Výroba grafitových kelímků se s příchodem technologie izostatického lisování výrazně vyvinula, což z ní činí celosvětově nejpokročilejší techniku. Ve srovnání s tradičními metodami pěchování vede izostatické lisování k kelímkům s jednotnou texturou, vyšší hustotou, energetickou účinností a vynikající odolností proti oxidaci. Aplikace vysokého tlaku během lisování výrazně zlepšuje texturu kelímku, snižuje pórovitost a následně zvyšuje tepelnou vodivost a odolnost proti korozi, jak je znázorněno na obrázku 1. V izostatickém prostředí je každá část kelímku vystavena rovnoměrnému lisovacímu tlaku, což zajišťuje konzistenci materiálu v celém rozsahu. Tato metoda, jak je znázorněno na obrázku 2, překonává tradiční proces pěchování, což vede k podstatnému zlepšení výkonu kelímku.
1. Vymezení problému
V souvislosti s pecí s kelímkem pro izolaci z hliníkové slitiny s odporovým drátem, která používá kelímky z natlačeného grafitu a má životnost přibližně 45 dní, vyvstává problém. Již po 20 dnech používání je pozorován znatelný pokles tepelné vodivosti, doprovázený mikrotrhlinami na vnějším povrchu kelímku. V pozdějších fázích používání je patrný prudký pokles tepelné vodivosti, což činí kelímek téměř nevodivým. Kromě toho se vyvíjejí četné povrchové trhliny a na horní straně kelímku dochází ke změně barvy v důsledku oxidace.
Při prohlídce kelímkové pece, jak je znázorněno na obrázku 3, je použita základna složená z naskládaných žáruvzdorných cihel, přičemž nejspodnější topný článek z odporového drátu je umístěn 100 mm nad základnou. Vršek kelímku je utěsněn pomocí azbestových vlákenných deček umístěných přibližně 50 mm od vnějšího okraje, což odhaluje značné oděrky na vnitřním okraji horní části kelímku.
2. Nová technologická vylepšení
Vylepšení 1: Použití izostaticky lisovaného hliněného grafitového kelímku (s nízkoteplotní oxidačně odolnou glazurou)
Použití tohoto kelímku výrazně zlepšuje jeho uplatnění v pecích na izolaci z hliníkových slitin, zejména z hlediska odolnosti proti oxidaci. Grafitové kelímky obvykle oxidují při teplotách nad 400 °C, zatímco izolační teplota pecí z hliníkových slitin se pohybuje mezi 650 a 700 °C. Kelímky s nízkoteplotní oxidačně odolnou glazurou mohou účinně zpomalit oxidační proces při teplotách nad 600 °C, čímž zajišťují dlouhodobě vynikající tepelnou vodivost. Současně zabraňují snížení pevnosti v důsledku oxidace, čímž prodlužují životnost kelímku.
Vylepšení 2: Základna pece s použitím grafitu ze stejného materiálu jako kelímek
Jak je znázorněno na obrázku 4, použití grafitové základny ze stejného materiálu jako kelímek zajišťuje rovnoměrné ohřev dna kelímku během procesu ohřevu. Tím se zmírňují teplotní gradienty způsobené nerovnoměrným ohřevem a snižuje se sklon k prasklinám v důsledku nerovnoměrného ohřevu dna. Speciální grafitová základna také zaručuje stabilní oporu kelímku, je zarovnána s jeho dnem a minimalizuje lomy způsobené napětím.
Vylepšení 3: Lokální strukturální vylepšení pece (obrázek 4)
- Vylepšený vnitřní okraj krytu pece, který účinně zabraňuje opotřebení horní části kelímku a výrazně zlepšuje utěsnění pece.
- Zajištění dostatečného ohřevu dna kelímku je nutné, aby byl odporový drát v úrovni dna kelímku.
- Minimalizace dopadu těsnění z horních vláken na ohřev kelímku, zajištění dostatečného ohřevu v horní části kelímku a snížení účinků nízkoteplotní oxidace.
Vylepšení 4: Procesy použití rafinačního kelímku
Před použitím předehřejte kelímek v peci na teplotu pod 200 °C po dobu 1–2 hodin, aby se odstranila vlhkost. Po předehřátí rychle zvyšte teplotu na 850–900 °C a minimalizujte dobu prodlevy mezi 300–600 °C, aby se snížila oxidace v tomto teplotním rozmezí. Následně snižte teplotu na pracovní teplotu a přidejte tekutý hliníkový materiál pro běžný provoz.
Vzhledem ke korozivním účinkům rafinačních činidel na kelímky dodržujte správné protokoly používání. Pravidelné odstraňování strusky je nezbytné a mělo by se provádět, když je kelímek horký, jinak je čištění strusky obtížné. V pozdějších fázích používání je zásadní bedlivé sledování tepelné vodivosti kelímku a přítomnosti stárnutí na stěnách kelímku. Aby se zabránilo zbytečným ztrátám energie a úniku hliníkové kapaliny, je třeba provádět včasné výměny.
3. Výsledky zlepšení
Za zmínku stojí prodloužená životnost vylepšeného kelímku, který si zachovává tepelnou vodivost po delší dobu bez pozorovaných povrchových praskání. Zpětná vazba od uživatelů naznačuje zlepšený výkon, který nejen snižuje výrobní náklady, ale také výrazně zvyšuje efektivitu výroby.
4. Závěr
- Izostaticky lisované hliněné grafitové kelímky překonávají tradiční kelímky z hlediska výkonu.
- Pro optimální výkon by měla konstrukce pece odpovídat velikosti a struktuře kelímku.
- Správné používání kelímku výrazně prodlužuje jeho životnost a efektivně kontroluje výrobní náklady.
Díky pečlivému výzkumu a optimalizaci technologie kelímkových pecí přispívá vylepšený výkon a životnost podstatně ke zvýšení efektivity výroby a úsporám nákladů.
Čas zveřejnění: 24. prosince 2023