تحقیق درباره بررسی تاثیر نسبت قطر الکترود به قطر قالب بر میزان مصرف انرژی الکتریکی در فرایند ESR

اختصاصی از کوشا فایل تحقیق درباره بررسی تاثیر نسبت قطر الکترود به قطر قالب بر میزان مصرف انرژی الکتریکی در فرایند ESR دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 9

بررسی تاثیر نسبت قطر الکترود به قطر قالب بر میزان مصرف انرژی الکتریکی در فرایند ESR

چکیده

انرژی الکتریکی یکی از الزامات فرایند ذوب مجدد تحت سرباره‌ی الکتریکی (ESR )، بوده و بهینه سازی مصرف آن، نقش موثری در اقتصادی نمودن این فرایند خواهد داشت. در این پژوهش، تاثیر نسبت قطر الکترود به قطر قالب (d/D ) بر مصرف توان الکتریکی ویژه (SPC ) در فرایند ذوب مجدد فولاد 85CrMo7 در مقیاس صنعتی مورد مطالعه قرار گرفت. فولاد مذکور از گروه فولادهای ابزار سردکار بوده که در تولید غلتک نورد سرد کاربرد دارد. به منظور انجام مطالعات، از نسبت d/D با مقادیر 49/0، 53/0، 55/0، 65/0، 67/0 و 68/0 استفاده شد. ذوب مجدد الکترودها ( شمش‌های اولیه)، با استفاده از دستگاه ESR در مقیاس صنعتی انجام شد. نتایج نشان داد که با استفاده از ترکیب سرباره‌ی مشخص، مقدار توان مصرفی بهینه جهت حصول یک نرخ ذوب ثابت در یک نسبت بهینه برای پارامتر d/D به دست می‌آید که این نسبت به جنس فولاد و ترکیب سرباره‌ی مصرفی بستگی خواهد داشت.

واژگان کلیدی: ذوب مجدد تحت سرباره‌ی الکتریکی (ESR )، ترکیب سرباره، قطر الکترود، مصرف توان الکتریکی ویژه (SPC )، فولاد 85CrMo7.

مقدمه

فرایند ذوب مجدد تحت سرباره‌ی الکتریکی (ESR )، یکی از فرایندهای مهم برای تولید فولادهای تمیز و با کیفیت بالا به شمار می رود. مقدار توان الکتریکی ویژه مصرفی (SPC ) یکی از نیازمندی‌های این فرایند بوده وبهینه‌سازی مصرف آن؛ از طریق انتخاب و طراحی صحیح پارامترهای تکنولوژیکی، نقش موثری در اقتصادی نمودن این فرایند خواهد داشت [2 و1].

یکی از پارامترهای تاثیر گذار بر SPC در فرایند ESR، نسبت قطر الکترود به قطر قالب (d/D) است و با کاهش این نسبت، اتلاف انرژی از طریق تابش حرارتی از سطح سرباره افزایش می یابد. بنابراین توان مصرفی جهت حصول یک نرخ ذوب ثابت، افزایش می یابد [3 و2]. مهم‌ترین عامل موثر بر میزان مصرف توان الکتریکی در فرایند ESR، چگونگی انتقال حرارت و توزیع حرارت در لایه‌ی ‌سرباره‌ است که حرکت و تلاطم مناسب سرباره باعث پدید آمدن توزیع یکنواخت دمایی در آن می‌شود. از طرفی نسبت d/D، از عوامل موثر بر چگونگی حرکت سرباره است و برای این‌که سرباره دارای سرعت حرکت مناسب باشد و در نتیجه توزیع حرارت در آن یکنواخت باشد، لازم است که این نسبت در یک حد بهینه باشد [4]. از آن‌جا که پارامترهای الکتریکی فرایند ESR مانند سرعت ذوب و توان الکتریکی مصرفی ارتباط مستقیم با ابعاد الکترود دارند، محققین رفتار این پارامترها را مورد مطالعه قرار داده اند [10-5]. بنابر مطالعات تاکنوچی و همکاران، نسبت قطر شمش اولیه به قطر شمش تولیدی از مهم‌ترین پارامترهای موثر بر مصرف توان الکتریکی در فرایند ESR است چرا که این پارامتر بر سرعت ذوب، توزیع درجه حرارت در لایه‌ی سرباره و نیز اتلاف حرارت از طریق سطح جانبی الکترود و نیز فضای آزاد سطح سرباره موثراست [5]. افزایش نسبت قطر الکترود به قطر قالب باعث افزایش سرعت ذوب و کاهش توان مصرفی ویژه در فرایند ESR می شود [6]. نتایج مطالعات پاتون و همکاران نشان می دهد که با افزایش قطر الکترود مصرفی، میزان توان الکتریکی مصرفی در این فرایند کاهش یافته و یا بستگی آن به قطر الکترود ( در بالاتر از mm 150 ) کم می شود [7]. نتایج مطالعات کوکارو و همکاران نشان می‌دهد که توزیع حرارت بین الکترود و حوضچه‌ی مذاب در فرایند ESR تاثیر به سزایی روی مصرف توان الکتریکی دارد و از طرف دیگر، پارامتر d/D برتوزیع حرارت در حوضچه‌ی مذاب موثر است [8]. در تحقیقات دیگری، مشخص شده است که با افزایش نسبت d/D، ضمن کاهش مصرف توان الکتریکی، میزان عیوب داخلی در محصولات تولیدی نیز کاهش می‌یابد [9].

مواد و روش‌ها

برای انجام این پژوهش، از دستگاه ESR در مقیاس صنعتی استفاده شد. مطالعات بر روی فولاد ابزار سردکار با گرید 85CrMo7 انجام شد. آنالیز شیمیایی این فولاد در جدول (1) نشان داده شده است. همچنین از سرباره با ترکیب شیمیایی CAF4و سرعت ذوب kg/h 700 به عنوان پارامترهای ثابت فرایند استفاده شد. به منظور بررسی تاثیر نسبت قطر الکترود به قطر قالب (d/D) بر میزان مصرف توان الکتریکی، از نسبت d/D با مقادیر 49/0، 53/0، 55/0، 65/0، 67/0 و 68/0 استفاده شد. شمش‌های اولیه (الکترودها) با روش شمش ریزی تکباره‌ای و فورج تولید شد. لازم به ذکر است که جهت تغییر نسبت d/D، از الکترودهای با قطر مختلف مطابق جدول (2) استفاده شد و سپس با هرکدام از الکترودهای تولید شده پنج ذوب در مقیاس صنعتی تولید گردید. میزان توان الکتریکی ویژه مصرفی (KWh/ton ) برای ذوب‌های تولیدی اندازه گیری، ثبت و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. برای انجام بررسی‌ها، از میانگین داده‌های به دست آمده برای پنج ذوب در مقیاس صنعتی استفاده شد.

جدول 1- ترکیب شیمیایی فولاد مورد استفاده دراین تحقیق.

Ni

Mo

Cr

Mn

Si

C

عنصر

78/0

20/0

10/3

27/0

85/0

80/0

درصد وزنی

جدول 2- تاثیر پارامترهای مختلف فرایند ESR برمیزان توان الکتریکی مصرفی.

قطر الکترود (mm)

نسبت قطر الکترود به قطر قالب

سطح جانبی الکترود (cm2)

سطح آزاد سرباره (cm2)

نسبت سطح آزاد سرباره به سطح جانبی الکترود

توان الکتریکی مصرفی ویژه (Kwh/ton)

400

49/0

36/3896

18/6283

61/1

80/1457

430

53/0

80/3700

42/6754

82/1

50/1362

450

55/0

60/3562

58/7068

98/1

40/1336

530

65/0

81/2946

22/8325

82/2

96/1299

540

67/0

77/2862

30/8482

96/2

96/1421

550

68/0

17/2777

40/8639

11/3

20/1516

نتایج و بحث

در جدول (2) نتایج حاصل از این پژوهش به صورت خلاصه نشان داده شده است. همچنین شکل‌ (1)، تاثیر نسبت قطر الکترود به قطر قالب (65/0 d/D= ) بر میزان توان الکتریکی مصرفی ویژه (SPC ) در فرایند ذوب مجدد فولاد مورد استفاده در این پژوهش را نشان می‌دهد. چنان‌‌که از داده‌های جدول (2) و نمودار شکل (1) مشخص است، مقدار SPC برای ذوب مجدد این فولاد در یک نسبت بهینه برای قطر الکترود و قالب (65/0 d/D= ) حاصل می شود و این بدان معنا است که در مقادیر بالاتر و یا کمتر از 65/0 برای نسبت d/D، مصرف توان الکتریکی ویژه برای حصول یک سرعت ذوب ثابت افزایش می‌یابد. دلیل این موضوع را باید در راه‌های مختلف اتلاف توان الکتریکی در فرایند ESR جستجو کرد.

شکل 1- تاثیر نسبت قطر الکترود به قطر قالب بر مصرف توان الکتریکی ویژه در فرایند ESR.

در فرایند ESR، گرمای مورد نیاز از راه عبور جریان الکتریکی از لایه‌ی سرباره با مقاومت الکتریکی نسبتا بالا حاصل می‌شود. مقداری از این گرما صرف ذوب شدن الکترود می گردد (QM ) که همان توان موثر بوده و حدود % 37-33 از کل توان ورودی را تشکیل می دهد[1] و مابقی انرژی گرمایی از راه‌های زیر هدر می رود:

گرمایی که از دیواره آبگرد قالب مسی از راه هدایت حرارتی هدر می رود. این گرما شامل حرارتی است که از حمام سرباره و نیز فاصله هوایی بین شمش منجمد شده درون قالب مسی از طریق هدایت حرارتی هدر می‌رود (Q1 ).

گرمایی که از طریق انتقال از شمش تولیدی به صفحه زیرین هدر می رود (Q2).

4-گرمایی که از سطح آزاد بین الکترود و دیواره قالب ( سطح آزاد سرباره ) و نیز گرمایی که به واسطه خروج گازها هدر می رود (Q3 ).

5- گرمایی که از طریق لایه‌ی سرباره به الکترود ( شمش اولیه) منتقل شده و بیشترآن به صورت تابش حرارتی از سطح جانبی الکترود به اتمسفر هدر می رود (Q4 ).

از آن‌جا که در این پژوهش پارامترهایی مانند دبی و نیز دمای آب ورودی به سیستم آبگرد قالب، ترکیب شیمیایی و مقدار سرباره و سرعت ذوب ثابت بوده است، می‌توان مقادیر Q1 و Q2 را در تمامی