روشهای فرآوری و تولید چدن داکتیل

جدید

افزودن به علاقمندی ها

توليد چدن داكتيل
چدن داكتيل به نام هاي چدن نودولار، چدن كروي، چدن با گرافيت كروي و چدن SG نيز خوانده مي شود .چدن داكتيل با توجه به ميزان كربن و سيليسيم محتوي از خانواده چدن خاكستري است و از نظر تجهيزات ذوب ، دماي نگهداري مذاب و متالوژي عمومي نيز اين دو چدن خيلي بهم شبيه هستند.
تفاوت اساسي مابين چدن داكتيل و چدن خاكستري اين است كه گرافيت چدن داكتيل در خلال انجماد بصورت كره هايي آزاد و تشكيل مي گردد، در حاليكه گرافيت چدن خاكستري به صورت ورقة آزاد مي شود .آزاد شدن گرافيت به شكل كروي در چدن داكتيل ناشي از اثر وجود چند صدم درصد فلز منيزيم در مذاب است. از آنجا كه وجود مقدار جزئي از عناصري مثل گوگرد ، سرب، تيتانيم و آبومينيوم مي تواند در عمليات كروي كردن گرافيت تاثير گذاشته و يا حتي از آن جلوگيري نمايد، لازم است چدن مذاب براي تهيه چدن داكتيل در مقايسه با مذابي كه براي تهيه چدن خاكستري بكار مي رود ، از نظر عدم وجود ناخالصي ها وضعيت بهتري داشته باشد.افزودن مقدار كمي سريم به همراه منيزيم به مذاب، باعث مي شود كه اثر ناخالصي ها كه مانع از تشكيل گرافيت كروي مي گردند ، به حداقل برسد و بنابراين شرايط لازم فراهم مي شود تا چدن داكتيل را بتوان از مواد خام نسبتاً ارزان توليد نمود.
اگر در چدن اوليه گوگرد وجود داشته باشد، سولفور منيزيم تشكيل مي گردد و باعث مي شود مقداري از منيزيم تحليل رفته و غير قابل استفاده گردد و سولفور منيزيم هم تفاله ايجاد كند .بنابراين پائين بودن ميزان گوگرد در شمش چدن اوليه و يا آهن خام مورد استفاده از اهميت خاصي برخوردار است و اگر در موقع افزايش منيزيم به مذاب، ميزان گوگرد از 02/0 درصد كمتر باشد ارجح تر است. البته از آنجايي كه قابليت انعطاف خوب يكي از خواص مهم چدن داكتيل است، ميزان عناصر پايدار كننده كاربيد و پرليت مثلاً عناصري چون كرم ،واناديم ، منگنز، قلع و فسفر نيز بايد پائين باشد .ميزان فسفر در چدن نبايد از 06/0 درصد بيشتر باشد ، خصوصاً اگر لازم است چدن داكتيل توليدي از مقاومت خوبي در برابر ضربه در دماي پائين برخوردار باشد.

مواد خام
به منظور پيشبرد كنترل صحيح بر روي ميزان عناصر اضافي موجود در شارژ، معمولاً مذاب لازم براي توليد چون داكتيل با استفاده از قراضه فولادهاي منتخب ، آهن خام از نوع بخصوص و قراضه هاي برگشتي چدن داكتيل ريختگي ، تهيه مي گردد.
اگر منيزيم، و سديم به مقدار مناسب و صحيح بكار مي رود، عمليات تلقيح به خوبي انجام شود، تجزيه كمي شيميايي سريع توسط اسپكتروگرافي صورت گيرد و كيفيت ساختمان فلز توسط آزمايشات ميكروسكوپي كنترل گردد، مي توان مقدار مواد خامي را كه وارد شارژ مي شود تا حد مناسب از نظر صرفه اقتصادي بالا برد و از قراضه فولاد با كيفيت مجاز استفاده نمود.
قراضه چدن ريختگي خريداري شده را همواره نمي توان مورد استفاده قرار داد، زيرا فسفر موجود در آن بسيار زياد بوده و معمولاً عناصر ديگري نيز كه براي دن داكتيل زيان آور هستند، به مقدار قابل توجهي در آن وجود دارد.
مقدار منگنز در اغلب قراضه هاي فولاد مورد استفاده ، بيشتر از حد قابل قبولي است كه بايد در يك قطعه ريختگي چدن داكتيل با بهترين خصوصيات مكانيكي ، موجود باشد، خصوصاً در بخش هاي نازك و كم ضخامت قطعه كه لازم است مقدار منگنز از حد مشخصي پائين تر باشد .
بررسي امكان دسترسي پيدا كردن به مواد لازم براي تهيه ذوب و هزينه اي كه در بر دارد و مقايسه اين هزينه با مخارجي كه بايد صرف شود تا با انجام عمليات حرارتي ساختمان نامطلوب يك قطعه ريختگي اصلاح شود، فاكتور هايي است كه عملاً براي تصميم گيري در هر كارگاه بايد مورد توجه قرار گيرد.


كوره هاي مذاب
براي توليد چدن داكتيل، كوره هاي ذوب مختلفي را مي توان مورد استفاده قرار داد، بشرط آنكه كنترل كامل درجه حرارت و تركيب شيميايي مذاب در آن كوره ها امكان پذير باشد .
تجهيزات و تسهيلاتي كه در اين رابطه مورد استفاده قرار مي گيرند ، عبارتنداز:
الف: كوره كوپل با سرباره اسيدي كه ذوب در آن انجام مي گيرد و از آنجا كه عمليات گوگرد زدايي با وجود سرباره اسيدي امكان پذير نيست ، عمليات گوگرد زدايي بعداً صوزرت مي گيرد .
ب : كوره كوپل با سرباره بازي
ج: كوره كوپل و كوره الكتريكي
ابتدا عمليات تهيه مذاب در كوره كوپل اسيدي يا كوره كوپل بازي صورت مي گيرزد و سپس عمليات كنترل و تطابق تركيب شيميايي و درجه حرارت مذاب در يك كوره الكتريكي انجام مي شود.
د: كوره الكتريكي
عمليات ذوب در يك كوره الكتريكي مثلاً يك كوره القايي بدون هسته و يا يك كوره قوس الكتريكي كه داراي يك كوره القايي هسته اي (كانالي) براي نگهداري مذاب است، انجام مي گيرد.
اختلاف اساسي مابين كوره هاي فوق اين است كه در كوره كوپل، گوگرد در سوخت مصرفي (كك) موجود است و در نتيجه ميزان آن در مذاب بالا مي رود. در صورتي كه در كوره الكتريكي ميزان گوگرد موجود در مذاب افزايش نمي يابد. وقتي مقدار گوگرد زياد از حد باشد ، به جاي اينكه مقدار منيزيم بيشتري در عمليات كروي كردن مصرف شود، عمليات گوگرد زدايي تا حدي كه ميزان گوگرد به زير 02/0 درصد برسد، امكان پذير و مطلوب تر است.
مخارجي كه براي عمليات گوگردزدايي صرف مي شود بر روي هزينه هاي ذوب در انواع كوره هاي مختلف اثر مي گذارد و مخارج ذوب را نسبت به هزينه ذوب چدن خاكستري به مقدار بيشتري افزايش مي دهد.
آن دسته از كارگاه هاي ريخته گري كه چدن داكتيل به ميزان بسيار زيادي توليد مي كنند، از انواع كوره ها و تجهيزات مختلف زير استفاده مي كنند:
1-كوره القايي بدون هسته
اين كوره القايي مي تواند داراي يك كوره القايي هسته اي براي نگهداري مذاب نيز باشد .
2-كوره قوس الكتريكي
اين كوره داراي يك كوره نگهدارنده مذاب نيز مي باشد .

3-كوره كوپل
يك كوره نگهدارنده مذاب نيز به همراه كوره فوق مورد استفاده قرار مي گيرد. در كوره نگهدارنده مذاب عمليات گوگرد زدايي صورت مي گيرد و درجه حرارت فوق گداز مورد نظر نيز حاصل مي گردد.
گوگرد زدايي
يكي از كارهاي اساسي و مراحل لازم براي توليد چدن با گرافيت كروي، عمليات گوگرد زدايي است تا بدين وسيله ميزان گوگرد در چدن مذاب به كمتر از 02/0 درصد كاهش يابد. از آنجا كه منيزيم و ديگر عناصري كه براي كروي كردن گرافيت چدن بكار مي روند، بخوبي با گوگرد تركيب مي شوند و تشكيل تركيبات پايداري مثل سولفور منيزيم مي دهند، عامل كروي كنندة گرافيت مي تواند بعنوان ماده گوگرد زدايي مورد استفاده قرار گيرد. اما اغلب اوقات مقدار گوگرد در چدن اوليه بسيار بالاست و بهمين دليل يك عمليات گوگرد زدايي مستقل ، مفيد و لازم است .
هزينه اي كه براي عمليات گوگردزدايي با استفاده از كاربيد كلسيم صرف مي شود، در حدود نصف هزينه اي است كه براي همان عمل و با استفاده از آلياژ فرو سيلسيم منيزيم انجام مي گردد. با وجود اين عمبليات گوگرد زدايي توسط منيزيم مي تواند مزايايي در بر داشته باشد زيرا زمان و فرصت بيشتري به تكه هاي كوچك سولفور منيزيم داده مي شود تا اين كه تكه هاي كوچك غوطه ور، بهم پيوسته و تكه هاي بزرگتري تشكيل دهند و بر روي سطح مذاب شناور گردند و به سرباره ملحق شوند.
حداكثر مقدار گوگردي كه مي تواند در مذاب وجود داشته باشد، بدون اينكه گوگرد زدايي نياز باشد، مقدار 04/0 درصد است. اين مطلب به استثناي كوره كوپل اسيدي است كه تنها كوره ذوب و تهيه چدن است كه حتماً به عمليات گوگرد زدايي نياز دارد.
اولين قدم در گوگرد زدايي توجه به اين نكته است كه ميزان تا حد 01/0 درصد پائين آورده شود. حقيقت اين است كه به هيچ مقدار گوگرد براي كروي كردن گرافيت نيازي نيست بنابراين هرچه مقدار گوگرد در چدن اوليه كمتر باشد ، بهتر است .
براي عمليات گوگرد زدايي عامل اصلي اكسيد كلسيم است كه با گوگرد و كربن واكنش زير را انجام مي دهد:
cao+c+s=cas+co
اكسيد كلسيم را نمي توان بكار برد و از طرف ديگر تركيب سولفور كلسيم وقتي پايدار مي شود و واكنش فوق هنگامي شديداً بسمت راست تمايل به انجام دارد كه مقادير زيادي اكسيد كلسيم موجود باشد و فرصت زيادي به آن داده شود. اين روش در يك كوره كوپل بازي يا هنگامي كه ذوب در زير  يك لايه ضخيم از سرباره بازي قرار داشته باشد، عمل مي گردد.
كاربيد كلسيم و كربنات سديم دو نوع ديگر مادة گوگرد زدايي هستند كه بسيار متداول و مورد مصرف مي باشند .واكنش هاي شيمياي كه مابين گوگرد و مواد فوق الذكر اتفاق مي افتد چنين است :
cac2+s=cas+2c
s+Na2co3+2c=3co+Na2s
استفاده از كربنات سديم بواسطة تاثيرات مضري كه بر محيط دارد، عموماً توصيه نمي شود.
از نظر تئوري براي حذف 1/0 درصد گوگرد از مذاب به مقدار 2/0 درصد كاربيد كلسيم نياز است ، اما از آنجا كه بخشي از كاربيد كلسيم تجزيه مي شود و به جاي تشكيل سولفور كلسيم به اكسيد كلسيم تبديل مي گردد و در سرباره حل مي شود، مقدار كاربيد كلسيم مورد نياز 5 تا 10 برابر ميزان تئوري يعني حدود يك الي دو درصد است.
مشكل اساسي در عمليات گوگرد زدايي چدن توليدي توسط كوره كوپل اسيدي اين است كه تا حد ممكن عامل گوگرد زدا بايد از سرباره اسيدي جدا و بدون تماس نگه داشته شود. راه حل ايده آل آن است كه براي اين كار از يك كوره ثانويه استفاده گردد ، بطوريكه جداره نسوز بوته اين كوره بازي باشد و مذاب در ير يك سرباره بازي نگهداري شود. كاربيد كلسيم بايد به درون مذاب تزريق شود يا در مجراي ناودان خروج مذاب كوره كوپل قرار داده شود تا مذاب ضمن جريان يافتن با آن تماس حاصل حاصل كند و سرباره لازم تشكيل شود . عمل سرباره گيري بايد بطور مداوم يا متناوب صورت گيرد زيرا هم سرباره اسيدي كوره كوپل آلودگي ايجاد مي كند و هم لازم است عامل گوگرد زدا بطور مداوم اضافه شود.
يك راه حل ديگر در اين روش استفاده از يك پاتيل مابين دو كوره كوپل و كوره ثانويه است .كاربيد كلسيم را مي توان در اين پاتيل به سطح مذاب اضافه نمود يا به درون آن تزريق كرد و سپس توسط گاز نيتروژن كه به كمك يك توپي متخلخل دميده مي شود، عمليات همزدن مذاب را انجام داد. هنگام ريختن مذاب بداخل اين پاتيل ، سرباره اسيدي نبايد همراه مذاب وارد گردد . سرباره تشكيل شده در اين پاتيل را مي توان بطور مداوم يا متناوب خارج ساخت و بدين ترتيب مذابي كه به كوره ثانويه مي رسد بطور نسبي بدون سرباره است. در چنين شرايطي اين كوره مي تواند پوشش جداره نسوز اسيدي داشته باشد.
عمليات گوگرد زدايي در خارج از كوره فقط براي مقادير زياد مذاب مثلاً 3 تا 5 تن، عملي است. اگر مقدار مذاب كم باشد، اتلاف دما و پايين آمدن درجه حرارت باعث مي شود فوق گداز مطلوب حاصل نشود.
در عمليات گوگرد زدايي در خارج از كوره ابتدا لازم است سرباره اسيدي مذاب گرفته شود و خارج گردد، سپس عامل گرگرد زدا (كاربيد كلسيم) به داخل مذاب تزريق گردد يا به آن اضافه شود و همزدن مذاب صورت گيرد .
اضافه كردن كاربيد كلسيم مي تواند در يك يا چند مرحله صورت بگيرد تا تماس كافي با مذاب برقرار شود.
عمل همزدن مذاب را مي توان به طرق مختلف زير انجام داد :
تزريق كاربيد كلسيم توسط گاز نيتروژن به داخل مذاب با استفاده از يك لانس دمش گاز
اضافه كردن كاربيد كلسيم به مذاب و سپس تزريق گاز نيتروژن به داخل مذاب توسط يك توپي متخلخل .
همزدن مكانيكي كاربيد كلسيم در داخل فلز مذاب استفاده از يك بوته يا پاتيل كه لرزانده مي شود، (پاتيل لرزان) .
در اين طريقه بوته بر روي يك صفحه تحت كه حول يك محور عمدي مي چرخد ، قرار داده مي شود. محور چرخش موازي محور تقارن بوته ولي داراي انحراف از مركز آن مي باشد. چرخش مي تواند در يك جهت يا دو جهت و با فركانس مناسب انجام شود بطوريكه حداكثر تلاطم را در مذاب ايجاد نماييد. مسئله مهم افت درجه حرارت در اين روش ها به ميزان 28 الي 110 درجه سانتيگراد است. اين كاهش دما به اندازة بوته ، درجه حرارت و زمان عمليات بستگي دارد.
زمان لازم براي عمليات گوگرد زدايي با روش توپي متخلخل كه سريع ترين روش است، 2 تا 5 دقيقه است و براي روش پاتيل لزران طولاني ترين روش است 8 الي 12 دقيقه مي باشد.
مقرر گرديده است كه اندازة دانه هاي كاربيد كلسيم بكار رفته كمتر از 20 مش (استاندارد آمريكايي) باشد تا بهترين و بيشترين تماس با مذاب حاصل شود.
اگر درجه حرارت افزايش يابد، راندمان عمليات گوگرد زدايي افزايش پيدا مي كند، بنابراين روشهايي كه افت درجه حرارت در آنها شديد است. ارجحيت ندارد.

درجه حرارت مذاب
براي توليد قطعات صحيح و سالم با خواص مكانيكي مطلوب در حالت ريختگي ، ميزان درجه حرارت مذاب از اهميت اساسي برخوردار است. درجه حرارت بهينه مذاب تحت تاثير فاكتورهاي زير است :
ضخامت مقاطع قطعاتي كه بايد ريخته گري شود.
روشي كه براي افزايش منيزيم و نيز مواد جوانه زا به مذاب، بكار مي رود.
چگونگي حمل و نقل و روشي كه توسط آن مذاب از محل تهيه به محل قالبها برده مي شود.

فرمت فایلDoc , Docx
تعداد صفحات42

نوشتن نظر

پروژه تخصصی شیمی و نانو تکنولوژی

پروژه تخصصی شیمی و نانو تکنولوژی

نوشتن نظر

محصولات مرتبط