Ottimizzazione della tecnologia del forno a crogiolo di grafite per prestazioni prolungate ed efficienza dei costi

La produzione di crogioli di grafite si è evoluta in modo significativo con l'avvento della tecnologia di pressatura isostatica, rendendola la tecnica più avanzata a livello globale. Rispetto ai tradizionali metodi di pressatura, la pressatura isostatica produce crogioli con struttura uniforme, densità più elevata, efficienza energetica e resistenza superiore all'ossidazione. L'applicazione di alta pressione durante lo stampaggio migliora significativamente la struttura del crogiolo, riducendo la porosità e successivamente aumentando la conduttività termica e la resistenza alla corrosione, come illustrato nella Figura 1. In un ambiente isostatico, ciascuna parte del crogiolo subisce una pressione di stampaggio uniforme, garantendo la consistenza del materiale ovunque. Questo metodo, come illustrato nella Figura 2, supera il tradizionale processo di pressatura, portando a un sostanziale miglioramento delle prestazioni del crogiolo.

1. Dichiarazione del problema

Sorge una preoccupazione nel contesto di un forno a crogiolo con filo di resistenza di isolamento in lega di alluminio che utilizza crogioli di grafite pigiata, con una durata di circa 45 giorni. Dopo soli 20 giorni di utilizzo si osserva un notevole calo della conducibilità termica, accompagnato da microfessurazioni sulla superficie esterna del crogiolo. Nelle fasi successive di utilizzo è evidente un forte calo della conduttività termica, che rende il crogiolo quasi non conduttivo. Inoltre, si sviluppano molteplici crepe sulla superficie e si verifica uno scolorimento nella parte superiore del crogiolo a causa dell'ossidazione.

Durante l'ispezione del forno a crogiolo, come mostrato nella Figura 3, viene utilizzata una base composta da mattoni refrattari impilati, con l'elemento riscaldante più basso del filo di resistenza situato 100 mm sopra la base. La sommità del crogiolo viene sigillata mediante coperte di fibra di amianto, posizionate a circa 50 mm dal bordo esterno, rivelando una significativa abrasione sul bordo interno della sommità del crogiolo.

2. Nuovi miglioramenti tecnologici

Miglioramento 1: Adozione del crogiolo di grafite e argilla pressata isostatica (con smalto resistente all'ossidazione a bassa temperatura)

L'utilizzo di questo crogiolo migliora significativamente la sua applicazione nei forni per l'isolamento delle leghe di alluminio, in particolare in termini di resistenza all'ossidazione. I crogioli di grafite tipicamente si ossidano a temperature superiori a 400 ℃, mentre la temperatura di isolamento dei forni in lega di alluminio varia tra 650 e 700 ℃. I crogioli con smalto resistente all'ossidazione a bassa temperatura possono rallentare efficacemente il processo di ossidazione a temperature superiori a 600 ℃, garantendo un'eccellente conduttività termica prolungata. Allo stesso tempo, previene la riduzione della resistenza dovuta all'ossidazione, prolungando la durata del crogiolo.

Miglioramento 2: Base del forno che utilizza grafite dello stesso materiale del crogiolo

Come illustrato nella Figura 4, l'utilizzo di una base di grafite dello stesso materiale del crogiolo garantisce un riscaldamento uniforme del fondo del crogiolo durante il processo di riscaldamento. Ciò attenua i gradienti di temperatura causati da un riscaldamento irregolare e riduce la tendenza alla formazione di crepe derivanti da un riscaldamento inferiore irregolare. La base dedicata in grafite garantisce inoltre un supporto stabile al crogiolo, allineandosi al suo fondo e riducendo al minimo le fratture indotte da stress.

Miglioramento 3: Miglioramenti strutturali locali del forno (Figura 4)

1. Bordo interno migliorato del coperchio del forno, che previene efficacemente l'usura della parte superiore del crogiolo e migliora significativamente la tenuta del forno.
2. Assicurarsi che il filo della resistenza sia a livello con il fondo del crogiolo, garantendo un riscaldamento inferiore sufficiente.
3. Riduzione al minimo dell'impatto delle guarnizioni superiori del rivestimento in fibra sul riscaldamento del crogiolo, garantendo un riscaldamento adeguato nella parte superiore del crogiolo e riducendo gli effetti dell'ossidazione a bassa temperatura.

Miglioramento 4: perfezionamento dei processi di utilizzo del crogiolo

Prima dell'uso, preriscaldare il crogiolo nel forno a temperature inferiori a 200 ℃ per 1-2 ore per eliminare l'umidità. Dopo il preriscaldamento, aumentare rapidamente la temperatura a 850-900 ℃, riducendo al minimo il tempo di permanenza tra 300 e 600 ℃ per ridurre l'ossidazione all'interno di questo intervallo di temperature. Successivamente abbassare la temperatura alla temperatura di esercizio ed introdurre materiale liquido di alluminio per il normale funzionamento.

A causa degli effetti corrosivi degli agenti di raffinazione sui crogioli, seguire i protocolli di utilizzo corretti. La rimozione regolare delle scorie è essenziale e dovrebbe essere eseguita quando il crogiolo è caldo, altrimenti la pulizia delle scorie diventa difficile. L'osservazione attenta della conduttività termica del crogiolo e della presenza di invecchiamento sulle pareti del crogiolo è fondamentale nelle fasi successive di utilizzo. È necessario effettuare sostituzioni tempestive per evitare inutili perdite di energia e perdite di liquido di alluminio.

3. Risultati di miglioramento

È degna di nota la durata prolungata del crogiolo migliorato, che mantiene la conduttività termica per periodi prolungati, senza che si osservino crepe sulla superficie. Il feedback degli utenti indica prestazioni migliorate, non solo riducendo i costi di produzione ma anche migliorando significativamente l'efficienza produttiva.

4. Conclusione

1. I crogioli isostatici in grafite e argilla pressata superano i crogioli tradizionali in termini di prestazioni.
2. La struttura del forno deve corrispondere alle dimensioni e alla struttura del crogiolo per ottenere prestazioni ottimali.
3. L'utilizzo corretto del crogiolo ne prolunga significativamente la durata, controllando efficacemente i costi di produzione.

Attraverso una meticolosa ricerca e ottimizzazione della tecnologia dei forni a crogiolo, le prestazioni e la durata migliorate contribuiscono in modo sostanziale all'aumento dell'efficienza produttiva e al risparmio sui costi.