อากาศอัดและก๊าซไนโตรเจน สิ่งที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมโลหะ

เมื่อพูดถึงโลหะ คุณนึกถึงอะไรคะ? เหล็ก ท่อ เหล็กเส้น ถูกต้องค่ะ!! โลหะ (Metals) ก็คือสินแร่ชนิดหนึ่งที่มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง นำความร้อนและไฟฟ้าได้ มีความคงทนถาวร แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท  คือโลหะประเภทเหล็กและโลหะบริสุทธิ์ที่ไม่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบ 

อุตสาหกรรมโลหะ (Metal Industry) เป็นอุตสาหกรรมที่มีความสำคัญต่อการพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศ เนื่องจากมีความจำเป็นต่อการผลิตในภาคอุตสาหกรรมต่อเนื่อง อาทิ การแปรรูปโลหะ อุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้า ยานยนต์ สะพาน ทางหลวง ก่อสร้าง พลังงาน บรรจุภัณฑ์ เสาส่งสัญญาณสาธารณูปโภค ผลิตภัณฑ์สำหรับรางรถไฟ  และอื่นๆ อีกมากมาย  โดยในแต่ละปีการผลิตและการบริโภคโลหะของประเทศไทยมีมูลค่าหลายแสนล้านบาท ดังนั้นจึงเป็นหนึ่งในกลไกที่สำคัญในการขับเคลื่อนเศรษฐกิจมหภาคของประเทศ 

แล้วคุณทราบหรือไม่ว่าอากาศอัด และก๊าซไนโตรเจนนั้นอยู่เบื้องหลังกระบวนการผลิตของอุตสาหกรรมนี้ เพราะ อากาศอัด เปรียบเสมือนต้นกำลังของเครื่องจักรและเครื่องมือต่างๆ นอกจากนำก๊าซไนโตรเจนยังมีส่วนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตและลดความเสี่ยงจากการระเบิดได้อีกด้วย เอาเป็นว่าในโรงงานผลิตเหล็กหรืออลูมิเนียม แม้แต่โรงถลุงเหล็ก นั้นล้วนมีปั๊มลมหรือเครื่องอัดอากาศ (air compressor และเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน (Nitrogen Generator) ทั้งสิ้น ทำได้อย่างไร มาดูกันค่ะ 

โรงงานผลิตในอุตสาหกรรมโลหะจะใช้ อากาศอัด เพื่อทำให้แผ่นเหล็กหรือแท่งเหล็กเย็นลงหลังจากที่ได้ขึ้นรูปแล้ว โดยการบีบอัดอากาศแรงดันปานกลางผสมกับน้ำแล้วพ่นลงบนแผ่นเหล็กหรือแท่งเหล็กร้อนๆ ผลที่ได้คือจะได้ความเย็นที่สม่ำเสมอและรวดเร็ว

Bag Houses คือตัวกรองและอุปกรณ์เก็บฝุ่นชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่นำอนุภาคออกมาจากอากาศ เป็นระบบดักฝุ่นที่รับอากาศผ่านระบบท่อ โดยที่ถุงดักจับฝุ่นนี้จะทำหน้าที่ดักจับฝุ่นและ อากาศอัด ที่เคลื่อนผ่านตัวกรองนี้เป็นระยะๆ นอกจากนี้ตัวกรอง Bag Houses ยังสามารถทำความสะอาดตัวมันเองได้อีกด้วย เนื่องจากฝุ่นจะเข้าไปในถังและจะถูกขจัดออกเอง มักใช้ในโรงถลุงเหล็ก เพื่อควบคุมมลพิษทางอากาศ 

การเปลี่ยนแร่เหล็กที่อยู่ในรูปเหล็กออกไซด์ ให้กลายเป็นเหล็กที่อยู่ในรูปของของเหลว โดยแร่เหล็กต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นแร่เหล็ก ถ่านโค้กและหินปูนจะถูกผสมรวมกันในเตาหลอมเพื่อผลิตออกมาเป็นเหล็ก (steel) ซึ่งเราจะบีบอัดลมร้อนเข้าไปในเตาเผาเพื่อให้แร่ต่างๆ ถึงจุดหลอมเหลว

เราจะใช้ความร้อนระหว่าง 1,000 ° ถึง 2000 ° C ในการหลอมถ่านหินบิทูมินัส (Bituminous coal) เพื่อให้ออกมาเป็นถ่านโค้ก โรงงานผลิตถ่านโค้กจึงต้องการการจ่าย อากาศอัด ที่รันต่อเนื่องอย่างน้อย 3 เดือน

กระบวนการผลิตโลหะหลายๆ กระบวนการจำเป็นต้องพึ่งพา อากาศอัด เพื่อขับเคลื่อนวาล์วหรือระบบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องบด (Crust breaking) หัวเป่าลม (air nozzles) ระบบลำเลียงวัสดุด้วยลม (pneumatic conveying) เป็นต้น

การผลิตเหล็กกล้าด้วยเตาออกซิเจนนั้น เราจะผสมเหล็ก เศษเหล็ก และฟลักซ์รวมกันในเตาเผาออกซิเจน จากนั้นเราจะบีบอัดก๊าซออกซิเจนบริสุทธิ์ 99% เข้าไปในเตาด้วยท่อส่งออกซิเจน ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น เพื่อหลอมเหลวเศษเหล็ก

เราจะบีบอัดก๊าซไนโตรเจน เข้าไปในอะลูมิเนียมหลอมเหลว (molten aluminum) เพื่อขจัดสิ่งสกปรกออกจากโลหะ ซึ่งเป็นจุดอ่อนของผลิตภัณฑ์หลังจากขึ้นรุป

การรักษาความร้อนด้วยการอบชุบเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโลหะ โดยวิธีการนี้เราจะใชก๊าซไนโตรเจน ในการรักษาความเฉื่อยในเตาเผา ซึ่งหมายความว่าหากเราขจัดก๊าซออกซิเจนออกไป จะสามารถช่วยลดโอกาสการเกิดออกซิเดชันในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปได้ นอกจากนี้ยังใช้เร่งการดูดซับคาร์บอนในโลหะที่ผ่านการกรองเรียบร้อยแล้ว ช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันระหว่างขั้นตอนการหล่อเย็นของเหล็กและใช้สำหรับกระบวนการหลอมเพื่อป้องกันไม่ให้ปฏิกิริยาคายความร้อนและเตาเผามีความร้อนสูงเกินไป

หลังจากขึ้นรูปโลหะเรียบร้อยแล้ว เราจะใช้ก๊าซไนโตรเจน เคลือบโลหะและวัสดุอื่นๆ เพื่อป้องกันการกัดกร่อน เนื่องจากก๊าซไนโตรเจนมีคุณสมบัติช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันได้ 

กระบวนการตัดด้วยพลาสมาเป็นกระบวนการที่วัตถุจะถูกตัดเฉือนด้วยพลาสมาความร้อนสูงร้อนที่ถูกเร่งความเร็วสูง โดยเราจะใช้ อากาศอัด หรือก๊าซไนโตรเจนในการตัดด้วยพลาสม่า ทำให้ชิ้นงานหลอมละลายและขาดออกจากกันด้วยแรงดันสูง