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 
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. 

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.

Jenis-jenis penyahoksida

Penyahoksida logam 
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:

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

Oleh itu, persamaan keseimbangan kimia yang terlibat ialah:

di mana aox ialah aktiviti, atau kepekatan, oksida dalam keluli, aD ialah aktiviti agen penyahoksida, dan aO ialah aktiviti oksigen.

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

Keq boleh dimanipulasi oleh suhu keluli melalui persamaan berikut:

di mana AD dan BD adalah parameter khusus untuk penyahoksida yang berbeza dan T ialah suhu dalam K°. Di bawah ialah nilai untuk penyahoksida tertentu pada suhu 1873 K°.  

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 
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:

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

di mana PCO ialah tekanan separa karbon monoksida yang terbentuk.

Mengurangkan aktiviti oksigen(aO) 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 PCO, membolehkan lebih banyak gas CO dihasilkan.

Penyahoksidaan resapan 
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:

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.

Rujukan

Lihat juga 

 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

Metalurgi
Proses industri
Laman-laman dengan terjemahan-terjemahan yang belum disemak