دی اکسید کربن در صنایع ریخته گری
در این مقاله به بررسی دی اکسید کربن در صنایع ریخته گری پرداخته می شود. دی‌اکسید کربن (CO2) یکی از گازهای مهم و قابل توجه در صنایع ریخته‌گری است. در زیر، اثرات و کاربردهای دی‌اکسید کربن در صنایع ریخته‌گری را بررسی می‌کنیم:
کاربرد در فرآیند ریخته‌گری:
- استفاده در فرآیند ریخته‌گری فولاد: در برخی از فرآیندهای ریخته‌گری فولاد، دی‌اکسید کربن به عنوان یک عامل گازی استفاده می‌شود. این گاز به صورت مستقیم یا به عنوان جزء ترکیبی از مخلوط گازها به کوره‌های ریخته‌گری تزریق می‌شود. استفاده از دی‌اکسید کربن در این فرآیندها می‌تواند به کنترل دما، اکسیده شدن آهن و حذف آلاینده‌ها کمک کند.
- استفاده در فرآیند ریخته‌گری آلومینیوم: در برخی از فرآیندهای ریخته‌گری آلومینیوم مانند ریخته‌گری فشاری، دی‌اکسید کربن به عنوان یک گاز محافظ استفاده می‌شود. این گاز باعث جلوگیری از تماس آلومینیوم مذاب با هوای خارجی و اکسیداسیون آن می‌شود.
کاربرد در فرآیندهای تمیزسازی:
- حذف آلاینده‌ها: دی‌اکسید کربن می‌تواند به عنوان یک عامل اکسیده‌کننده در فرآیندهای تمیزسازی استفاده شود. در صنایع ریخته‌گری، این گاز ممکن است برای حذف آلاینده‌هایی مانند اکسید سولفور (SOx) و اکسید‌های نیتروژن (NOx) که به عنوان آلاینده‌های جانبی در فرآیندهای ریخته‌گری تولید می‌شوند، استفاده شود.
- تمیزکردن سطح: دی‌اکسید کربن می‌تواند در فرآیندهای تمیزکردن سطح فلزات مورد استفاده قرار گیرد. این گاز در فرآیندهایی مانند بسترسازی (Pre-treatment) و پاشش (Spraying) برای حذف روغن، آلودگی‌های سطحی و ایجاد سطحی پاک و آماده برای فرآیندهای بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فرآیند ریخته گری چگونه است؟
فرآیند ریخته‌گری یک فرآیند تولید قطعات فلزی است که در آن مواد مذاب، معمولاً فلزات، به یک قالب یا شکل دهنده تزریق می‌شوند و پس از سرد شدن، قطعه نهایی حاصل می‌شود.
در ادامه مراحل اصلی فرآیند ریخته‌گری را بررسی می‌کنیم:
طراحی الگو (Pattern Design)
در ابتدا، برای ساخت قالب‌های ریخته‌گری نیاز به یک الگو دقیق از قطعه نهایی است. الگو می‌تواند از مواد مختلفی مانند چوب، فلز یا پلاستیک ساخته شود. الگو باید شکل و اندازه نهایی قطعه را دقیقاً تداعی کند.
ساخت قالب (Mold Making)
براساس الگو، قالب ریخته‌گری ساخته می‌شود. قالب معمولاً از موادی مانند شن و رزین سیلیکونی یا فولاد ساخته می‌شود. قالب باید دقیقاً شکل و اندازه قطعه نهایی را داشته باشد و قابلیت تحمل دما و فشار مواد مذاب را داشته باشد.
بیشتر بخوانید مقاله دی اکسید کربن در صنایع ریخته گری : اکسیژن مایع
آماده سازی مواد مذاب (Preparation of Molten Material)
مواد مذاب، معمولاً فلزات، در یک کوره یا قالبی مخصوص ذوب می‌شوند. در این مرحله، مواد اضافی مانند آلیاژها، مواد آرایشی و مواد ضدآب پودری به مواد مذاب افزوده می‌شوند تا ویژگی‌های خاصی مانند مقاومت، سختی و ریزساختار مورد نیاز قطعه بهبود یابد.
ریخته‌گری (Casting)
در این مرحله، مواد مذاب به وسیله‌ی یک کفی و یا ماشین ریخته‌گری به داخل قالب تزریق می‌شوند. مواد مذاب درون قالب جمع می‌شوند و شکل نهایی قطعه را به خود می‌گیرند.
خنک شدن و جامد شدن (Cooling and Solidification)
پس از ریخته شدن، قطعه درون قالب خنک می‌شود تا جامد شود. زمان لازم برای خنک شدن و جامد شدن قطعه بستگی به جرم و ضخامت آن دارد. سرعت خنک شدن نیز می‌تواند تأثیر زیادی بر خواص نهایی قطعه داشته باشد.
جدا کردن قطعه (Demolding)
پس از جامد شدن قطعه، قالب باز می‌شود و قطعه از داخل قالب جدا می‌شود. این فرآیند ممکن است با استفاده از ابزارها، انفجار هوای فشرده یا روش‌های دیگر صورت گیرد.
پس از پردازش (Post-Processing)
قطعه ریخته‌شده ممکن است نیاز به پس‌از‌پردازش داشته باشد تا به شکل نهایی خود برسد. این مرحله شامل عملیاتی مانند برش، تمیزکاری، سطح‌دهی، حذف نواره‌ها و تراشه‌ها، حفاری و انجام عملیات حرارتی می‌شود.
بازبینی و کنترل کیفیت (Inspection and Quality Control)
قطعه ریخته‌شده با استفاده از روش‌های بازبینی و کنترل کیفیت ارزیابی می‌شود. این شامل اندازه‌گیری ابعاد، بررسی خطوط تراشه و ناهمواری‌ها، آزمون‌های غیرمخرب (مانند آزمون با رنگ، آزمون فشار هوا، آزمون رادیوگرافی و آزمون التراسونیک) و سنجش خواص مکانیکی می‌شود.
پس از اتمام مراحل فوق، قطعه ریخته‌شده آماده استفاده یا وارد مراحل بعدی تولید می‌شود.
علت استفاده از دی اکسید کربن در ریخته گری
استفاده از دی‌اکسید کربن (CO2) در فرآیند ریخته‌گری به عنوان یک گاز روان‌کننده (به عنوان جایگزین برای هوا) می‌تواند برخی مزایا و کاربردهای ویژه داشته باشد.
جریان انتقال حرارت بهتر:
دی‌اکسید کربن دارای خواص حرارتی بهتری نسبت به هوا است. با استفاده از CO2 به جای هوا، میزان انتقال حرارت در فرآیند ریخته‌گری بهبود می‌یابد. این موجب کاهش زمان خنک شدن قطعه و بهبود کنترل ابعاد نهایی آن می‌شود.
بیشتر بخوانید مقاله دی اکسید کربن در صنایع ریخته گری : نیتروژن مایع
کاهش تشکیل سوختگی و اکسیداسیون:
در حالت استاندارد، دی‌اکسید کربن غیرسوختنی است و با تماس با مواد قابل سوختن، فرایند اکسیداسیون را کاهش می‌دهد. این ویژگی می‌تواند در جلوگیری از تشکیل لکه‌ها و خوردگی‌های ناشی از اکسیداسیون روی سطح قطعه ریخته‌شده مؤثر باشد.
کاهش انتشار گازهای آلاینده:
استفاده از CO2 به جای هوا می‌تواند به کاهش انتشار گازهای آلاینده همراه با سوختگی مواد قابل سوختن در فرآیند ریخته‌گری منجر شود. این موضوع به بهبود کیفیت سطح قطعه و کاهش نیاز به پس‌از‌پردازش‌های بیشتر کمک می‌کند.
کنترل بیشتر فشار:
با استفاده از CO2 به جای هوا، فشار در داخل قالب به طور دقیق‌تر کنترل می‌شود و امکان ریخته‌گری قطعات با جزئیات دقیق‌تر فراهم می‌شود.
کاهش ابعاد قالب‌ها:
با استفاده از دی‌اکسید کربن به جای هوا، نیاز به قالب‌های بزرگتر و پیچیده‌تر کاهش می‌یابد. این امر می‌تواند به صرفه‌جویی در هزینه‌های قالب‌سازی منجر شود.
مشخصات ماسه دی اکسید کربن
ماسه دی‌اکسید کربن (CO2 sand) یا همان ماسه اشباع‌شده با دی‌اکسید کربن، ممکن است در آزمایشگاه‌ها یا فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرند.
اندازه ذرات (Particle Size) ماسه دی‌اکسید کربن ممکن است متغیر باشد و بستگی به نیازهای خاص فرآیند یا کاربری داشته باشد.
شکل ذرات (Particle Shape) می‌تواند به عواملی مانند روش تولید و نحوه اشباع کردن ماسه با دی‌اکسید کربن بستگی داشته باشد.
خواص فیزیکی (Physical Properties) دی‌اکسید کربن، از جمله چگالی، رطوبت باقی‌مانده، و دمای ذوب، بستگی به جزئیات فرآیند تولید و نوع ماسه مورد استفاده دارد.
خواص شیمیایی (Chemical Properties) ماسه دی‌اکسید کربن می‌توانند شامل مطالبه کربن (CO2 absorption) و تغییرات شیمیایی دیگر باشند.
مشخصات ماسه دی‌اکسید کربن ممکن است به شدت به نوع کاربری یا فرآیندی که برای آن استفاده می‌شود وابسته باشد.
برای به دست آوردن اطلاعات دقیق تر در مورد ماسه دی‌اکسید کربن، می‌توانید با تولیدکنندگان مواد شیمیایی یا تأمین‌کنندگان آن تماس بگیرید تا اطلاعات خاص به شما ارائه شود.
بیشتر بخوانید مقاله دی اکسید کربن در صنایع ریخته گری : آرگون مایع
نحوه ذخیره سازی و تزریق گاز دی اکسید کربن
ذخیره‌سازی و تزریق گاز دی‌اکسید کربن (CO2) به صورت ایمن و موثر بستگی به نوع منبع CO2 و هدف استفاده از آن دارد. در زیر دو روش رایج برای ذخیره‌سازی و تزریق CO2 را بررسی می‌کنیم:
ذخیره سازی و تزریق در مخازن زیرزمینی:
یکی از روش‌های اصلی ذخیره‌سازی و تزریق CO2 در مخازن زیرزمینی مانند مخازن نفت و گاز طبیعی است. این روش به عنوان ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن زمینی (Carbon Capture and Storage – CCS) شناخته می‌شود. در این روش، CO2 تولید شده توسط منابع مانند نیروگاه‌های حرارتی و صنعتی یا فرآیندهای صنعتی با استفاده از فناوری‌های جداسازی از گازهای دیگر به دست می‌آید و سپس در مخازن زیرزمینی ذخیره می‌شود.
مخازن زیرزمینی می‌توانند شامل مخازن نفت و گاز خالص، مخازن سنگ آهک، مخازن شیل و غیره باشند. عمق و خاصیت مخازن بستگی به شرایط جغرافیایی هر منطقه دارد.
ذخیره سازی و تزریق در فرآیندهای صنعتی:
CO2 می‌تواند در برخی فرآیندهای صنعتی به عنوان خروجی ثانویه تولید شود و سپس برای استفاده‌های مختلف ذخیره و تزریق شود. به عنوان مثال، CO2 متشکل از دی‌اکسید کربن تولید شده در فرآیندهای صنعتی مانند تولید آمونیاک، فرآیندهای پتروشیمی، واحدهای تولید برق با استفاده از سوخت‌های فسیلی و غیره می‌تواند با استفاده از فناوری‌های جداسازی و ذخیره در تانک‌ها یا مخازن مخصوص به عنوان منبع CO2 برای مصارف دیگر مورد استفاده قرار گیرد.
این مصارف شامل استفاده در فرآیندهای صنعتی دیگر، تولید مواد شیمیایی، بررسی فرآیندهای کشاورزی و غیره می‌شود.
دی اکسید کربن مربوط به صنایع ریخته گری را از کجا تهیه کنیم؟
بخش قابل توجهی از دی‌اکسید کربن تولید شده، از نیروگاه‌های حرارتی که سوخت‌های فسیلی مانند ذغال سنگ یا گاز طبیعی را مصرف می‌کنند، به دست می‌آید. در فرآیند سوخت‌سازی، CO2 به عنوان یک زمینه گازی (به عنوان مثال، در فرآیند گازسازی ذغال سنگ) یا در دود خروجی نیروگاه تولید می‌شود. این CO2 می‌تواند جمع‌آوری و استفاده شود.
در برخی فرآیندهای صنعتی مانند تولید آمونیاک، فرآیندهای پتروشیمی، تولید فولاد و آلومینیوم و غیره، CO2 به عنوان نتیجه جانبی تولید می‌شود. این CO2 می‌تواند برای صنایع ریخته‌گری استفاده شود.
CO2 می‌تواند از منابع طبیعی مانند چاه‌های گازی و نفتی استخراج شود. در برخی موارد، CO2 به صورت مخصوص به منظور استخراج گازهای دیگر استفاده می‌شود و می‌تواند از این فرآیند جمع‌آوری و استفاده شود. منابع دیگری نیز برای تهیه CO2 وجود دارند، از جمله پالایشگاه‌های نفت و گاز، صنایع فرآوری مواد غذایی (مانند نوشابه‌سازی)، سیستم‌های بازیافت CO2 و موارد دیگر.
شرکت‌های تأمین‌کننده گازها معمولاً CO2 را در انواع مختلف (گازی یا مایع) به صورت محدود یا عمده عرضه می‌کنند. این گازها به صورت سیلندرهای فشرده یا به صورت مایع در کانتینرها (تانکرها) ارائه می‌شوند.
در برخی از کارخانه‌ها، CO2 به صورت پسماند یا زنجیره‌های تولیدی دیگر (مثل فرآیندهای حرارتی) تولید می‌شود و می‌تواند به صورت محلی برای نیازهای صنایع ریخته‌گری به کار رود.
گازها معمولاً CO2 را در انواع مختلف (گازی یا مایع) به صورت محدود یا عمده عرضه می‌کنند. این گازها به صورت سیلندرهای فشرده یا به صورت مایع در کانتینرها (تانکرها) ارائه می‌شوند. در برخی از کارخانه‌ها، CO2 به صورت پسماند یا زنجیره‌های تولیدی دیگر (مثل فرآیندهای حرارتی) تولید می‌شود و می‌تواند به صورت محلی برای نیازهای صنایع ریخته‌گری به کار رود.
بیشتر بخوانید مقاله دی اکسید کربن در صنایع ریخته گری : کاربرد اکسیژن در صنعت فولاد
