پدیده اکسیداسیون در بوته های ذوب - √دنیـــــــای متـــــــــــالورژی فقـــــــط از ایـــــــنجا
به "با سابقه ترين و محبوب ترين وبلاگ متالورژي در ايران" خوش آمديد

تاريخ : جمعه ۱٩ بهمن ۱۳۸٦

پدیده اکسیداسیون در بوته های ذوب


منظور از اکسیداسیون یک بوته ذوب تغییر بافت شیمیایی و فیزیکی مواد آن- که نتیجه سوختن و از بین رفتن آرام و آهسته گرافیت می باشد- است.
گرافیت جزء اصلی بوته های رسی- گرافیتی است. این ماده در بوته های کاربید سیلیکونی نیز وجود دارد. حضور گرافیت یک هدایت دمایی و الکتریکی خوب و یک مقاومت به شوک دمایی عالی را تضمین می کند.این ماده نسبت به حملات شیمیایی مقاومت بسیار بالایی داشته و تنها در مذاب آهن حل می شود.گرافیت به عنوان یک جزء بوته، در دمای حدود 700 درجه سانتیگراد در حضور اکسیژن شروع به سوختن می کند.
از این رو، کلیه بوته های محتوی گرافیت لعاب داده می شوند. این لعاب باعث کاهش سوختن گرافیت بوته در فرایند ساخت حین پروسه آتش کاری و نیز موقع استفاده از آن در کارگاه ریخته گری خواهد شد.
با وجود این، اکسیداسیون عارضه عادی کلیه بوته های کهنه استفاده شده در ریخته گری های ذوب آلومینیوم است.
اگر بوته ها بدرستی جابجا و نگهداری شوند، سایش مکانیکی زیادی از خود نشان نخواهند داد؛ اما به هر حال در نهایت مجبور خواهیم شد به علت هدایت دمایی نامطلوب آنها را تعویض نماییم.
از طرف دیگر؛ بوته های ذوب فلزات سنگین توسط فلاسکهای ذوبی مذاب و شلاکه های مایع بتدریج فرسوده و از بین رفته ، و در نتیجه کاهش ضخامت دیواره در نهایت می بایست آنها را تعویض نماییم.
بوته های رسی- گرافیتی تنها دارای یک لعاب هستند. بوته های سیلیکونی بطور اضافه ای توسط مواد خاصی- که به طرز موثر از اکسیداسیون زودرس گرافیت ممانعت میکند- عمل آورده می شوند. این بدان معنی است که- با بعضی استثنائات- بوته های کاربید سیلیسیمی به دلیل دوام بهترشان، جهت ریخته گری آلومینیوم ترجیح داده می شوند.
منشاء اصلی اکسیداسیون به عنوان عارضه عادی استهلاک بوته های کهنه مورد استفاده همانا وقوع ترکهای مویی در لعاب، به علت تغییرات مکرر درجه حرارت است. در اینجا اتمسفر اکسید کننده کوره به داخل مواد بوته نفوذ کرده و اجازه سوختن بوته را می دهد.
در ریخته گری های آلومینیوم- بویژه تا آنجا که به بوته های نگهدار مرتبط است- دماهای کوره ها آنقدر پایین است که امکان Seal شدن برای این ترکها ی ظریف مقدور نخواهد بود.
در ریخته گری های فلزات سنگین، دماهای بالاتر، ترکهای مویی روی لعاب را مسدود خواهد کرد در نتیجه در اینجا اکسیداسیون- به شرطی که اتمسفر کوره بشدت اکسیدان نباشد- ناچیز خواهد بود.
اکسیداسیون عادی یک بوته بصورت ذیل پیشرفت می کند:
این پدیده را نمی توان روی بوته رویت کرد. افزایش آهسته از دست دادن گرافیت با کاهش ظرفیت حرارتی بوته معلوم می گردد.به عبارت دیگر؛ زمان به ازای هر بار ذوب و مصرف انرژی افزایش می یابد. هیچ چیزی نمی تواند مانع این پروسه گردد. در نهایت، هدایت حرارتی این بوته تا آن حد تنزل خواهد کرد که مجبور خواهیم شد آنرا با بوته ای نو تعویض نماییم.
با شکستن یک چنین بوته استفاده شده ای، بوضوح تغییر رنگی در مواد آن آشکار می شود:
این سطح شکسته دیگر رنگ آبی- سیاه اصلی، درخشش کریستال های SiC و ذرات گرافیت را از خود نشان نمی دهد، و توده ای متخلخل، تیره و کدر با تنها تعدادی کریستال SiC با رنگ روشن تا تیره خاکستری رنگ نشان خواهد داد.
به علت سوختن گرافیت، مواد اکسیده شده بوته: وزن، استحکام مکانیکی، هدایت الکتریکی، هدایت دمایی و مقاومت به شوک حرارتی خود را از دست می دهند. آنها متخلخل، ترد و عایق حرارت می گردند. آنها تحت تنشهای حرارتی بالاتر قرار گرفته، پوسته پوسته شده و فرو خواهند ریخت.
شروع و پیشرفت اکسیداسیون بستگی به روش حرارت دهی کوره و اتمسفر کوره دارد.
با توجه به حساسیت بوته به اکسیژن، شعله می بایست خنثی یا اندکی اکسیدی باشد.
المنتهای حرارتی در کوره های الکتریکی مقاومتی اتمسفر اوزنی O3 بوجود آورده که منجر به اکسیداسیون سریع بوته خواهند شد.
سازنده ها بوته های مورد استفاده در یک چنین کوره هایی را با لعابهای مخصوص در برابر این اکسیداسیون زودرس محافظت می کنند.
معمولا شرایط مشابهی در کوره های گاز سوز به علت افزوده شدن بخار آب محتوی در گازهای خروجی بوجود می آید.
در کوره های گازوئیل سوز شرایط اتمسفر کوره متفاوت است. اگر نوک زبانه های شعله در دودکش، رنگ سبز روشن به خود بگیرد، اتمسفر اندکی اکسیدان بوجود می آید.
یک شعله- از اندکی بیشتر- اکسیدان وقتی بوجود می آید که در همان محل زبانه های بلند و به شدت سبز مشاهده شود. این چنین شعله ای اکسیداسیون بوته را افزایش می دهد و می بایست از آن اجتناب کرد. در این اکسیداسیون نرمال و عادی بوته های مستعمل – کل جداره خارجی دیواره- بویژه در ذوب آلومینیوم- تحت تاثیر عارضه های این پدیده قرار می گیرد.
این امر بویژه در لبه بوته آنجا که بوته با سرپوش یا کاور کوره تلاقی میکند، مشاهده می گردد به علاوه، اتمسفر گردشی در داخل بوته ها باعث اکسیداسیون جداره داخلی آنها به سمت پایین تا سطح مذاب خواهد گشت. در این چنین مواردی منطقه لبه به سرعت ترد شده، در چندین نقطه ترک خورده، شکسته و فرو خواهد ریخت.
برای کاهش این اثرات، استفاده از یک طوقه محافظ آهنی توصیه می شود.
وقوع سایش در کوره هایی که بوته در آنها فرو برده می شود؛ نظیر انواع گذاشتن و برداشتن بوته بعید بنظر می رسد.
اکسیداسیون زیاد تری در جداره داخلی دیواره بوته وقوع خواهد یافت اگر بوته حرارت دیده تنها تا اندازه ای پر شده باشد یا حتی در مدت مدیدی خالی بماند.
برخی حالتها نیز وجود دارند که در آنها بدلایل ذیل، اکسیداسیون تنها به بعضی قسمتهای بوته محدود خواهد شد:
1- جذب رطوبت حین حمل انبار داری
2- آسیب های مکانیکی حین حمل و نقل
3- آسیب های مکانیکی حین استفاده
4- از دست دهی لعاب به علت تنظیم غلط شعله
جذب حتی اندکی رطوبت منجر به ترکیدن و ریختن لعاب حتی حین اولین حرارت دهی بوته شده و باعث تجزیه و حل شدن لعاب در بخشهای پائینی بوته خواهد شد. حتی بعد از چند ذوب اول، گرافیت بطور کامل سوخته، می بایست به علت عملکرد ضعیف بوته آنرا تعویض نماییم.
(شکل 1)
لبه های ته این بوته در نتیجه سوختن عمیق به طرز شدیدی آسیب دیده است. این بوته در حین جابجایی و حمل بصورت غلتاندن و یکبر کردن روی زمین آسیب دیده است. لعاب از لبه ته شکسته و از جداره پایین بوته شل شده است. اکسیداسیون از همان لحظه اول شروع شده و نواحی وسیعی را در بر گرفته است: از این طریق بوته عملا بی مصرف شده است.(شکل 2)
لبه های بوته نشان دهنده آسیب هایی است که از برخورد و ضربات مکرر ابزارها(مثلا میله های همزنی، پاتیل ها، ابزارهای کف و شلاکه گیر و...) ایجاد گشته است. این نقاط آسیب دیده و فرسوده ممکن است از هل دادن شمشها روی بوته نیز حاصل شده باشد.(شکل3)
شمشها می بایست به کمک انبر در داخل بوته قرار داده شوند ته داخل بوته تحت نیرویی که از طرف ابزارها جهت کندن و تراشیدن شلاکه ها به آن وارد آمده آسیب دیده است. دیواره بوته به دلیل آغاز اکسیداسیون پوسته پوسته شده و ریخته، و آنچنان نازک شده که در موقع قرار دادن شمش بعدی احتمالا خواهد شکست.
یک مشعل بد تنظیم شده باعث ایجاد شعله ای کوتاه و سخت گشته، این شعله بطور مستقیم به روی بوته برخورد داشته و از این طریق باعث بیش از حد حرارت دیدن آن از یک جانب گشته است.
لعاب چکه چکه ریزش کرده، اکسیداسیون شدید شروع شده و مواد سوخته شده بوته بصورت لایه هایی شکسته و ریخته شده است. اما در بقیه قسمتهای بوته هیچ عارضه ای ناشی از بیش از حرارت دیدگی غیر عادی مشاهده نمی شود.(شکل4)
یک شعله سخت و شدید- که گاهی بدلیل ایجاد مانعی جزیی جلوی نازل حاصل می آید- باعث ایجاد یک ناحیه گداخته به اندازه یک کف دست گشته است. دمای این ناحیه آنچنان بالا بوده که پروسه زینتر شدن منجر به ایجاد ترکهای انقباضی عمیقی گردیده است.(شکل5)
یک بوته برای ذوب برنز که در معرض شعله ای سخت و کوتاه بوده، لعاب بوته از این ناحیه ذوب شده و ریخته است. از این بدتر اپراتورها با شعله ای که مشخصا اکسید کننده بوده کار میکرده اند؛ و یک اکسیداسیون شدید و سریع در این ناحیه بی حفاظ بوته آغاز گشته است. بوته عملکردش را به سرعت از دست داده و تنها بعد از چند ذوب دهی مجبور شده اند آنرا تعویض نمایند.(شکل 6)

 

منبع :www.mech-eng.blogfa.com



ارسال توسط محسن حیدری
آخرين مطالب
کارت اعتباری ویزا

کتاب کسب درآمد از اینترنت در ۷ روز

آدرس مجازی خارجی برای گوگل ادسنس