La produzione di crogioli in grafite si è evoluta in modo significativo con l'avvento della tecnologia di pressatura isostatica, che la rende la tecnica più avanzata a livello mondiale. Rispetto ai tradizionali metodi di pressatura, la pressatura isostatica produce crogioli con una consistenza uniforme, una maggiore densità, un'efficienza energetica e una resistenza all'ossidazione superiore. L'applicazione di un'elevata pressione durante lo stampaggio migliora significativamente la consistenza del crogiolo, riducendone la porosità e aumentando di conseguenza la conduttività termica e la resistenza alla corrosione, come illustrato nella Figura 1. In un ambiente isostatico, ogni parte del crogiolo è sottoposta a una pressione di stampaggio uniforme, garantendo la coerenza del materiale in ogni sua parte. Questo metodo, come illustrato nella Figura 2, supera il tradizionale processo di pressatura, portando a un sostanziale miglioramento delle prestazioni del crogiolo.
1. Enunciato del problema
Un problema sorge nel contesto di un forno a crogiolo con filo di resistenza isolante in lega di alluminio che utilizza crogioli in grafite pressata, con una durata di circa 45 giorni. Dopo soli 20 giorni di utilizzo, si osserva un notevole calo della conduttività termica, accompagnato da microfessure sulla superficie esterna del crogiolo. Nelle fasi successive di utilizzo, si nota un forte calo della conduttività termica, rendendo il crogiolo praticamente non conduttivo. Inoltre, si sviluppano molteplici crepe superficiali e si verifica uno scolorimento sulla parte superiore del crogiolo a causa dell'ossidazione.
Durante l'ispezione del forno a crogiolo, come mostrato in Figura 3, viene utilizzata una base composta da mattoni refrattari impilati, con l'elemento riscaldante più basso del filo di resistenza situato a 100 mm sopra la base. La parte superiore del crogiolo viene sigillata con materassini in fibra di amianto, posizionati a circa 50 mm dal bordo esterno, rivelando una significativa abrasione sul bordo interno della parte superiore del crogiolo.
2. Nuovi miglioramenti tecnologici
Miglioramento 1: adozione di crogioli in grafite pressata isostatica (con smalto resistente all'ossidazione a bassa temperatura)
L'utilizzo di questo crogiolo ne migliora significativamente l'applicazione nei forni per isolamento in lega di alluminio, in particolare in termini di resistenza all'ossidazione. I crogioli in grafite si ossidano tipicamente a temperature superiori a 400 °C, mentre la temperatura di isolamento dei forni in lega di alluminio varia tra 650 e 700 °C. I crogioli con smalto resistente all'ossidazione a bassa temperatura possono rallentare efficacemente il processo di ossidazione a temperature superiori a 600 °C, 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 in 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 non uniforme e riduce la tendenza alla formazione di crepe derivanti da un riscaldamento non uniforme del fondo. La base in grafite dedicata garantisce inoltre un supporto stabile per il crogiolo, allineandosi al suo fondo e riducendo al minimo le fratture indotte da stress.
Miglioramento 3: Miglioramenti strutturali locali della fornace (Figura 4)
- Bordo interno migliorato del coperchio del forno, che previene efficacemente l'usura della parte superiore del crogiolo e migliora notevolmente la tenuta del forno.
- Assicurarsi che il filo di resistenza sia a livello del fondo del crogiolo, garantendo un riscaldamento sufficiente del fondo.
- Ridurre al minimo l'impatto delle guarnizioni in fibra superiore sul riscaldamento del crogiolo, garantendo un riscaldamento adeguato nella parte superiore del crogiolo e riducendo gli effetti dell'ossidazione a bassa temperatura.
Miglioramento 4: Raffinazione dei processi di utilizzo del crogiolo
Prima dell'uso, preriscaldare il crogiolo nel forno a temperature inferiori a 200 °C per 1-2 ore per eliminare l'umidità. Dopo il preriscaldamento, aumentare rapidamente la temperatura a 850-900 °C, riducendo al minimo il tempo di permanenza tra 300 e 600 °C per ridurre l'ossidazione in questo intervallo di temperatura. Successivamente, abbassare la temperatura fino alla temperatura di esercizio e introdurre il materiale liquido di alluminio per il normale funzionamento.
A causa degli effetti corrosivi degli agenti di raffinazione sui crogioli, è necessario seguire i protocolli di utilizzo corretti. La rimozione regolare delle scorie è essenziale e deve essere eseguita quando il crogiolo è caldo, poiché altrimenti la pulizia delle scorie diventa difficile. Un'attenta osservazione della conduttività termica del crogiolo e della presenza di segni 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 maggiore durata del crogiolo migliorato, che mantiene la conduttività termica per periodi prolungati, senza che si verifichino cricche superficiali. Il feedback degli utenti indica prestazioni migliorate, che non solo riducono i costi di produzione, ma aumentano anche significativamente l'efficienza produttiva.
4. Conclusion
- I crogioli in grafite pressata isostatica superano i crogioli tradizionali in termini di prestazioni.
- Per ottenere prestazioni ottimali, la struttura del forno deve essere adeguata alle dimensioni e alla struttura del crogiolo.
- Un corretto utilizzo del crogiolo ne prolunga notevolmente la durata, controllando efficacemente i costi di produzione.
Grazie a una meticolosa ricerca e ottimizzazione della tecnologia dei forni a crogiolo, le prestazioni migliorate e la durata utile contribuiscono in modo sostanziale ad aumentare l'efficienza produttiva e a ridurre i costi.
Data di pubblicazione: 24-12-2023