אופטימיזציה של טכנולוגיית תנור גרפיט קרוסיב לביצועים ממושכים ויעילות עלויות

ייצור כור היתוך של גרפיט התפתח משמעותית עם הופעת טכנולוגיית הכבישה איזוסטטית, מה שהפך אותו לטכניקה המתקדמת ביותר בעולם. בהשוואה לשיטות דחיסה מסורתיות, כבישה איזוסטטית מביאה לכרות עם מרקם אחיד, צפיפות גבוהה יותר, יעילות אנרגטית ועמידות מעולה לחמצון. הפעלת לחץ גבוה במהלך היציקה משפרת משמעותית את מרקם כור היתוך, מפחיתה את הנקבוביות וכתוצאה מכך מגבירה את המוליכות התרמית ואת העמידות בפני קורוזיה, כפי שמודגם באיור 1. בסביבה איזוסטטית, כל חלק בכור היתוך חווה לחץ יציקה אחיד, מה שמבטיח עקביות חומר לכל אורכו. שיטה זו, כפי שמוצג באיור 2, עולה בביצועיה על תהליך הדחיסה המסורתי, ומוביל לשיפור משמעותי בביצועי כור היתוך.

1. הצגת הבעיה

דאגה עולה בהקשר של תנור כור היתוך עשוי תיל התנגדות לבידוד מסגסוגת אלומיניום, המשתמש בכורי היתוך גרפיט מחוררים, עם אורך חיים של כ-45 ימים. לאחר 20 ימי שימוש בלבד, נצפית ירידה ניכרת במוליכות התרמית, מלווה בסדקים זעירים על פני השטח החיצוניים של כור ההיתוך. בשלבים מאוחרים יותר של השימוש, ניכרת ירידה חדה במוליכות התרמית, מה שהופך את כור ההיתוך לכמעט בלתי מוליך. בנוסף, מתפתחים סדקים מרובים על פני השטח, ושינוי צבע מתרחש בחלקו העליון של כור ההיתוך עקב חמצון.

בבדיקת תנור כור ההיתוך, כפי שמוצג באיור 3, נעשה שימוש בבסיס המורכב מלבנים חסינות אש מוערמות, כאשר גוף החימום התחתון ביותר של חוט ההתנגדות ממוקם 100 מ"מ מעל הבסיס. ראש כור ההיתוך אטום באמצעות שמיכות סיבי אסבסט, הממוקמות כ-50 מ"מ מהקצה החיצוני, וחושף שחיקה משמעותית בקצה הפנימי של ראש כור ההיתוך.

2. שיפורים טכנולוגיים חדשים

שיפור 1: אימוץ כור היתוך גרפיט חרסית דחוסה איזוסטטית (עם זיגוג עמיד לחמצון בטמפרטורה נמוכה)

השימוש בכור היתוך זה משפר משמעותית את יישומו בתנורי בידוד מסגסוגת אלומיניום, במיוחד מבחינת עמידות בפני חמצון. כורי היתוך גרפיט בדרך כלל מתחמצנים בטמפרטורות מעל 400 מעלות צלזיוס, בעוד שטמפרטורת הבידוד של תנורי סגסוגת אלומיניום נעה בין 650 ל-700 מעלות צלזיוס. כורי היתוך עם זיגוג עמיד בפני חמצון בטמפרטורה נמוכה יכולים להאט ביעילות את תהליך החמצון בטמפרטורות מעל 600 מעלות צלזיוס, מה שמבטיח מוליכות תרמית מעולה לאורך זמן. בו זמנית, הוא מונע ירידה בחוזק עקב חמצון, ומאריך את תוחלת החיים של כור היתוך.

שיפור 2: בסיס תנור המשתמש בגרפיט מאותו חומר כמו כור ההיתוך

כפי שמוצג באיור 4, שימוש בבסיס גרפיט מאותו חומר כמו כור ההיתוך מבטיח חימום אחיד של תחתית כור ההיתוך במהלך תהליך החימום. זה ממתן מפלים בטמפרטורה הנגרמים מחימום לא אחיד ומפחית את הנטייה לסדקים כתוצאה מחימום תחתון לא אחיד. בסיס הגרפיט הייעודי מבטיח גם תמיכה יציבה לכור ההיתוך, תוך יישור עם תחתיתו וממזער שברים הנגרמים ממאמץ.

שיפור 3: שיפורים מבניים מקומיים של הכבשן (איור 4)

1. קצה פנימי משופר של מכסה התנור, המונע ביעילות שחיקה בחלקו העליון של כור ההיתוך ומשפר משמעותית את איטום התנור.
2. יש לוודא שחוט ההתנגדות מאוזן עם תחתית כור ההיתוך, כדי להבטיח חימום תחתון מספק.
3. מזעור ההשפעה של אטמי שמיכת הסיבים העליונים על חימום כור ההיתוך, הבטחת חימום נאות בחלקו העליון של כור ההיתוך והפחתת השפעות החמצון בטמפרטורה נמוכה.

שיפור 4: עידון תהליכי השימוש ב-Crucible

לפני השימוש, יש לחמם מראש את כור ההיתוך בכבשן בטמפרטורות מתחת ל-200 מעלות צלזיוס למשך 1-2 שעות כדי להסיר לחות. לאחר החימום המוקדם, יש להעלות במהירות את הטמפרטורה ל-850-900 מעלות צלזיוס, תוך צמצום זמן השהייה בין 300-600 מעלות צלזיוס כדי להפחית חמצון בטווח טמפרטורות זה. לאחר מכן, יש להוריד את הטמפרטורה לטמפרטורת העבודה ולהכניס חומר אלומיניום נוזלי לפעולה רגילה.

בשל ההשפעות הקורוזיביות של חומרי זיקוק על כור היתוך, יש להקפיד על פרוטוקולי שימוש נכונים. הסרת סיגים באופן קבוע היא חיונית ויש לבצעה כאשר כור היתוך חם, שכן ניקוי הסיגים הופך למאתגר אחרת. מעקב קפדני אחר המוליכות התרמית של כור היתוך ונוכחות הזדקנות על דפנות כור היתוך הוא קריטי בשלבים מאוחרים יותר של השימוש. יש לבצע החלפות בזמן כדי למנוע אובדן אנרגיה מיותר ודליפת נוזל אלומיניום.

3. תוצאות שיפור

ראוי לציין את אורך החיים המוארך של כור ההיתוך המשופר, תוך שמירה על מוליכות תרמית למשך פרקי זמן ממושכים, ללא נצפתה סדקים על פני השטח. משוב משתמשים מצביע על ביצועים משופרים, לא רק בהפחתת עלויות הייצור אלא גם בשיפור משמעותי של יעילות הייצור.

4. סיכום

1. כורי היתוך של גרפיט חרס איזוסטטיים לחוצים עולים על כורי היתוך מסורתיים מבחינת ביצועים.
2. מבנה התנור צריך להתאים לגודל ולמבנה של כור ההיתוך לקבלת ביצועים אופטימליים.
3. שימוש נכון בכור היתוך מאריך משמעותית את תוחלת החיים שלו, ושולט ביעילות בעלויות הייצור.

באמצעות מחקר קפדני ואופטימיזציה של טכנולוגיית תנור כור היתוך, הביצועים ותוחלת החיים המשופרים תורמים באופן משמעותי לשיפור יעילות הייצור וחיסכון בעלויות.