دليل لتحديد وتتبع الشوائب الداخلية والخارجية في ذوبان الفرن التعريفي

أثناء عملية ذوبان الفرن التعريفي, تعتبر الادراج عاملاً حاسماً يؤثر على الجودة النهائية للمسبوكات. أنها تعطل استمرارية المصفوفة المعدنية, بمثابة نقاط تركيز الإجهاد ومواقع بدء الشقوق, مما يقلل بشكل كبير من الخواص الميكانيكية للمادة, مثل القوة, ليونة, وتعب الحياة. التمييز بدقة بين مصدر هذه الشوائب، سواء كانت موجودة “داخلية” منتجات عملية الصهر أو “خارجي” إن الملوثات التي يتم إدخالها من مصادر خارجية هي الشرط الأساسي لتنفيذ تدابير الرقابة الفعالة وحل مشكلات الجودة.

سيركز هذا الدليل على تقنيتين أساسيتين للتحليل الجزئي: تحليل المعادن و المجهر الإلكتروني الماسح/التحليل الطيفي المشتت للطاقة (أيّ/اي دي اس) تحليل.

جزء 1: التصنيف والخصائص الأساسية للادراج

الادراج الداخلية

• تعريف: المنتجات المتكونة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الفولاذ أو الحديد المنصهر أثناء الصهر, تكرير, والتصلب.
• آليات التشكيل:
  • منتجات إزالة الأكسدة: أكاسيد تشكلت بعد مزيلات الأكسدة (على سبيل المثال, و, MN, آل) تضاف لإزالة الأكسجين من المعدن السائل, مثل SiO2, mno, وAl2O3.
  • يترسب: عناصر معينة (على سبيل المثال, س, ن) التي تقل قابليتها للذوبان في المعدن السائل أو الصلب مع درجة الحرارة سوف تترسب وتتحد مع عناصر أخرى لتكوين الكبريتيدات والنيتريدات, مثل MnS وTiN.
• الخصائص العامة:
  • مقاس: عادة صغيرة, في كثير من الأحيان في نطاق ميكرون.
  • توزيع: متناثرة نسبيا وموحدة.
  • شكل: إظهار انتظام معين, في كثير من الأحيان كروية, نقطة, على شكل مغزل, أو على شكل سلسلة.

الادراج الخارجية

• تعريف: المواد غير المعدنية التي يتم إدخالها ميكانيكياً إلى المعدن المنصهر من مصادر خارجية.
• مصادر:
  • المواد المقاومة للحرارة: سبالينج, تآكل, أو تآكل البطانات المقاومة للحرارة من الفرن, مغرفة, أو تونديش, مثل Al2O3−SiO2, المغنيسيا, أو جزيئات الإسبنيل.
  • الخبث/تغطية الجريان: الخبث الذي لم يتم كشطه بشكل صحيح أو تم احتجازه أثناء النقر.
  • مواد شحن: الصدأ غير النظيف, رمل (SIO2), أو الأوساخ على سطح خردة الفولاذ أو الحديد الخام.
  • مواد صب: سحب حبيبات الرمل من تجويف القالب أثناء صب الرمل.
• الخصائص العامة:
  • مقاس: عادة كبيرة, في بعض الأحيان تكون مرئية للعين المجردة.
  • توزيع: غير متساو, غالبا ما تظهر كبيرة, ممتلئ الجسم, ومجموعات تقع بشكل عشوائي.
  • شكل: غير منتظم للغاية, بزوايا حادة.

جزء 2: طرق التحديد والتحليل

خطوة 1: تحليل المعادن (الملاحظة النوعية والمورفولوجية الأولية)

المجهر الميتالوغرافي هو أداة الفحص الأساسية والأسرع. من خلال ملاحظة الصورة المعدنية لمصقول (غير محفورا) عينة, يمكن إصدار حكم أولي بناءً على التضمين التشكل, مقاس, لون, توزيع, و صلابة (علامات التلميع).

السمات المعدنية للشوائب الداخلية:

كبريتيد (منس): يبدو باللون الرمادي وهو مطاوع. إنه يتشوه أثناء العمل الساخن ويمتد إلى أشكال أوتار أو مغزل في اتجاه التدحرج. في حالة الصب, غالبًا ما تظهر كنقاط أو شبكة عند حدود الحبوب.

أكسيد (Al2O3): صلبة وهشة مع عدم وجود ليونة. وهو موجود في الفولاذ صغير الحجم, جزيئات ذات نقطة انصهار عالية تظهر باللون الأسود أو الرمادي الداكن. في الصلب المقتول, إنهم يميلون إلى التجمع, تشكيل سلاسل أو مجموعات عند حدود الحبوب. بسبب صلابتها العالية, يتم سحبها بسهولة أثناء التلميع, ترك وراءها “ذيول المذنب” أو حفر حول التضمين.

سيليكات (SiO2−MnO): لديه اللدونة بين تلك الموجودة في الكبريتيدات والألومينا. وهي عادة ما تكون كروية أو إهليلجية وسيتم استطالتها أثناء العمل الساخن, ولكن بدرجة أقل من MnS. يبدو أسود أو رمادي غامق, غالبا ما تشبه المرحلة الزجاجية.

السمات المعدنية للشوائب الخارجية:

التشظي الحراري: هائلة الحجم, ذات شكل غير منتظم للغاية وميزات زاوية مميزة. عادة ما يكون هيكل متعدد المراحل, مع حبيبات مرئية من مراحل معدنية مختلفة. يظهر بشكل عشوائي وعادة ما يكون كبيرًا, كتلة معزولة.

الخبث المقيد: كما أنها عادة ما تكون كبيرة الحجم وغير منتظمة الشكل, ولكن بحواف مستديرة أكثر مقارنة بالمواد المقاومة للحرارة. الألوان متنوعة, ربما تظهر كمرحلة زجاجية شفافة أو نصف شفافة.

ملخص: في صورة ميتالوغرافية, “حجم كبير, شكل غير منتظم وزاوي, توزيع عشوائي ومعزول” هي العلامات النموذجية للإدراج الخارجي. في المقابل, “حجم صغير, شكل منتظم (كروية / سترينجر), والتوزيع المتفرق” هي أكثر دلالة على التضمين الداخلي.

خطوة 2: تحليل SEM/EDS (تأكيد التكوين الدقيق والتتبع)

عندما يوفر التحليل المعدني حكمًا أوليًا, SEM/EDS هو “المعيار الذهبي” للتأكيد النهائي والتتبع.

• أيّ (المجهر الإلكتروني الماسح): يوفر تكبيرًا أعلى وعمقًا أكبر للمجال من المجهر المعدني, مما يسمح برؤية أوضح للبنية الدقيقة للتضمين والبنية متعددة المراحل.
• اي دي اس (التحليل الطيفي المشتت للطاقة): إجراء تحليل عنصري نوعي وشبه كمي على منطقة صغيرة محددة, وهو المفتاح لتتبع مصدر التضمين.

الاختلافات في أطياف EDS الذاتية مقابل أطياف EDS. الادراج الخارجية

مثال على التتبع المستهدف:

• نتيجة EDS لإدراجها هي المغنيسيوم,آل,س → هدف: تحقق مما إذا كانت مغرفة الإسبنيل والمغنيسيا والألومينا أو بطانة الفرن متشققة أو متآكلة بشدة.
• نتيجة EDS للإدراج هي Ca,و,آل,س → هدف: مراجعة عملية القشط الخبث, تحسين سد الخبث أو إجراء التنصت لمنع تراكم الخبث.
• تم العثور على شوائب Al2O3 المفرطة في مجموعات → هدف: هذه ليست مسألة خارجية. ينبغي تحسين عملية إزالة الأكسدة الألومنيوم, على سبيل المثال, عن طريق ضبط توقيت أو كمية إضافة الألمنيوم, أو من خلال النظر في تغذية الأسلاك أو معالجة الكالسيوم لتعديل الشوائب وتحسين قابليتها للطفو.

جزء 3: ملخص ودليل العمل

خاتمة: باستخدام النهج المشترك ل “علم المعادن للمورفولوجيا, SEM/EDS للتكوين,” يمكنك تحديد الادراج بدقة شديدة ذوبان الفرن التعريفي.

• الفحص الأولي: استخدم مجهر دراسة المعادن لمسح العينات بسرعة وإجراء تصنيف أولي لأكثر من ذلك 90% من الادراج على أساس حجمها ومورفولوجيتها.
• التشخيص الدقيق: إجراء تحليل SEM/EDS بشكل نموذجي, مثير للشك, أو وجود شوائب كبيرة في علم المعادن للحصول على تركيبها الكيميائي الدقيق.
• تتبع دقيق: قارن تركيبة EDS بالمواد المستخدمة في عملية الصهر، مثل الحراريات, الخبث, وشحن المواد – لتحديد المصدر.

هذه الطريقة تحول المشكلة الغامضة لـ “هناك شوائب في الصب” إلى تشخيص دقيق مثل “يحتوي الصب على جزيئات الإسبنيل المغنيسيا والألومينا الناشئة من بطانة الفرن XX.” وهذا يوفر هدفًا واضحًا ودقيقًا لتحسين العملية, تجنب إهدار الوقت والتكلفة في التعديلات العمياء.