لوگو-هوم-200x3000

کاربرد آرگون در صنایع فولاد

کاربرد آرگون در صنایع فولاد

آرگون به‌عنوان یک گاز بی‌اثر و کم‌هزینه با ویژگی‌های منحصر به‌فرد خود، در صنعت فولادسازی یکی از گازهای اصلی و حیاتی محسوب می‌شود. با توجه به ماهیت فرآیندهای فولادسازی، این گاز به‌طور گسترده در مراحل مختلف تولید فولاد، از ذوب و تصفیه تا ریخته‌گری و جوشکاری، به کار می‌رود.

محافظت از فولاد مذاب در برابر اکسیداسیون و آلودگی‌های محیطی

یکی از چالش‌های اصلی در تولید فولاد مذاب، خطر اکسیداسیون فلز در دماهای بالا است. فولاد مذاب به‌دلیل دمای بالا و واکنش‌پذیری زیاد، تمایل به تماس با اکسیژن هوا دارد که این امر باعث تشکیل اکسیدهای فلزی می‌شود و کیفیت فولاد نهایی را به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد. آرگون، به‌عنوان یک گاز بی‌اثر و غیر فعال، این خطر را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

در کوره‌های فولادسازی (از جمله کوره‌های القایی و کوره‌های بلند)، آرگون به‌عنوان گاز محافظ به‌طور مستقیم بر سطح فولاد مذاب تزریق می‌شود. این کار باعث ایجاد یک لایه محافظ روی سطح مذاب می‌شود که از اکسیداسیون فلز و افزایش میزان آلاینده‌ها جلوگیری می‌کند. این ویژگی نه تنها به حفظ کیفیت فولاد کمک می‌کند بلکه مصرف انرژی در فرآیندهای تولید فولاد را بهینه می‌سازد.

تصفیه فولاد و حذف ناخالصی‌ها

آرگون به‌عنوان یک گاز سنگین‌تر از هوا، در فرآیندهای تصفیه فولاد نقش اساسی دارد. در هنگام ذوب فولاد، ناخالصی‌هایی مانند گازهای حل شده در فولاد از جمله اکسیژن و نیتروژن ممکن است حضور داشته باشند که بر کیفیت فولاد تأثیر منفی می‌گذارند. به‌ویژه، نیتروژن می‌تواند باعث کاهش مقاومت به خوردگی فولاد و کاهش کیفیت فرآیند جوشکاری شود.

آرگون با تزریق به داخل مذاب فولاد، ناخالصی‌های گازی را از بین می‌برد. همچنین، با استفاده از گاز آرگون در کوره‌های ذوب، ترکیب شیمیایی فولاد تصحیح می‌شود و به این ترتیب، میزان آلاینده‌ها در فولاد کاهش می‌یابد که بهبود چشمگیری در کیفیت و استحکام فولاد به‌دنبال دارد.

بهبود فرآیند هم‌زدن فولاد مذاب برای یکنواختی و کیفیت بهتر

یکی دیگر از کاربردهای حیاتی آرگون در صنعت فولاد، استفاده از آن در فرآیند هم‌زدن فولاد مذاب است. در فرآیند تولید فولاد، هم‌زدن فولاد مذاب به‌منظور یکنواخت‌سازی ترکیب و کاهش دما انجام می‌شود. آرگون به‌عنوان یک گاز نیکومتر با استفاده از نازل‌های ویژه وارد مذاب فولاد شده و به‌طور مؤثری باعث هم‌زدن فولاد می‌شود.

این فرآیند موجب بهبود یکنواختی دما در فولاد مذاب و تسهیل انتقال حرارت می‌شود. در نتیجه، فرآیندهای تصفیه و اصلاح ترکیب شیمیایی فولاد به‌طور موثرتری انجام می‌شود و فولاد نهایی با کیفیت بالاتر به‌دست می‌آید.

جلوگیری از ترک خوردگی فولاد با استفاده از آرگون به‌عنوان خنک‌کننده

در فرآیندهای ریخته‌گری و تولید فولاد، کاهش دما در شرایط کنترل‌شده از اهمیت بالایی برخوردار است. هنگامی که فولاد مذاب به قالب‌ها ریخته می‌شود، نیاز به یک عامل خنک‌کننده مؤثر برای جلوگیری از ترک‌خوردگی و ایجاد تنش‌های داخلی در فولاد وجود دارد.

آرگون به‌عنوان یک گاز خنک‌کننده در فرآیندهای ریخته‌گری فولاد استفاده می‌شود. این گاز به‌طور مؤثر به کنترل دمای فولاد در قالب‌ها کمک کرده و از ایجاد ترک‌ها و نقص‌های سطحی جلوگیری می‌کند. همچنین، در فرآیندهای پس از ریخته‌گری که نیاز به کنترل دقیق دما دارند، استفاده از آرگون به‌عنوان گاز خنک‌کننده به‌طور ویژه مؤثر است.

نقش آرگون در تولید فولاد ضد زنگ (Stainless Steel)

آرگون در تولید فولاد ضد زنگ، که نیاز به دقت و کیفیت بالایی دارد، کاربرد بسیار وسیعی دارد. در فرآیند تولید فولاد ضد زنگ، آرگون به‌عنوان گاز حفاظتی در فرآیندهای ذوب و آلیاژسازی استفاده می‌شود. آرگون، با جلوگیری از تماس مستقیم فولاد با اکسیژن، از اکسیداسیون فلزات مانند کروم و نیکل که در تولید فولاد ضد زنگ استفاده می‌شوند، جلوگیری می‌کند.

این فرآیند موجب حفظ ویژگی‌های اصلی فولاد ضد زنگ مانند مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر دماهای بالا و ویژگی‌های مکانیکی مطلوب آن می‌شود. آرگون به‌عنوان یک گاز غیر فعال به‌طور مؤثر از آلودگی سطحی و از دست رفتن خواص آلیاژهای فلزی جلوگیری می‌کند و در نتیجه فولاد ضد زنگ با کیفیت بالاتر تولید می‌شود.

بیشتر بخوانید مقاله کاربرد آرگون در صنایع فولاد : اکسیژن مایع 

کاربرد آرگون در صنایع فولاد

انواع فرایند های تولید فولاد

تولید فولاد یک فرآیند پیچیده است که به منظور تولید فولاد از مواد اولیه معمولاً سنگ آهن استفاده می‌شود. در زیر، به برخی از اصلی‌ترین فرآیندهای تولید فولاد اشاره می‌شود:

  • فرآیند کک‌سازی: در این فرآیند، سنگ آهن به همراه سوخت‌های فرعی مانند کک یا ذغال سنگ در یک کوره کک‌سازی قرار می‌گیرد. در دمای بالا، سنگ آهن به‌صورت تجزیه‌ناپذیر به آهن مایع تبدیل می‌شود و از آن به عنوان ماده اولیه در فرآیندهای بعدی تولید فولاد استفاده می‌شود.
  • فرآیند قالب‌گیری: پس از تولید آهن مایع، آن را به قالب‌هایی می‌ریزند که به صورت بلوک‌های فولادی شناخته می‌شوند. این قالب‌ها بوسیله دیگر فرآیندها مانند ریخته‌گری، آهک‌گیری یا ریخته‌گری پیچیده‌تر به فولادهای نهایی تبدیل می‌شوند.
  • فرآیند فولادسازی الکتریکی: در این فرآیند، در یک کوره الکتریکی، آهن اسفنجی همراه با فلزات دیگر و مواد آلیاژی مورد نیاز در مقدار و نسبت مناسب قرار می‌گیرند. سپس با استفاده از جریان الکتریکی بالا، آهن اسفنجی ذوب می‌شود و فرآیند تبدیل آن به فولاد انجام می‌شود.
  • فرآیند آرک الکتریکی: در این فرآیند، از انرژی الکتریکی برای ذوب کردن آهن استفاده می‌شود. در کوره الکتریکی آرک، قطعات فولادی در یک محیط حفاظتی مانند آرگون تحت تأثیر جریان الکتریکی قرار می‌گیرند و آهن ذوب شده به فولاد تبدیل می‌شود.
  • فرآیند تفاله‌زنی: در این فرآیند، قطعات فولادی که از فلزات بازیافتی و تفاله‌های فولادی تشکیل شده‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرند و به شکل های جدیدی تبدیل می‌شوند.

فرایند تولید فولاد ضد زنگ (استینلس استیل)

فرآیند تولید فولاد ضد زنگ، که به طور عمومی با نام استیل ضد زنگ (Stainless Steel) شناخته می‌شود، متفاوت از فرآیند تولید فولاد کربنی است.

در تولید فولاد ضد زنگ، از آهن، کروم و نیکل به عنوان مواد اولیه استفاده می‌شود. مقدار کروم بالا در فولاد ضد زنگ مقاومت به زنگ زدگی را افزایش می‌دهد، درحالیکه نیکل نیز ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابرخوردگی و استحکام مکانیکی را به فولاد اضافه می‌کند.

مواد اولیه شامل آهن، کروم و نیکل در کوره‌های ذوب قرار می‌گیرند. می‌توان از کوره‌های قوس الکتریکی، کوره‌های قوس القایی، یا کوره‌های ذوب فلزات استفاده کرد. در این مرحله، مواد اولیه به‌طور کامل ذوب می‌شوند تا به آلیاژ فولاد ضد زنگ تبدیل شوند.

سپس عناصر آلیاژی دیگری مانند مولیبدن، تیتانیوم، مس و وانادیوم به آلیاژ اصلی فولاد اضافه می‌شوند. این عناصر باعث افزایش ویژگی‌های خاص فولاد ضد زنگ می‌شوند، مانند مقاومت در برابر خوردگی و دمای بالا پس از تهیه آلیاژ فولاد ضد زنگ، آن را می‌توان به صورت ریخته‌گری در قالب‌ها یا به روش‌های دیگری، مانند ریخته‌گری استمراری یا ریخته‌گری تحت فشار، تولید کرد. در این مرحله، آلیاژ فولاد ضد زنگ به شکل های مختلفی مانند صفحه‌ها، نوارها، تیرها، و قطعات دیگر تبدیل می‌شود.

بیشتر بخوانید مقاله کاربرد آرگون در صنایع فولاد : نیتروژن مایع 

کاربرد آرگون در صنایع فولاد

پس از ریخته‌گری، ممکن است آهن‌ربایی به فولاد ضد زنگ اعمال شود. این فرآیند حرارتی به منظور بهبود خواص مکانیکی و زیستی فولاد استفاده می‌شود.

کاربرد آرگون در فرآیند تولید فولاد

آرگون به‌طور معمول از طریق نازل‌های خاصی به فضای بالای کوره‌های ذوب تزریق می‌شود. این گاز، با ایجاد یک پوشش حفاظتی بر روی سطح آهن مذاب، از تماس آهن با اکسیژن هوا جلوگیری می‌کند. این عمل باعث کاهش اکسیداسیون آهن، حفظ کیفیت فولاد تولیدی و کاهش میزان آلاینده‌های ناخالصی در فولاد می‌شود.

حفاظت از جوی فضای بسته: پس از تولید و ریخته‌گری فولاد، آن را می‌توان در فضای بسته و حفاظت شده قرار داد. در این مرحله، آرگون به عنوان یک گاز شیلد مورد استفاده قرار می‌گیرد که فضای بسته حاوی فولاد را از تماس با هوا و رطوبت محافظت می‌کند و از اکسیداسیون و خوردگی فولاد جلوگیری می‌کند و کیفیت ظاهری و مکانیکی آن را حفظ می‌کند.

همچنین، آرگون دربرخی فرآیندهای دیگر در صنعت فولادسازی نیز کاربرد دارد. به‌عنوان مثال، آرگون ممکن است در فرآیند جوشکاری فولاد استفاده شود تا جلوگیری از تماس فلز ذوب شده با اکسیژن هوا و ایجاد ناخالصی‌های زیاد در ناحیه جوشکاری شود.

روش های ذخیره سازی ارگون در کارخانجات فولاد

  • مخازن فشرده: یکی از روش‌های اصلی ذخیره‌سازی آرگون در کارخانجات فولاد، استفاده از مخازن فشرده یا تناوبی است. آرگون به صورت فشرده در این مخازن ذخیره می‌شود تا در هنگام نیاز به صورت مداوم و پیوسته برای فرآیندهای مختلف تولید فولاد مورد استفاده قرار گیرد.
  • سیستم‌های تولید آرگون: در برخی موارد، کارخانجات فولاد ممکن است از سیستم‌های تولید آرگون در محل (on-site generation)  استفاده کنند. این سیستم‌ها آرگون را به صورت مستقیم از هوا جدا کرده و در محل تولید فولاد تولید می‌کنند.
  • سیستم‌های تزریق آرگون: در برخی فرآیندهای خاص، مانند فرآیند ریخته‌گری یا جوشکاری، از سیستم‌های تزریق آرگون می‌توان برای مستقیم وارد کردن گاز به مناطق حساس به آن، بهره برد. این روش می‌تواند بهبود قابل توجهی در کنترل محیط گاز داشته باشد.
  • لوله‌گذاری: در این روش آرگون به صورت مستقیم از طریق لوله‌ها به نقاط مختلف کارخانه ارسال می‌شود تا در فرآیندهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
  • سیستم‌های کنترل و نظارت: برای بهبود بهره‌وری در مصرف آرگون و کاهش هدر رفت آن، سیستم‌های کنترل و نظارت بر ذخیره‌سازی و تخلیه آرگون مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها به کاهش مصرف و بهینه‌سازی تخلیه گاز کمک می‌کنند.

ترکیبی از این روش‌ها ممکن است بسته به نیازهای خاص هر کارخانه فولاد برای ذخیره‌سازی آرگون انتخاب شود.

خلوص آرگون مورد نیاز برای استفاده در صنعت فولاد

خلوص آرگون برای استفاده در صنعت فولاد بسیار مهم است، زیرا هر گونه افزودنی یا ذرات ناخالصی ممکن است تأثیرات غیرمطلوبی بر روی فرآیندهای تولید داشته باشد. حداقل خلوص مورد نیاز برای آرگون در صنعت فولاد ممکن است به شرایط و فرآیندهای خاص بستگی داشته باشد، اما در کل، خلوص بالایی از آرگون معمولاً مورد نیاز است. برخی از ناخالصی‌های مهم که می‌توانند تأثیر منفی بر روی عملکرد آرگون در صنعت فولاد داشته باشند عبارتند از:

بیشتر بخوانید مقاله کاربرد آرگون در صنایع فولاد : آرگون مایع 

کاربرد آرگون در صنایع فولاد

  • اکسیژن (Oxygen): مقدار اکسیژن در آرگون باید کمترین مقدار ممکن باشد، زیرا حضور اکسیژن ممکن است به اکسیداسیون فلزات در فرآیندهای حرارتی و جوشکاری منجر شود.
  • نیتروژن (Nitrogen): مقدار نیتروژن نیز باید به حداقل رسانده شود، زیرا حضور نیتروژن باعث افزایش حساسیت به خوردگی دارد.
  • آب (Water): مقدار آب در آرگون باید به حداقل رسانده شود، زیرا آب ممکن است در فرآیندهای ریخته‌گری و جوشکاری مشکلات ایجاد کند.
  • هیدروژن (Hydrogen): هیدروژن باید حداقل مقدار ممکن را داشته باشد، زیرا هیدروژن می‌تواند به فلزات حساس به هیدروژن (بخصوص فولادهای برگشت‌پذیر) آسیب برساند.
  • ترکیبات گازهای دیگر: دیگر گازها نیز باید در مقادیر مشخص و قابل قبول باشند تا به عملکرد مطلوبی در فرآیندهای فولادسازی منجر شوند.

برای اطمینان از کیفیت مناسب آرگون، تجارت‌کنندگان و تولیدکنندگان این گاز به صورت دقیق از خلوص آن اطمینان حاصل می‌کنند.

نحوه تامین آرگون مورد نیاز در صنعت فولاد

تولید در محل (On-site Generation):

برخی کارخانجات فولاد از سیستم‌های تولید آرگون در محل خود استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها از هوا یا اکسیژن به عنوان منبع اولیه استفاده می‌کنند و آرگون را از آن جدا کرده و تولید می‌کنند. این روش می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و افزایش قابلیت انعطاف در تأمین آرگون منجر شود.

تهیه از تأمین‌کنندگان گاز:

بسیاری از کارخانجات فولاد از شرکت‌های تأمین‌کننده گازها خریداری می‌کنند. این شرکت‌ها آرگون را به صورت مایع یا گاز فشرده در اختیار مشتریان خود قرار می‌دهند. این روش معمولاً مناسب برای کارخانجات کوچک‌تر و یا کارخانجاتی که نیاز به حجم بالایی از آرگون دارند، است.

استفاده از تانک‌های ذخیره‌سازی:

آرگون معمولاً در تانک‌های ذخیره‌سازی حفظ می‌شود. این تانک‌ها می‌توانند به عنوان منبع فوری آرگون در محل تولید فولاد استفاده شوند و در صورتی که نیاز به تأمین آرگون نیست، می‌توانند به صورت ذخیره شده در کارخانه باقی بمانند.

تعاون با تأمین‌کنندگان محلی:

بعضی از کارخانجات ممکن است با تأمین‌کنندگان محلی گازها همکاری کنند. این تأمین‌کنندگان ممکن است آرگون را به صورت مایع یا گاز فشرده فراهم کنند و به دلیل نزدیکی جغرافیایی، زمان تحویل را کاهش دهند.

مدیریت موجودی:

برای جلوگیری از نقص در تأمین، کارخانجات باید مدیریت موجودی آرگون خود را به دقت انجام دهند. این شامل مانیتورینگ موجودی، برنامه‌ریزی سفارشات به موقع و پیش‌بینی نیازهای آتی می‌شود.

بیشتر بخوانید مقاله کاربرد آرگون در صنایع فولاد : کاربرد دی اکسید کربن در فرآیند تصفیه آب

————————————————–

منابع

www.ispatguru.com

www.nippongases.com