توسعه متالورژی ثانویه در کوره های تصفیه پاتیل (Ladle Furnace - LF)، گاززدایی تحت خلأ (VD/VOD) و ماشین های ریخته گری مداوم (CCM)، صنعت فولادسازی را به سمت الزامات فوق العاده سخت گیرانه در زمینه فولادهای تمیز (Clean Steels) و کنترل دقیق عناصر آلیاژی سوق داده است. روش های سنتی افزودن فروآلیاژها به صورت کلوخه ای (Bulk Addition) به دلیل راندمان بازیابی پایین (Recovery Rate)، اکسیداسیون شدید در سطح سرباره و عدم یکنواختی شیمیایی، جای خود را به تکنولوژی تزریق مفتول توپودری (Cored Wire Injection) داده اند.

با این حال، پیشرفت های اخیر در مهندسی مواد و طراحی خطوط شکل دهی، نسل جدیدی از مفتول های ذوبی توپودری را معرفی کرده است که کنترل ترمودینامیکی و سینتیکی آلیاژسازی را به سطحی بی سابقه ارتقا داده اند. در این مقاله به بررسی نوآوری های فنی در تولید این مفتول ها و اثر آن ها بر فرآیند فولادسازی می پردازیم.

نوآوری در ساختار غلاف و درز مفتول (Seam & Sheath Technology)

غلاف فولادی مفتول نه تنها نقش محفظه نگهدارنده پودر، بلکه وظیفه رساندن پودر اکتیو به عمیق ترین نقطه پاتیل (Plume Zone) پیش از ذوب شدن را بر عهده دارد:

درزهای هم پوشان دوبل (Double Lock Seam): نسل قدیم مفتول ها از درزهای ساده استفاده می کردند که در حین عبور با سرعت بالا از دستگاه فیدر (Wire Feeder) و نازل های هدایت کننده، دچار بازشدگی (Seam Opening) و نشت پودر می شدند. تکنولوژی رول فرمینگ دقیق ۵ تا ۷ مرحله ای، اتصالات قفلی دوگانه با استحکام کششی بالا ایجاد می کند که مانع از ریزش متریال حتی در زاویه های خمش تند می شود.

بهینه سازی ضخامت غلاف فولادی (Strip Thickness Tuning): با محاسبه دقیق نرخ انتقال حرارت و عمق نفوذ، ضخامت نوار فولادی (معمولاً 0.4-0.6 mm) متناسب با چگالی و دمای تبخیر هسته تنظیم می شود تا پودر دقیقاً در عمق بحرانی پاتیل رهایش یابد.

تکنولوژی مفتول های کلسیمی بدون پودر (Pure Solid Calcium Core)

یکی از انقلابی ترین فناوری ها در عملیات اصلاح آخال ها (Inclusion Morphology Control)، جایگزینی پودر کلسیم-سیلیسیم (CaSi) با مفتول کلسیم فلزی توپر (Solid Pure Ca Wire) است:

چالش های متالورژیکی کلسیم: کلسیم فلزی دارای دمای جوش پایینی (1484 C) است، در حالی که دمای مذاب فولاد حدود 1600 C است. در نتیجه کلسیم به سرعت تبخیر شده و فشار بخار بالای آن (حدود ۱.۸ اتمسفر) باعث انفجار سطحی و پرتاب مذاب می شود.

راهکار تکنولوژی مفتول توپر: در این روش، یک میله اکسترودشده کلسیم فلزی با چگالی ۱۰۰٪ درون غلاف فولادی ضخیم قرار می گیرد. این ساختار از پدیده واکنش زودهنگام جلوگیری کرده، راندمان بازیابی کلسیم را از ۱۰ تا ۱۵ درصد در مفتول های ذوبی پودری به بیش از ۲۵ تا ۳۵ درصد افزایش می دهد و افزودن ناخواسته سیلیسیم به مذاب را حذف می کند.

فرمولاسیون های کامپوزیتی نوین در هسته مفتول

تکنولوژی اختلاط و میکروگرانولاسیون پودرها امکان تولید مفتول های چندمنظوره را فراهم کرده است:

نوع مفتول نوین	ترکیبات اصلی هسته	مزیت متالورژیکی در ذوب فولاد
مفتول کربن با چگالی بالا	گرافیت مصنوعی با دانه‌بندی میکرومتری + بایندرهای خاص	تنظیم دقیق کربن نهایی (Carbon Trimming) با راندمان بالای ۹۰٪ بدون افزایش نیتروژن
مفتول نیتروژن‌ده (Nitriding Wire)	فرومنگنز یا فروکروم نیتریده با غلظت بالای N 2 N 2 ​	آلیاژسازی دقیق نیتروژن در فولادهای زنگ‌نزن و مقاوم به سایش بدون نیاز به گاز نیتروژن گران‌قیمت
مفتول گوگردی (Pure FeS / S)	سولفید آهن دانه‌بندی‌شده خالص	بهبود چشمگیر ماشین‌کاری در فولادهای خوش‌تراش (Free-cutting steels) با حداقل آلایندگی
مفتول‌های آلومینیوم-کلسیم مرکب	ترکیب سنتز‌شده Al + Ca	اکسیژن‌زدایی و همگن‌سازی همزمان آلومینات‌ها به آلومینات‌های کلسیم کروی ( 12 CaO ⋅ 7 Al 2 O 3 12CaO⋅7Al 2 ​ O 3 ​ )

کنترل یکنواختی پرشدگی خطی (Filling Ratio Stability)

یکی از بزرگ ترین چالش های کیفی در مفتول های سنتی، نوسان وزن پودر در هر متر از مفتول بود که به خطای آنالیز شیمیایی منجر می شد.

امروزه با استفاده از سیستم های توزین دینامیک آنلاین و دوزینگ مادولار لودسل محور در خطوط تولید، نرخ پرشدگی خطی (g/m) با دقت زیر ±1% تضمین می شود. این یکنواختی باعث می شود سیستم اتوماسیون تزریق وایر فیدر در کارخانه فولادسازی بتواند با دقت اعشاری طول تزریق را محاسبه و تزریق کند.

مزایای متالورژیکی و زیست محیطی ارتقای تکنولوژی مفتول

1. کاهش عیوب ریخته گری مداوم: کروی سازی آخال های اکسید آلومینیوم Al2​O3 و جلوگیری از گرفتگی نازل های تاندیش (Nozzle Clogging).

2. کاهش مصرف انرژی و گازهای خروجی: کاهش زمان فرآوری در کوره پاتیل (Treatment Time).

3. افزایش ایمنی پرسنل و کارگاه ذوب: حذف پرتاب مذاب ناشی از شوک تبخیر کلسیم و بهینه سازی تهویه کارگاه.

زنجیره تأمین مفتول های ذوبی پیشرفته در صنعت متالورژی ایران

دستیابی به خواص مکانیکی ایده آل در گریدهای پیشرفته فولادی (نظیر ورق های خودرویی، فولادهای خطوط انتقال نفت و گاز API و فولادهای ابزار)، بدون استفاده از مفتول های ذوبی مهندسی شده و استاندارد غیرممکن است. کیفیت نوار فولادی پایه، درصد خلوص عناصر آلی و معدنی هسته و تکنولوژی بسته بندی کلاف ها (Coil Packaging) برای جلوگیری از جذب رطوبت اتمسفری، مؤلفه های تفکیک کننده مفتول های استاندارد هستند.

در بازار صنعتی کشور، شرکت هایی که با درک دقیق نیازهای متالورژیکی واحدهای ذوب و تصفیه پاتیل فعالیت می کنند، نقشی کلیدی در ثبات کیفی خطوط ریخته گری ایفا می نمایند. در این عرصه، مجموعه تیوا کیان با تمرکز بر تأمین و فروش کوردوایر و انواع مفتول های ذوبی توپودری استاندارد (نظیر CaSi، کلسیم فلزی، گرافیت، فروتیتانیوم و فرمولاسیون های سفارشی) و با اتکا به دانش فنی روز در انتخاب متریال پایدار و دقیق، بستری مطمئن برای واحدهای فولادسازی کشور جهت ارتقای خلوص مذاب و بهینه سازی هزینه های فروآلیاژ فراهم آورده است.