الطعنة في إنتاج الصلب: دور رئيسي في عملية الصب المستمر

خلال تدفق عملية تصنيع الصلب بشكل عام، يتم وضع الخيط بعد مرحلة الذوبان أو الصب وقبل العمليات اللاحقة مثل اللف على الساخن، اللف على البارد، أو عمليات التشطيب. يؤثر تشغيله مباشرة على أبعاد المنتج، جودة السطح، البنية الداخلية، والخصائص الميكانيكية.

التصميم الفني والتشغيل

التقنية الأساسية

المبدأ الهندسي الأساسي وراء خيط الصلب ينطوي على التصلب والتحوير التحكم فيه للصلب المنصهر لإنتاج منتج نصف نهائي أو نهائي بأبعاد وخصائص مرغوبة. يعتمد هذا على إدارة حرارية دقيقة، توجيه ميكانيكي، وتدفق مستمر للمادة.

المكونات التكنولوجية الرئيسية تشمل:

• قالب مبرد بالماء: يشكل ويبدأ تصلب الصلب المنصهر. يحافظ على واجهة مستقرة بين الطور السائل والصلب.
• نظام التوندش والجرافات: يزود القالب بالصلب المنصهر بتدفق ودرجة حرارة محكمين.
• أجهزة التحكم في الفصل: مثل محرضات electromagnetic أو بوابات التحكم في التدفق، لضمان توزيع متجانس للتركيبة والحرارة.
• أنظمة التبريد: تبريد بالرذاذ أو غمر للتحكم في معدل التصلب والبنية الداخلية.
• بكرات التوجيه والدعم: تحافظ على شكل ومحاذاة الخيط أثناء التصلب.
• آليات السحب والانسحاب: تسحب الخيط المتصلب بسرعة محكومة بشكل مستمر من القالب.
• مناطق التبريد الثانوية: تبرد وتصلب الخيط بشكل إضافي قبل القطع أو اللف.

آلية التشغيل الأساسية تتضمن الصب المستمر للصلب المنصهر في القالب، حيث يبدأ في التصلب. ثم يتم سحب الخيط بسرعة ثابتة، مع عمليات التبريد والتشكيل التي تضمن الشكل والبنية الدقيقة المطلوبة.

معايير العمليات

المتغيرات الحرجة للعمليات تشمل:

هذه المعايير تعتمد على بعضها البعض؛ على سبيل المثال، زيادة سرعة الصب قد تتطلب تبريدًا محسنًا لمنع العيوب. يضمن التحكم الدقيق اتساق البنية الدقيقة، الدقة الأبعاد، وجودة السطح.

تستخدم أنظمة التحكم مستشعرات في الوقت الحقيقي، ووحدات تحكم منطق برمجية (PLC)، وأتمتة العمليات المتقدمة لمراقبة وتعديل المعايير بشكل ديناميكي. تحسن حلقات التغذية الراجعة استقرار العملية واتساق المنتج.

تكوين المعدات

التركيبات النموذجية للخيط تشمل:

• مجموعة قالب الصب: عادةً قوالب ذات مقطع عرضي مستطيل أو مربع، بعرض 200-600 ملم، مع بطانة مبردة بالنحاس أو الجرافيت.
• نظام التوندش والجرافات: مجهز بأبواب تحكم في التدفق، تنظيم درجة الحرارة، وإزالة الصبانة.
• مكينات الخيط الرأسية أو الأفقية: الأكثر شيوعًا هي السواير الرأسية المستمرة، مع بعض التكوينات الأفقية أو المنحنية للتطبيقات الخاصة.
• مناطق التبريد: عدة رؤوس رش أو فوهات غمر مرتبة على طول الخيط.
• بكرات الدعم وأنظمة التوجيه: مصنوعة من فولاذ عالي المقاومة أو حديد زهر، صممت لتحمل الإجهادات الحرارية والميكانيكية.
• آليات السحب والنقل: أنظمة هيدروليكية أو سرافو تحافظ على سرعة سحب ثابتة.

تشمل تنويعات التصميم مكينات خيط مفرد، مزدوجة، أو متعددة الخيوط، مما يسمح بزيادة الإنتاجية والمرونة. مع الوقت، ركزت التطورات على تحسين كفاءة التبريد، والأتمتة، وتصميم القالب لتقليل العيوب.

تشمل الأنظمة المساعدة معالجة الصبانة، التشحيم، وتقنيات استخراج الغبار، الضرورية للتشغيل الآمن والفعال.

كيمياء العمليات metallurgy

التفاعلات الكيميائية

خلال الصب المستمر، تكون التفاعلات الكيميائية الأساسية قليلة، وتشمل:

• الأكسدة للعناصر المضافة: مثل المنغنيز، السيليكون، أو الألومنيوم، والتي قد تحدث على سطح الصلب أو في الصبانة.
• تفاعلات الإزالة للأكسدة: تتفاعل عناصر مثل الألومنيوم أو السيليكون مع الأكسجين لتكوين أكاسيد مستقرة، وتقليل الأكسجين المذوب في الصلب.
• تفاعلات الصبانة المعدنية: يؤثر تركيب الصبانة على تكون الشوائب ونظافتها.

تحدد الديناميكا الحرارية هذه التفاعلات، مع مدى الأكسجين ودرجة الحرارة التي تبة على استقرار الطور. تؤثر الكينتيكا على معدل إزالة الشوائب و segregation للملوثات.

منتجات التفاعل تشمل:

• الشوائب الأكسيدية: مثل الألومينا، السيليكا، أو أكاسيد المنغنيز، والتي قد تؤثر على الخصائص الميكانيكية.
• فقاعات الغاز: محبوسة أثناء التصلب، مما يؤدي إلى المسامية إذا لم تتم السيطرة عليها.
• مكونات الصبانة: الكالسيوم ألومينوسليكات، أكاسيد المغنيسيوم، وغيرها من الطور التي تؤثر على جودة السطح والنظافة.

التحولات المعدنية

التغيرات الرئيسية في metallurgy تشمل:

• تطوير البنية الدقيقة أثناء التصلب: الانتقال من الحالة السائلة إلى الصلبة، مكونة هياكل عنقودية أو خلوية.
• الانحرافات الدقيقة: تباين توزيع العناصر المضافة بسبب ديناميكيات التصلب، وتأثيرها على التجانس.
• حبس أو إزالة الشوائب: يتم التحكم فيها بواسطة تركيب الصبانة ومعايير العملية.
• التحولات الطورية: أثناء التسخين أو اللف اللاحق، تتطور البنى الدقيقة إلى حديد ألفري، بيرلايت، بينتايت، أو مارتينسيتًا، اعتمادًا على معدلات التبريد.

تؤثر هذه التحولات على الخصائص الميكانيكية مثل القوة، والصلابة، والمرونة. يضمن التحكم السليم أثناء الصب بنية دقيقة ومتجانسة.

تفاعلات المادة

تشمل التفاعلات:

• واجهة المعدن والصبانة: يؤثر تركيب وسماكة الصلب على إزالة الشوائب وجودة السطح.
• تآكل الخامات المقاومة للمقاومة: يتفاعل الصلب المنصهر مع مقاومات القالب والتوندش، مما يؤدي إلى التآكل والتلوث.
• التأثيرات الجوية: دخول الأكسجين والنيتروجين قد يسبب الأكسدة أو nitriding، مما يؤثر على جودة السطح.

تشمل الآليات للتحكم في التفاعلات غير المرغوب فيها:

• استخدام طبقات صبانة واقية وبيئات غير نشطة.
• اختيار مواد مقاومة للتآكل كالمقاومات.
• الحفاظ على معايير عملية مثلى لتقليل الأكسدة.

تدفق العملية والتكامل

مواد الإدخال

تشمل مواد الإدخال:

• الصلب المنصهر: يورد من أفران القوس الكهربائي أو الأفران والأكسجين الأساسية، بتركيبات كيميائية ونطاقات درجات حرارة محددة.
• عناصر السبائك: تضاف في الجرافات أو التوندش لتحقيق التصنيفات المطلوبة.
• المسيلات والمواد المكونة للصبانة: مثل الجير أو السيليكا، لتسهيل تشكيل الصبانة والسيطرة على الشوائب.
• التيجان: بطانات عالية الألومينا أو مبنية على النحاس للقوالب والتوندش.

تحضير المادة يتضمن تعديل درجة الحرارة، الإزالة، وإضافة السبائك لتحقيق شروط الجودة. تؤثر جودة المادة المدخلة مباشرة على استقرار الصب، معدل العيوب، وخصائص المنتج النهائي.

تسلسل العمليات

التسلسل التشغيلي النموذجي:

• ينقل الصلب المنصهر من الفرن إلى التوندش.
• يغذي التوندش القالب، مبدئاً التصلب.
• يتم السحب المستمر للخيط، مع تبريد متزامن.
• يمر الخيط عبر مناطق التبريد الثانوية.
• بمجرد أن يبرد كفاية، يُقطع إلى بيلات، ألواح، أو بلوكات.
• يتم بعد ذلك نقل المنتجات نصف النهائية إلى مطاحن اللف على الساخن أو عمليات لاحقة.

تعتمد مدة الدورة على طول الخيط وسرعة الصب، وغالبًا ما تتراوح بين 10 إلى 60 دقيقة لكل خيط. يمكن أن تصل معدلات الإنتاج إلى مئات الأطنان في الساعة في المنشآت الحديثة.

نقاط التكامل

يتفاعل عملية الخيط مع:

• ما قبل التصنيع: وحدات صناعة الصلب (BOF، EAF)، metallurgy الجرافة، ومحطات التكرير.
• ما بعد التصنيع: مطاحن اللف على الساخن، اللف على البارد، المعالجات الحرارية، وخطوط التشطيب.