روغن عملیات حرارتی چیست؟
روغن عملیات حرارتی سیالی خنک کننده می باشد که برای خنک کردن قطعات در حین انجام عملیات های حرارتی صنایع مختلف از جمله خودروسازی، صنایع نظامی و صنایع فولاد کاربرد دارد و در پروسه سختکاری قطعات فولادی مانند چرخ دنده، شفت، بلبرینگ، میل بادامک، میل لنگ و ... مورد استفاده قرار می گیرد. روغن های عملیات حرارتی قابل کاربرد در دامنه وسیعی از دما هستند. حرارت دادن و آلودگی هایی نظیر نمک، آب، سیالات هیدرولیک و خاکستر می توانند اثرات نامطلوبی بر کارآیی این روغن ها داشته باشند و موجب عدم یکپارچگی انتقال حرارت شده و در نهایت به کاهش طول عمر روغن حرارتی منجر شوند.
ویژگی های فیزیکی روغن عملیات حرارتی
برای کنترل دقیق عملیات حرارتی لازم است تا تغییرات کیفیت روغن کوئینچینگ(Quenching oil) در مدت زمان استفاده ثبت و بررسی شود که این امر با انجام آزمایش هایی جهت تعیین مشخصات فیزیکی روغن از جمله ویسکوزیته، حجم آب، نقطه اشتعال، عدد اسیدی(AN)، عدد رسوب، آنالیز عنصری و یا مطالعه سرعت خنک کنندگی روغن قابل انجام است.چگونگی بررسی مشخصات فیزیکی روغن حرارتی به شرح زیر می باشد:
-
ویسکوزیته روغن
کارآیی یک روغن کوئینچینگ(Quenching oil) به تغییرات ویسکوزیته آن ارتباط مستقیم دارد. تجزیه روغن به دلیل حرارت و اکسید اسیون موجب تغییر ویسکوزیته روغن می شود و به دنبال آن میزان سرعت انتقال حرارت با کاهش ویسکوزیته افزایش و با افزایش آن، کاهش می یابد. در بررسی پروسه رفع نقص سیستم، می بایست تغییرات ویسکوزیته سیال کوئینچینگ به عنوان تابعی از دما در مدت زمان استفاده از آن ثبت و سپس داده ها به صورت نمودار رسم گردد. هم چنین می بایست ویسکوزیته را در دمای تقریبی ۴۰ درجه سانتی گراد جهت پیدا کردن اولین نقطه نمودار در زمان صفر بر اساس استاندارد ASTM-D-445 تخمین زد.
- میزان آب
آب حاصل از تجزیه و یا آلودگی روغن در حدود ۰/۱ درصد ممکن است موجب بروز پدیده Soft Spot ، سختی غیریکنواخت، لکه، کف و در نهایت آتش سوزی شود. زمانی که روغن آلوده به آب حرارت داده شود صدایی نظیر شکسته شدن از آن به گوش می رسد که این امر اساس تست کیفیت برای شناسایی آب در روغن است. اغلب آزمایشگاه ها، آنالیز کارل- فیشر را بر اساس استاندارد ASTM-D-6304 و یا تقطیر را بر اساس استاندارد ASTM-D-95 به همین منظور انجام می دهند.
- نقطه اشتعال
نقطه اشتعال دمایی است که روغن و بخار آن در تعادل با یکدیگر تولید گاز قابل احتراق می کنند، که در کنار منبع اشتعالی محترق می شود. تغییر در این پارامتر نشان دهنده آلودگی موجود در روغن و یا تجزیه آن است.
دو نوع آزمایش جهت تعیین این مشخصه قابل استفاده است : Open Cup ، Closed Cup
در روش Closed Cup بر اساس استاندارد ASTM-D-93 ، مایع و بخار در یک محفظه بسته حرارت داده می شوند. حضور مقدار کمی آلودگی با دمای جوش پایین در فاز بخار موجب می شود تا نقطه اشتعال پایین تری به ثبت برسد.
ولی در روش Open Cup محصولات جانبی در زمان حرارت دادن از بین می رود.
معمول ترین روش Open Cup ، آزمایش «Cleveland» بر اساس استاندارد ASTM-D-92 است. کمترین نقطه اشتعال یک روغن در شرایط معمولی می بایست ۹۰ درجه سانتی گراد بالاتر از دمایی باشد که روغن مورد استفاده قرار می گیرد.
- اسیدیته(عدد اسیدی)
محصولات جانبی تولید شده حاصل از تجزیه روغن توسط آنالیز شیمیایی قابل شناسایی و اندازه گیری است. تعیین عدد اسیدی (AN) یکی از معمول ترین روش ها براساس استاندارد D-974 و ASTM-D-664 است که در آن این پارامتر، با استفاده از تیتراسیون KOH به صورت mg (KOH) / g sample(مقدار میلی گرم هیدروکسید پتاسیم به ازای هر گرم از نمونه) گزارش می شود. با اکسید شدن روغن عموماً این عدد افزایش یافته و روغن خاصیت اسیدی بیشتری پیدا می کند.
- تشکیل رسوب یا لجن
یکی از مشکلات مهم موجود در روغن های عملیات حرارتی تشکیل رسوب است. وجود رسوب باعث عدم یکپارچگی انتقال حرارت، افزایش گرادیان های حرارتی و تجزیه ملکول ها می شود. همچنین رسوب موجب انسداد فیلترها و کثیف شدن سطوح مبدل حرارتی شده و به این ترتیب نرخ انتقال حرارت کاهش یافته و تجمع حرارت در سیستم موجب آتش سوزی می شود.
رسوب ها اغلب توسط تجزیه حرارتی و اکسیداسیون روغن ها ایجاد می شوند. واکنش های اکسیداسیون موجب پلیمریزه شدن و تجزیه ملکول های غیر محلول در روغن می شود. به طور کلی میزان متوسط رسوب در روغن توسط اضافه کردن برش نفتا به روغن و تخمین کاهش حجم بعد از سانتریفوژ کردن تعیین می شود. هم چنین با مقایسه تشکیل رسوب در روغن تازه و کارکرده، عمر باقیمانده روغن محاسبه می شود.
-
- روش های آزمایشگاهی قابل استفاده عبارتند از:
1-Conradson Carbon Number
2-Hot-Panel Coker Test
3-Rotary Pressure Vessel Oxidation Test(RPVOT)
- روش های آزمایشگاهی قابل استفاده عبارتند از:
- آنالیز عنصری
زمانی که ادتیوهای فلزی آلی مانند نمک های فلزی در ترکیبات روغن های عملیات حرارتی استفاده می شود سرعت انتقال حرارت این روغن ها تسریع می شود. یکی از روش های معمول، اسپکتروسکوپی پلاسمای القایی زوج بر اساس استاندارد، ASTM-D-4951 or D-6595 است که معمولاً غلظت عناصر را برحسب PPM در روغن اندازه گیری می کند:
Al-Ba-B-Ca-Cd-Co-Cr-Cu-Fe-Mg-Mn-Mo-Ni-P-Ag-Pb-S-Sb-Si-Sn-Ti-V-Zn
- مطالعه سرعت خنک کنندگی
یکی از قدیمی ترین آزمایش های کمی در تعیین کیفیت خنک کنندگی روغن، انتقال حرارت روش GM تست Nickel ball بر اساس استاندارد ASTM-D-3520 است. در این آزمایش یک توپ نیکلی تا دمای ۸۸۵ درجه سانتی گراد حرارت داده می شود و سپس در یک ظرف حاوی روغن کوئینچینگ با دمای ۲۷-۲۱ درجه سانتی گراد رها می شود،دمایی که در آن توپ نیکلی خاصیت پیدا می کند حدود ۳۵۴ درجه سانتی گراد است که در این زمان، این توپ جذب آهنربای موجود در کنار ظرف می شود. به این ترتیب زمانی که لازم است تا توپ نیکلی از دمای ۸۸۵ به ۳۵۴ درجه سانتی گراد برسد ثبت می شود.
کوئینچ متر GM به مدت ۴۰ سال برای تخمین و تقسیم بندی روغن های عملیات حرارتی مورد استفاده بوده است ولی این روش هیچ نوع اطلاعاتی در زمینه مکانیسم خنک کنندگی و جزئیات آن ارائه نمی دهد.در شرایط بحرانی برای مشخص نمودن جزئیات، بجای استفاده از روش GM باید بر اساس استاندارد ISO-9950 و یا ASTM-D-6200 و آنالیز منحنی خنک کنندگی، تغییرات ایجاد شده را بررسی کرد.
نکته قابل توجه این است که گرچه آنالیزمنحنی خنک کنندگی وسیله ای با ارزش جهت ثبت و رفع نقص کارآیی روغن کوئینچینگ است ولی هنوز تعیین مشخصات فیزیکی جهت شناسایی علت و رفتارهای متفاوت خنک کنندگی مورد نیاز است.
ویژگی روغن عملیات حرارتی
- نقطه اشتعال بالا
روغن عملیاتی باید در برابر آتش گرفتن و اشتعال مقاومت زیادی داشته و دارای نقطه‌جوش بالایی باشد این مورد نیز از مزیت‌های بزرگ این روغن می باشد.
- نقطه تبخیر پایین
میزان تبخیر در این نوع از روغن بسیار پائین است و احتمال تبخیر آن در حرارت‌های بالا کم است که این ویژگی مهم، این نوع از روغن‌های صنعتی را با دیگر روغن‌ها متمایز می‌کند.
- خاصیت خنک کنندگی به طور یکنواخت
- پایداری حرارتی و مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون
این روغن افزودنی های ضداکسیداسیون نیز دارد که باعث جلوگیری از اکسیداسیون و فاسد شدن روغن وتغییر اسیدیته آن می شود و همچنین مانع ته نشین شدن لجن درروغن می گردد.
- مقاوم در برابر خوردگی
این روغن افزودنی ضد خوردگی را دارند که از زنگ زدگی فولاد جلوگیری می کند، ولی باید دقت شود که آب و رطوبت با روغن مخلوط نشود چون باعث بروز خوردگی می شود.
کاربرد روغن عملیات حرارتی
- صنایع نظامی
- صنایع فولاد
در پروسه سختکاری برای قطعات فولادی همانند بلبرینگ، میل بالا، میل لنگ، بادامک، چرخ‌دنده شفت و درعملیات کوئینچینگ کاربرد دارد.
- صنعت خودروسازی
- برای هیترهای روغن درصنایع پتروشیمی وپالایشگاهی
برای هیتر روغنی ،روغن عملیات حرارتی بهران مناسب می باشد که ازروغن پارافینیک ساخته شده و تا دمای 320 درجه سانتی گراد مقاومت دارد.
- صنایع شیمیایی و صنعت نفت و گاز
- سیستم‌های حرارتی خورشیدی
از این روغن به‌عنوان وسیله و محیط ذخیره‌سازی گرما استفاده می‌کنند. این محیط به نیروگاه‌های تولید برق این امکان را فراهم می‌کند که حتی در نبود نور خورشید هم به تولید برق بپردازند.
- گرمایش بیودیزل
جهت تولید کاغذ، مقوا و همچنین استخراج فلزات نجیب از روغن مقاوم به حرارت استفاده می‌کند.
- لباس‌شویی‌های صنعتی
در بسیاری موارد، کم کم در حال جایگزین‌کردن روغن انتقال حرارت به جای بخارآب هستند.
- از روغن انتقال حرارت در سیستم ترموستات به‌عنوان انتقال‌دهنده و حامل گرما استفاده می‌شود.
- در صنایعی که به هوای گرم نیاز دارند از بخاری‌های حرارتی روغنی برای تولید هوای گرم استفاده می‌شود.
- برای نگه‌داری و حمل‌ونقل موادی که دمای انجماد پایینی دارند (مثلاً آسفالت) از بخاری‌های حرارتی روغنی استفاده می‌شود. (علی‌الخصوص برای حمل‌ونقل دریایی این مواد)
پارس کوئنچینگ روغن ویژه عملیات حرارتی است که فاقد اثر مخرب خوردگی بر روی آلیاژهای آهنی میباشد. روغن پارس کوئنچینگ H (گرید 150) برای عملیات حرارتي گرم (دمای حمام روغن تا 170 درجه سانتیگراد) و سایر گریدها برای عملیات حرارتی سرد (دمای حمام تا 80 درجه سانتیگراد) مناسب میباشد..
در صورت عدم دسترسی به روغن بهسان حرارت می توان از روغن های معادل مانند بهران حرارت و روغن انتقال حرارت ایرانول که دارای ویژگی های مشابه هستند نیز استفاده کرد.