۱- مواد اولیه

برای شکل ریزی در کارخانه ها و کارگاه ها جهت آلیاژسازی از ترکیب شمش های فولادی، قراضه و فروآلیاژها استفاده می شود. به کمک دستگاه کوانتومتری، آنالیز محصول مورد نظر به دست می آید. مواد اولیه اصلی مورد استفاده در کارخانه های فولادسازی شمش ریزی شمش چدن کوره بلند یا آهن اسفنجی می باشد. علاوه بر اینها انواع فروآلیاژها برای تنظیم ترکیبات شیمیایی و برخی افزودنی های دیگر همانند آهک و فلورین جهت تشکیل سرباره و حذف ناخالصی ها استفاده می شود. در نتیجه مذاب تولید شده و تصفیه شده در این قسمت به سمت ماشین های ریخته گری انتقال داده شده و طی فرایند ریخته گری به شمش های فولادی تبدیل می شود.

در ادامه انواع مواد اولیه مورد استفاده و روش های تولید، جهت تهیه خوراک مذاب و تصفیه آن در شمش ریزی فولاد توضیح داده می شود.

به طور کلی مراحل فولادسازی به دو مرحله اولیه و ثانویه تقسیم بندی می شود. حجم اصلی مذاب در فرآیند فولادسازی می تواند از دو منبع اصلی آهن اسفنجی و آهن چدن تامین شود.

منبع آهن اسفنجی

 

آهن اسفنجی در اثر واکنش احیای مستقیم دمای بالا و حالت جامد یک عامل کاهنده حاوی کربن (فاز گازی یا جامد) با پودر سنگ آهنی که به صورت گندله کروی یا پخته شده در آمده است، به شکل سنگ آهن احیا می شود و با از دست دادن اکسیژن تبدیل به آهن می گردد.

• فولادسازی اولیه

آهن اسفنجی به همراه قراضه به کوره های قوس الکتریکی برای ذوب شده هدایت می شود. این مرحله دارای قابلیت شارژ اکسیژن، گرافیت، آهک و دولومیت بوده سپس مذاب تولید شده برای مرحله بعد آماده می گردد.

• فولادسازی ثانویه

این مرحله شامل گاز زدایی، اکسیژن زدایی، گوگرد زدایی، پالایش و تصفیه ناخالصی ها و همچنین تنظیم ترکیب شیمیایی در داخل یک پاتیل می باشد. پاتیل مجهز به هیتر، همزن و دمش گاز خنثی می باشد. این عملیات به کمک مواد کمک ذوب، سرباره زا ( همانند کلسیم سیلیکون و منیزیم آهک)، روان ساز( همانند فلوئورسپار) و فرو آلیاژهای حاوی عناصر آلیاژی ( همانند سیلیکون، منگنز، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، تیتانیوم و تنگستن) انجام می شود. در صورت لزوم و حساسیت کار و نیاز به گاز زدایی بیشتر گازهای هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و حذف آخال های شناور، در برخی موارد از کوره خلا نیز استفاده می گردد.

منبع آهن چدن

 

سنگ آهن فرآوری شده به عنوان سوخت جامد همراه با کک به داخل کوره بلند ریخته می شود. با دمش گاز اکسیژن، محیط کاهنده ایجاد شده و سنگ آهن احیا می شود. در این مرحله در اثر حرارت بالا محصولات ذوب شده و پس از خروج از قسمت پایین کوره منجمد می گردند. این محصول در واقع چدن بسیار ترد بوده که میزان کربن و گوگرد بالایی دارد و به آهن چدن معروف است.

• فولاد سازی اولیه

در مرحله فولاد سازی اولیه این محصول به همراه ترکیبات آهک به عنوان سرباره ساز و خالص کننده وارد کانورتور می شود. سپس با روش اکسیژن قلیایی به فولاد مذاب تبدیل می شود.

روش اکسیژن قلیایی، روشی است که جهت سوزاندن کربن و کاهش مقدار آن اکسیژن به مواد دمیده می شود.

• فولاد سازی ثانویه

سپس مواد مذاب وارد پاتیل شده تا عملیات فولادسازی ثانویه روی آن صورت پذیرد. اکسید زدایی مذاب با استفاده از عناصر منگنز، سیلیسیم و آلومینیوم انجام می شود. میزان اکسید زدایی به عناصر استفاده شده بستگی دارد و به ترتیب از کیفیت بالا به پایین، فولاد کشته شده، فولاد نیمه کشته شده و فولاد روکشی تولید می گردد. در کاربردهای خاص جهت حذف باقیمانده گازهای هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن از محیط خلا استفاده می شود. در برخی موارد جهت تصفیه ناخالصی ها از طریق ساخت الکترود فولادی، ذوب آن و عبور مذاب از داخل سرباره، عملیات ذوب مجدد انجام می پذیرد. جهت دستیابی به ترکیب شیمیایی مورد نظر در آخر فرآیند آلیاژ سازی، فرو آلیاژها افزوده می شوند.

۲- ماشین کاری

ماشین کاری فرآیندی کاهشی با حرکت نسبی ابزار و قطعه کار است. در این عملیات از طریق براده برداری از قطعه خام فلزی، شکل نهایی مورد نظر حاصل می شود. مواد اولیه مورد استفاده در این فرآیند اغلب قطعات شمش ریزی شده می باشند که عملیات شکل دهی مکانیکی یا همان نورد گرم و نورد سرد را طی کرده اند. بسیاری از قطعات ریخته گری شده به شکل مستقیم جهت تکمیل فرآیند ساخت، ماشین کاری می گردند. این فرآیند به شکل های مختلفی چون تراشکاری، فرزکاری، سوراخ کاری، سنگ زنی، اره کشی، صفحه تراشی و خانکشی انجام پذیرد. در قدیم دستگاه ها به صورت دستی کنترل می شدند، ولی امروزه از ماشین های کنترل عددی (CNC) که دقت بالایی دارند و کارها را آسان کرده اند استفاده می شود. علاوه بر این ماشین ها، روش های جدیدتر ماشین کاری همانند ماشین کاری الکترو شیمیایی (ECM) و ماشین کاری تخلیه الکتریکی (EDM) یا اسپارک نیز مرسوم شده اند. این ماشین ها دارای دقت بسیار بالا و کیفیت سطح مناسب می باشند که در قطعات حساس با هندسه های پیچیده تر قابل استفاده هستند.

جنس ابزار ماشین کاری از آلیاژهای بسیار سخت همانند فولادهای  HSS، سرامیک ها، کاربید ها، الماس و گاهی فلزهایی با پوشش کامپوزیتی یا کاربیدی می باشد که طراحی لبه برش آن ها به دستگاه مورد استفاده بستگی دارد که می تواند به صورت تک نقطه ای یا چند لبه ای باشد. در اثر برخورد این لبه ها با سطح قطعه کار هنگام حرکت نسبی، عملیات برش و برده برداری انجام می پذیرد. در برخی موارد از اینسرت های قابل تعویض در ابزارها استفاده می شود.

اکثر روش های ماشین کاری حرارت تولید می کنند. این حرارت موجب کندی ابزار و کاهش عمر آن ها می شود و همینطور باعث تغییر خواص، اعوجاج، سختی و کیفیت نامطلوب سطح قطعه کار می گردد. از این رو جهت جلوگیری از این مشکلات در دستگاه های ماشین کاری، سیستم های خنک کاری تعبیه می شود.