Penyahoksidaan

Penyahoksidaan ialah sebuah kaedah yang digunakan dalam metalurgi untuk mengeluarkan kandungan oksigen semasa pembuatan keluli. Penyahoksidaan adalah berbeza dengan antioksidan, yang digunakan untuk penstabilan, seperti dalam penyimpanan makanan. Penyahoksidaan adalah penting dalam proses pembuatan keluli kerana oksigen sering memudaratkan kualiti keluli yang dihasilkan. Penyahoksidaan terutamanya dicapai dengan menambah spesies kimia yang berasingan untuk meneutralkan kesan oksigen atau dengan terus mengeluarkan oksigen.

Pengoksidaan[sunting | sunting sumber]

Pengoksidaan ialah proses apabila sebuah unsur kimia kehilangan elektron. Sebagai contoh, besi akan memindahkan dua elektronnya kepada oksigen, membentuk oksida. Ini berlaku sepanjang masa sebagai bahagian yang tidak diingini dalam proses pembuatan keluli.

Tiupan oksigen adalah kaedah pembuatan keluli di mana oksigen ditiup melalui besi kasar untuk menurunkan kandungan karbon. Oksigen membentuk oksida dengan unsur yang tidak diingini, seperti karbon, silikon, fosforus, dan mangan, yang muncul dari pelbagai peringkat proses pembuatan. Oksida ini akan terapung ke bahagian atas kolam keluli dan mengeluarkan diri mereka dari besi kasar. Walau bagaimanapun, sesetengah oksigen juga akan bertindak balas dengan besi itu sendiri. Perkara ini tidak boleh dielakkan.

Disebabkan oleh suhu tinggi yang terlibat dalam peleburan besi, oksigen di udara mungkin akan larut ke dalam besi cair semasa ia dituangkan. Sanga, sebuah hasil sampingan yang tertinggal selepas proses peleburan, digunakan untuk terus menyerap kekotoran seperti sulfur atau oksida dan melindungi keluli daripada pengoksidaan selanjutnya. Walau bagaimanapun, ia masih boleh menghasilkan kesan pengoksidaan.

Sesetengah proses, walaupun masih boleh membawa kepada pengoksidaan, tidak berkaitan dengan kandungan oksigen keluli semasa pembuatannya. Sebagai contoh, karat ialah kesan oksida besi merah yang terbentuk apabila besi dalam keluli bertindak balas dengan oksigen atau air di udara. Ini biasanya hanya berlaku apabila keluli telah digunakan untuk sebuah tempoh jangka masa yang berbeza-beza. Beberapa komponen fizikal proses pembuatan keluli itu sendiri, seperti relau arka elektrik, juga mungkin akan haus dan teroksida. Masalah ini biasanya ditangani dengan menggunakan logam refraktori, yang menentang keadaan persekitaran. ^[1]

Jika keluli tidak dinyahoksida dengan betul, ia akan kehilangan pelbagai sifat seperti kekuatan tegangan, kemuluran, keliatan, kebolehkimpalan, kebolehgilap dan kebolehmesinan. Perkara ini disebabkan oleh pembentukan kemasukan bukan logam dan liang gas, gelembung gas yang terperangkap semasa proses pemejalan keluli. ^[2]

Jenis-jenis penyahoksida[sunting | sunting sumber]

Penyahoksida logam[sunting | sunting sumber]

Kaedah penyahoksidaan ini melibatkan penambahan logam tertentu ke dalam keluli. Logam-logam ini akan bertindak balas dengan oksigen yang tidak diingini, membentuk oksida kuat yang, berbanding dengan oksigen tulen, akan mengurangkan kekuatan dan kualiti keluli dengan signifikan.

Persamaan kimia untuk penyahoksidaan diterangkan melalui persamaan ini:

$nD+mO\longrightarrow D_{n}O_{m}$

di mana "n" dan "m" ialah pekali, "D" ialah agen penyahoksida, dan "O" ialah oksigen.

Oleh itu, persamaan keseimbangan kimia yang terlibat ialah:

$K_{eq}=a_{ox}/(a_{D}^{n}*a_{O}^{m})$

di mana a_ox ialah aktiviti, atau kepekatan, oksida dalam keluli, a_D ialah aktiviti agen penyahoksida, dan a_O ialah aktiviti oksigen.

Peningkatan dalam pemalar keseimbangan K_eq akan menyebabkan peningkatan dalam a_ox, dan dengan itu lebih banyak hasil oksida.

K_eq boleh dimanipulasi oleh suhu keluli melalui persamaan berikut:

$logK_{eq}=A_{D}/T-B_{D}$

di mana A_D dan B_D adalah parameter khusus untuk penyahoksida yang berbeza dan T ialah suhu dalam K°. Di bawah ialah nilai untuk penyahoksida tertentu pada suhu 1873 K°. ^[1] ^[3]

Penyahoksida	A	B	K_eq
Mangan	12,440	5.33	1.318
Silikon	30,000	11.5	4.518
Aluminium	62,780	20.5	13.018

Di bawah ialah senarai penyahoksida logam yang biasa digunakan:

Ferosilikon, feromangan, kalsium silisid - digunakan dalam pembuatan keluli dalam pengeluaran keluli karbon, keluli tahan karat dan aloi ferus yang lain
Mangan - digunakan dalam pembuatan keluli
Silikon karbida, kalsium karbida - digunakan sebagai penyahoksida senduk dalam pengeluaran keluli
Najis aluminium - juga penyahoksida senduk, digunakan dalam pembuatan keluli sekunder
Kalsium - digunakan sebagai deoxidizer, desulfurizer, atau decarbonizer untuk aloi ferus dan bukan ferus
Titanium - digunakan sebagai deoxidizer untuk keluli
Fosforus, kuprum(I) fosfida - digunakan dalam penghasilan kuprum bebas oksigen
Kalsium heksaborida - digunakan dalam penghasilan kuprum bebas oksigen, menghasilkan kuprum kekonduksian yang lebih tinggi daripada kuprum yang dinyahoksida fosforus
Yttrium - digunakan untuk menyahoksida vanadium dan logam bukan ferus lain
Zirkonium
Magnesium
Karbon
Tungsten

Penyahoksidaan vakum[sunting | sunting sumber]

Penyahoksidaan vakum ialah kaedah yang melibatkan penggunaan vakum untuk membuang kekotoran. Sebahagian daripada karbon dan oksigen dalam keluli akan bertindak balas, membentuk karbon monoksida. Gas CO akan terapung ke bahagian atas keluli cecair dan dikeluarkan oleh sistem vakum.

Tindak balas kimia yang terlibat dalam penyahoksidaan vakum ialah:

$C+O\longrightarrow CO$

Tindak balas antara karbon dan oksigen diterangkan oleh persamaan keseimbangan kimia berikut:

$K_{CO}=P_{CO}/(a_{C}*a_{O})$

di mana P_CO ialah tekanan separa karbon monoksida yang terbentuk.

Mengurangkan aktiviti oksigen(a_O) akan menghasilkan pemalar keseimbangan yang lebih tinggi, dengan itu lebih banyak produk, CO. Untuk mencapai matlamat ini, menundukkan kumpulan keluli kepada rawatan vakum mengurangkan nilai P_CO, membolehkan lebih banyak gas CO dihasilkan. ^[1] ^[4]

Penyahoksidaan resapan[sunting | sunting sumber]

Kaedah ini bergantung pada idea yang bahawa penyahoksidaan sanga akan membawa kepada penyahoksidaan keluli.

Persamaan keseimbangan kimia yang digunakan untuk proses ini ialah seperti berikut:

$K_{FeO}=a_{[O]}/a_{(O)}$

di mana a_[O] ialah aktiviti oksigen dalam sanga, dan a_(O) ialah aktiviti oksigen dalam keluli.

Mengurangkan aktiviti dalam sanga (a_[O]) akan menurunkan tahap oksigen dalam sanga. Selepas itu, oksigen akan meresap dari keluli ke dalam sanga yang kurang pekat. Kaedah ini dilakukan dengan menggunakan agen penyahoksida pada sanga, seperti kok atau silikon. Oleh kerana agen ini tidak bersentuhan langsung dengan keluli, kemasukan bukan logam tidak akan terbentuk dalam keluli itu sendiri. ^[1]

Rujukan[sunting | sunting sumber]

^ ^a ^b ^c ^d Kopeliovich, Dmitri. "Deoxidation of steel". Subtech. Dicapai pada 23 October 2014.
^ Kopeliovich, Dmitri. "Non-metallic inclusions". Subtech. Dicapai pada 24 October 2014.
^ "Steel Deoxidation: Part One". Total Materia.
^ "Inclusion Formation and Removal". neom.mems.cmu.edu. Carnegie Mellon University. Diarkibkan daripada yang asal pada 27 October 2014. Dicapai pada 26 October 2014.

Lihat juga[sunting | sunting sumber]

Desulfurisasi ialah proses mengurangkan kandungan sulfur keluli.
Dekarburisasi ialah proses mengurangkan kandungan karbon dalam metalurgi.
Keluli terdeoksida ialah keluli yang dikategorikan mengikut tahap rawatan penyahoksidaan.
Kejuruteraan vakum
- Metalurgi vakum

[Sub-1] Kopeliovich, Dmitri. "Deoxidation of steel". Subtech. Dicapai pada 23 October 2014.

[2] Kopeliovich, Dmitri. "Non-metallic inclusions". Subtech. Dicapai pada 24 October 2014.

[3] "Steel Deoxidation: Part One". Total Materia.

[4] "Inclusion Formation and Removal". neom.mems.cmu.edu. Carnegie Mellon University. Diarkibkan daripada yang asal pada 27 October 2014. Dicapai pada 26 October 2014.

[1]

[2]

[3]

[4]