Research on Formulation Optimization of Submerged Arc Welding Flux Prepared from Steel Slag
इस अध्ययन ने स्टील स्लैग-आधारित सबमर्ज्ड आर्क वेल्डिंग फ्लक्स फॉर्मुलेशन को अनुकूलित करने के लिए एक एक्सट्रीम वर्टेक्स डिजाइन पद्धति का उपयोग किया, जो यह प्रदर्शित करता है कि परिणामी वेल्ड व्यावसायिक मानकों के अनुरूप हैं और साथ ही वेल्ड मेटल की तत्व संरचना की सटीक भविष्यवाणी करने के लिए सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण प्रतिगमन मॉडल स्थापित करते हैं।
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हर साल, दुनिया लगभग दो अरब टन स्टील का उत्पादन करती है, एक ऐसी सामग्री जो हमारे शहरों, पुलों और मशीनों का निर्माण करती है। फिर भी, निर्मित प्रत्येक टन स्टील के लिए, स्टील स्लैग के रूप में कचरे की एक महत्वपूर्ण मात्रा उत्पन्न होती है, जो स्मेल्टिंग (प्रगलन) प्रक्रिया का एक पथरीला उपोत्पाद है। यह सामग्री अक्सर लैंडफिल में पड़ी रहती है, जो स्थान घेरती है और पर्यावरणीय चुनौतियां पैदा करती है। इसी समय, स्टील उद्योग धातु के टुकड़ों को आपस में जोड़ने के लिए 'फ्लक्स' नामक एक विशेष सामग्री पर बहुत अधिक निर्भर करता है। सबमर्ज्ड आर्क वेल्डिंग के रूप में जानी जाने वाली एक सामान्य वेल्डिंग विधि में, यह फ्लक्स एक सुरक्षात्मक कंबल के रूप में कार्य करता है, जो गर्म धातु के ऊपर पिघलकर उसे हवा से बचाता है और एक मजबूत, स्वच्छ बंधन सुनिश्चित करता है। पारंपरिक रूप से, ये फ्लक्स खनन किए गए खनिजों से बनाए जाते हैं, लेकिन शोधकर्ता लंबे समय से यह सोच रहे थे कि क्या स्टील निर्माण से निकलने वाले प्रचुर मात्रा में कचरे को इस आवश्यक घटक में बदला जा सकता है, जिससे निपटान की समस्या को एक मूल्यवान संसाधन में परिवर्तित किया जा सके।
जिनझोंग वोकेशनल एंड टेक्निकल कॉलेज और ताइयुआन यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस विचार का परीक्षण करने का निर्णय लिया। उन्होंने इलेक्ट्रिक फर्नेस स्लैग लिया, जो सिलिकॉन और एल्युमीनियम से भरपूर स्टील का एक विशिष्ट प्रकार का कचरा है, और एक नया वेल्डिंग फ्लक्स तैयार करने का प्रयास किया जो SJ501 नामक एक मानक व्यावसायिक उत्पाद के प्रदर्शन से मेल खा सके। चुनौती केवल स्लैग को अन्य सामग्रियों के साथ मिलाने की नहीं थी, बल्कि सटीक नुस्खा (रेसिपी) खोजने की थी। टीम को यह निर्धारित करने की आवश्यकता थी कि स्लैग का कितना उपयोग किया जाए और इसे चार अन्य खनिज योजकों—टाइटेनियम डाइऑक्साइड, फ्यूज्ड मैग्नीशिया, बॉक्साइट और फ्लोराइट—के साथ कैसे संतुलित किया जाए, ताकि एक ऐसा मिश्रण बनाया जा सके जो सही ढंग से पिघले और उच्च गुणवत्ता वाला वेल्ड तैयार करे। इस जटिल पहेली को हजारों बार परीक्षण और त्रुटि (ट्रायल-एंड-एरर) के प्रयोगों के बिना हल करने के लिए, उन्होंने एक व्यवस्थित डिजाइन पद्धति का उपयोग किया जिसने उन्हें कुशलतापूर्वक संयोजनों की एक विस्तृत श्रृंखला का परीक्षण करने की अनुमति दी।
शोधकर्ताओं ने इस नए स्लैग-आधारित फ्लक्स के पच्चीस अलग-अलग संस्करण बनाए, जिनमें से प्रत्येक में चार खनिज योजकों का अनुपात थोड़ा भिन्न था, जबकि स्टील स्लैग की मात्रा को चालीस प्रतिशत पर स्थिर रखा गया था। फिर उन्होंने इन मिश्रणों का उपयोग स्टील की प्लेटों को वेल्ड करने के लिए किया, और परिणामों का सावधानीपूर्वक अवलोकन किया। दृश्य निरीक्षण से पता चला कि नए फ्लक्स ने उल्लेखनीय रूप से अच्छा प्रदर्शन किया; वेल्डिंग आर्क स्थिर रहा, पिघला हुआ स्लैग धातु से साफ तरीके से अलग हो गया, और परिणामी वेल्ड बीड्स सीधे थे और सतह के दोषों जैसे गड्ढों या दरारों से मुक्त थे। गहराई से देखने के लिए, टीम ने अल्ट्रासोनिक परीक्षण का उपयोग किया, जो छिपे हुए दोषों का पता लगाने के लिए धातु के माध्यम से ध्वनि तरंगें भेजता है, और पाया कि नए वेल्ड की आंतरिक संरचना उतनी ही ठोस थी जितनी कि व्यावसायिक मानक से बने वेल्ड की होती है। जब उन्होंने सूक्ष्मदर्शी के नीचे धातु का परीक्षण किया, तो नए वेल्ड ने फेराइट और पर्लाइट से बनी एक सघन, स्वस्थ संरचना दिखाई, जो मजबूत, विश्वसनीय स्टील जोड़ों में पाए जाने वाले सूक्ष्म पैटर्न के समान है। उन्होंने वेल्ड के आर-पार धातु की कठोरता को भी मापा और पाया कि नए मिश्रणों ने व्यावसायिक उत्पाद के अनुरूप परिणाम दिए, जिसमें घर्षण प्रतिरोध (वियर रेजिस्टेंस) में कुछ भिन्नताएं थीं जिन्हें रेसिपी को समायोजित करके ट्यून किया जा सकता है।
केवल यह सिद्ध करने के अलावा कि नया फ्लक्स काम करता है, अध्ययन का उद्देश्य घटकों और वेल्ड की अंतिम रासायनिक संरचना के बीच संबंध को समझना था। शोधकर्ताओं ने वेल्डिंग के बाद धातु में मौजूद रासायनिक तत्वों का विश्लेषण किया और भविष्य कहने वाले मॉडल बनाने के लिए सांख्यिकीय उपकरणों का उपयोग किया। इन मॉडलों ने उन्हें यह देखने की अनुमति दी कि प्रत्येक खनिज योजक की मात्रा बदलने से अंतिम वेल्ड में एल्युमीनियम, मैंगनीज और निकल जैसे विशिष्ट तत्वों के स्तर को कैसे प्रभावित किया जाता है। विश्लेषण ने दिखाया कि ये गणितीय मॉडल अत्यधिक प्रभावी थे, विशेष रूप से एल्युमीनियम, मैंगनीज और निकल की मात्रा की भविष्यवाणी करने के लिए, और डेटा ने पुष्टि की कि मॉडल इन तत्वों की विविधताओं को सटीक रूप से समझा सकते हैं। इसका अर्थ यह है कि भविष्य में, इंजीनियर फ्लक्स की रेसिपी को समायोजित करके वेल्ड के रासायनिक गुणों को अधिक सटीकता के साथ नियंत्रित कर सकते हैं।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि स्टील स्लैग को वास्तव में एक उच्च-प्रदर्शन वाले वेल्डिंग फ्लक्स में सफलतापूर्वक परिवर्तित किया जा सकता है जो औद्योगिक मानकों को पूरा करता है। नई सामग्री न केवल मौजूदा व्यावसायिक फ्लक्स की गुणवत्ता से मेल खाती है, बल्कि औद्योगिक कचरे को कम करने का एक मार्ग भी प्रदान करती है। फ्लक्स के फॉर्मूलेशन और वेल्ड की रासायनिक संरचना के बीच एक स्पष्ट संबंध स्थापित करके, शोधकर्ताओं ने इन पर्यावरण के अनुकूल सामग्रियों को विकसित करने के लिए एक विश्वसनीय तरीका प्रदान किया है। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि जिसे कभी कचरा माना जाता था, उसे विनिर्माण प्रक्रिया के एक प्रमुख घटक के रूप में पुनर्कल्पित किया जा सकता है, जो एक व्यावहारिक समाधान प्रदान करता है जो पर्यावरण और स्टील उद्योग दोनों को लाभ पहुँचाता है।
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