نازل‌های خنک‌کننده نوین؛ استراتژی جدید برای خنک‌کاری ثانویه در ناحیه ریخته‌گری مداوم

به گزارش می‌متالز، پاشش آب توسط نازل‌های صنعتی (افشانک) جهت خنک‌کاری شمش مذاب، یک عملیات اصلی در صنعت فولاد در ناحیه ریخته‌گری مداوم به شمار می‌آید که تحت عنوان خنک‌کاری ثانویه (Secondary Cooling) نیز شناخته می‌شود. خنک‌کاری ثانویه با استفاده از افشانک‌های صنعتی با پاشش مخروطی (Full Cone) یا افشانک خطی (Flat Fan) با چینش دقیق صورت می‌گیرد. در شکل ۱ محل قرارگیری افشانک در خنک‌کاری ثانویه خط ریخته‌گری مداوم نشان داده شده است.

عملکرد صحیح سیستم‌های خنک‌کاری ثانویه با جلوگیری از کمتر از حد خنک شدن (Under Cooling) و بیشتر از حد خنک شدن (Over Cooling) می‌تواند در تعیین مورفولوژی، ساختار کریستالی و عیوب شمش ریختگی نقش حیاتی ایفا کند. در واقع، عملکرد صحیح سیستم خنک‌کاری ثانویه به نازل‌های خنک‌کننده این ناحیه بستگی دارد. به‌طورکلی، پارامتر‌های عملیاتی نازل خنک‌کننده نظیر اندازه قطرات، فشار، سرعت، انرژی برخورد قطرات با سطح محصول، حجم آب پاشش‌شده در واحد زمان و انتخاب درست زاویه پاشش باید به‌دقت انتخاب شود تا یکپارچگی الگوی پاشش و خنک‌کاری ثانویه در ریخته‌گری مداوم به‌طور کامل انجام گیرد. عدم عملکرد صحیح نازل‌های خنک‌کاری ثانویه می‌تواند عیوب مختلفی را برای محصول ناحیه ریخته‌گری مداوم نظیر کیفیت سطحی نامناسب شمش یا اسلب تولیدی، ایجاد ترک‌های گوشه‌ای (Corner Cracks) و جدایش مرکزی (پارگی خط) به دنبال داشته باشد.

امروزه، عموماً در بیشتر کارخانجات فولادسازی، ناحیه خنک‌کاری ثانویه ماشین‌های ریخته‌گری مداوم، به نازل‌های مه‌پاش (Air-mist nozzles) مجهز هستند، به‌گونه‌ای که در طول الگوی پاشش، جریان آب از بیشترین به کمترین نرخ تغییر می‌کند (Wide turn-down ratio) تا یکپارچگی الگوی پاشش پایدار باقی بماند و نازل‌های خنک‌کاری بیشترین بازدهی را از خود نشان دهند. بااین‌حال، این گروه از نازل‌ها هنوز تولیدکنندگان فولاد را با چالش‌هایی در مسیر تولید یک محصول بدون عیب روبه‌رو می‌سازند. اشاره شد که یکی از عیوب رایج در صورت عدم عملکرد نازل‌های خنک‌کاری ثانویه، ایجاد ترک‌های گوشه‌ای در شمش تولیدی است. بر همین اساس، شرکت پریمتالز (Primetals Technologies)، یک سیستم خنک‌کننده جدید تحت عنوان DynaJet Flex را روانه بازار کرده که قابلیت تفکیک مناطق مختلف شمش را جهت سرد کردن فراهم می‌سازد. نتایج نشان داده است استفاده از این نازل‌ها می‌تواند نقش مؤثری در کاهش عیوب شمش تولیدی داشته باشد. به‌عنوان مثال، در شکل ۲ به‌خوبی اثر مثبت استفاده از نازل‌های DynaJet Flex تولیدی شرکت پریمتالز بر کاهش عیب ترک‌های گوشه‌ای نشان داده شده است. در واقع، آن‌ها توانستند با استفاده از این گروه از نازل‌ها از کاهش و افزایش بیش‌ازحد دما در نواحی کناری شمش و ایجاد ترک‌های گوشه‌ای ممانعت به عمل آورند. از سویی دیگر، آن‌ها گزارش کردند که استفاده از نازل‌های جدید، می‌تواند در مقایسه با سیستم‌های مه پاش، دامنه تغییرات نرخ جریان آب از بیشترین تا کمترین حد در طول الگوی پاشش را به میزان بیشتری گسترش دهد که سبب ارتقای چشم‌گیر یکپارچگی الگوی پاشش خواهد شد. در واقع، مزیت این سیستم خنک‌کاری، دامنه تغییرات جریان بالای آب در الگوی پاشش نسبت به سیستم‌های خنک‌کاری ثانویه رایج است، بدون اینکه نیاز به تولید مه با استفاده از پمپ‌های فشار زیاد باشد. علاوه بر این، استفاده از این نازل‌های خنک‌کننده جدید که از پاشش مستقیم آب بهره می‌برند، به دلیل عدم نیاز به هوا، هزینه‌های عملیاتی را به میزان بیشتری کاهش خواهد داد. شکل ۳ شماتیکی از ساختار نازل‌های خنک‌کاری ثانویه DynaJet Flex تولیدی شرکت پریمتالز را نشان می‌دهد. سیستم خنک‌کاری DynaJet Flex به‌آسانی می‌تواند در ماشین‌های ریخته‌گری موجود و جدید ادغام شود.

این نوع سیستم‌های خنک‌کاری جدید از سال ۲۰۱۸ میلادی روانه بازار شده و طبق گزارش‌های شرکت پریمتالز، استفاده از آن در خطوط ریخته‌گری مداوم فولادسازی رو به افزایش است. نخستین بار، شرکت پریمتالز این نازل‌های خنک‌کاری ثانویه را در شرکت فولاد هیوندای کره برای تولید ورق‌های فولادی استحکام بالای پیشرفته (Advanced High-Strength Steel) نسل دوم و سوم جهت استفاده در صنعت خودروسازی نصب کرد. آن‌ها گزارش کردند که حساسیت به ترک‌های گوشه‌ای در هنگام استفاده از این نازل‌های نوین به‌طور چشم‌گیری کاهش یافته است. در شکل ۴ استفاده عملیاتی از نازل‌های جدید شرکت پریمتالز در کارخانه فولاد هیوندای کره نشان داده شده است. از سویی دیگر، اخیراً شرکت پریمتالز برای کنترل بهینه سیستم خنک‌کاری DynaJet Flex، از یک سیستم هوشمند سه‌بعدی که قابلیت نمایش پروفیل دمایی در سرتاسر طول ناحیه ریخته‌گری مداوم را دارد نیز رونمایی کرده است. این سیستم هوشمند به‌راحتی نقطه شروع و پایان انجماد را حین خنک‌کاری ثانویه بر اساس پارامتر‌های عملیاتی ریخته‌گری نظیر سرعت ریخته‌گری، نوع فولاد و خواص اسلب تخمین می‌زند و عملکرد نازل‌ها را تا حد زیادی ارتقا می‌دهد.

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین