رمل المسبك

رمل المسابك

• تونا لرمال السيليكا
• 01 يناير 2019

• 
• 
• 
• 
• 

ما هو رمل الصب (رمل القوالب)؟

رمال الصب بشكل عام هي عبارة عن حبيبات معدنية يتراوح حجمها بين 0.05 و2 ملم. وهناك نوعان رئيسيان من رمل الصب هما: الرمال الطبيعية والرمال الاصطناعية. تُستخدم الرمال الطبيعية كما هي دون خضوعها لأي معالجة فور استخراجها من الطبيعة، وأبرز ميزة عملية لها هي قدرتها العالية على الاحتفاظ بالرطوبة داخل بنيتها لفترة طويلة، بينما يكمن عيبها الأكبر في عدم استقرار خصائصها وتغيرها المستمر. وبسبب هذا العيب، يفضل الاعتماد على الرمال الاصطناعية بشكل واسع في السوق الفعلي.

أما الرمال الاصطناعية فهي رمال طبيعية خضعت لعمليات معالجة مكثفة (مثل الغسل وإزالة الشوائب) وتم نخلها بدقة للوصول إلى الحجم والشكل المطلوبين للحبيبات. وبفضل هذه العملية، فإنها تتطلب مساحات تخزين أقل. ونظراً لأن الرمال الاصطناعية تظهر الخصائص نفسها في أي مكان، فإنها لا تنفصل ويمكن أن تتواجد معاً في بنية متجانسة؛ حيث يتم أخذ الرمل من هذا المزيج مباشرة لصب المعدن وتشكيل القالب، مما يوفر توفيراً اقتصادياً كبيراً. لكن الميزة الأهم للرمال الاصطناعية تكمن في نفاذيتها العالية للغازات وقدرتها الفائقة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة (الجرارية / الرفراكتورية)، فضلاً عن كونها ذات بنية أكثر استقراراً تتيح التحكم الكامل في مجريات عملية التصنيع.

أما المعيار الثاني الأكثر أهمية فهو المتانة (المقاومة الميكانيكية). يجب أن يتمتع رمل الصب بمقاومة كافية في حالته الرطبة والجافة على حد سواء؛ فإذا لم تتحقق المتانة المطلوبة، سيتعرض القالب للانهيار والتفتت أثناء عملية الصب أو بعدها مباشرة. ولزيادة نفاذية الغازات، ينبغي استخدام رمال ذات هندسة زاوية (مدببة) لضمان تشكل الفراغات اللازمة لخروج الغازات، ولكن إذا زادت هذه الفراغات عن الحد المطلوبة فستنخفض متانة القالب. وتوجد معايير قياسية دقيقة تحدد هذه النسب وفقاً للمواصفات الألمانية (DIN) والتركية (TS). وتجدر الإشارة إلى أن انخفاض حجم الحبيبات وتحول شكلها إلى النمط الكروي يقلل من نفاذية الغازات، لذا ينبغي تجنب ذلك في التطبيقات التي تتطلب تصريفاً عالياً.

تنقسم رمال القوالب إلى مجموعتين: طبيعية واصطناعية. الرمال الطبيعية، كما يتضح من اسمها، تحتوي على الطين بنسب طبيعية وتُستخدم كما هي في الطبيعة؛ حيث يُضاف إليها الماء فقط لتعزيز الترابط. وميزتها الكبرى هي الحفاظ على كمية الرطوبة لفترة طويلة، في حين أن أكبر عيوبها يتجلى في التغير الكبير والتقلب في خصائصها الفنية.

في المقابل، تُطلق تسمية الرمال الاصطناعية على الرمال التي تحتوي في حالتها الطبيعية على نسبة منخفضة من الطين، وبالتالي تطلب إضافة مواد رابطة مثل البنتونيت (Bentonite) والماء لزيادة خصائصها التماسكية واللاصقة. وتتمثل أكبر مزاياها في الحصول على حجم حبيبات أكثر اتساقاً وتجانساً، وقدرة أعلى على تحمل الحرارة، فضلاً عن امتلاكها خصائص فنية قابلة للتعديل والتحكم الكامل.

أسباب تفضيل رمل السيليكا كرمل للصب:

الرمل الأكثر شهرة واستخداماً في عمليات الصب يتكون من مركب ثاني أكسيد السيليكون (SiO2). وتعود أهم أسباب تفضيل رمل السيليكا كرمل للصب إلى سهولة العثور عليه، وانخفاض تكلفته الاقتصادية، وإظهاره مقاومة عالية جداً للحرارة (الجرارية). ومع ذلك، فإنه يظهر تمدداً حرارياً عالياً، لذا يجب أخذ هذا التمدد بعين الاعتبار عند حساب التفاوتات والأبعاد الحجمية للقوالب. وكمادت بديلة وممتازة لرمل السيليكا، يبرز رمل الزيركون (Zircon sand)؛ حيث تتميز رمال الزيركون بناقليتها الحرارية العالية جداً (ضعف ناقلية السيليكا) وانخفاض معدل تمددها، لكن عيبها الأساسي يكمن في كثافتها المرتفعة (ضعف كثافة السيليكا).

خصائص رمل القوالب:

الخصائص المطلوب توفرها في رمل القوالب عديدة ومتنوعة، ومن أبرز الخصائص التي يمكن التحكم بها ومراقبتها أثناء إعداد وتجهيز الرمل ما يلي:

1. المتانة في الحالة الرطبة (مقاومة للرطوبة).

2. المتانة في الحالة الجافة (قوة جافة).

3. النفاذية (نفاذية).

4. كمية الرطوبة (مستوى الرطوبة).

5. كمية الطين (كمية الطين).

6. نعومة الحبيبات وتوزيعها الحجمي (نعومة الحبيبات وتوزيعها).

تنقسم رمال الصب إلى 4 أنواع رئيسية وهي:
رمل السيليكا، رمل الزيركون، رمل الكروميت، ورمل الأوليفين.

رمل السيليكا (رمل السيليكا):
رمل السيليكا (SiO2) هو النوع الأكثر استخداماً وطلباً في السوق؛ ويرجع ذلك إلى أنه الخيار الأقل تكلفة من الناحية المادية، بالإضافة إلى قدرته العالية على تحمل درجات الحرارة المرتفعة التي تصل إلى (2073 كلفن).

رمل الزيركون (رمل الزركون):
يتميز رمل الزيركون (ZrSiO4) بكثافة (وزن نوعي) أعلى بمرتين مقارنة برمل السيليكا، ويمتلك موصلية حرارية فائقة. هذا المعيار الأخير هو ما يمنح رمل الزيركون قيمته الكبيرة في الصناعة؛ فإذا كان لديك مشغولات صب ترغب في جعلها تتصلب بسرعة فائقة وتبحث عن بنية حبيبية متجانسة تماماً في جميع الأجزاء، فإن رمل الزيركون هو الخيار المثالي، ولكنه يعد مكلفاً وباهظ الثمن مقارنة برمل السيليكا.

رمل الكروميت (رمل الكروميت):
يتكون رمل الكروميت من كرومات مغنيسيوم الحديد - (Fe, Mg)Cr2O4. ومثل رمل الزيركون، يتميز بكثافة أعلى من السيليكا وموصلية حرارية ممتازة، مما يعني القدرة على تصريف وحمل الحرارة العالية القادمة من المعدن السائل وطرحها في المحيط الخارجي فوراً، وهو ما يضمن تبريداً سريعاً للمشغولات. ويختلف رمل الكروميت عن رمل الزيركون في أن تمدده الحراري منخفض للغاية؛ فحتى عند الوصول إلى درجات حرارة قريبة من نقطة الانصهار، لا تُلاحظ زيادة كبيرة في حجم الرمل، مما يقلل بشكل فعال من عيوب الصب والتشوهات الهندسية.

رمل الأوليفين (رمال الزيتون):
رمل الأوليفين هو عبارة عن سيليكات حديد المغنيسيوم - (Mg,Fe)2SiO4، وهو رمل ذو طابع قاعدي. وكلما زادت نسبة المغنيسيوم (Mg) في محتواه، ارتفعت درجته القاعدية؛ لأن المغنيسيوم يتسم بطبيعة قاعدية في الظروف العادية. وبفضل هذه الخاصية القاعدية، يُعد رمل الأوليفين الخيار المثالي لصب الفولاذ الأوستنيتي عالي المنجنيز (حيث لا يتفاعل معه كيميائياً). علاوة على ذلك، فإن موصليته الحرارية أعلى بكثير مقارنة برمل الكوارتز التقليدي.

التحليل الكيميائي:

المواصفات والسمات: