الرمال الخضراء: مقدمة لاستخدامها في المسابك

مقدمة في الرمال الخضراء والمسبوكات

ويكون اللون الأخضر من المزيج المركب المستخدم في صب المعادن في تطبيقات المسبك كقالب. إنه "أخضر" ليس بالألوان ، ولكنه يأخذ اللقب نظرًا لحقيقة أنه ليس "محددًا" عندما يتم سكب المعدن فيه ، بل إنه لا يزال في الحالة "الخضراء" أو غير المحددة. الاسم مشتق من الخشب الأخضر، أي الخشب لا يزال يحتوي على كمية كبيرة من الماء. يتكون معظم من التربة الخضراء من الرُموووى والطين والحمأة والأنثراسيت والمياه. هوية عنصر الرّمّة أمر حاسم. صب الوصب الأخضر هو طريقة بسيطة وموثوق بها وتستخدم على نطاق واسع من صب المعادن. لا ينبغي الخلط بين الرملي الأخضر مع greensand، وهو نوع من الحجر الرملي مع لون مخضر، والذي لا يستخدم في تطبيقات مسبك.

ما هو الرمال الخضراء؟

ويكون اللون الأخضر من المزيج الذي يحتوي عادة على طبقة من التربة (75 إلى 85 بواسطة الكتلة)، والطين البنتونايت أو الكاولينايت (5 إلى 11، ويستخدم كالموثق)، والمياه (2 إلى 4)، والحمأة (3 إلى 5، التي تعمل في الغالب كحشو) والأنثراسيت (1،<كمادة مضافة كربونية). ويكون هذا النوع من أنواع الصب هو واحد من ثلاثة أنواع رئيسية، وذلك اعتمادا ً على مواد الصب. السيليكا القائمة، القائمة على الكرومأو الزركون القائم. مرة أخرى ، اعتمادا على طبيعة المواد الصب ، يمكن إضافة مركبات غير عضوية أخرى (1). كما الصب يتعامل مع المعادن المنصهرة عالية الحرارة / سبائك، وقدرة عالية للحرارة أمر بالغ الأهمية. ويكون من المفيد أن يكون من المفيد أن تُعد ّ هذه النُسُم مُسفِرًا، مما يسمح للغازات المنتجة في القالب بالهروب.

كيف يتم استخدامه؟

صب المعادن هو عملية من ست خطوات.

يتم وضع نمط في وضع الرّم
يتم دمج شكل النمط في الرّمال كقالب باستخدام قارورة،
تتم إزالة النمط،
القالب مليء بالمعدن المنصهر
يسمح لتبريد / ترسيخ،
وأخيرا تتم إزالة القالب ترك الصب النهائي.

خلال عملية الصب ، فإن الحرارة الكامنة من المعدن المنصهر تعالج القالب في الموقع. يتم سكب المعدن المنصهر / سبيكة في القالب مباشرة بعد أن تم ضغطه في الشكل. بعد تبريد الصب ، يمكن إزالة القالب (2). عادة ما تكون القوالب المستهلكة مطحونة ويعاد استخدامها ، خاصة إذا كانت تستند إلى أحد أنواع النفايات الأكثر تكلفة ، على الرغم من أنه من الجدير بالذكر أن الولايات المتحدة والمملكة المتحدة ترسلان في المتوسط 500 كجم و 250 كجم على التوالي من النفايات إلى مدافن النفايات لكل طن من معدن الزهر (1). وقد أظهرت الدراسات أن استخدام مبكّر السبك في إنتاج الخرسانة يمكن إعادة استخدامه(3). يستخدم صب الوصب الأخضر للحصول على مجموعة واسعة من تطبيقات الصب، من الصغيرة والمفصلة، إلى قوالب كبيرة تصل إلى 500 كجم في الحجم.

المزايا على المواد والعمليات الأخرى

صب الوصب الأخضر هو طريقة بسيطة وقابلة للتطوير ومرنة لصب المعادن. صب نفسه هو تقنية الألفية القديمة (4). اعتمادا على اختيار الرمل، يمكن أن تكون العملية غير مكلفة بشكل لا يصدق، لا سيما إذا كان السيليكا هو عنصر الرمل الرئيسي بسبب وفرة. يمكن تعديل جوانب الصب مثل الانتهاء من سطح المنتج بسهولة من خلال حجم طحن مكون السَم، والذي يمكن أن يتأثر أيضًا بإضافة "الموثقات الحبوبية" مثل الدكسترين ودبس السكر. وعلاوة على ذلك، فإن إضافة هذه الإضافات يمكن أن تعزز خصائص قابلية الإزالة. يمكن إضافة أكسيد الحديد إلى المعدن الأخضر بكميات صغيرة لمنع اختراق المعادن بسبب تكسير القالب (5). عيب واحد ملحوظ من استخدام رمل من نوع السيليكا كعنصر الرمل الأخضر الرئيسي هو إمكانية هروب جزيئات السيليكا أثناء صب المعدن ، مما قد يؤدي إلى داء السيليك ة لعمال المسبك بالقرب من. وقد تم إنتاج قوالب من القوالب ذات اللون الأخضر على نطاق صغير عن طريق أساليب الطباعة ثلاثية الأبعاد (6) بدرجات عالية من الدقة والنجاح.

المعدن المنصهر الذي يتم سكبه في قوالب مصنوعة من حشو القضبان

المكونات المتخصصة في صب الرمل الأخضر

كما ذكر، يمكن تغيير مكونات مختلفة من اللون الأخضر، أو
مركبات محددة
تستخدم لتقديم نتيجة محددة، أو لتوفير الورد الأخضر الذي هو الأنسب لمعدن معين / سبيكة، أو لتحسين الأداء البيئي في عملية صب وصب القوالب والنباتات الخضراء عموما. اثنين من التغييرات الأكثر شيوعا في صب الرمال الخضراء تستخدم الكروميت من نوع رمال، وباستخدام غبار الفحم (anthracite) في هذا المزيج.

غبار الفحم

غبار الفحم، أو anthracite،
سرعان ما تصبح المضافة المشتركة في عملية صب الرملية الخضراء. بل هو المضافة carbonaceous التي تحت ظروف المسبك الاحتراق والأكسدة. تاريخيا، كانت المادة المضافة الرائدة في صب الوصب بالألوان الخضراء، كمادة كربونية، هي الفحم القارومي ذي التقلب الشديد، الذي يشار إليه في كثير من الأحيان باسم الفحم البحري. حرق الفحم البيتوميفين في القالب عند التدفئة ويطلق الملوثات الخطرة مثل البنزين والزلين والتولوين. ومن الضروري أن يتم استبدال الفحم البيتومي بمادة كربونية ذات أداء جيد على قدم المساواة، ولكن مع صورة أقل ضررا ً بيئياً. وأظهرت دراسة تجريبية أنه في ظل الظروف المختبرية، فإن الجمرة الخبيثة والفحم الأقل درجة من نوع الليغنيت (7) تنبعث ملوثات أقل خطورة بكثير مما كان عليه الفحم البيتومي (8)، وبالتالي يمكن القول إن إدماج غبار الفحم في قالب من العفن الرملي الأخضر مفيد من منظور بيئي. ويلاحظ أن صناعة الصب ترغب في الابتعاد عن الفحم البيتوميني بسبب أدائها البيئي الضعيف (9) وقلة الملوثات الخطرة يعني أن هناك حاجة إلى تخصيص موارد أقل لغسل العادم في المسبك بشكل عام.

استخدام الجمرة الخبيثة الأرض يقلل من العيوب المحروقة على، ويحسن النهاية على سطح المنتج، ويقلل من تغلغل المعادن. ربما استخدامه الرئيسي ، ومع ذلك ، هو منع البلل. الترطيب هو العملية التي يلتصق بها المعدن السائل / سبيكة بجزيئات الرماد في قالب اللون الأخضر ، مما يتركها موجودة على سطح المنتج المدلى به. في حين أنه في كثير من الحالات ، يمكن إجراء التلميع الميكانيكي أو المزيد من الآلات للمنتج المدلى به لإزالة الملقد ، فإن الوقاية أفضل من العلاج. الغبار الفحم يوفر وسيلة فعالة وغير مكلفة لتحقيق ذلك.

عندما يتم تسخين القالب من خلال وجود المعدن أو السبيكة الذائبة ، تتحلل الفحم الموجودة (الحروق) وتعطي ثاني أكسيد الكربون ومجموعة متنوعة من المركبات العضوية المتطايرة. إنتاج مثل هذه الغازات الحد يمنع إنتاج أكسيد الحديد (في الحديد والصلب الصب التطبيقات) التي تم افتراضها كوسيط في إنتاج 'حرق على' - رواسب الشوائب على سطح الصب (10). بالإضافة إلى ذلك ، بسبب البيئة الآخذة في الحد ، يتم إيداع طبقة من الكربون اللامع للغاية على سطح القالب ، مما يوفر حاجزًا الحراري بين المعدن المنصهر والمعدن ، وبالتالي تحسين النهاية السطحية (11) وجعل الصب أسهل في إزالته من القالب.

كروم من نوع الرمال

الكروميت (FeCr₂ يا_4،أكسيد الكروم الحديد) هو مادة غير عضوية الأكثر استخداما كخام في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ؛ هذا هو خام وحيد من الكروم. كمادة الحرارية في شكل مسحوق / حبيبات، وهو جذاب بشكل خاص بسبب استقراره في حرارة عالية، ويضم نقطة انصهار من 2150 درجة مئوية. نظرًا لوفرة منخفضة نسبيًا (نسبة إلى السيليكا) ، فهي رمل أعلى سعرًا. على هذا النحو، يستخدم الكروميت فقط في التطبيقات التي تتطلب أعلى جودة سبائك الصلب، أو لتصنيع النوى. الكروميت لديه توسع حراري منخفض والموصلية الحرارية العالية (12).

تقدر قيمتها لاستخدامها كرمل أخضر لإنتاج الثقيلة، مقطعة، والمصبوبات الحديدية من نوع، الكروميت ليس الرطب بسهولة، وعلى عكس السيليكا، هو أساسي في الطبيعة (13). وهو مفيد بشكل خاص في إنتاج الصلب عالي المحتوى من المنغنيز (الصلب هادفيلد)، والسيليكا لا تقدم نفس مستويات المقاومة الكيميائية (14). كما أنها تستخدم عادة كقالب لصب الألومنيوم.

قوالب الكروميت يمكن أن يكون من الصعب استرداد وإعادة استخدامها يجب أن يكون هناك كميات معتدلة إلى عالية من السيليكا الحالية، لأن هذا يقلل من الانكسار ينبغي أن تصبح ملوثة الكروميت (15). على الرغم من وجود خصائص أكثر فائدة بالمقارنة مع السيليكا، وعادة ما يستخدم الكروميت ك "الرمل المواجه" لقوالب السيليكا. وهذا هو، حيث يتم استخدام رمل السيليكا للالجزء الأكبر من العفن ويستخدم الكرومفيواجهة من الرمل الأخضر والمعادن المنصهرة (16).

الكروميت عالية النقاء يحدث بشكل طبيعي في جنوب أفريقيا (17). ويلاحظ أن الكروميت الأقل جودة - مثل ذلك الذي استصلح من العمليات الصناعية الأخرى - لا يتمتع بنفس مستويات المتانة الحرارية الميكانيكية، وبالتالي يمكن ملاحظة التسمير أثناء عملية الصب (18).

المنتجات النهائية المصنوعة من استخدام قوالب من القوالب الخضراء

ملخص

والأخضر والنباتات هي خليط من المواد المستخدمة لإنتاج قوالب لصب المعادن
وهي تتألف عادة من التربة والطين والماء والمواد المضافة الأخرى
عملية استخدام قوالب الرّمة الخضراء مرنة وقابلة للتحجيم وموثوقية
السيليكا هي الرمل الأكثر استخداما
الكروميت هو عبارة عن طبقة من الأنواع السكنية يمكن استخدامها، لا سيما للاستفادة من خصائصها الحرارية الفائقة، وحيث ما تكون المقاومة الكيميائية مطلوبة
غبار الفحم (anthracite) هو مادة مضافة في عملية صب الرمال الخضراء التي لديها أفضل الأداء البيئي الشخصي مما يحل محله، وعموما يعزز عملية الصب عن طريق تحسين النهاية، والحد من العيوب المحروقة على وعن طريق القضاء على التبول

مراجع:

1 S. دالكويست وت. غوتوسكي، تحليل دورة الحياة لتقنيات التصنيع التقليدية: صب الساند في عام 2004 ASME المؤتمر الدولي للهندسة الميكانيكية والمعرض،2004، أناهايم، الولايات المتحدة

2 م. ك. زانيتي وس. فيوري، الموارد، الحفظ وإعادة التدوير، 2003،38، 3

3 ي. غوري، وآخرون، إدارة النفايات، 2010،30، 1705

4 D.G. Mahto الصب وعمليات الصب, 2017, DOI: 10.2139/ssrn.2776565

5 ت. ف. ر. راو، صب المعادن: المبادئ والممارسة،2007، نيو آيج إنترناشيونال، نيودلهي

(6) ت. سيفاروبان وآخرون، ج. مانوف. بروك.، 2017، 29، 211

7 غ. ثيل وس. ر. غيز، أم مسبك سوك ترانس، 2005،113، 471

8 J. وانغ و F. S. كانون، دراسة تحلل الانحلال الحراري من المضافات الكربونية في مسابك النباتات الخضراء في سياتل: المؤتمر الدولي للكربون، 2007، سياتل

9 ف. س. لافاي وس. ل. نيلتنر، Am. مسبك سوك ترانس، 2004، 112، 671

10 ف. س. كانون وآخرون، Environ. الخيال العلمي. التكنولوجيا.، 2007، 41، 2957

11 جيم دبليو بوث وأ. ج. كليغ، مسبك التجارة J.، 1982، 152 ، 864

12 د. فايس، في أساسيات علم المعادن الألومنيوم،eded R. N. Lumley، دار وودهيد للنشر، ملبورن، 2018، ch 5، ص 159-171

(13) ج. إ. كوغل، ن. سي تريفيدي، ج. م. باركر وس. ت. كروكوفسكي (eds.)، المواد الصناعية والصخور، الطبعة السابعة،2006، مطبعة المشاريع الصغيرة والمتوسطة الحجم، ليتلتون، الولايات المتحدة

14 م. هولتزر وآخرون، قوس. المسبك المهندس., 2013,13, 39

15 J. براون، دليل Foseco الحديدة يدوية ، 11th ed.، 2000 ، بتروورث هاينمان ، أكسفورد

16 ج. كامبل، في كتيب الصب الكامل، ed. J. Campbell، بتروورث-هاينمان، أمستردام، 2017، ch 15، ص 911-938

17 ن. كوليي وأ. إزالة الألغام، في المواد والنفايات البيئية،م. ن. ف. براساد وك. شيه (تحرير)، مطبعة أكاديمية، لندن، 2016، ch 11، ص 245-263

18 ك. ستيك وآخرون، قوس. المسبك المهندس., 2017,17, 107