المواد الكاشطة لحجر الطحن

تُستخدم أحجار التجليخ عادةً كمواد كاشطة من فئة الكوروندوم (مثل كوروندوم الزركونيوم، والكوروندوم البني، والكوروندوم الأبيض، وما إلى ذلك، كما هو موضح في الشكل 11)[1،2]، وبعض المواد الكاشطة فائقة الصلابة (CBN)[3]، بالإضافة إلى SiC وWC، وما إلى ذلك. ونظرًا للألفة القوية بين الماس وعنصر الحديد (Fe) في المعادن الانتقالية، فإن عملية التجليخ عند درجات حرارة عالية تُحوّل ذرات الكربون في الطبقة السطحية للماس من حالة التهجين sp3 إلى حالة sp2+ 2P1z، أي تحويل الماس إلى جرافيت، مما يُقلل من كفاءة التجليخ[4،5]. ونتيجةً لذلك، لا يُعد الماس مناسبًا لتجليخ قضبان السكك الحديدية. على الرغم من قوة وصلابة مادة CBN الكاشطة، ومقاومتها العالية للحرارة والتآكل، وموصليتها الحرارية الجيدة، وقدرتها الفائقة على الطحن [6،7]، إلا أن صغر حجم حبيباتها (أكبر حجم حبيبي أقل من 500 ميكرومتر) وارتفاع سعرها يجعل من الصعب استغلال مزايا أدائها في طحن قضبان السكك الحديدية في ظروف الطحن الخشنة وتحت الأحمال الثقيلة، كما أن تكلفة أحجار الطحن غير مجدية. في المقابل، تتميز مادة الكوروندوم الكاشطة بمقاومتها الجيدة للتآكل، وقوتها وصلابتها، وقدرتها العالية على القطع، وانخفاض تكلفتها، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لطحن قضبان السكك الحديدية في ظروف التشغيل القاسية، مثل الطحن عالي السرعة، والحمل العالي، والطحن الجاف، وحجم الحبيبات الخشن. قام تشانغ وولين[8] بفحص قوى الضغط لزركونيوم الكوروندوم، والكوروندوم البني المكلس، والكوروندوم الأبيض، وأداء الطحن لأحجار الطحن المقابلة من F16 باستخدام جهاز اختبار الضغط أحادي المحور، وأظهرت النتائج ما يلي: كانت قوة زركونيوم الكوروندوم هي الأعلى (308.0 ميجا باسكال)، تليها قوة الكوروندوم البني المكلس (124.0 ميجا باسكال)، وكانت الأقل قوة هي قوة الكوروندوم الأبيض (103.2 ميجا باسكال)؛ وكانت نسب الطحن لأحجار الطحن الكاشطة من الزركونيوم، والكوروندوم البني المكلس، والكوروندوم الأبيض، مرتبة حسب الحجم، هي 41.0، 22.4، و11.9؛ لذا، تُستخدم مواد الكوروندوم الكاشطة القوية والمتينة والمستقرة كيميائيًا، وخاصةً كوروندوم الزركونيوم والكوروندوم البني، بشكل شائع في صناعة أحجار تجليخ السكك الحديدية.[9,10,2] وبالتالي، تعتمد صناعة أحجار شحذ السكك الحديدية عمومًا على مواد الكوروندوم الكاشطة القوية والمتينة والمستقرة كيميائيًا، وخاصةً كوروندوم الزركونيوم والكوروندوم البني. في الوقت الحالي، تتقن شركة سان غوبان الفرنسية وغيرها من الشركات تقنية صهر مواد الكوروندوم الزركونيوم الكاشطة عالية الأداء عالميًا. لذلك، يُعدّ تجاوز العقبة التقنية الرئيسية في صهر كوروندوم الزركونيوم وتطوير مواد كوروندوم زركونيوم كاشطة عالية الأداء (ذات متانة عالية، ومقاومة للتآكل، ومقاومة للحرارة، وقدرة جيدة على الشحذ الذاتي، وما إلى ذلك) أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أداء أحجار التجليخ.

الشكل 1.مواد كاشطة من الزركونيوم الكوروندوم[1]

الشكل 2. مواد كاشطة من الكوروندوم الأبيض[1]

الشكل 3. مواد كاشطة من الكوروندوم البني[1]

تُصنع أحجار التجليخ المستخدمة في تجليخ قضبان السكك الحديدية حاليًا من مزيج من مواد كاشطة ذات أحجام وأنواع حبيبية مختلفة. درس وانغ وآخرون [50] أداء التجليخ لأحجار التجليخ بنسب مختلفة من زركونيوم الكوروندوم والكوروندوم البني، وأظهرت النتائج أنه مع زيادة محتوى الكوروندوم البني (من 0% إلى 100%)، انخفض حجم التجليخ. وتشير نتائج المقارنة الشاملة إلى أن إضافة 10% إلى 30% من الكوروندوم البني إلى حجر الشحذ تضمن كفاءة تجليخ أفضل، كما تُقلل من تكلفة تصنيعه. بحث تشانغ وآخرون [11] سلوك التجليخ لأحجار التجليخ بأحجام حبيبية كاشطة مختلفة (من F10 إلى F30)، وأظهرت النتائج أنه تحت حمل معين، ومع انخفاض حجم الحبيبات الكاشطة، تغيرت آلية التجليخ الرئيسية لحجر التجليخ تدريجيًا من الاحتكاك الانزلاقي والحفر إلى القطع، مما أدى إلى تحسين أداء التجليخ وجودة سطح القضبان المصقولة. في دراسة لاحقة، واصل تشانغ وآخرون [1] دراسة الخصائص الميكانيكية لكوروندوم الزركونيوم، والكوروندوم البني، والكوروندوم الأبيض الكاشطة، وسلوك الطحن لحجر الشحذ المقابل، وأظهرت النتائج أن الخصائص الميكانيكية للمواد الكاشطة كانت أحد الأسباب الأساسية التي تؤثر على أداء الطحن لحجر الشحذ. كما أظهرت نتائج دراسة وانغ وآخرون [12] أن اهتزاز الطحن يزداد مع انخفاض حجم حبيبات المادة الكاشطة لحجر الطحن. على الرغم من إجراء قدر كبير من الأبحاث حول المواد الكاشطة لحجر الطحن، إلا أن الآلية التنظيمية لبنية المادة الكاشطة (الهندسة، والنوع، وحجم الحبيبات، والنسبة، وما إلى ذلك) على الخصائص الفيزيائية والكيميائية لحجر الطحن (المتانة، والقوة، ومقاومة الحرارة، ومقاومة التآكل، وما إلى ذلك) وأداء الخدمة (كمية الطحن، ونسبة الطحن، وعمر الخدمة، والمسافة المقطوعة، وآلية الفشل، وجودة سطح السكة بعد الطحن) لا تزال غير واضحة.

[1] تشانغ وولين، ليو تشانغباو، يوان يونغجي، وآخرون. دراسة تأثير التآكل الكاشط على أداء طحن أحجار طحن السكك الحديدية [J]. مجلة عمليات التصنيع، 2021، 64: 493-507.

[2] وانغ رويشيانغ، تشو كون، يانغ جينيو، وآخرون. تأثيرات مادة الكشط وصلابة عجلة التجليخ على سلوكيات تجليخ القضبان [J]. التآكل، 2020، 454-455: 203332.

[3] هوناغ غويغانغ. تصميم ودراسة تجريبية لمنصة اختبار طحن عالية السرعة لعجلة طحن CBN للسكك الحديدية [J]. أتمتة التصنيع، 2020، 42(05): 88-91+122.

[4] بينج جين، زو ونجون. أدوات الكشط العضوية [M]. تشنغتشو: مطبعة جامعة تشنغتشو، 102-244.

[5] لي بومينغ، تشاو بو، لي تشينغ. المواد الكاشطة، أدوات الكشط وتقنية الطحن [M]. الطبعة الثانية. بكين: دار النشر للصناعات الكيميائية، 2016، 45-270.

[6] تشاو بياو، دينغ وينفنغ، تشين تشن تشن، وآخرون. تصميم بنية المسام وأداء الطحن لعجلات التجليخ المصنوعة من نيتريد البورون المكعب (CBN) المرتبط بالمعدن والمصنّعة بتقنية التلبيد الفراغي [J]. مجلة عمليات التصنيع، 2019، 44: 125-132.

[7] تشانغ وولين، تشانغ بنغفي، تشانغ جون، وآخرون. دراسة تأثير حجم حبيبات المواد الكاشطة على سلوكيات طحن القضبان [J]. مجلة عمليات التصنيع، 2020، 53: 388-395.

[8] تشانغ وولين. دراسة حول آليات تنظيم أداء حجر طحن السكك الحديدية عالية السرعة باستخدام مواد الكوروندوم الكاشطة [رسالة دكتوراه]. تشنغدو: جامعة جنوب غرب جياوتونغ، 2021.

[9] يوان يونغجي، تشانغ وولين، تشانغ بنغفي، وآخرون. عجلات تجليخ مسامية لتخفيف الإجهاد المسبق وزيادة كفاءة إزالة المواد في تجليخ السكك الحديدية [J]. مجلة علم الاحتكاك الدولية، 2021، 154: 106692

[10] تشو كون، دينغ هاوهاو، وانغ رويشيانغ، وآخرون. دراسة تجريبية لآلية إزالة المواد أثناء طحن القضبان بسرعات أمامية مختلفة [J]. مجلة علم الاحتكاك الدولية، 2020، 143: 106040.

[11] تشانغ وولين، تشانغ بنغفي، تشانغ جون، وآخرون. دراسة تأثير حجم حبيبات المواد الكاشطة على سلوكيات طحن القضبان [J]. مجلة عمليات التصنيع، 2020، 53: 388-395.

[12] وانغ وينجيان، غو كاي كاي، تشو كون، وآخرون. تأثير حبيبات حجر التجليخ على قوة التجليخ وإزالة المواد في عملية تجليخ السكك الحديدية [JJ]. وقائع مؤسسة المهندسين الميكانيكيين، الجزء J: مجلة هندسة الاحتكاك، 2019، 233(2): 355-365.