Керамический дегазационный ротор из нитрида кремния: модернизация для литейных производств алюминия

В плавильном цехе, работающем при температуре 720°C, ротор для дегазации графита обычно работает от двух до шести недель, прежде чем вал выйдет из строя или головка начнет разрушаться. Ротор — это расходный материал, но реальная стоимость заключается не только в замене детали. Именно водородная пористость проявляется при окончательной отливке, внеплановые остановки технического обслуживания и неравномерное рассеивание газа вынуждают печь работать с более длительными циклами. Керамический дегазационный ротор из нитрида кремния меняет эту арифметику.

Для плавильных цехов, которые рассматривают удаление водорода как контролируемый этап, а не рутинную рутинную работу, нитрид кремния обеспечивает измеримое увеличение времени безотказной работы, чистоты расплава и стоимости тонны. Решение не о покупке более дорогого расходника. Речь идет о переосмыслении того, на что способна дегазационная станция.

Почему графитовые роторы являются слабым звеном

Графит был стандартным материалом для дегазирующих роторов, поскольку он легко обрабатывается, термически стабилен и не растворяется в расплавленном алюминии. Однако графит смачивает алюминий. Со временем на нем образуется слой оксида алюминия. Этот слой разрастается, и ротор становится источником неметаллических включений. Головка изнашивается неравномерно, а диаметр вала уменьшается. В результате ротор теряет равновесие, вибрирует и в конечном итоге его приходится вытаскивать из расплава.

Графит также медленно реагирует с кислородом в атмосфере печи. При температуре выше 700°C поверхность графита постепенно окисляется. Реакция расходует материал ротора. Именно поэтому большинство плавильных цехов держат на готовой полке два или три графитовых ротора и принимают стоимость замены как часть операционного бюджета.

Последствия проявляются в показаниях качества плавления. Когда срок службы графитового ротора истекает наполовину, газовые каналы в головке могут быть частично заблокированы. Газовый поток становится менее предсказуемым, а в расплаве часто сохраняется больше растворенного водорода. При крупносерийном литье алюминия двухнедельный срок службы ротора означает десятки замен ротора в год, каждая из которых — возможность ошибки.

Нитрид кремния: математика материала

Нитрид кремния — это плотная, высокопрочная керамика с низким тепловым расширением и превосходной стойкостью к тепловому удару. Он не смачивает расплавленный алюминий, поэтому алюминий не может накапливаться на поверхности ротора. Ротор сохраняет геометрическую стабильность в течение гораздо более длительного периода.

Материал SG28 компании SGJL представляет собой нитрид кремния, спеченный без давления, с прочностью на изгиб более 800 МПа и коэффициентом теплового расширения около 3,2 ppm/K. Это означает, что ротор можно вставлять в печь без длительного предварительного нагрева. В плавильных цехах, которые обрабатывают несколько сплавов в день, это ощутимая экономия времени. Поскольку нитрид кремния плохо растворяется в алюминии, он не выделяет кремний в расплав, что является известной проблемой для некоторых других керамик.

Самым существенным отличием является срок службы. Шестикратное увеличение срока службы ротора не только снижает стоимость приобретения; это также устраняет перебои в работе, которые создают риск качества. Чтобы увидеть механизм более подробно, читайте как роторы для дегазации нитрида кремния улучшают качество литья алюминия . В этой статье рассматриваются физические принципы образования газовых пузырей.

Как выбрать дегазационный ротор из нитрида кремния

Выбор подходящего ротора зависит от глубины расплава, геометрии печи и используемого дегазационного газа.

Диаметр вала и шейка

Стандартные валы роторов имеют диаметр от 40 до 100 мм. Более толстый вал обеспечивает более высокие скорости вращения, но также занимает больше места в печи. Для 1-тонной печи с круговой дегазационной станцией характерен диаметр шахты 50-60 мм и головки 200 мм. Для 5-тонной печи обычно используется шахта диаметром от 75 до 100 мм и головка от 300 до 350 мм.

Головка ротора и эффективность рассеивания газа

Конструкция головки ротора определяет распределение пузырьков. Многолопастная головка с расположенными под углом выходными отверстиями для газа создает пузырьки меньшего размера, которые поднимаются медленнее, увеличивая время транспортировки газа. Ротор с высоким коэффициентом дисперсии обеспечивает лучшее удаление водорода при меньшем потреблении аргона или азота. Это имеет значение при сравнении поставщиков, поскольку расход газа является прямыми эксплуатационными расходами.

Температура печи и тип газа

Роторы из нитрида кремния выдерживают температуру до 1200°C, поэтому материал не является ограничивающим фактором. Аргон — наиболее распространенный газ, хотя с некоторыми сплавами можно использовать азот. Размер вала ротора должен соответствовать объему потока и давлению. Несоответствие здесь позволяет газу выходить через фитинги или через головку ротора под высоким давлением, создавая турбулентность, которая повторно вводит водород.

Четыре вещи, которые следует проверить перед покупкой ротора из нитрида кремния:

1. Проверьте соответствие длины головки ротора глубине печи, чтобы ее можно было опустить ниже поверхности расплава.
2. Убедитесь, что диаметр вала соответствует существующей станции дегазации или снабжен новым адаптером.
3. Запросите данные о плотности материала и прочности на изгиб. Керамика полной плотности не должна иметь открытых пор.
4. Запросите у поставщика документированный метод испытания на термический удар или образец для пилотного запуска.

Роторные решения SGJL для литья алюминия и литья под давлением

Поставки SGJL роторы для дегазации нитрида кремния как часть системы керамических материалов из нитрида кремния SG28. Дегазационный ротор SG28 выполнен в виде цельного керамического корпуса, без клеевых или болтовых соединений между валом и головкой. Это устраняет слабое место, из-за которого многие роторы выходят из строя на переходе от головки к валу.

Наш ротор SG28 доступен в стандартных конфигурациях и может быть заказан с длиной вала, соответствующей глубине печи. Параллельно мы также поставляем керамический дегазационный ротор OS-11 O'Sialon для применений, где выгоден другой профиль износа. На обеих страницах продукта указаны параметры размеров и характеристики.

Керамический дегазационный ротор из нитрида кремния SG-28 для высокоскоростной дегазации алюминия В роторе SG-28 используется нитрид кремния, чтобы избежать окисления и загрязнения алюминием, и поддерживается скорость до 600 об/мин с точной концентричностью. Его соединения из нержавеющей стали обеспечивают стабильную работу, что делает его надежным выбором для модернизации печи. Посмотреть продукт →

OS-11 O'Sialon Керамический дегазационный ротор для обработки несмачивающего алюминия Ротор OS-11 O'Sialon обладает несмачивающими свойствами и высокой прочностью для стабильного вращения на высоких скоростях, создавая мелкие пузырьки для эффективной дегазации. Он подходит для применений, где выгоден другой профиль износа. Посмотреть продукт →

Эти два варианта охватывают основные случаи использования при литье алюминия и литье под давлением. Для более широкого представления о том, где эти компоненты подходят для плавильного цеха, просмотрите литье алюминия и литье под давлением . Такие компоненты, как стояки и защитные трубки нагревателя, часто указываются в одном и том же заказе на модернизацию печи.

Переход без рискованных испытаний

Самый надежный способ оценить дегазационный ротор из нитрида кремния — провести контролируемое сравнение в одной печи. Выберите печь, соответствующую заводскому режиму плавки. Перед заменой измерьте содержание водорода и плотность отливок, затем проведите ротор из нитрида кремния в той же последовательности. Отслеживайте время вращения ротора, расход газа и количество замен ротора за контрольный период.

Обратите внимание на три результата: содержание водорода ниже целевого, равномерный рисунок пузырьков газа и отсутствие отложений алюминия на роторе после десяти плавок. Если ротор по-прежнему выглядит новым, преимущество в сроке службы очевидно. Закупочная цена ротора из нитрида кремния существенно выше, чем у графита, но стоимость тонны литого металла обычно ниже из-за меньшего обслуживания и меньшего количества брака.

Компания SGJL, экспортирующая продукцию в более чем 30 стран и обслуживающая процессы литья алюминия и литья под давлением, применяет одну и ту же дисциплину материаловедения к каждому ротору, покидающему завод. Этот коммутатор не является спекулятивным обновлением. Это изменение процесса, которое обеспечивает работу станции дегазации, поддерживает чистоту расплава и сохраняет отливки в пределах спецификации пористости.