Ceramiczny wirnik odgazowujący z azotku krzemu: ulepszenie dla odlewni aluminium

W topiarni pracującej w temperaturze 720°C grafitowy rotor odgazowujący zwykle wytrzymuje od dwóch do sześciu tygodni, zanim szyjka wału lub głowica ulegnie erozji. Wirnik jest materiałem eksploatacyjnym, ale rzeczywisty koszt nie dotyczy samej części zamiennej. To porowatość wodoru ujawnia się w końcowym odlewaniu, nieplanowane przestoje konserwacyjne i niespójna dyspersja gazów, które zmuszają piec do pracy w dłuższych cyklach. Ceramiczny wirnik odgazowujący z azotku krzemu zmienia tę arytmetykę.

W przypadku hut, które traktują usuwanie wodoru jako kontrolowany etap, a nie rutynową czynność, azotek krzemu zapewnia wymierne korzyści w zakresie czasu pracy, czystości stopu i kosztu na tonę. Decyzja nie dotyczy zakupu droższego materiału eksploatacyjnego. Chodzi o to, aby na nowo zdefiniować możliwości stacji odgazowywania.

Dlaczego wirniki grafitowe są słabym ogniwem

Grafit jest domyślnym materiałem do odgazowywania wirników, ponieważ jest łatwy w obróbce, stabilny termicznie i nie rozpuszcza się w roztopionym aluminium. Jednakże grafit zwilża aluminium. Z biegiem czasu zbiera warstwę tlenku glinu. Warstwa ta narasta, a wirnik staje się źródłem wtrąceń niemetalicznych. Głowa ulega nierównomiernej erozji, a średnica wału maleje. W rezultacie wirnik traci równowagę, wibruje i ostatecznie musi zostać wyciągnięty ze stopu.

Grafit reaguje także powoli z tlenem znajdującym się w atmosferze pieca. Powyżej 700°C powierzchnia grafitu utlenia się równomiernie. Reakcja zużywa materiał rotora. Dlatego większość topielni trzyma dwa lub trzy rotory grafitowe na gotowej półce i akceptuje koszt wymiany w ramach budżetu operacyjnego.

Konsekwencje są widoczne w odczytach jakości stopu. Kiedy wirnik grafitowy jest w połowie swojego życia, kanały gazowe w głowicy mogą zostać częściowo zablokowane. Strumień gazu staje się mniej przewidywalny, a stop często zatrzymuje więcej rozpuszczonego wodoru. W wysokoprodukcyjnym odlewie aluminium dwutygodniowa żywotność wirnika przekłada się na dziesiątki wymian wirnika rocznie, a każda z nich stwarza okazję do błędu.

Azotek krzemu: matematyka materiałowa

Azotek krzemu to gęsta ceramika o wysokiej wytrzymałości, o niskiej rozszerzalności cieplnej i doskonałej odporności na szok termiczny. Nie zwilża roztopionego aluminium, dzięki czemu aluminium nie może gromadzić się na powierzchni wirnika. Wirnik pozostaje spójny geometrycznie przez znacznie dłuższy okres.

Materiał SG28 firmy SGJL to bezciśnieniowo spiekany azotek krzemu o wytrzymałości na zginanie powyżej 800 MPa i współczynniku rozszerzalności cieplnej około 3,2 ppm/K. Oznacza to, że rotor można włożyć do pieca bez długiego rozgrzewania. W zakładach topiących, które przetwarzają wiele stopów dziennie, jest to wymierna oszczędność czasu. Ponieważ azotek krzemu ma niską rozpuszczalność w aluminium, nie uwalnia krzemu do stopu, co jest znanym problemem w przypadku niektórych innych materiałów ceramicznych.

Najbardziej zauważalną różnicą jest żywotność. Sześciokrotne zwiększenie żywotności wirnika nie tylko zmniejsza koszty zakupu; usuwa również przerwy operacyjne, które stwarzają ryzyko jakościowe. Aby zobaczyć mechanizm bardziej szczegółowo, przeczytaj jak rotory odgazowujące azotek krzemu poprawiają wydajność odlewania aluminium . W tym artykule omówiono fizyczne zasady powstawania pęcherzyków gazu.

Jak wybrać rotor odgazowujący azotek krzemu

Wybór odpowiedniego rotora zależy od głębokości wytopu, geometrii pieca i użytego gazu odgazowującego.

Średnica wału i szyjka

Standardowe wały wirników mają średnicę od 40 do 100 mm. Grubszy wał wytrzymuje większe prędkości obrotowe, ale jednocześnie zajmuje więcej miejsca w piecu. Dla 1-tonowego pieca z okrągłą stacją odgazowania typowy jest wał o średnicy 50 do 60 mm z głowicą 200 mm. W przypadku pieca o masie 5 ton powszechnie stosowany jest wał o średnicy od 75 do 100 mm z głowicą o średnicy od 300 do 350 mm.

Głowica wirnika i efektywność dyspersji gazu

Konstrukcja głowicy rotora determinuje rozkład pęcherzyków. Głowica wielołopatkowa z ustawionymi pod kątem wylotami gazu tworzy mniejsze pęcherzyki, które unoszą się wolniej, wydłużając czas transferu gazu. Wirnik o wysokim współczynniku dyspersji zapewnia lepsze usuwanie wodoru przy niższym zużyciu argonu lub azotu. Ma to znaczenie przy porównywaniu dostawców, ponieważ natężenie przepływu gazu jest bezpośrednim kosztem operacyjnym.

Temperatura pieca i rodzaj gazu

Wirniki z azotku krzemu tolerują temperatury do 1200°C, więc materiał nie jest czynnikiem ograniczającym. Argon jest najpowszechniejszym gazem, choć w przypadku niektórych stopów można stosować azot. Wał wirnika musi być dobrany do wielkości przepływu i ciśnienia. Niedopasowanie pozwala na ucieczkę gazu przez złączki lub przez głowicę wirnika pod wysokim ciśnieniem, tworząc turbulencje, które ponownie wprowadzają wodór.

Cztery rzeczy do sprawdzenia przed zakupem rotora z azotku krzemu:

1. Porównaj długość głowicy rotora z głębokością pieca, aby można było ją opuścić poniżej powierzchni stopu.
2. Sprawdź, czy średnica wału odpowiada istniejącej stacji odgazowywania lub czy jest wyposażona w nowy adapter.
3. Poproś o dane dotyczące gęstości materiału i wytrzymałości na zginanie. Ceramika o pełnej gęstości nie powinna mieć otwartych porów.
4. Poproś dostawcę o udokumentowaną metodę testu szoku termicznego lub próbkę do uruchomienia pilotażowego.

Rozwiązania rotorowe SGJL do odlewania aluminium i odlewania ciśnieniowego

Zaopatrzenie firmy SGJL rotory odgazowujące azotek krzemu jako część systemu materiałów ceramicznych z azotku krzemu SG28. Rotor odgazowujący SG28 produkowany jest jako jednoczęściowy korpus ceramiczny, bez połączeń klejonych lub śrubowych pomiędzy wałem i głowicą. Eliminuje to słaby punkt, który powoduje awarię wielu wirników podczas przejścia łba na wał.

Nasz rotor SG28 jest dostępny w standardowych konfiguracjach i można go zamówić z niestandardową długością wału, dostosowaną do głębokości pieca. Równolegle oferujemy również ceramiczny rotor odgazowujący OS-11 O'Sialon do zastosowań, w których korzystny jest inny profil zużycia. Obie strony produktów zawierają opcje wymiarowe i uwagi dotyczące wydajności.

Ceramiczny wirnik odgazowujący z azotku krzemu SG-28 do szybkiego odgazowywania aluminium Wirnik SG-28 wykorzystuje azotek krzemu, aby uniknąć utleniania i zanieczyszczenia aluminium, obsługując prędkości do 600 obr./min przy precyzyjnej koncentryczności. Złącza ze stali nierdzewnej zapewniają stabilną pracę, co czyni go niezawodnym wyborem w przypadku modernizacji pieca. Zobacz produkt →

Ceramiczny rotor odgazowujący OS-11 O'Sialon do niezwilżającej obróbki aluminium Wirnik OS-11 O'Sialon oferuje właściwości niezwilżające i wysoką wytrzymałość, zapewniając stabilny obrót przy dużych prędkościach, wytwarzając drobne pęcherzyki dla skutecznego odgazowania. Nadaje się do zastosowań, w których korzystny jest inny profil zużycia. Zobacz produkt →

Te dwie opcje obejmują główne przypadki zastosowań w odlewaniu aluminium i odlewaniu ciśnieniowym. Aby uzyskać szerszy pogląd na to, gdzie te komponenty mieszczą się w topiarni, przejrzyj zastosowania związane z odlewaniem aluminium i odlewaniem ciśnieniowym . Komponenty takie jak rury pionowe i rury zabezpieczające grzejnik są często określane w tej samej kolejności modernizacji pieca.

Dokonywanie zmiany bez ryzykownych prób

Najbardziej niezawodnym sposobem oceny rotora odgazowującego azotek krzemu jest przeprowadzenie kontrolowanego porównania w jednym piecu. Wybierz piec reprezentatywny dla procesu topienia w zakładzie. Zmierz zawartość wodoru i gęstość odlewów przed wymianą, a następnie przeprowadź rotor z azotku krzemu w tej samej kolejności. Śledź czas obrotu wirnika, przepływ gazu i liczbę wymian wirnika w okresie odniesienia.

Poszukaj trzech wyników: zawartość wodoru poniżej wartości docelowej, spójny wzór pęcherzyków gazu i brak osadzania się aluminium na rotorze po dziesięciu podgrzewaniach. Jeśli wirnik nadal wygląda jak nowy, korzyść w zakresie trwałości jest oczywista. Cena zakupu wirnika z azotku krzemu jest znacznie wyższa niż grafitu, ale koszt za tonę odlewanego metalu jest zwykle niższy ze względu na zmniejszoną konserwację i mniejszą liczbę odrzutów jakościowych.

W przypadku firmy eksportującej do ponad 30 krajów i obsługującej procesy odlewania i odlewania ciśnieniowego aluminium, SGJL stosuje tę samą dyscyplinę materiałoznawstwa w odniesieniu do każdego wirnika opuszczającego fabrykę. Przełącznik nie jest aktualizacją spekulacyjną. Jest to zmiana procesu, która sprawia, że ​​stacja odgazowująca działa, utrzymuje czystość stopu i utrzymuje odlewy w zakresie określonej porowatości.