بررسی اثر تغییر ترکیب شیمیایی بر عملکرد یک نوع پودر قالب ریخته گری مداوم فولاد

پودرهای قالب به طور عمده از اکسیدهای سیلیسیم، کلسیم، آلومینیوم، عناصر قلیایی و قلیایی خاکی، با مقادیر کم فلوئوریدها و کربن تشکیل شده اند. این پودرها در ریخته گری مداوم تختال های فولادی به منظور محافظت فلز مذاب از اکسیداسیون مجدد، جلوگیری از اتلاف حرارت، روانسازی، جذب آخال های مضر و کنترل انتقال حرارت بین پوسته فولادی منجمد شده و قالب مسی بر سطح فولاد مذاب افزوده می شوند و بر پایداری فرایند و کیفیت سطحی نهایی محصول، تأثیر بسزائی دارند. از میان ترکیبات مختلف تشکیل دهنده پودرهای قالب، فلوئور عمدتاً بر ویسکوزیته، دمای انجماد و کریستالیزاسیون این پودرها تأثیرگذار است؛ اما انتشارات مواد فرّار حاوی این ترکیب، سبب آلودگی محیط زیست می شود. در این تحقیق نخست سه پودر وارداتی مختلف مورد استفاده در مجتمع فولاد مبارکه شناسائی شده و سپس پودر استارت به عنوان پودر مرجع جهت بررسی اثر ترکیباتی نظیر اکسید بور، کربنات سدیم، اکسید آهن، اکسید تیتانیوم و کربنات لیتیم بر ویسکوزیته، دمای کریستالیزاسیون و درصد کریستالیزاسیون با هدف کم فلوئور کردن آن انتخاب شد. در این راستا 33 نمونه پودر با استفاده از سرباره کوره بلند و کلینکر سیمان پرتلند به عنوان دو ترکیب اصلی و پایه در این پودرها ساخته شد. جهت بررسی ویسکوزیته این پودرها از تست ویسکومتر شیاری و مدل های ریاضی و برای تعیین دما و درصد کریستالیزاسیون آن ها از آنالیز حرارتی تفاضلی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز پراش پرتو ایکس استفاده شد و در انتها مدل جدیدی برای محاسبه ویسکوزیته در دماهای بالا ارائه شد. نتایج نشان دادند که استفاده از سرباره کوره بلند در ساخت این پودرها به دلیل میزان بالای گوگرد در ترکیب آن و نقش بسیار مخرب گوگرد در کیفیت فولاد تولیدی محدود می شود. در نمونه های حاوی کلینکر سیمان پرتلند، کریولیت ترکیبی بسیار موثرتر از فلوئورید کلسیم در کاهش ویسکوزیته بوده اما به دلیل طبیعت شیشه ساز این ترکیب، کریستالیزاسیون به شدت افت پیدا کرد. به منظور رفع این مشکل اکسید تیتانیوم در مقادیر 2، 5 و 8 درصد وزنی به پودرهای کم فلوئور افزوده شد. حضور حدود 8 درصد وزنی tio2 در ترکیب شیمیایی نمونه کم فلوئور، سبب جوانه زنی فاز اسکورلومیت (ca3(fe,ti)2[(si,ti)o4]3) شده که ساختاری مشابه با فاز آندرادیت (ca3fe2o12si3) در نمونه مشابه سازی شده داشت. در نهایت نمونه بدون فلوئور با ترکیب شیمیایی حاوی 8 درصد وزنی tio2 و 1 درصد وزنی li2o، ویسکوزیته مشابه با پودر مرجع و درصد کریستالیزاسیون نهایی 43% ، به عنوان بهترین نمونه از نظر مشابهت خواص با پودر مرجع معرفی شد. به منظور بررسی عملکرد مدل ارائه شده جدید، ویسکوزیته نمونه های مشابه با پودر مرجع با استفاده از مدل جدید و دو مدل ریبود و اربین محاسبه شد. نتایج نشان دادند که مقادیر بدست آمده با استفاده از مدل جدید در دمای °c1150 تشابه بیشتری با نمونه مرجع داشته که این امر عملکرد دقیق تر مدل جدید را نسبت به دو مدل دیگر نشان داد.