تطبيق وصيانة بوتقات الجرافيت في أفران الحث

لصهر المعادن غير الحديدية والثمينة مثل النحاس, الألومنيوم, ذهب, والفضة, ال الجرافيت بوتقة غالبًا ما تكون السفينة المفضلة. في بيئة التدفئة التعريفي, انها ليست مجرد أ “حاوية” ولكنها حلقة حاسمة في تحويل الطاقة الحرارية.

1. تحليل الخصائص الفيزيائية الأساسية: لماذا تختار الجرافيت?

في أفران الحث, تعزى كفاءة بوتقات الجرافيت إلى خاصيتين أساسيتين: الموصلية الكهربائية و الموصلية الحرارية.

الموصلية الكهربائية — “وهو عنصر التدفئة”

في ذوبان التعريفي, هذا مفهوم حاسم.

• حثي اقتران: الجرافيت موصل جيد. عندما يتم تنشيط الملف التعريفي لتوليد مجال مغناطيسي, تقطع خطوط المجال المغناطيسي جدار البوتقة, توليد قوية تيارات إيدي داخل الجدار نفسه.
• تأثير التسخين الذاتي: حتى لو كان المعدن في الداخل (مثل القصاصات أو المسحوق) متقطع أو لديه الموصلية الضعيفة, سوف تسخن بوتقة الجرافيت نفسها بسرعة بسبب تسخين الجول الناتج عن المقاومة.
• ميزة: وهذا يعني أن البوتقة تصبح بشكل فعال “هيئة التدفئة,” نقل الحرارة إلى المعدن الداخلي عن طريق التوصيل. وهذا أمر حيوي خلال مرحلة الذوبان الأولية (خاصة عند إضافة المواد الباردة أو الناعمة).

الموصلية الحرارية — “نقل الحرارة بكفاءة”

• تسخين موحد سريع: بوتقات جرافيت عالية الجودة (غالبًا مع إضافة كربيد السيليكون/SiC) تمتلك الموصلية الحرارية العالية للغاية. يقومون بسرعة بنقل الحرارة الناتجة عن الحث إلى المعدن بالداخل, تقصير وقت الذوبان بشكل كبير وتقليل استهلاك الطاقة.
• توحيد درجة الحرارة: تساعد الموصلية الحرارية الجيدة على تقليل التدرجات الحرارية عبر جدران البوتقة, وبالتالي تقليل الإجهاد الحراري الناجم عن ارتفاع درجة الحرارة المحلية.

2. اعتبارات ذوبان لمعادن معينة

• نحاس (النحاس) & الألومنيوم (آل): حجم الانصهار عادة ما يكون كبيرا. للألمنيوم, يجب الاهتمام به التفريغ و إزالة الخبث. يمنع الخمول الكيميائي للجرافيت الألومنيوم المنصهر من التلوث بالحاوية (على عكس البوتقات الحديدية, مما يزيد من محتوى الحديد في الألومنيوم).
• ذهب (الاتحاد الأفريقي) & فضي (حج): ذوبان المعادن الثمينة له الأولوية نقاء و خسارة صفر. تتميز بوتقات الجرافيت بسطح أملس مع قابلية منخفضة للبلل (المعدن لا يلتصق به), مما يؤدي إلى الحد الأدنى من البقايا بعد الصب, مما يجعلها مثالية للمعادن ذات القيمة العالية.

3. ثلاثة أعداء رئيسيين للصيانة: أكسدة, رُطُوبَة, الصدمة الحرارية

على الرغم من أن بوتقات الجرافيت مقاومة للحرارة, فهي هشة مثل السيراميك, قابلة للاشتعال مثل الكربون في درجات الحرارة العالية, وماصة مثل الإسفنج. هنا دليل الحماية:

أ. منع امتصاص الرطوبة – تجنب “الانفجارات”

هيكل الجرافيت صغير المسام ويمتص الرطوبة من الهواء بسهولة. إذا تم تسخين بوتقة تحتوي على رطوبة بسرعة, يتحول الماء إلى بخار ويتوسع في الحجم, مما تسبب في البوتقة لتشقق (تقشر) أو حتى تنفجر.

• مبادئ التخزين: يجب أن يتم تخزينها في مكان جاف, بيئة جيدة التهوية مع درجة حرارة ثابتة. أبداً وضعها مباشرة على الأرضيات الخرسانية (الخرسانة تسحب الرطوبة); استخدام المنصات الخشبية أو الرفوف.
• التسخين المسبق الإلزامي (تجفيف): حتى بالنسبة للبوتقات الجديدة أو القديمة التي تركت غير مستخدمة لفترة طويلة, الخبز لإزالة الرطوبة مطلوب قبل الاستخدام.
  • إجراء: احتفظ بالبوتقة في نطاق درجة حرارة منخفضة (تقريبا. 200درجة مئوية) ل 1-2 ساعات. هذا ساخن بدرجة كافية لطرد الرطوبة دون توليد ضغط بخار عنيف.

ب. منع الصدمة الحرارية – تجنبها “الشقوق”

تشير الصدمة الحرارية إلى الشقوق الناجمة عن التوسع غير المتساوي داخل المادة بسبب التغيرات السريعة في درجات الحرارة.

• منحنى التسخين المسبق: بعد التجفيف, لا تسخن بكامل طاقتها على الفور. تكثيف درجة الحرارة خطيا إلى 800 درجة مئوية-900 درجة مئوية (أحمر حار) قبل شحن المعدن.
• تقنية الشحن (مهم):
  • المواد الباردة إلى بوتقة ساخنة: يمنع منعا باتا وضع سبائك معدنية باردة كبيرة أفقيا في الجزء السفلي أو الأوسط من البوتقة.
  • فرق التوسع: يتمدد المعدن بشكل أسرع بكثير من الجرافيت عند التسخين. إذا كانت السبيكة مثبتة بإحكام شديد, سوف يكون بمثابة جاك عندما يتوسع, انفجار البوتقة.
  • الممارسة الصحيحة: قم بتغطية الجزء السفلي بالخردة / القطع الصغيرة أولاً, ووضع كتل كبيرة عموديا وفضفاضة.

ج. منع الأكسدة - تجنب “التخفيف والتسرب”

المكون الرئيسي للجرافيت هو الكربون, الذي يبدأ في التأكسد (يحرق) عند ملامسته للهواء بدرجة حرارة أعلى من 400 درجة مئوية – 600درجة مئوية, إنتاج ثاني أكسيد الكربون. الأكسدة تؤدي إلى ترقق جدران البوتقة, تفقد القوة, ويعانون من انخفاض التوصيل الحراري.

• الصقيل الواقي: البوتقات عالية الجودة مطلية بطبقة زجاجية مضادة للأكسدة. تعامل بحذر شديد; لا تصطدم أو تخدش هذه الطبقة الواقية.
• وكلاء التغطية: أثناء الانصهار, تقليل الوقت الذي يتعرض فيه السطح المنصهر. استخدم عوامل التغطية (فحم, تدفق, إلخ.) لعزل الهواء, أو استخدام حماية الغاز الخامل (اعتمادا على العملية).
• تجنب الحرق الفارغ لفترة طويلة: إذا تم وضع البوتقة على حرارة حمراء دون وجود معدن منصهر بداخلها, تعريضه مباشرة للهواء يسبب أسرع عملية أكسدة. بعد ذوبان, نظيفة وباردة بشكل طبيعي في أقرب وقت ممكن, أو ترك كمية صغيرة من “كعب” (المعادن المتبقية), إذا كانت العملية تسمح بذلك.
• تنظيف الخبث: تنظيف الخبث / الخبث معلقة على جدران البوتقة يوميا. تؤدي بعض الخبث الحمضي أو القلوي إلى تآكل طلاء الجرافيت كيميائيًا, تسريع الأكسدة. ملحوظة: كن لطيفًا عند التنظيف; لا إزميل في الجسم بوتقة.

4. ملخص & إجراءات التشغيل القياسية المقترحة (إجراءات التشغيل القياسية)

لتمديد عمر الخدمة, يوصى بوضع الإجراء التشغيلي الموحد (SOP) التالي: