Indukciós kemence olvasztótégely kiválasztása: agyag-grafit, szilícium-karbid és alumínium-oxid különböző ötvözetekhez
A tégely az a fogyóeszköz, amely meghatározza, hogy egy indukciós kemence mennyi ideig működik két felújítás között. Ha rosszul választjuk meg a tégelyt, akkor 50 hevítésenként kell újrabélelni a kemencét az 500 helyett. Ha jól választjuk meg, a gyártósor hónapokig működni fog. A megfelelő tégely kiválasztása az olvasztandó ötvözettől, a kemence méretétől, a felvett teljesítménytől és a kezelői gyakorlattól függ. Nincs univerzálisan legjobb megoldás.
Így születik meg a nehéz döntés.
Kezdje az ötvözettel.
A vas és az acél olvadáspontja 1150–1600 Celsius-fok között van, a széntartalomtól és az ötvözőadalékoktól függően. A tégelynek el kell viselnie a csúcshőmérsékletet egy biztonsági ráhagyással együtt. A tégely anyagának munkahőmérsékletének 100–200 Celsius-fokkal meg kell haladnia az olvadáspont csúcshőmérsékletét.
Vas és acél esetében a standard olvasztótégely agyag-grafit (más néven "clay kötésű grafit vagy "izosztatikus préselt agyaggrafit). Az agyag-grafit olvasztótégely grafit (jellemzően 30-50 százalék) és tűzálló agyag (jellemzően 50-70 százalék) keveréke, amelyet formára préselnek vagy döngölnek, majd kiégetnek. A grafit hősokk-állóságot és kenőképességet biztosít a olvasztótégelynek. Az agyag szilárdságot és erózióállóságot biztosít a olvasztótégelynek.
Egy tipikus agyag-grafit olvasztótégely egy 1 tonnás indukciós kemencéhez 50-80 mm falvastagságú, 800-1000 mm magas, külső átmérője pedig 600-800 mm. A olvasztótégely egy vízhűtéses réztekercsben helyezkedik el, egy tartalék tűzálló réteggel (jellemzően 10-30 mm száraz szilícium-dioxid homok vagy kerámia szál) a olvasztótégely és a tekercs között.
Az agyag-grafit olvasztótégely jó hősokk-állósággal rendelkezik – hideg állapotból olvadt acéllá alakulhat repedés nélkül, ami kritikus fontosságú az indukciós kemence működése szempontjából, ahol a olvasztótégely minden műszakban felmelegszik és lehűl. A hátránya, hogy az agyag-grafitot az olvadék elfogyasztja – a salakban lévő vas-oxid megtámadja az agyagban lévő szilícium-dioxidot, a grafitban lévő szén feloldódik az olvadékban, és a olvasztótégely fala idővel elvékonyodik. Egy tipikus agyag-grafit olvasztótégely 100-300 hevítést bír ki egy acélolvasztó indukciós kemencében, a mérettől, a teljesítménytől és a salakfeldolgozási gyakorlattól függően.
Magasabb hőmérsékletű ötvözetekhez és hosszabb élettartamhoz a szilícium-karbid (SiC) olvasztótégelyek jelentenek egy lehetséges megoldást. A SiC olvasztótégely jobban ellenáll az eróziónak, mint az agyag-grafit, különösen az agresszív salakokban. Hátránya, hogy a SiC drágább és törékenyebb – nem bírja olyan jól a hősokkot, mint az agyag-grafit. A SiC olvasztótégelyek gyakoriak a réz és a sárgaréz olvasztásában, ahol az üzemi hőmérséklet alacsonyabb, és a hősokk kevésbé súlyos.
Alumínium és cink olvasztásához a standard olvasztótégely anyaga az alumínium-oxid (Al2O3) vagy egy magas alumínium-oxid tartalmú tűzálló anyag. Az alumínium munkahőmérséklete 660-750 Celsius fok, ami jóval a legtöbb tűzálló anyag határértéke alatt van. A kihívást az jelenti, hogy az olvadt alumínium nagyon reaktív - megtámadja a szilícium-dioxid alapú tűzálló anyagokat azáltal, hogy a szilícium-dioxidot szilíciummá redukálja, amely feloldódik az olvadékban. Az eredmény egy magas szilíciumtartalmú alumíniumötvözet, egy erodált olvasztótégely és egy szennyezett olvadék.
Az alumínium-oxid olvasztótégelyek ellenállnak az alumínium támadásának, mivel az alumínium-oxid termodinamikailag stabil az olvadt alumíniummal érintkezve. A hátránya, hogy az alumínium-oxid drágább és törékenyebb, mint az agyag-grafit olvasztótégely. Egy tipikus alumíniumolvasztáshoz használt alumínium-oxid olvasztótégely 500-2000 melegítési ciklust bír ki, ami sokkal hosszabb, mint az agyag-grafit azonos alkalmazású olvasztótégelyéié.
Réz és sárgaréz olvasztásához a szilícium-karbid olvasztótégelyek a szabványosak. A SiC elviseli az 1000-1300 Celsius-fokos rézhőmérsékletet, ellenáll a réz-oxid salaknak, és jó hősokk-állósággal rendelkezik az indukciós fűtési ciklus során. A réz olvasztásához használt SiC olvasztótégely 300-1000 melegítést bír ki.
Nemesfémek (arany, ezüst, platina) esetében a standard olvasztótégely olvasztott szilícium-dioxid vagy nagy tisztaságú alumínium-oxid. A olvasztótégelynek kémiailag inertnek (az olvadék nem szennyeződhet) és termikusan stabilnak kell lennie. A költség magas, de a mennyiség alacsony.
A pohár alakja és mérete is számít.
Az indukciós kemence olvasztótégelyei jellemzően hengeresek, lapos vagy lekerekített aljúak. Az átmérőt és a magasságot a kemence mérete és az olvadékkapacitás határozza meg. Egy 500 kg-os kemence olvasztótégelyének átmérője körülbelül 400 mm, magassága pedig 600 mm. Egy 5 tonnás kemence olvasztótégelyének átmérője körülbelül 900 mm, magassága pedig 1500 mm. Egy 20 tonnás kemence olvasztótégelyének átmérője körülbelül 1500 mm, magassága pedig 2500 mm.
A falvastagság a tégely méretével arányos – a nagyobb tégelyeknek vastagabb falra van szükségük az olvadék mechanikai terhelésének elviseléséhez. Egy kis tégely falvastagsága lehet 30 mm, míg egy nagy tégelyé 100 mm.
A tégely aljának kialakítása kritikus fontosságú részlet. A lapos alj könnyebben gyártható, de a hőfeszültség a sarkokra koncentrálódik. A lekerekített alj egyenletesebben osztja el a feszültséget, és nagy tégelyekhez és nagy teljesítményű működéshez előnyösebb. A legtöbb nagy indukciós kemencében használt tégely félgömb alakú vagy kúpos aljú.
A tégely beszerelése 4-8 órás munka egy közepes méretű kemencében.
A telepítés a tekercs és a tartalék tűzálló anyag megtisztításával kezdődik. Az előző olvasztótégelyből származó fémmaradványokat, salakot vagy törmeléket el kell távolítani. Ezután beépítik az új tartalék tűzálló anyagot – jellemzően egy réteg száraz szilícium-dioxid-homokot döngölnek a helyére, vagy egy előre gyártott kerámia farostlemezt.
A tégelyt ezután leeresztik a kemencébe. Az illesztésnek koncentrikusnak kell lennie a tekerccsel - a rosszul beállított tégely egyenetlen elektromágneses csatolást, forró pontokat és idő előtti meghibásodást okoz. A tégelyt egy rögzítővel középre igazítják, majd a tégely és a tartó közötti rést homokkal vagy kerámiaszállal töltik ki.
Az új olvasztótégelyt az első olvasztás előtt szinterelik (kisütik). A szinterelési ciklus lassan, 4-8 óra alatt 800-1000 Celsius-fokra emeli a hőmérsékletet, eltávolítja a nedvességet és stabilizálja a olvasztótégelyt. A szinterezés után az első olvadékot betöltik, és a olvasztótégelyt üzembe helyezik.
Egy új olvasztótégely körültekintő kezelést igényel az első 10-20 melegítési ciklusban. A hideg töltet és a forró olvasztótégely közötti hősokk még egy jól beszerelt olvasztótégelyt is megrepeszthet. A kezelők jellemzően a olvasztótégely kapacitásának 50-70 százalékával töltik fel az első töltetet, megolvasztják és kiöntik belőle az anyagot, mielőtt az első teljes töltetet betöltenék. Ez a „"seasoning"” folyamat stabilizálja a olvasztótégelyt és meghosszabbítja az élettartamát.
A tégely meghibásodási módjai a működési valóságot képviselik.
A leggyakoribb meghibásodási mód a fal elvékonyodása. A salak és az olvadék megtámadja a tégely falát, a fal elvékonyodik, és végül a fal eltörik. A kezelő ezt az olvadék hőmérsékletének instabilitásának fokozatos növekedéseként érzékeli, mivel a tégely fala már nem szigeteli el az olvadékot a tekercs hűtésétől. A megoldás az, hogy a kemencét egy új tégellyel kell újrabélelni.
A második leggyakoribb meghibásodási mód a repedés. A hősokk (hidegtöltés, áramkimaradás vagy salakbeszivárgás) repedést hoz létre a tégely falában. A repedés lehet kicsi (hajszálvékony repedés, amely nem hatol be) vagy nagy (átmenő repedés, amely lehetővé teszi az olvadék szivárgását a tekercsbe). Egy kis repedés néha kezelhető néhány hevítésig, de egy nagy repedés vészhelyzetet jelent - döntse meg a kemencét, öntse bele az olvadékot, és állítsa le.
A harmadik meghibásodási mód a fém behatolása. Az olvadt fém beszivárog az olvasztótégely pórusaiba, fémhidat hozva létre az olvadék és a tekercs között. Ennek eredményeként áram halad át az olvasztótégelyen, az olvasztótégely egyenetlenül melegszik fel, és a meghibásodás felgyorsul. A fém behatolását általában a rossz minőségű tartalék tűzálló anyag, az alulszinterezett olvasztótégely vagy az első melegítések során fellépő túlzott teljesítmény okozza.
Szerző: MONTE INTELLIGENCE indukciós kemence mérnöki csapata. Olvasztótégely kiválasztásával és életciklus-tanulmányokkal kapcsolatban kérjük, vegye fel a kapcsolatot a helenxu@cnlymonte.com címen.
