انتخاب فرایند فولاسازی و تکنولوژی های ذوب ریزی مناسب

انتخاب فرایند فولاسازی و تکنولوژی های ذوب ریزی مناسب برای محصولات فولادی با ارزش
تختال نازک ریختگی :
اولین کارخانه ریخته گری تختال نازک در سال 1989 در NUCORایالات متحده امریکا بر اساس تکنولوژی رشد یافته SMS آلمان تأسیس گردید که این تکنولوژی را با نام CPS یا تکنولوژی تولید تسمه فشاری می شناسند. این تکنولوژی به طور کامل در بیش از 30 کارخانه به کار گرفته شد که با تکیه بر آن سالیانه در حدود 50 میلیون تن تختال نازک تولید می شود. همچنین شرکت های وست آلپین (VAI) استرالیا و دانیلی ایتالیا نیز تکنولوژی های ریخته گری تختال نازک خود را گسترش دادند. تکنولوژی شرکت وست آلپین را در حال حاضر با نام ریخته گری مستمر تختال نازک و تکنولوژی نورد یا به اختصار CONROLL می شناسند و این شرکت تختال هایی با ضخامت 125 میلیمتر و بالاتر تولید می کند. اما تکنولوژی شرکت دانیلی نیز به نورد مستمر تختال های نازک نرم یا FtSR معروف بوده و تختال هایی با ضخامت هایی بین 70 تا 90 میلیمتر تولید می کند.
امروزه دستگاه ریخته گری یک رشته ای تختال نازک و نورد نهایی استاندارد توانایی تولید بیش از 35/1 میلیون تن کلاف نورد گرم را در طی یک سال دارد. آخرین کارخانه که در جولای سال 2007 در Severcorr ایالات متحده شروع به فعالیت نمود به طور حتم بزرگترین واحد ریخته گری تختال نازک می باشد که محصولاتی با عرض 900 تا 1880 تولید می کند. این کارخانه توسط SMS-Dmage ساخته شده و به وسیله یک واحد ریخته گری تک رشته ای، یک کوره تونلی و شش جایگاه نورد تسمه گرم ، سالیانه در حدود 35/1 میلیون تن کلاف نورد گرم تولید می کند. همچنین یک خط روغنکاری و اسیدشویی ، یک خط نورد تاندم با ظرفیت تولید 3/0 میلیون تن در سال ، یک خط نورد تمپر و یک خط گالوانیزه با ظرفیت 4/0 میلیون تن در سال برای افزایش تولید از 17درصد به 18درصد برای محصولات بدون روکش مورد استفاده در صنایع خودرو و مابقی برای دیگر کاربردهای نهایی مثل لوله ، محصولات ساختمانی و محصولات صنایع خودرو بدون روکش ، در این کارخانه نصب شده اند. SMS-Dmageکارخانه ای با سومین نسل تکنولوژی CSP نامیده می شود. آخرین نوآوری های ارائه شده در این تکنولوژی های ریخته گری تختال نازک عبارتند از :
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·طراحی قالب
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·دستگاه قالب گیری هیدرولیک لرزشی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·استفاده از ترمزهای الکترومغناطیس (EMBR)
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·استفاده از descaler فشار بالا و راهنمای جانبی غلطکی(لبه خم کن) در فرایند نورد
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش مرکزی مایع دینامیک(LRC)
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·قالب گیری پودری و SEN طراحی مجدد شده
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·سیستم خنک کننده آبی اسپری
سرعت ریخته گری برای تختال با ضخامت 55/50 میلیمتر 6 متر بر دقیقه بوده که در واحدهای ریخته گری تختال نازک متوسط رایج می باشد. در ابتدا در طی روش تولید تختال نازک فقط نوع تجاری فولادهای ساده کربنی ریخته می شد. هرچند اخیراً ، فروشندگان تجهیزات ادعا می کنند که تقریباً تمامی انواع فولادها ، شامل فولادهای کم کربن ، پرکربن و کربن متوسط ، انواع فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا (HSLA) برای خطوط لوله و همچنین فولادهایی برای استفاده در صنایع خودرو سازی از قبیل انواع بدون عناصر درون شبکه ای (IF) را می توان در این سیستم ریخته گری نمود. انواع فولادهایی که می توانند توسط روش های ریخته گری تختال نازک تولید گردند را در جدول شماره 10 مشاهده می کنید :
نوع فولاد
شماره فولاد
انواع فولادهایی که پیش از این با روش تختال نازک ریخته می شدند
A
فولادهای غیر آلیاژی برای استفاده در لوله های تحت فرایند جوشکاری و لوله کشی ساختمان
1
فولادهای کم کربن و فوق کم کربن در کیفیت های DD و EDD
2
فولادهای میکروآلیاژی با استحکام بالاتر برای شکل دهی سرد و نورد سرد
3
فولادهایHSLA با افزایش مقاومت در برابر خوردگی جوی
4
فولادهای سیلیسی برای کاربردهای الکتریکی
5
فولادهای پرکربن و کربن متوسط
6
انواع فولادهای EDDبرای محصولات بدون روکش مورد استفاده در صنایع خودرو
7
فولادهای آلیاژی برای استفاده در فرایندهای عملیات حرارتی
8
فولادهای ضدزنگ فریتی
9
فولادهای خطوط لوله API-5L
10
فولادهای IF
11
ورق های فولادی فوق کم کربن برای محصولات بدون روکش مورد استفاده در صنایع خودرو
12
فولادهای دوفازی و TRIP
13
فولادهای خطوط لوله بالاتر از X-80
14
فولادهای نوع پریتکتیک
15
جدول شماره 10 – طبقه بندی فولادهای ریخته شده به روش ریخته گری تختال نازک
مزیت های مهم در تکنولوژی ریخته گری تختال نازک
در مقایسه با دیگر فرایندهای متداول ریخته گری مستمر برای تولید کلاف های نورد گرم(HR) ، اینگونه استنباط می شود که تختال های نازک ریخته شده ( با ضخامتی بین 40 تا 70 میلیمتر) با توجه به ضرورت نورد گرم ، این سیستم به میزان قابل توجهی انرژی کمتری مصرف می کند.
مصرف انرژی در طی روش ریخته گری تختال نازک شامل انرژی حرارتی ، بین 150 تا kWh/t200 بوده و در مقابل میزان مصرف انرژی حرارتی در روش ریخته گری متداول ، در حدود 450 تا kWh/t500 می باشد.
بهبود در راندمان :
این موضوع را باید پذیرفت که روش ریخته گری تختال نازک در مقایسه با روش های متداول ریخته گری نورد گرم ، راندمان تولید را برای محصولات نورد گرم تخت افزایش می دهد . همچنین افزایش صرفه جویی در مصرف انرژی از 20/1 درصد به 30/1 درصد نیز از فولاد مذاب پاتیل تا تولید کلاف نورد گرم دست یافتنی می باشد.
دیگر مزایا :
دیگر مزایای بالقوه ی سیستم ریخته گری تختال نازک را می توان اینگونه برشمرد :
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش در هزینه های کلی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش در نیروی انسانی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش فضای مورد نیاز
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش در هزینه فرایند
فرایند ریخته گری تسمه به روش مستقیم (DSC) :
در سال1999 شرکتNUCOR / BHP/I HIیک واحد صنعتی با ظرفیت تولید 5/0 میلیون تن درسال در NUCOR ایالات متحده تأسیس نمود و روش تولید خود را به عنوان " فرایند ریخته گری تسمه" ارتقاء داد. همچنین شرکت Thyssen Krupp Steel / Usinor / VAI نیز فرایند های خود را به عنوان فرایند تسمه اروپایی توسعه بخشید. در این فرایند ، فولاد مذاب بین دو غلطک چرخنده مقابل هم ریخته می شود. دو صفحه سرامیکی جانبی به سمت سطوح پیشین غلطک های نورد فشار وارد می کنند و استخر فولاد مذاب را در بر می گیرند . یک پوسته فولادی بر روی هر دو سطح غلطک شکل می گیرد که توسط سطح محدب مذاب ایجاد می گردد . ضخامت پوسته افزایش پیدا کرده و به نقطه تماس یعنی کمترین فاصله بین غلطک ها می رسد، جایی که دو پوسته زمانی که از بین دو غلطک ریخته گری عبور می کنند، به هم متصل شده و تشکیل یک پوسته پیوسته ای را می دهند و در جهت پایین از قالب خارج می گردد. معمولاً محدوده سرعت ریخته گری بین 40 تا 130 متر بر دقیقه بوده که به ضخامت تسمه ، اندازه غلطک ریخته گری و ارتفاع استخر بستگی دارد.
این تکنولوژی دارای مشخصه ها و مزیت های زیادی است ، و زمانی که برای کارخانه ها با مقیاس بزرگتر با ظرفیت 1 میلیون تن و بیشتر نصب شود جنبه های کیفیتی آن بسیار بالاست.
توضیحات
ظرفیت کارخانه بر حسب میلیون بر تن
نوع واحد صنعتی
موارد
برای تغذیه بازارهای محلی ، تولید محصولات با کیفیت ویژه وتأمین محصولات طویل
بین 5/0 تا 7/0
واحدهای فولادسازی
کوچک
نوع اول
معمولاً ظرفیت این چنین واحدهایی به محصولات فولادی پایین دستی از روش BOFِ یاEAF ریخته گری تختال نازک اختصاص داده می شود. سیستم ریخته گری متداول BOF– سیستم ریخته گری تختال متداول-واحد نورد steckelیا نورد ورق برای تولید ورق هایی با کیفیت بالا را نیز در برمی گیرد. سیستم ریخته گری تختال نازک – واحد نورد گرم ، امکان دوبرابر کردن ظرفیت را تا حدود 5/2 میلیون تن در سال به واسطه افزودن یک ذوب ریز و یک کوره تونلی فراهم می آورد.
2/1 تا 4/1
مجتمع فولادسازی متوسط
نوع دوم
مجتمع های فولادسازی ظرفیت بالا همواره از روش BOF سنتی –HSM استفاده می کنند. این چنین واحدهایی برای تولید با ظرفیت بسیار بالا و افزایش ظرفیت ایجاد می شوند
3 میلیون تن و بیشتر
مجتمع فولادسازی ظرفیت بالا
نوع سوم
جدول شماره 11 : ظرفیت تولید واحدهای مختلف فولادسازی
انتخاب روش فرایند تکنولوژی برای اقتصادی بودن تولید
امروزه نصب یک کارخانه مجتمع بزرگ فولادسازی بسیار هزینه بر است و دوره نصب تا بهره برداری آن طولانی می باشد . از این رو لازم است که تکنولوژی و فرایند قبل از اقدام به اجرای چنین پروژه ای به دقت بررسی و ارزیابی گردد. به دلیل پیدایش تکنولوژی های متعدد جدید در تولید فولاد و تکنولوژی ریخته گری مستمر ارزیابی فرایند بسیار ضروری می باشد. چنین ارزیابی هایی معمولاً شامل بررسی دستاوردهای گذشته ، شرایط کنونی و جنبه های آتی تکنولوژی در دست مطالعه بوده که در این رابطه باید معیارهای زیر مورد توجه قارا گیرد :
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·ظرفیت کارخانه
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·انتخاب نوع تولید
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·امکان دسترسی به مواد اولیه
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·در دسترس بودن انرژی مصرفی به میزان کافی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·میزان آلودگی زیست محیطی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·ملاحظات هزینه ای
همچنین می بایستی در دسترس بودن تسهیلات زیر بنایی و تدارکات بهره برداری در طول ارزیابی تکنولوژی و انتخاب عملی آن مورد توجه قرار گیرد.
به منظور انتخاب تسهیلات تکنولوژی ممکن برای ظرفیت های کارخانه های فولادسازی مطلوب با توجه به نکات مطرح شده ، جدول شماره 2 را مطالعه نمایید.
برنامه ریزی تجهیزات
برنامه ریزی تجهیزات بر اساس نوع محصول مورد نظر ، برای سه مورد مختلف به شرح زیر می باشد:
نوع اول : واحدهای فولادسازی کوچک
کارخانه هایی در سراسر جهان با ظرفیتی تا 1 میلیون تن در سال ، در گروه واحد های فولادسازی کوچک قرار دارند. چنین کارخانه هایی معمولاً با استفاده از مواد اولیه در دسترس محلی و خدماتی از قبیل برق و انرژی های دیگر ، جهت تغذیه ی بازارهای خاصی بهره برداری می شوند. با توجه به سرمایه گذاری های نسبتاً پایین آن برای محصولات طویل مانند مفتول ، انواع میلگردها ، مفتول ها و محصولات ساختمانی متوسط ، با استفاده از روش ریخته گری پیوسته از نظر تولید می توانند اقتصادی باشند.
معمولاً کمترین ظرفیت این واحدهای کوچک صنعتی 600 هزار تن در سال بوده که می تواند با حداقل سرمایه گذاری ، حداقل سایت و محصولاتی طبق سفارش مشتری نصب گردد. این فرایندها بسیار متداول بوده و در اکثر کشورهای آسیایی و آمریکای شمالی این تکنولوژی به کار گرفته می شود. فولادهای تولید شده در این کارخانه ها دارای کاربردهای مخصوصی مانند محصولات ساختمانی از قبیل میلگردها و انواع تیرآهن که به صورت اقتصادی از شمش تولید می شوند ، بوده و دارای خواص برتر متالورژیکی می باشد. علاوه بر این میلگردهای فولادهای استحکام بالای کم آلیاژ می تواند با استفاده از شمش برای ساخت ساختمان های بلند و نیز ساخت پل ها استفاده شود. با بهره گیری هماهنگ و صحیح از ماشین های ریخته گری و تجهیزات پایین دستی ، محصولاتی با کمیت بهتر را می توان از طریق شارژ مذاب بدست آورد که در مصرف انرژی کاهش چشمگیری خواهد داشت.
نوع دوم : مجتمع های فولادسازی متوسط
کارخانه های مید سایز یا مجتمع های فولادسازی متوسط با ظرفیت سالیانه 2/1 تا 4/1 میلیون تن در سال از روش های BF-BOF-CC یا روش EAF-CC استفاده می کنند که در امر تولید انواع محصولات بسیار متداول و انعطاف پذیر می باشند و همچنین دارای توانایی تولید فولاد با مصرف انرژی کم و نیز در دسترس بودن تجهیزات متناسب پایین دستی و بالا دستی می باشند.
محصولات ورق ضخیم بالای 5 میلیمتر تا 3200 میلیمتر پهنا با کابردهای ساختمانی و زیر بنایی را می توان توسط روش سنتی BOF-CC به صورت اقتصادی تولید نمود. در این مجتمع های صنعتی ، واحد های نورد ورق با ظرفیت تولید 2/1 تن در سال نیز کاملاً رایج می باشد .همچنین با توجه به تقاضای کنونی محصولات فولادی مانند ورق های ضخیم Q&T ، API – 5Lتا بیش از X – 120 ، OCTGبرای نفت و گازهای طبیعی ، محصولات تولید شده در این واحدهای صنعتی کاربردهای خوبی در کارخانه های تصفیه ثانویه ، ماشین های ریخته گری تختال پیشرفته و همچنین واحدهای نورد ورق های عریض دارند که توسط سرمایه گذاران کنونی انتخاب می شود.
طبق گزارشات رسیده روش ریخته گری تختال نازک BOF می تواند برای تولید فولادهای IFبا مشخصات متالورژیکی قابل قبولی به کارگرفته شودکه در بخش های خودروسازی کاربرد دارد. به هر حال امروزه انواع مختلف فولادهای مهم را که در بالا به آنها اشاره کردیم می توان طبق درخواست مشتری در این واحدهای صنعتی تولید نمود.
نوع سوم : مجتمع های بزرگ فولاد سازی
مجتمع های فولادسازی سراسر دنیا به دلیل سرمایه گذاری های پایین و بهره برداری اقتصادی ، تولید انبوه ، اجاره معادن مواد اولیه به مدت طولانی ، مصرف انرژی پایین و جابجایی حداقل محصولات میانی کاربرد وسیعی دارند. معمولاً چنین مجتمع هایی بر اساس روش BF – BOF عمل می کنند و در کنار معادن یا نزدیک بندر ساخته می شوند. تجهیزات میان دستی بر اساس نیاز قالب بازار و یا نیاز بازارهای نوظهور مصرفی ایجاد می شوند.
ظرفیت فولادسازی مدولار بین این مجتمع های بزرگ صنعتی 2 تا 3 میلیون تن در سال بوده بوده و متعاقباً قابل افزایش است. ظرفیت نهایی چنین کارخانه هایی گاهاً تا 10 میلیون تن در سال نیز می رسد.
نتیجه گیری
فضای تجاری جهانی با توجه به ادغام شرکت ها و افزایش مالکیت ها یک وضعیت خشن و رقابتی برای ابقاء و پیشرفت را تجربه می کند. فقط شرکت هایی که قادرند محصولاتی با کیفیت بالا و در یک قیمت رقابتی را تولید کنند شانس باقی ماندن در صحنه را دارند. تکنولوژی تولید فولاد و ریخته گری کماکان نقش قالبی را در ارائه قیمت های رقابت آمیز در صنعت بازی می کنند. تکنولوژی های مختلف که در این مقاله مطرح شدند ، ابزار اولیه در تولید فولاد بر حسب قیمت ، کیفیت و حجم می باشند.
در قرن 21 در قاره آسیا ما شاهد یک رشد بی سابقه در بخش فولاد بودیم. افزایش مصرف فولاد نیز وابستگی زیادی به میزان پیشرفت ایجاد شده در بخش های گوناگون کاربرد آن پیدا کرده است.

منبع:انجمن فنی مهندسی