أخبار
01
سلوك الأكسدة للسكك الحديدية أثناء عملية الطحن
2024-12-25
أثناء تفاعل المواد الكاشطة مع القضبان، يُولّد التشوه البلاستيكي للقضبان حرارة، كما يُولّد الاحتكاك بين المواد الكاشطة ومواد القضبان حرارة طحن. تُجرى عملية طحن قضبان الفولاذ في جو طبيعي، وخلال عملية الطحن، تتأكسد مادة القضبان الفولاذية حتمًا تحت تأثير حرارة الطحن. هناك علاقة وثيقة بين أكسدة سطح قضبان الفولاذ واحتراقها. لذلك، من الضروري دراسة سلوك أكسدة سطح القضبان أثناء عملية الطحن.
وقد ورد أنه تم تحضير ثلاثة أنواع من أحجار الطحن ذات قوى ضغط تبلغ 68.90 ميجا باسكال و95.2 ميجا باسكال و122.7 ميجا باسكال على التوالي. ووفقًا لترتيب قوة حجر الطحن، تُستخدم GS-10 وGS-12.5 وGS-15 لتمثيل هذه المجموعات الثلاث من أحجار الطحن. بالنسبة لعينات سكة الفولاذ 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 ظروف طحن تبلغ 700 نيوتن و600 دورة في الدقيقة و30 ثانية. من أجل الحصول على نتائج تجريبية أكثر سهولة، يتبنى حجر طحن السكك الحديدية وضع اتصال قرص دبوس. حلل سلوك الأكسدة لسطح السكك الحديدية بعد الطحن.
تم ملاحظة مورفولوجيا سطح سكة الفولاذ الأرضية وتحليلها باستخدام SM و SEM، كما هو موضح في الشكل 1. تُظهر نتائج SM لسطح سكة الفولاذ الأرضية أنه مع زيادة قوة حجر الطحن، يتغير لون سطح سكة الفولاذ 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، يُظهر السكة حروقًا صفراء فاتحة، بينما عندما تكون درجة حرارة الطحن بين 600-735 درجة مئوية، يُظهر سطح السكة حروقًا زرقاء. لذلك، بناءً على تغير لون سطح سكة الفولاذ 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 الفولاذ الأرضية وسطح قاع الحطام. أظهرت النتائج أنه مع زيادة قوة حجر الطحن، انخفض محتوى عنصر الأكسجين على سطح السكة، مما يشير إلى انخفاض في ارتباط الحديد والأكسجين على سطح السكة، وانخفاض في درجة أكسدة السكة، بما يتماشى مع اتجاه تغير اللون على سطح السكة. في الوقت نفسه، انخفض أيضًا محتوى عنصر الأكسجين 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 الأكسجين على سطح الأخير أعلى من الأول. أثناء تكوين الحطام، يحدث تشوه بلاستيكي وتولد حرارة 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 الناتجة عن الاحتكاك إلى زيادة درجة الأكسدة على السطح السفلي للحطام، مما ينتج عنه محتوى أعلى من عنصر الأكسجين.
(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، وأن نسبة ذرات الأكسجين تتناقص مع درجة الاحتراق على سطح السكك الحديدية، وهو ما يتوافق مع نمط نتائج تحليل EDS على سطح السكك الحديدية. ونظرًا لأن 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 مقارنةً بركيزة السكك الحديدية الفولاذية. تُستخدم ذروة C1s (284.6 إلكترون فولت) بشكل رئيسي لمعايرة طاقات الارتباط للعناصر الأخرى. ناتج الأكسدة الرئيسي على سطح قضبان الفولاذ هو أكسيد الحديد، لذا يُحلل 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، تُعزى إلى Fe2p3/2؛ بينما توجد ذرتان لطاقة الارتباط لـ Fe2p1/2 عند 723.7 إلكترون فولت و726.1 إلكترون فولت. تقع الذروة الفرعية لـ Fe2p3/2 عند 718.2 إلكترون فولت. يمكن إرجاع الذروتين عند 710.1 إلكترون فولت و723.7 إلكترون فولت إلى طاقة ارتباط Fe-O في Fe2O3، بينما يمكن إرجاع الذروتين عند 712.4 إلكترون فولت و726.1 إلكترون فولت إلى طاقة ارتباط Fe-O في FeO. تشير النتائج إلى أن Fe3O4 = Fe2O3. في الوقت نفسه، لم تُرصد أي ذروة تحليلية عند 706.8 إلكترون فولت، مما يشير إلى غياب Fe العنصري على سطح السكة الأرضية.
(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
تُظهر نسب مساحة الذروة في الطيف الضيق لـ 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 احتراق السطح على السكة، يزداد محتوى Fe2+ في نواتج الأكسدة السطحية، بينما ينخفض محتوى Fe3+. تُنتج المكونات المختلفة لنواتج الأكسدة ألوانًا مختلفة للسكة الأرضية. كلما زادت درجة احتراق السطح (الأزرق)، زاد محتوى نواتج Fe2O3 في الأكسيد؛ وكلما انخفضت درجة احتراق السطح، زاد محتوى نواتج FeO.