وقتی هزار کیلو آلومینیوم شارژ می‌کنید، هزار کیلو مذاب سالم از کوره نمی‌گیرید. بخشی از فلز اکسید میشود و همراه سرباره (دراس) از کوره بیرون میرود. به این کاهش وزن افت ذوب آلومینیوم می‌گویند؛ هزینه‌ای پنهان که در فاکتور خرید دیده نمی‌شود اما قیمت واقعی هر کیلو مذاب را تعیین می‌کند.
افت ذوب چیست؟
آلومینیوم در تماس با اکسیژن به‌سرعت اکسید میشود. روی سطح مذاب لایه‌ای از اکسید آلومینیوم تشکیل میشود و هنگام سربارهگیری، مقداری فلز سالم هم در میان این اکسیدها گیر میافتد و با آنها بیرون میرود. مجموع فلز اکسیدشده و فلز گیرافتاده در سرباره، افت ذوب را می‌سازد.
اکسید آلومینیوم بیش از ۲۰۰۰ درجه ذوب میشود؛ یعنی در دمای کوره جامد می‌ماند و با فلز مخلوط نمی‌شود. به همین دلیل هر لایه اکسیدی که بشکند، به سرباره اضافه میشود.
فرمول محاسبه افت ذوب
درصد افت ذوب = (وزن شارژ − وزن مذاب سالم) ÷ وزن شارژ × ۱۰۰
مثال فرضی: اگر ۱۰۰۰ کیلوگرم شمش شارژ کنید و ۹۶۵ کیلوگرم مذاب سالم تحویل بگیرید، ۳۵ کیلوگرم از دست رفته و افت ذوب ۳٫۵ درصد است.
برای عدد قابل اتکا، شارژ و مذاب را با یک ترازو و در شرایط یکسان وزن کنید و محاسبه را برای هر نوع ماده اولیه جداگانه و در چند نوبت انجام دهید.
افت ذوب چقدر است؟ اعداد گزارش‌شده
افت ذوب به نوع شارژ، کوره و روش کار بستگی دارد. در منابع صنعتی، افت ذوب آلومینیوم معمولاً از حدود ۰٫۵ تا ۵ درصد گزارش میشود و برای ضایعات ریز و آلوده بسیار بیشتر:
| نوع شارژ | افت ذوب گزارش‌شده در منابع | علت اصلی |
|---|---|---|
| شمش و قطعات فشرده و تمیز | پایین این بازه | سطح کم نسبت به وزن |
| قوطی نوشابه با پوشش و رطوبت | حدود ۴ تا ۶ درصد | پوشش رنگ، رطوبت، دیواره نازک |
| براده و تراشه | تا حدود ۱۷ درصد بدون فرآوری؛ حدود ۵ درصد با روش مناسب ذوب براده | روغن، سطح بسیار زیاد، سوختن روی سطح مذاب |
افت ذوب با راندمان ریختهگری فرق دارد
راهگاه، تغذیه و قطعات معیوب که دوباره ذوب میشوند افت ذوب نیستند؛ این فلز از دست نرفته و به کوره برمی‌گردد. نسبت وزن قطعات سالم به وزن مذاب ریختهشده را راندمان ریختهگری می‌نامند. این دو عدد را جدا ثبت کنید تا بدانید مشکل در کوره است یا در طراحی قالب.
قیمت واقعی هر کیلو مذاب
افت ذوب مستقیماً قیمت ماده اولیه را بالا می‌برد:
قیمت واقعی هر کیلو مذاب = قیمت هر کیلو ماده اولیه ÷ (۱ − درصد افت ذوب)
مثال فرضی: ماده اولیه الف با قیمت پایه P و افت ذوب ۲ درصد، و ماده اولیه ب با قیمتی ۵ درصد ارزان‌تر اما افت ذوب ۸ درصد را در نظر بگیرید.
| ماده اولیه | قیمت هر کیلو | افت ذوب | قیمت واقعی هر کیلو مذاب |
|---|---|---|---|
| الف | P | ۲٪ | حدود 1.020 × P |
| ب | 0.95 × P | ۸٪ | حدود 1.033 × P |
ماده اولیه ب با وجود قیمت خرید کمتر، به ازای هر کیلو مذاب سالم گران‌تر تمام میشود؛ و این هنوز بدون حساب کردن انرژی، فلاکس، زمان کوره و دفع سرباره بیشتر است.
هزینه پنهان در یک ماه
کارگاهی که ماهانه ۱۰۰ تن آلومینیوم ذوب می‌کند، با هر یک درصد افت ذوب بیشتر، یک تن فلز در ماه از دست می‌دهد. اختلاف ۶ درصدی دو ماده اولیه در مثال بالا یعنی شش تن فلز در ماه؛ عددی که برای بیشتر کارگاه‌ها از اختلاف قیمت خرید مهم‌تر است.
عوامل مؤثر بر افت ذوب
- نسبت سطح به حجم شارژ: ضایعات نازک مانند ورق، قوطی و براده سطح زیادی در برابر هوا دارند و بسیار بیشتر از شمش فشرده اکسید میشوند.
- آلودگی شارژ: رنگ، روغن، پلاستیک و رطوبت سرباره و گاز بیشتری تولید می‌کنند.
- دما و زمان: با بالا رفتن دمای مذاب و طولانی شدن زمان نگهداری، اکسیداسیون سریع‌تر میشود.
- تلاطم: هم زدن شدید و ریختن پرتلاطم لایه اکسید را می‌شکند و اکسید تازه می‌سازد.
- روش شارژ: ضایعات سبک اگر روی سطح مذاب بمانند می‌سوزند؛ فرو بردن سریع آنها زیر سطح مذاب افت را کم می‌کند.
- سربارهگیری و فلاکس: فلاکس مناسب به جدا شدن فلز سالم از اکسید کمک می‌کند؛ سربارهگیری عجولانه فلز سالم را همراه سرباره بیرون می‌برد.
- منیزیم آلیاژ: منیزیم زودتر از آلومینیوم اکسید میشود؛ آلیاژهای پرمنیزیم سرباره بیشتری تولید می‌کنند و بخشی از منیزیم خود را از دست می‌دهند.
دراس سفید و دراس سیاه
- دراس سفید: سرباره‌ای که از ذوب فلز نسبتاً تمیز، مانند شمش، گرفته میشود. بیشتر آن اکسید آلومینیوم است و مقدار قابل توجهی فلز آلومینیوم هم در خود دارد.
- دراس سیاه: سرباره کوره‌هایی که با فلاکس نمکی ضایعات آلوده را ذوب می‌کنند. نمک، اکسید و ناخالصی بیشتری دارد و فلز کمتری از آن قابل بازیابی است.
چگونه افت ذوب را کم کنیم؟
- شارژ را خشک و تمیز نگه دارید و پیش از شارژ پیش‌گرم کنید.
- دمای مذاب را با ترموکوپل اندازه بگیرید و از داغ کردن بیش از حد پرهیز کنید. دمای مناسب را در مقاله دمای ذوب آلومینیوم ببینید.
- زمان نگهداری مذاب را کوتاه کنید.
- ضایعات سبک را سریع زیر سطح مذاب ببرید.
- با فلاکس مناسب و به‌آرامی سربارهگیری کنید.
- افت ذوب را برای هر نوع ماده اولیه ثبت کنید تا مقایسه بر پایه عدد باشد.
افت ذوب و انتخاب ماده اولیه
ارزان‌ترین ماده اولیه به ازای هر کیلو خرید، لزوماً ارزان‌ترین به ازای هر کیلو قطعه سالم نیست. شمش علاوه بر افت ذوب کمتر، آنالیز مشخصی دارد و اصلاح ترکیب کمتری در کارگاه لازم دارد. برای مقایسه، قیمت روز شمش را از جدول قیمت روز بردارید و با فرمول بالا قیمت واقعی هر کیلو مذاب را برای گزینه‌های خود حساب کنید. تفاوت شمش آماده با ضایعات را در مقاله مراحل تولید شمش آلومینیوم از ضایعات هم ببینید.
سوالات متداول
چرا ضایعات ریز افت ذوب بیشتری دارند؟
چون نسبت سطح به وزن آنها بسیار زیاد است. هر چه سطح بیشتری از فلز در معرض هوا و مذاب داغ باشد، اکسید بیشتری تشکیل میشود و فلز بیشتری در سرباره گیر میافتد.
آیا سرباره آلومینیوم قابل بازیافت است؟
بله. سرباره مقداری آلومینیوم فلزی دارد که با فرآوری سرباره قابل بازیابی است، اما همه آن برنمی‌گردد و فرآوری هزینه دارد. کم کردن سرباره در کوره همیشه به‌صرفه‌تر از بازیابی آن است.
افت ذوب شمش آلومینیوم چقدر است؟
به کوره، دما، روش شارژ و سربارهگیری هر کارگاه بستگی دارد و عدد ثابتی ندارد. شمش تمیز و خشک معمولاً پایینترین افت را میان مواد اولیه دارد؛ عدد دقیق را با فرمول بالا در کارگاه خودتان اندازه بگیرید.
تفاوت افت ذوب و راندمان ریختهگری چیست؟
افت ذوب فلزی است که در کوره اکسید میشود و از دست میرود. راندمان ریختهگری نسبت قطعه سالم به مذاب ریختهشده است؛ راهگاه و قطعه معیوب دوباره ذوب میشوند و از دست نمیروند.
