أخبار
01
سلوك الأكسدة للسكك الحديدية أثناء عملية الطحن
2024-12-25
أثناء التفاعل بين المواد الكاشطة والقضبان، يولد التشوه البلاستيكي للقضبان الحرارة، كما يولد الاحتكاك بين المواد الكاشطة ومواد القضبان حرارة الطحن. يتم طحن قضبان الفولاذ في جو طبيعي، وأثناء عملية الطحن، تتأكسد مادة قضبان الفولاذ حتمًا تحت حرارة الطحن. هناك علاقة وثيقة بين أكسدة سطح قضبان الفولاذ وحرق القضبان. لذلك، من الضروري دراسة سلوك أكسدة سطح السكك أثناء عملية الطحن.
وقد ورد أنه تم تحضير ثلاثة أنواع من أحجار الطحن ذات قوى ضغط، بقوة 68.90 ميجا باسكال و95.2 ميجا باسكال و122.7 ميجا باسكال على التوالي. وفقًا لترتيب قوة حجر الطحن، يتم استخدام GS-10 وGS-12.5 وGS-15 لتمثيل هذه المجموعات الثلاث من أحجار الطحن. بالنسبة لعينات السكك الحديدية الفولاذية المطحونة بثلاث مجموعات من أحجار الطحن GS-10 وGS-12.5 وGS-15، يتم تمثيلها على التوالي بواسطة RGS-10 وRGS-12.5 وRGS-15. قم بإجراء اختبارات الطحن في ظل ظروف طحن تبلغ 700 نيوتن و600 دورة في الدقيقة و30 ثانية. من أجل الحصول على نتائج تجريبية أكثر بديهية، يتبنى حجر طحن السكك الحديدية وضع اتصال قرص الدبوس. قم بتحليل سلوك الأكسدة لسطح السكك الحديدية بعد الطحن.
تم ملاحظة وتحليل مورفولوجيا سطح سكة الحديد الأرضية باستخدام SM و SEM، كما هو موضح في الشكل 1. تظهر نتائج SM لسطح سكة الحديد الأرضية أنه مع زيادة قوة حجر الطحن، يتغير لون سطح سكة الحديد الأرضية من الأزرق والبني المصفر إلى اللون الأصلي للسكة. أظهرت الدراسة التي أجراها لين وآخرون أنه عندما تكون درجة حرارة الطحن أقل من 471 درجة مئوية، يظهر سطح السكة باللون الطبيعي. عندما تكون درجة حرارة الطحن بين 471-600 درجة مئوية، يظهر السكة حروقًا صفراء فاتحة، بينما عندما تكون درجة حرارة الطحن بين 600-735 درجة مئوية، يظهر سطح السكة حروقًا زرقاء. لذلك، بناءً على تغير لون سطح سكة الحديد الأرضية، يمكن استنتاج أنه مع انخفاض قوة حجر الطحن، تزداد درجة حرارة الطحن تدريجيًا وتزداد درجة حرق السكة. تم استخدام EDS لتحليل التركيب العنصري لسطح سكة الحديد الأرضية وسطح قاع الحطام. أظهرت النتائج أنه مع زيادة قوة حجر الطحن، انخفض محتوى عنصر O على سطح السكة، مما يشير إلى انخفاض في ارتباط Fe و O على سطح السكة، وانخفاض في درجة أكسدة السكة، بما يتفق مع اتجاه تغير اللون على سطح السكة. في الوقت نفسه، ينخفض أيضًا محتوى عنصر O على السطح السفلي لحطام الطحن مع زيادة قوة حجر الطحن. تجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة لسطح السكة الفولاذية المطحونة بنفس حجر الطحن والسطح السفلي لحطام الطحن، فإن محتوى عنصر O على سطح الأخير أعلى من محتوى الأول. أثناء تكوين الحطام، يحدث تشوه بلاستيكي ويتم توليد الحرارة بسبب ضغط المواد الكاشطة؛ أثناء عملية تدفق الحطام، يحتك السطح السفلي للحطام بالسطح الأمامي للمادة الكاشطة ويولد حرارة. لذلك، يؤدي التأثير المشترك لتشوه الحطام والحرارة الاحتكاكية إلى درجة أعلى من الأكسدة على السطح السفلي للحطام، مما يؤدي إلى زيادة محتوى عنصر O.
(أ) سطح سكة فولاذية مطحونة بحجر طحن منخفض القوة (RGS-10)
(ب) سطح سكة فولاذية مطحونة بحجر طحن متوسط القوة (RGS-12.5)
(ج) سطح سكة فولاذية مطحونة بحجر طحن عالي القوة (RGS-15)
الشكل 1. مورفولوجيا السطح، مورفولوجيا الحطام، وتحليل EDS لقضبان الفولاذ بعد الطحن بدرجات متفاوتة من أحجار الطحن
من أجل إجراء مزيد من التحقيق في منتجات الأكسدة على سطح قضبان الفولاذ وتغير منتجات الأكسدة بدرجة احتراق سطح السكك الحديدية، تم استخدام مطيافية الأشعة السينية الضوئية الإلكترونية (XPS) للكشف عن الحالة الكيميائية للعناصر في الطبقة السطحية القريبة من قضبان الفولاذ الأرضية. تظهر النتائج في الشكل 2. تُظهر نتائج تحليل الطيف الكامل لسطح السكك الحديدية بعد الطحن بكثافة مختلفة من أحجار الطحن (الشكل 2 (أ)) وجود قمم C1s وO1s وFe2p على سطح السكك الحديدية الأرضية، كما تقل نسبة ذرات الأكسجين بدرجة الاحتراق على سطح السكك الحديدية، وهو ما يتوافق مع نمط نتائج تحليل EDS على سطح السكك الحديدية. نظرًا لحقيقة أن XPS يكتشف الحالات الأولية بالقرب من الطبقة السطحية (حوالي 5 نانومتر) للمادة، فهناك اختلافات معينة في أنواع ومحتويات العناصر التي تم اكتشافها بواسطة الطيف الكامل XPS مقارنة بركيزة السكك الحديدية الفولاذية. تُستخدم ذروة C1s (284.6 إلكترون فولت) بشكل أساسي لمعايرة طاقات الارتباط للعناصر الأخرى. إن ناتج الأكسدة الرئيسي على سطح قضبان الفولاذ هو أكسيد الحديد، لذلك يتم تحليل الطيف الضيق لـ Fe2p بالتفصيل. يوضح الشكل 2 (ب) إلى (د) تحليل الطيف الضيق لـ Fe2p على سطح قضبان الفولاذ RGS-10 وRGS-12.5 وRGS-15 على التوالي. تشير النتائج إلى وجود ذروتين لطاقة الارتباط عند 710.1 إلكترون فولت و712.4 إلكترون فولت، منسوبة إلى Fe2p3/2؛ توجد ذروات لطاقة الارتباط لـ Fe2p1/2 عند 723.7 إلكترون فولت و726.1 إلكترون فولت. ذروة القمر الصناعي لـ Fe2p3/2 عند 718.2 إلكترون فولت. يمكن أن تُعزى الذروتين عند 710.1 إلكترون فولت و723.7 إلكترون فولت إلى طاقة ربط Fe-O في Fe2O3، بينما يمكن أن تُعزى الذروتين عند 712.4 إلكترون فولت و726.1 إلكترون فولت إلى طاقة ربط Fe-O في FeO. تشير النتائج إلى أن Fe3O4 Fe2O3. وفي الوقت نفسه، لم يتم الكشف عن أي ذروة تحليلية عند 706.8 إلكترون فولت، مما يشير إلى عدم وجود Fe عنصري على سطح سكة الأرض.
(أ) تحليل الطيف الكامل
(ب) RGS-10 (أزرق)
(ج) RGS-12.5 (أصفر فاتح)
(د) RGS-15 (اللون الأصلي للسكك الحديدية الفولاذية)
الشكل 2. تحليل XPS لأسطح السكك الحديدية بدرجات مختلفة من الحروق
تظهر نسب مساحة الذروة في الطيف الضيق Fe2p أنه من RGS-10 وRGS-12.5 إلى RGS-15، تزداد نسب مساحة الذروة لـ Fe2+2p3/2 وFe2+2p1/2، بينما تنخفض نسب مساحة الذروة لـ Fe3+2p3/2 وFe3+2p1/2. يشير هذا إلى أنه مع انخفاض درجة الاحتراق السطحي على السكة، يزداد محتوى Fe2+ في منتجات الأكسدة السطحية، بينما ينخفض محتوى Fe3+. تؤدي المكونات المختلفة لمنتجات الأكسدة إلى ألوان مختلفة للسكك الحديدية الأرضية. كلما زادت درجة الاحتراق السطحي (الأزرق)، زاد محتوى منتجات Fe2O3 في الأكسيد؛ وكلما انخفضت درجة الاحتراق السطحي، زاد محتوى منتجات FeO.