الترطيب: ما هو ولماذا هو مصدر قلق؟

يهتم منتج المسبك الحديث بإنتاج أفضل المنتجات عالية الجودة دون المساومة - يمكن أن يكون الترطيب سببا لبعض المشاكل في عملية صب المعادن.

مقدمة

الترطيب هو الظاهرة التي يكون فيها السائل قادرا على الحفاظ على ملامسته لسطح صلب ، ناتج عن التفاعلات بين الجزيئات. في المسبك الحديث ، تكمن المشكلة الرئيسية الناتجة عن الترطيب في التأثيرات على تشطيب سطح مادة مصبوبة. نادرا ما تكون نتيجة ذلك ضارة بالمواد المصبوبة ، ولكنها تعني دائما تقريبا أن العمل الإضافي (وبالتالي الوقت والمال) مطلوب لإزالة عيوب السطح ، عادة عن طريق المعالجة باليد. بطبيعة الحال ، يحرص مالكو ومشغلو السباكة على تقليل احتمالية حدوث الترطيب ، وبالتالي تقليل فرص معالجة ما بعد الصب التي يجب القيام بها. عادة ما تأخذ عيوب السطح شكل "نتوءات" ، أي عندما يتلامس بعض المعدن المنصهر مع الرمال ويبرد بطريقة غير منتظمة. يمكن للرمل أيضا اختراق المعدن. (1,2,3)

في حالة وجود سائل ، في درجات حرارة المسبك سوف يغلي ويطور الغاز. هذا يخلق مساحة للمعادن المنصهرة والرمل للتفاعل ، في حالة المسبوكات المعدنية القائمة على الرمال. يمكن وصف التفاعل السطحي بأنه "ترطيب قوي" عندما يكون هناك تفاعل جيد بين الصلب والسائل. يشير "الترطيب السيئ" إلى تفاعل ضعيف بين الصلب والسائل.

يمكن إضافة إضافات لتقليل احتمالية حدوث الترطيب ، بالإضافة إلى ضمان التحكم الكافي والمناسب في الرطوبة. من المرجح أن تحدث العيوب السطحية عندما تكون هناك تفاعلات ترطيب قوية (مناقشة مفصلة لكيمياء السطح خارج نطاق هذه المقالة) ، والتي تنشأ في الغالب من قوى فان دير فال بين الجزيئات والترابط الهيدروجيني.

المعدن المنصهر الذي يصب في قالب مع حشو القضبان

استراتيجيات لإلغاء أو تجنب التبول

الوقاية خير من العلاج. في جميع الحالات تقريبا ، سيقوم عمال السباكة بدمج المواد في قوالب الصب الخاصة بهم لإبطال تأثير الترطيب ، أو من الأفضل منعه تماما. غالبا ما تكون هذه المواد المضافة مواد عضوية ، مع العديد من بقايا النباتات النشوية والزيوت والمواد الكيميائية العضوية الضارة التي وجدت استخدامات واسعة على مر السنين - وكلها كانت أمثلة على المواد الكربونية. يمكن استخدام أي مادة غنية بالكربون تقريبا بشرط أن تدمج جيدا من خلال العاقل. ومع ذلك ، فإن أحد الإضافات البارزة لمنع الترطيب هو
غبار الفحم / أنثراسايت
. كونها رخيصة نسبيا وسهلة العمل وقابلة للاحتراق تماما تجعلها خيارا جذابا لمجموعة متنوعة من أنواع الصب.

ببساطة ، ستؤدي زيادة كمية المواد الكربونية في قالب الرمل إلى مزيد من الانحلال الحراري لتلك المادة. الانحلال الحراري هو احتراق غير كامل ، أي الاحتراق في غياب الأكسجين. بالنسبة للمواد العضوية ، هذا يعني إنتاج الكربون (الذي يميل إلى ترسيب نفسه كطبقة على كل من المعدن والرمل) والهيدروجين (الذي يعمل كحاجز غازي لاختراق المعادن و / أو الرمل ، وله تأثيرات أخرى على تكوين الأكسيد ، انظر لاحقا). المركبات المناسبة تماما للعمل مثل هذه المادة الكربونية هي تلك التي تتمتع بقدرة عالية على فحم الكوك ، ومكون منخفض نسبيا من المواد العضوية المتطايرة (لا يزيد عن 30٪ بالوزن) ، ومحتوى منخفض من الرماد ومحتوى منخفض جدا من الكبريت (لا يزيد عن 0.8٪ بالوزن). يجب أن يكون حجم طحن المادة المضافة الكربونية مناسبا للدمج الكامل من خلال قالب الرمل ، حيث تشير التقارير المبكرة إلى أن حجم الجسيمات لا يزيد عن 0.3 مم (4).

نظرا لأن الترطيب يتسبب في تكوين قنوات صغيرة في الرمال ، يمكن أن يتسرب معدن المولن إليه وهذا هو أصل العديد من عيوب السطح ، كما هو الحال في "الاحتراق" و "الاحتراق" عبر التغييرات السطحية في واجهة الصب ، مما يؤدي إلى أسطح مصبوبة غير مستوية. الآثار البسيطة مثل المعدن المنصهر الملتصق بالرمل هي علامات شائعة على حدوث ترطيب. يمكن أن يتبادل السيليكون والفوسفور في الرمال مع الحديد والمنغنيز في المعدن المنصهر الذي يمكن أن يسبب تغيرا جوهريا في المواد والمواد الكيميائية - يمكن الوقاية منه تماما إذا تم منع الترطيب بإضافة مادة كربونية مختارة بعناية (5).

في الأساس ، يعد الترطيب مشكلة شائعة في صب المعادن ، ولكنه أيضا مشكلة يمكن الوقاية منها. يمكن أن يكون الأمر بسيطا مثل دمج كمية صغيرة من مادة مثل
غبار الفحم (أنثراسايت)
في الرمال ، والتي تتحلل بشكل نظيف ، وستمنع الترطيب وظواهر عيوب السطح المرتبطة بها ، مما يمنع الحاجة إلى معالجة ما بعد الصب باليد (6).

غبار الفحم المستخدمة في عملية صب

غبار الفحم

غبار الفحم هو مسحوق أنثراسايت. إنه منتج فحم عالي الجودة يتم طحنه وفقا لمواصفات دقيقة ، حيث يكون منخفضا في المركبات العضوية المتطايرة ، ومنخفضا في الرماد ومنخفضا في الكبريت - بكميات أقل باستمرار من تلك المحددة أعلاه. أنثراسايت هو الفحم الأعلى جودة ، وهو ليس قاريا مثل الليغنيت ، ويحتوي على أعلى نسبة من الكربون النقي ، مما يعني أنه عند الاحتراق أو التحلل الحراري ، ينبعث عدد أقل من الملوثات الخطرة مقارنة بالفحم الأقل درجة (7,8).

ربما يكون من المنطقي تماما أن يحل غبار الفحم محل المواد الكربونية الكلاسيكية مثل الفحم البيتوميني ، حيث من المتوقع أن يكون الأداء هو نفسه. إنه يتفوق عليه. بسبب تطور الغازات السامة مثل البنزين والتولوين والزيلين من الفحم ذي النوعية الرديئة (9) ، تم العثور على الظروف الجوية المحلية حول المسابك لتكون سيئة في 1940s. الفحم عالي الجودة مثل أنثراسايت يقلل بشكل كبير من تطور الغاز هذا. تم الإبلاغ عن أن أنثراسايت ينتج المزيد من الكربون الواقي لكل وحدة كتلة مقارنة بأنواع الفحم الأخرى - وهو أمر متوقع نظرا لوجود ملوثات أقل ، وبالتالي المزيد من الكربون.

على الرغم من الجودة العالية ، يظل أنثراسايت مادة غير مكلفة ويجد استخداما واسعا في مجموعة متنوعة من الإعدادات. إن ملف تعريف الانحلال الحراري النظيف يجعله الخيار المثالي (ومفضلا بشدة من قبل الصناعة) لمسبوكات الرمال الخضراء ، حيث يكون مسؤولا عن عدد أقل من الحوادث المتعلقة بالترطيب.

تجدر الإشارة أيضا إلى حقيقة أن حجم الحبوب المجفف والصغير وبالتالي غبار الفحم المتدفق بحرية سوف يختلط بسهولة ويتشتت بالتساوي في جميع أنحاء الرمال. لن تتشتت مصادر الكربون الراتنجية أو البيتومينية مثل الليغنيت بالتساوي بسبب طبيعتها "اللزجة" التي تؤدي إلى التكتل ، وبالتالي تخاطر بوجود مناطق في الرمال بالقرب من الواجهة المعدنية المنصهرة بدون مادة كربونية على الإطلاق - وبالتالي لا توفر أي حماية وتفتح الباب أمام ظواهر الترطيب والعيوب السطحية اللاحقة التي ستسببها.

غبار الفحم

منع حرق مسبك

يرتبط حرق المسبك ارتباطا وثيقا بالترطيب ، والذي يتجلى بطريقة مماثلة ويتطلب معالجة متطابقة تقريبا بعد الصب لإزالة الآثار. حرق المسبك شائع إلى حد ما في إنتاج الحديد والصلب - يحدث عندما تتشكل سيليكات الحديد على سطح المعدن الذي يتم صبه ، عندما تتفاعل السيليكا (من قالب الرمل) وأكسيد الحديد (من الحديد). يؤدي هذا إلى اندماج حبيبات الرمل وترسبها على السطح المصبوب ، مما يصعب إزالته ويتطلب التشغيل الآلي ، على غرار الترطيب(10). على هذا النحو ، يرغب المسابك في منع تكوين أكسيد الحديد في المقام الأول. تماما كما هو الحال في منع الترطيب ، ينتج الانحلال الحراري لغبار أنثراسايت / الفحم جوا مختزلا فعالا للغاية يمنع أكسدة الحديد تماما ، وبالتالي يمنع تكوين أكسيد الحديد (11). يمكن تطبيق هذا المبدأ أيضا في مصبوبات الرمال الخضراء ، حيث تحتوي صهر الكروميت غالبا على كميات صغيرة إلى معتدلة من السيليكا. مرة أخرى ، يؤدي إنتاج غاز الهيدروجين الناتج عن الانحلال الحراري إلى اختزاله في الغلاف الجوي وبالتالي يمنع تكوين الأكسيد (12). يتم توفير مزيد من الحماية ضد الاحتراق لأن عملية الانحلال الحراري تتسبب في ترسب طبقة رقيقة من الكربون النقي على سطح المعدن ، مما يمنع تغلغل المعدن في الرمال. والعكس صحيح أيضا. لا يمكن للرمل اختراق المعدن. بشكل عام ، يمكن اعتبار هذا سلوكا غير شبيه بالترطيب.

أمان

كما ذكرنا ، أنثراسايت غير سام. تراكم الضغط هو الشاغل الوحيد ، حيث أن الانحلال الحراري لغبار الفحم يسبب طرد الغاز (13) مع خليط Greensand يحتوي على 5٪ فقط من غبار الفحم يمكن أن يؤدي إلى ضغوط ضعف تلك الموجودة في الرمال الخضراء فقط. من المتوقع حدوث بعض الاختراق للمعدن بواسطة الهيدروجين المتطور (14) ، ولكن سيتم إبطال ذلك إلى حد ما بواسطة طبقة الكربون الرقيقة المتكونة (انظر سابقا). بشكل عام ، فإن تراكم الضغط وتطور الهيدروجين ضمن التفاوتات والقدرة التصميمية لإعدادات الصب الحديثة القائمة على الرمال.

المعادن الساخنة الحمراء

موجز

  • الترطيب هو ظاهرة يكون فيها السائل - عادة الماء - قادرا على الحفاظ على ملامسته لمادة صلبة
  • في حالة عمل المسبك والصب ، يتسبب الترطيب بشكل مباشر في تكوين عيوب سطحية ، والتي يجب إزالتها يدويا لاحقا ، مما يضيف التكلفة والوقت
  • عادة ما يتم منع الترطيب عن طريق إضافة مادة عضوية إلى قالب الصب
  • غبار الفحم (أنثراسايت) هو الخيار الرائد لمنع الترطيب نظرا لأدائه الممتاز وسهولة التعامل معه وطبيعته غير السامة - كل ذلك مع كونه فعالا للغاية من حيث التكلفة
  • ينتج عن الاحتراق غير الكامل لغبار الفحم (الانحلال الحراري) بيئة مختزلة تمنع أنواعا معينة من عيوب السطح ، بينما تتشكل طبقات رقيقة من الكربون في نفس الوقت تمنع أنواع العيوب الأخرى
  • أنثراسايت غير سام ولن يؤدي إلى تطور الغازات السامة
  • حرق المسبك هو ظاهرة ذات صلة ، ويمكن أيضا منعه إلى حد كبير من خلال استخدام غبار الفحم
coal_dust
وعاء مملوء بالأنثراسيت مطحون

مراجع

1 A. جوسان و C. P. Bretotean، باستخدام إضافات خاصة لإعداد خليط صب القوالب للأجزاء الفولاذية الصب من نوع عجلة الدفع، في: المؤتمر الدولي للعلوم التطبيقية 2014 (ICAS2014)، هونيدوارا ، رومانيا ، 2014

2 B. E. بروكس وجيم بيكرمان، إنتاج حرق على واختراق العفن في صب الصلب باستخدام المحاكاة، في: 60 SFSA المؤتمر التقني والتشغيلي، شيكاغو ، 2006

3 تحليل لجنة عيوب الصب ، تحليل عيوب الصب ، جمعية المسابك الأمريكية ، ديس بلينز ، الولايات المتحدة

4 براءة الاختراع الأمريكية US3666706A ، 1969

5 M. Holtzer et al. ، البنية المجهرية وخصائص حديد الدكتايل ومسبوكات حديد الجرافيت المضغوط ، سبرينغر ، كامبريدج ، 2015

6 ب. Drevet (ed) قابلية البلل في درجات حرارة عالية ؛ سلسلة مواد بيرغامون المجلد 3 ، إلسفير ، أمستردام ، 1999

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

8 J. Wang and F. S. Cannon ، دراسة الانحلال الحراري للإضافات الكربونية في مسابك الرمال الخضراء ، في سياتل : المؤتمر الدولي للكربون ، سياتل ، 2007

9 ج. ف. كيتنغ ون. م. بوتر ، فرع. ج. إند. ميد., 1945, 2, 125

(10) أ. بترو وآخرون، صباحاً. مُسبك سوك. عبر.، 1980، 88، 683

11 H. W. Duetert وآخرون، صباحاً. مُسبك سوك. عبر.، 1970, 78, 145

12 د. ت. بيترسون وآخرون، صباحاً. مُسبك سوك. عبر.، 1980، 88، 503

13 ج. موسيك و ج. سامسونوفيتش ، قوس. وجدت. المهندس.، 2011، 11، 87

14 أ. كامبل ، دليل الصب الكامل (الطبعة الثانية) ، بتروورث هاينمان ، لندن ، 2015