تحسين تقنية أفران البوتقة الجرافيتية لتحقيق أداء طويل الأمد وفعالية من حيث التكلفة

لقد تطور إنتاج بوتقة الجرافيت بشكل ملحوظ مع ظهور تقنية الضغط المتوازن، مما يجعلها التقنية الأكثر تقدمًا على مستوى العالم. بالمقارنة مع طرق الدك التقليدية، فإن الضغط المتوازن ينتج عنه بوتقات ذات نسيج موحد، وكثافة أعلى، وكفاءة في استخدام الطاقة، ومقاومة فائقة للأكسدة. يؤدي تطبيق الضغط العالي أثناء القولبة إلى تحسين نسيج البوتقة بشكل كبير، مما يقلل المسامية وبالتالي يعزز التوصيل الحراري ومقاومة التآكل، كما هو موضح في الشكل 1. في بيئة متوازنة الضغط، يتعرض كل جزء من البوتقة لضغط قولبة موحد، مما يضمن اتساق المواد في جميع أنحاء. هذه الطريقة، كما هو موضح في الشكل 2، تتفوق في الأداء على عملية الدك التقليدية، مما يؤدي إلى تحسن كبير في أداء البوتقة.

1. بيان المشكلة

ينشأ القلق في سياق فرن بوتقة الأسلاك المقاومة للعزل من سبائك الألومنيوم باستخدام بوتقات الجرافيت المدكوكة، مع عمر افتراضي يصل إلى 45 يومًا تقريبًا. وبعد 20 يومًا فقط من الاستخدام، لوحظ انخفاض ملحوظ في التوصيل الحراري، مصحوبًا بشقوق صغيرة على السطح الخارجي للبوتقة. في المراحل اللاحقة من الاستخدام، يكون الانخفاض الشديد في التوصيل الحراري واضحًا، مما يجعل البوتقة غير موصلة تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك، تتطور شقوق سطحية متعددة، ويحدث تغير اللون في الجزء العلوي من البوتقة بسبب الأكسدة.

عند فحص فرن البوتقة، كما هو موضح في الشكل 3، يتم استخدام قاعدة مكونة من طوب حراري مكدس، مع وجود عنصر التسخين السفلي لسلك المقاومة على ارتفاع 100 مم فوق القاعدة. يتم إغلاق الجزء العلوي من البوتقة باستخدام بطانيات من ألياف الأسبستوس، موضوعة على بعد حوالي 50 مم من الحافة الخارجية، مما يكشف عن تآكل كبير على الحافة الداخلية لأعلى البوتقة.

2. التحسينات التكنولوجية الجديدة

التحسين 1: اعتماد بوتقة الجرافيت الطينية المضغوطة المتوازنة الضغط (مع طلاء مقاوم للأكسدة بدرجة حرارة منخفضة)

إن استخدام هذه البوتقة يعزز بشكل كبير تطبيقها في أفران عزل سبائك الألومنيوم، خاصة فيما يتعلق بمقاومة الأكسدة. تتأكسد بوتقات الجرافيت عادة عند درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية، بينما تتراوح درجة حرارة العزل لأفران سبائك الألومنيوم بين 650 و700 درجة مئوية. يمكن للبوتقات ذات الطلاء الزجاجي المقاوم للأكسدة بدرجة حرارة منخفضة أن تبطئ بشكل فعال عملية الأكسدة عند درجات حرارة أعلى من 600 درجة مئوية، مما يضمن التوصيل الحراري الممتاز لفترة طويلة. وفي الوقت نفسه، يمنع انخفاض القوة بسبب الأكسدة، مما يطيل عمر البوتقة.

التحسين 2: قاعدة الفرن تستخدم الجرافيت من نفس مادة البوتقة

كما هو موضح في الشكل 4، فإن استخدام قاعدة جرافيت من نفس مادة البوتقة يضمن تسخينًا موحدًا لقاع البوتقة أثناء عملية التسخين. وهذا يخفف من التدرجات الحرارية الناجمة عن التسخين غير المتساوي ويقلل من ميل التشققات الناتجة عن التسخين غير المتساوي للقاع. تضمن قاعدة الجرافيت المخصصة أيضًا دعمًا ثابتًا للبوتقة، ومحاذاة قاعها وتقليل الكسور الناتجة عن الضغط.

التحسين 3: التحسينات الهيكلية المحلية للفرن (الشكل 4)

1. تحسين الحافة الداخلية لغطاء الفرن، مما يمنع بشكل فعال تآكل الجزء العلوي من البوتقة ويعزز بشكل كبير إغلاق الفرن.
2. التأكد من أن سلك المقاومة مستوي مع قاع البوتقة، مما يضمن تسخينًا كافيًا للقاع.
3. تقليل تأثير أختام بطانية الألياف العلوية على تسخين البوتقة، مما يضمن تسخينًا مناسبًا في أعلى البوتقة وتقليل تأثيرات الأكسدة في درجات الحرارة المنخفضة.

التحسين 4: تحسين عمليات استخدام البوتقة

قبل الاستخدام، قم بتسخين البوتقة في الفرن عند درجات حرارة أقل من 200 درجة مئوية لمدة 1-2 ساعة للتخلص من الرطوبة. بعد التسخين المسبق، قم برفع درجة الحرارة بسرعة إلى 850-900 درجة مئوية، مما يقلل من وقت المكوث بين 300-600 درجة مئوية لتقليل الأكسدة ضمن نطاق درجة الحرارة هذا. بعد ذلك، قم بخفض درجة الحرارة إلى درجة حرارة العمل وإدخال مادة الألومنيوم السائلة للتشغيل العادي.

نظرًا للتأثيرات المسببة للتآكل لعوامل التكرير على البوتقات، اتبع بروتوكولات الاستخدام الصحيحة. تعد إزالة الخبث بشكل منتظم أمرًا ضروريًا ويجب إجراؤها عندما تكون البوتقة ساخنة، حيث يصبح تنظيف الخبث أمرًا صعبًا بخلاف ذلك. تعد المراقبة اليقظة للتوصيل الحراري للبوتقة ووجود تقادم على جدران البوتقة أمرًا بالغ الأهمية في المراحل اللاحقة من الاستخدام. ينبغي إجراء عمليات الاستبدال في الوقت المناسب لتجنب فقدان الطاقة غير الضروري وتسرب سائل الألومنيوم.

3. نتائج التحسين

تجدر الإشارة إلى العمر الطويل للبوتقة المحسنة، مع الحفاظ على التوصيل الحراري لفترات طويلة، دون ملاحظة أي تشقق في السطح. تشير تعليقات المستخدمين إلى تحسين الأداء، مما لا يقلل تكاليف الإنتاج فحسب، بل يعزز أيضًا كفاءة الإنتاج بشكل كبير.

4. الاستنتاج

1. تتفوق بوتقات الجرافيت الطينية المضغوطة المتوازنة الضغط على البوتقات التقليدية من حيث الأداء.
2. يجب أن يتطابق هيكل الفرن مع حجم وهيكل البوتقة للحصول على الأداء الأمثل.
3. يعمل الاستخدام السليم للبوتقة على إطالة عمرها الافتراضي بشكل كبير، مما يتحكم بشكل فعال في تكاليف الإنتاج.

من خلال البحث الدقيق وتحسين تكنولوجيا أفران البوتقة، يساهم الأداء المحسن وعمر الخدمة بشكل كبير في زيادة كفاءة الإنتاج وتوفير التكاليف.