مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی معکوس و شناسایی گلوگاه‌های تولید به منظور بومی‌سازی نازل‌های تاندیش مورد استفاده در صنعت ریخته‌گری پیوستۀ فولاد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مواد، دانشکدۀ فنی مهندسی، دانشگاه میبد، یزد، ایران
2 شرکت فولاد کاوۀ جنوب کیش، بندرعباس، ایران
10.22034/ijme.2025.540633.2121
چکیده
این مقاله بر آن است که با بررسی اجزای یک نمونه نازل تاندیش خارجی، گلوگاه‌های تولید این قطعه را شناسایی کرده و نشان دهد چگونه می‌توان با رفع این موانع، به دانش فنی ساخت آن دست یافت و جایگزینی مطمئن برای نمونۀ خارجی فراهم آورد. نازل تاندیش در این پژوهش در سه بخش مورد بررسی قرار گرفته است: نگهدارندۀ فلزی، جرم نسوز نشیمنگاه نازل و توپی نازل. نتایج آنالیزICP، SEM-EDS و بررسی فازی به روش پراش پرتو ایکس نشان می‌دهد بیش از 5/99 % درصد وزنی نگهدارندۀ فلزی از عنصر آهن تشکیل شده است. میزان کربن آن 055/0 درصد وزنی بوده و هیچ عنصر آلیاژی خاصی در آن وجود ندارد. فاز اصلی آن آهن آلفا (فرّیت) است که مقدار اندکی کاربید آهن (سمنتیت) کمتر از یک درصد وزنی در آن دیده می‌شود. همچنین، نتایج حاصل از بررسی‌های فازی XRD، آنالیز شیمیایی XRF و مشاهدات SEM-EDS از جرم نسوز و توپی نازل نشان داد: در جرم نسوز فازهای آلومینا، مولایت، سیلیس و اسپینل وجود دارد و توپی نازل نیز از زیرکونیای نیمه‌پایدار، تثبیت‌شده با ۲ تا ۳ درصد اکسید کلسیم و اکسید منیزیم تشکیل شده است. بر این اساس پیش‌بینی می‌شود در تولید جرم نسوز از آلومینا، ترکیبات رسی مانند کائولن و بال‌کلی، زیرکون (سیلیکات زیرکونیم) و کربن استفاده شده باشد و برای توپی نازل از زیرکونیای نیمه‌پایدار بهره گرفته شده باشد. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که گلوگاه تولید نگهدارندۀ فلزی نازل تاندیش، عمدتاً در فرایند پرس‌کاری و ساخت قالب مخصوص این قطعه نهفته است. گلوگاه تولید جرم نسوز به انتخاب و فرمولاسیون دقیق مواد اولیه مربوط می‌شود تا بتوان به آنالیز فازی مطلوب رسید و عملکرد مناسبی در شرایط عملیاتی واقعی داشت. در مورد توپی زیرکونیایی نیز، چالش اصلی به دانش فنی روش‌های تولید آن بازمی‌گردد؛ چرا که شکل خاص این قطعه امکان پرس پودر به روش‌های متعارف را فراهم نمی‌کند و لازم است از روش‌هایی مانند ریخته‌گری دوغابی یا پرس ایزواستاتیک استفاده شود که هر یک پیچیدگی‌های فنی خاص خود را دارند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Reverse engineering and bottleneck analysis for domestic production of tundish nozzles used in steel continuous casting

نویسندگان English

Amin Esmailzadeh Ashini 1 2
Mahdi Feizpour 1
Hadi Barzegar Bafrooei 1
1 Department of Materials Science and Engineering, School of Engineering, Meybod University, 89616-99557, Yazd, Iran
2 South Kaveh Steel Company (SKS), Bandar Abbas, Iran
چکیده English

This study aims to identify the key production bottlenecks in manufacturing a high-quality tundish nozzle comparable to an imported foreign part. By overcoming these bottlenecks, we strive to develop the technical expertise necessary to produce these nozzles domestically. The tundish nozzle was examined in three parts: the metallic holder, the refractory castable (nozzle seat), and the nozzle insert. Analysis using ICP, SEM-EDS, and XRD revealed that this holder is composed of over 99.5% iron, with a carbon content of 0.055% and no significant alloying elements. The primary phase is alpha iron (ferrite), with a small amount (less than 1%) of iron carbide (cementite). Analysis of the refractory castable and nozzle insert using XRD, XRF, and SEM-EDS indicated that these components contain alumina, mullite, silica, and spinel phases (in the refractory castable) and partially stabilized zirconia using 2-3% calcium oxide and magnesium oxide (in the nozzle insert). We believe that the refractory part consists of alumina, clay compounds (including kaolin and ball clay), zircon (zirconium silicate), and carbon, while the insert utilizes partially stabilized zirconia. The research indicates that the key bottleneck in producing the metal holder is the shaping process, which uses a dedicated mold. For the refractory part, the bottleneck lies in achieving a suitable formulation of raw materials to obtain the desired phase composition for optimal performance under operating conditions. The production of the zirconia nozzle insert is challenging due to its complex and hollow shape, which requires specialized techniques such as slip casting or isostatic pressing, rather than conventional powder pressing.

کلیدواژه‌ها English

Reverse Engineering
Characterization Techniques
Nozzle
Zirconia
Refractory Castable
Tundish
Steel Continuous Casting
[1] World Steel Association. [Internet]. 2025 [cited 2025 Apr 15]. Available from: https://www.worldsteel.org
[2] Louhenkilpi S. Continuous casting of steel. InTreatise on process metallurgy 2024 Jan 1 (pp. 343-383). Elsevier.
[3] Hemberger Y, Berthold C, Nickel KG. Wetting and corrosion of yttria stabilized zirconia by molten slags. Journal of the European Ceramic Society. 2012 Aug 1;32(11):2859-66. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2011.12.005
[4] Wiśniewska K, Madej D, Szczerba J. Corrosion of the refractory zirconia metering nozzle due to molten steel and slag. Materiali in tehnologije. 2016;50(1):29-32. doi: 10.17222/mit.2014.188
[5] Hojjati A, Naghizadeh R, Sedaghat A, Majidian H. Investigation of the effect of the titania and tialite on the physical and microstructural properties of cordierite synthesized by solid state method [master's thesis]. Tehran: Iran University of Science and Technology; 2024. [In Persian]
[6] Ansari MJ. Manufacture and comparison of mechanical properties of reinforced polypropylene nanocomposite with carbon fibers and calcium carbonate nanoparticles. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2019 Oct 23;6(5):1-2. [In Persian]
[7] Najafi A, Sarpoolaky H, Golestani-Fard F. Effects of titanium oxide addition on the properties of alumina spinel refractory castables. In: Smith J, editor. Proceedings of the UNITECR '05: 9th Biennial Worldwide Congress on Refractories; 2005 Nov 8-11; Orlando, Florida. Westerville (OH): The American Ceramic Society; 2005. p. 138-40.
[8] Nuradini-Zarkani MJ, Barzegar-Bafrooei H, Feizpour M. Investigation of corrosion in tundish nozzles of open systems in steel continuous casting [master's thesis]. Meybod (Yazd): Meybod University; 2025. [In Persian]