De productie van grafietkroezen is aanzienlijk geëvolueerd met de komst van isostatische perstechnologie, waardoor dit wereldwijd de meest geavanceerde techniek is. In vergelijking met traditionele stampmethoden resulteert isostatisch persen in kroezen met een uniforme textuur, hogere dichtheid, energie-efficiëntie en superieure oxidatiebestendigheid. De toepassing van hoge druk tijdens het vormen verbetert de textuur van de kroes aanzienlijk, vermindert de porositeit en verhoogt vervolgens de thermische geleidbaarheid en corrosiebestendigheid, zoals geïllustreerd in figuur 1. In een isostatische omgeving ervaart elk onderdeel van de kroes een uniforme persdruk, waardoor de materiaalconsistentie overal gewaarborgd is. Deze methode, zoals weergegeven in figuur 2, overtreft het traditionele stampproces en leidt tot een aanzienlijke verbetering van de prestaties van de kroes.
1. Probleemstelling
Een punt van zorg is de smeltkroesoven met isolatiedraad van aluminiumlegering die gebruikmaakt van geramde grafietkroezen, met een levensduur van ongeveer 45 dagen. Na slechts 20 dagen gebruik wordt een merkbare afname van de thermische geleidbaarheid waargenomen, gepaard gaand met microscheurtjes aan de buitenkant van de kroes. In de latere gebruiksfasen is een sterke daling van de thermische geleidbaarheid zichtbaar, waardoor de kroes vrijwel niet meer geleidt. Daarnaast ontstaan er meerdere oppervlaktescheurtjes en treedt er verkleuring op aan de bovenkant van de kroes door oxidatie.
Bij inspectie van de smeltkroesoven, zoals weergegeven in figuur 3, wordt een basis van gestapelde vuurvaste stenen gebruikt, met het onderste verwarmingselement van de weerstandsdraad 100 mm boven de basis. De bovenkant van de smeltkroes is afgedicht met asbestvezeldekens, geplaatst op ongeveer 50 mm van de buitenrand, waardoor aanzienlijke slijtage aan de binnenrand van de smeltkroes zichtbaar is.
2. Nieuwe technologische verbeteringen
Verbetering 1: Gebruik van een isostatisch geperste kleigrafietkroes (met een oxidatiebestendig glazuur tegen lage temperaturen)
Het gebruik van deze smeltkroes verbetert de toepassing ervan in isolatieovens voor aluminiumlegeringen aanzienlijk, met name wat betreft oxidatiebestendigheid. Grafietsmeltkroezen oxideren doorgaans bij temperaturen boven 400 °C, terwijl de isolatietemperatuur van aluminiumlegeringsovens tussen 650 en 700 °C ligt. Smeltkroezen met oxidatiebestendig glazuur bij lage temperaturen kunnen het oxidatieproces effectief vertragen bij temperaturen boven 600 °C, wat zorgt voor een langdurige uitstekende thermische geleidbaarheid. Tegelijkertijd voorkomt het sterkteverlies door oxidatie, waardoor de levensduur van de smeltkroes wordt verlengd.
Verbetering 2: Ovenbasis met gebruik van grafiet van hetzelfde materiaal als de smeltkroes
Zoals afgebeeld in Figuur 4, zorgt het gebruik van een grafietbasis van hetzelfde materiaal als de kroes voor een gelijkmatige verwarming van de bodem van de kroes tijdens het verwarmingsproces. Dit vermindert temperatuurverschillen veroorzaakt door ongelijkmatige verwarming en vermindert de kans op scheuren als gevolg van ongelijkmatige verwarming van de bodem. De speciale grafietbasis garandeert ook een stabiele ondersteuning van de kroes, doordat deze in lijn ligt met de bodem en breuken door spanning tot een minimum beperkt.
Verbetering 3: Lokale structurele verbeteringen van de oven (Figuur 4)
- Verbeterde binnenrand van het ovendeksel voorkomt slijtage aan de bovenkant van de kroes en verbetert de afdichting van de oven aanzienlijk.
- Zorg ervoor dat de weerstandsdraad gelijk ligt met de bodem van de kroes, zodat er voldoende verwarming van de bodem is.
- Minimaliseer de invloed van de bovenste vezelafdichtingen op de verhitting van de kroes, zorg voor voldoende verhitting aan de bovenkant van de kroes en verminder de effecten van oxidatie bij lage temperatuur.
Verbetering 4: Verfijning van Crucible-gebruiksprocessen
Verwarm de kroes voor gebruik 1-2 uur in de oven bij temperaturen lager dan 200 °C om vocht te verwijderen. Verhoog na het voorverwarmen de temperatuur snel tot 850-900 °C en minimaliseer de verblijftijd tussen 300-600 °C om oxidatie binnen dit temperatuurbereik te verminderen. Verlaag vervolgens de temperatuur tot de bedrijfstemperatuur en voeg vloeibaar aluminiummateriaal toe voor normaal gebruik.
Vanwege de corrosieve effecten van raffinagemiddelen op smeltkroezen, is het belangrijk de juiste gebruiksprotocollen te volgen. Regelmatige slakverwijdering is essentieel en moet worden uitgevoerd wanneer de smeltkroes heet is, omdat het reinigen van slak anders lastig wordt. Zorgvuldige controle van de thermische geleidbaarheid van de smeltkroes en de aanwezigheid van veroudering op de wanden van de smeltkroes is cruciaal in de latere gebruiksfasen. Tijdige vervanging moet worden uitgevoerd om onnodig energieverlies en lekkage van aluminiumvloeistof te voorkomen.
3. Verbeteringsresultaten
De langere levensduur van de verbeterde smeltkroes is opmerkelijk: de thermische geleidbaarheid blijft langdurig behouden, zonder dat er oppervlaktescheuren optreden. Gebruikersfeedback wijst op verbeterde prestaties, wat niet alleen de productiekosten verlaagt, maar ook de productie-efficiëntie aanzienlijk verbetert.
4. Conclusie
- Isostatische geperste kleigrafietkroezen presteren beter dan traditionele kroezen.
- Voor optimale prestaties moet de structuur van de oven passen bij de grootte en structuur van de kroes.
- Door de smeltkroes op de juiste manier te gebruiken, wordt de levensduur ervan aanzienlijk verlengd en worden de productiekosten effectief beheerst.
Door nauwgezet onderzoek en optimalisatie van de technologie van smeltkroesovens leveren de verbeterde prestaties en levensduur een substantiële bijdrage aan een hogere productie-efficiëntie en kostenbesparingen.
Plaatsingstijd: 24-12-2023