دانشنامه فولاد و متالورژی ایران

درباره‌ ی کتاب

 کتاب حاضر، اصول علمی و تکنولوژیکی فولادسازی در کوره های قوس الکتریکی را در دو بخش و هجده فصل و یک پیوست ارائه داده است. بخش اول به فولاسازی در کوره های قوس الکتریکی اختصاص دارد و بخش دوم، فولاسازی در پاتیل را تشریح می کند. بدین ترتیب، متالورژی اولیه و متالورژی در تهیه فولاد، در این دو بخش آمده است. در بخش اول، این موارد بررسی شده است: سابقه تاریخ و تشریح سیستم های مختلف کوره قوس، مواد مصرفی در کوره های قوس شامل الکترودها، مواد نسوز، قراضه و افزودنی ها، انواع روش های فولادسازی و تمرکز بر روش بازی، نقش تعیین کننده سرباره در تهیه فولاد، مراحل مختلف اکسایش و احیاء در فولادسازی شامل کربن زادیی، فسفرزدایی و اکسیژن زدایی، آخال ها و گازها در فولاد، پیشرفت های فولادسازی در کوره های قوس و بررسی مهم ترین عوامل اقتصادی در کار کوره های قوس الکتریکی.
 بخش دوم به عملیات تکمیلی فولاسازی در کوره قوس پرداخته و متالورژی تهیه فولاد در پاتیل را که به عنوان متالورژی ثانویه شناخته می شود ارائه داده است. امروزه با استفاده از فرایند کوره پاتیلی، که خود به عنوان یک کوره کوچک، عملیات تکمیلی فولاسازی را انجام می‌ دهد. ترتیبی داده شده است که کوره قوس در جایگاه اصلی خود به کار گرفته شود و با استفاده از توان بالای ترانسفورمر، همچون یک ماشین پرسرعت ذوب عمل کند و مذاب را به واحد کوره پاتیلی تحویل دهد تا عملیات نهایی تصفیه احیایی و آلیاژسازی و بهبود کیفیت و تولید فولاد تمیز در کوره پاتیلی انجام شود.

فهرست مطالب

بخش اول فولادسازی در کوره‏های قوس الکتریکی (متالورژی اولیه)
(Primary metallurgy) 1

فصل 1 تجهیزات کوره قوس الکتریکی 3
1.1 کوره‏های قوس الکتریکی و انواع آن 4
1.1.1 تاریخچه کوره قوس الکتریکی 5
1.1.2 ویژگی‌ها و توانایی‌های کوره قوس 6
1.2 طراحی و مهندسی کوره قوس الکتریکی 7
1.3 اجزاء کوره قوس 7
1.3.1 بدنه 9
1.3.2 سقف (سرپوش) 9
1.3.3 ناودانی 10
1.3.4 درب شارژ (درب سرباره) 10
1.3.5 دکل 10
1.4 سیستم‌های مختلف کوره قوس الکتریکی 12
1.4.1 سیستم مکانیکی و هیدرولیکی 12
1.4.2 سیستم آبگرد 14
1.4.3 سیستم جمع آوری گرد و غبار 14
4.4.1 سیستم الکتریکی 16
1.4.4.1 بازده کوره قوس 18
1.4.4.2 قوس الکتریکی 19
1.4.4.3 مسئله ناپایداری قوس 19
4.4.4.1 نقش قوس در ایجاد مناطق گرم در جداره نسوز کوره 20

فصل 2 الکترود 23
2.1 الکترودهای کربنی و گرافیتی 25
2.2 مصرف الکترود و عوامل موثر بر آن 26
2.3 نکات مهم در نگهداری و کار با الکترود 29

فصل 3 مواد نسوز 31
3.1 خواص مواد نسوز 32
3.2 انواع مواد نسوز 33
3.3 نسوزچینی کوره قوس 33
3.4 عملیات آماده‌سازی کوره 36
3.5 ضریب مصرف مواد نسوز 36

فصل 4 قراضه 37
4.1 عملیات آماده‌سازی قراضه 38
4.2 مشخصات فیزیکی قراضه 40
4.3 مشخصات شیمیایی قراضه 41
4.4 سبدهای بارگیری و نحوه قرارگرفتن قراضه در آنها 41
4.5 مرحله ذوب 42

فصل 5 افزودنی‌ها 45
5.1 روانسازها 46
5.1.1 آهک (سنگ آهک) 47
5.1.2 فلوئورسپار 48
5.2 فروآلیاژها 48
5.3 عناصر آلیاژی 49

فصل 6 روش‌های فولادسازی 51
6.1 روش اسیدی 52
6.1.1 مقایسه روش‌های اسیدی و بازی 53
6.2 روش بازی 54
6.2.1 عملیات تک سرباره‌ای 54
6.2.2 عملیات دوسرباره‌ای 55

فصل 7 سرباره 57
7.1 منابع اصلی تشکیل سرباره 58
7.2 نقش سرباره در فولادسازی 59
7.3 قانون توزیع (تقسیم) 59
7.4 خواص 60
7.5 روش کنترل سرباره 61
7.6 ساختار و ترکیب سرباره‌ها 62
7.7 نظریه یونی سرباره 63
7.8 نسبت بازی 64
7.9 درجه اکسایش سرباره 65

فصل 8 مرحله اکسایش 67
8.1 فرایند کربن زدایی 68
8.1.1 ارتباط بین اکسیژن و کربن 69
8.1.2 عبور اکسیژن از فاز گازی به مذاب 71
8.1.3 سینتیک واکنش کربن‏زدایی 73
8.1.4 مکانیسم حباب‏سازی 75
8.1.5 اثر دما بر واکنش کربن‏زدایی 76
8.1.6 نقش سرباره در واکنش کربن‏زدایی 77
8.2 مواد اکسیدکننده 77
8.3 روش کنترل شده کربن‌زدایی 78

فصل 9 فسفرزدایی 79
9.1 تاثیر فسفر بر کیفیت فولاد 80
9.2 شرایط ترمودینامیکی فسفرزدایی 80
9.3 اثر ترکیب سرباره بر فرآیند فسفرزدایی 82
9.4 سرباره‌گیری و سرباره‌سازی 84
9.5 شرایط بهینه فسفرزدایی 86
9.6 احیاء و برگشت فسفر 86

فصل 10 مرحله احیاء 89
10.1 گوگردزدایی 90
10.1.1 تاثیر گوگرد بر کیفیت فولاد 90
10.1.2 عناصر گوگردزدا 91
10.1.3 مکانیسم‌های گوگردزدایی 92
10.1.3.1 گوگردزدایی توسط منگنز 93
10.1.3.2 گوگردزدایی با آهک 96
10.1.4 شرایط بهینه گوگردزدایی 96
10.1.5 نقش سرباره در گوگردزدایی 97
10.1.6 اثر دما بر واکنش گوگردزدایی 100
10.1.7 سرباره‌گیری و سرباره‌سازی 100

فصل 11 اکسیژن‌زدایی 101
11.1 آرام‏سازی فولاد 102
11.1.1 اکسیژن‏زدایی رسوبی 103
11.1.2 اکسیژن‌زدایی نفوذی 104
11.1.3 عملیات خلاء 104
11.1.4 عملیات با سرباره‌های مصنوعی 105
11.2 اکسایش و احیاء منگنز 105
11.2.1 اکسیژن‏زدایی توسط منگنز 106
11.3 اکسایش و احیاء سیلیسیم 107
11.3.1 اکسیژن زدایی توسط سیلیسیم 107
11.4 اکسیژن‏زدایی توسط آلومینیوم 108
11.5 روش افزودن اکسیژن‏زداها به مذاب 110

فصل 12 آخال‌ها در فولاد 113
12.1 آخال‏های غیرفلزی 114
12.1.1 آخال‏های اکسیدی 115
12.2 تاثیر آخال‏ها بر خواص فولاد 116

فصل 13 گازها در فولاد 117
13.1 منبع گازهای حل شده در فلز 118
13.2 گاززدایی فولادی 119
13.3 هیدروژن 120
13.4 نیتروژن 121
13.5 اکسیژن 122
13.6 تاثیر گازها بر خواص فولاد 122

فصل 14 تخلیه مذاب 125
14.1 دمش نیتروژن 126

فصل 15 پیشرفت‌های فولادسازی در کوره‌های قوس 127
15.1 کوره EBT 128
15.1.1 مقایسه کوره EBT و کوره EAF معمولی 130
15.2 کاهش زمان تخلیه تا تخلیه 131
15.3 استفاده از مشعل‌های اکسیژن - سوخت 132
15.4 همزدن مذاب 132
15.5 بارگیری مداوم 134
15.6 تسریع در فرایند ذوب 134
15.7 کنترل عناصر باقیمانده به‏وسیله انتخاب نوع شارژ 135
15.8 آماده‌سازی و جابه‌جایی شارژ 137
15.9 آهن احیاء مستقیم 138
15.9.1 درجه فلزی شدن 139
15.10 مواد زائد 140
15.11 تخلیه مذاب بدون سرباره 140
15.12 کوره قوس با جریان مستقیم (DC) 141

فصل 16 مهم‏ترین عوامل اقتصادی در کار کوره‏های قوس 145
16.1 عوامل موثر بر هزینه مواد مصرفی 146
16.1.1 هزینه‌های تبدیلی 146
16.1.1.1 کاهش مصرف مواد نسوز 147
16.1.1.2 کاهش مصرف الکترود 147
16.1.2 تسریع در عملیات ذوب 148
16.1.2.1 تزریق تدریجی اکسیژن 148
16.1.2.2 مشعل‌های سوخت - اکسیژن (سوختن در حد کمتر از استوکیومتری) 149
16.1.2.3 مشعل‌های سوخت – اکسیژن (سوختن غیراستوکیومتری) 150
16.2 موازنه انرژی 152
16.2.1 سیستم خنک‌کاری گرم 156
16.3 پیشگرم کردن قراضه 158

بخش دوم فولادسازی در پاتیل (متالورژی ثانویه) (Secondary metallurgy) 159

فصل 17 تکنولوژی کوره پاتیلی 163
17.1 تئوری تصفیه فولاد 164
17.2 عملیات تصفیه پاتیلی 165
17.3 چرخه عملیات 167
17.4 تجهیزات کوره پاتیلی 168
17.3 اصول تصفیه احیایی 170
17.3.1 گرم کردن 171
17.3.2 همزدن 172
17.3.3 محیط غیراکسیدی 173
17.3.4 سرباره سفید 174
17.3.5 اکسیژن‌زدایی 174
17.3.6 گوگردزدایی 175
17.3.7 آخال‌زدایی 175
17.4 کنترل دما و ترکیب شیمیایی 176
17.5 پاتیل به عنوان محفظه عملیات متالورژیکی 177
17.6 فرآیند تولید فولاد تمیز 177

فصل 18 روش‌های مختلف متالورژی پاتیلی 179
18.1 عملیات مذاب با سرباره مصنوعی 180
18.2 دمش گاز خنثی 182
18.3 دمش مواد پودری 185
18.4 استفاده از ترکیب کوره – پاتیل 191
18.5 گاززدایی تحت خلاء 193
18.6 انواع روش‏های گاززدایی تحت خلاء 196
18.7 گاززدایی چرخه‌ای 198
18.8 گاززدایی تحت خلاء در پاتیل 201
18.9 روش تصفیه خلاء - اکسیژن (VOD) 201
18.10 روش کربن‏زدایی با دمش آرگون - اکسیژن (AOD) 203
18.11 دمش بخار - اکسیژن 206
18.12 فرآیندهای ترکیبی 207
18.13 حباب‌سازی توسط دمش آرگون 213
18.14 تصفیه سرباره‌ای 215
18.15 فرآیندهای تزریق مواد در پاتیل 216
18.16 گاززدایی تحت خلاء همراه با گرم کردن 218
18.17 مقایسه فرآیندهای فولادسازی ثانویه 219

پیوست فرهنگ واژه‌های فولادسازی 223

منابع و مراجع 247