسیدی فولادی با 0.015 تا 0.02  درصد فسفر تهیه کرد .
در فرایند کوره زیمنس مارتین بازی می توان چدن خام را با مقدار دلخواه فسفر را به فولاد تبدیل کرد
 چدن خام مناسب کوره زیمنس مارتین تا 0.02 فسفر دارد اگر مقدار فسفر چدن خام بالاتر از 1.5 درصد باشد در این صورت سرباره تولیدی به عنوان کود شیمیایی مورد استفاده قرار خواهد گرفت .

گوگرد عنصری بسیار مضری برای فولاد سازی محسوب می شود چون برطرف کردن قسمتی از ان حتی در کوره زیمنس مارتین بازی نیز بسیار مشکل است .

 
تصویه مذاب توسط کوره زیمنس مارتین:
   کار کوره زیمنس مارتین تصویه مذاب به فولاد است . ترکیب شارژ فلزی می تواند بین 100درصد چدن خام تا 100 درصد قراضه تغییر کند .

 در کوره ی زیمنس مارتین برای سوزاندن عناصر مضر اکسیژن به کوره زیمنس مارتین دمیده می شود در نتیجه یک اتمسفر اکسید کننده در بالای مذاب به وجود می اید . پس از دمش اکسیژن ناخالصی های شارژ به همراه مقداری اهن ، اکسید می شوند که در سرباره تجمع می یابند .
فسفر زدایی : فسفر یکی از عناصر مضر در فولاد محسوب می شود . همان طور که در قسمت فوق توضیح داده شد برای تصویه ناخالصی ها از اکسیژن استفاده میشود پس از دمش اکسیژن فسفر به صورت ترکیب 5O2Pوارد سر باره می گردد . ترکیب 5O2P در دماهای بالا نا پایدار است که در صورت بالا بودن زمان ذوب فسفر وارد مذاب می شود .

گوگرد زدایی درکوره زیمنس مارتین:
گوگرد از جمله عناصر مضری است که خواص مکانیکی ، مقاومت به خوردگی وقابلیت جوشکاری را کاهش می دهد .
منگنز از جمله عناصری است که خاصیت گوگرد زدایی دارد که از این عنصر جهت تقلیل اثرات مضر گوگرد استفاده می شود.

اکسیژن زدائی در کوره زیمنس مارتین:
با توجه به این که برای تصویه مذاب از اکسیژن استفاده می شود حجم بالایی از اکسیژن در داخل مذاب حل می شود وهمین موضوع عملیات  اکسیژن زدایی لازم و ضروری می گرداند .
روش های مختلفی جهت اکسیژن زدایی مذاب موجد است که در این بین عملیات اکسیژن زدایی رسوبی بیشترین کاربرد را دارد در این روش از عناصری که قدرت اکسیژن زدایی بالایی دارند استفاده می شود که عبارتند از :Ca_Zr_Al_Si