Подъемная трубка из нитрида кремния: руководство для литейного производства по увеличению срока службы расплавленного алюминия

Расплавленный алюминий имеет обыкновение находить слабые места в процессе. При литье под низким давлением металл покидает раздаточную печь и поднимается через узкую керамическую трубку в форму наверху. Эта трубка — стояк, часто называемый стеблем или стояком — является одной из наименее видимых частей ячейки и одной из самых трудолюбивых. Он находится в расплаве или чуть выше него, нагреваясь и охлаждаясь при каждом цикле, тысячи раз в год.

Металлические стояки когда-то были обычным вариантом просто потому, что они были дешевы и доступны. Они также окисляются, поглощают алюминий и постепенно выделяют железо и оксиды в расплав, а это именно то, чего не хочет литейный завод, пытающийся снизить уровень включений. Стояки из нитрида кремния были разработаны для устранения этой проблемы, и на многих предприятиях по литью алюминия они незаметно стали стандартным выбором. В этой статье рассказывается, что они делают, почему материал ведет себя именно так, как его выбирать и ухаживать за ним, а также когда в разговоре заслуживает внимания другая керамика.

Что на самом деле делает стояк из нитрида кремния

Подъемная труба соединяет внутреннюю часть раздаточной печи с формой. При литье под низким давлением нижний конец погружается в расплав, а верхний конец плотно прилегает к входному отверстию формы, поэтому трубка работает как трубопровод и ограничитель давления. Небольшое давление газа, приложенное к печи, выталкивает металл вверх по отверстию в полость матрицы; когда это давление падает, металл падает обратно. В этой последовательности нет ничего нежного.

Типичная температура литья алюминия составляет примерно от 680 °C до 760 °C, и стенки труб воспринимают это тепло с обеих сторон — жидкий металл внутри, воздух или изоляция снаружи. Помимо температуры, в канале ствола находится быстро движущийся металл, который подвергается эрозии, а внешняя поверхность может подвергаться воздействию флюсов, дегазирующих газов и чистящих инструментов. Поэтому стояк должен быть конструктивной частью, уплотнением, тепловым компонентом и каналом потока одновременно.

Что трубка должна делать хорошо

• Поддерживайте ее геометрию при температуре, чтобы давление наполнения и вес отливки оставались постоянными от цикла к циклу.
• Выдержите быстрые температурные циклы, не растрескиваясь, не прогибаясь и не теряя концентричности.
• Не допускайте намокания, чтобы алюминий не прилипал к стене и впоследствии не отделялся в виде включений.
• Оставайтесь химически инертными, не добавляя в расплав железа, связующих веществ или оксидов.
• Сохраняйте стабильный диаметр ствола в течение нескольких месяцев, а не недель.

Почему нитрид кремния так хорошо подходит для расплавленного алюминия

Нитрид кремния (Si₃N₄) представляет собой керамику с ковалентной связью, и эта связь является источником большинства ее преимуществ в литейном производстве. Стоит пройтись по свойствам одно за другим, потому что каждое из них соответствует определенному режиму отказа, от которого страдают металлы.

Не смачивается алюминием. Нитрид кремния практически не смачивает расплавленный алюминий, его угол смачивания значительно превышает 90 градусов. Металл стекает с поверхности, а не взбирается по стенке и не образует корку, которая сохраняет отверстие чистым и расплав чистым.

Он выдерживает тепловой удар. Материал сочетает в себе низкое тепловое расширение с высокой прочностью, поэтому он выдерживает быстрый нагрев и охлаждение в процессе литья без растрескивания, которому обычно подвержена хрупкая керамика.

Он остается прочным, даже когда горячий. Нитрид кремния сохраняет полезную механическую прочность и твердость, значительно превышающие температуры, характерные для литья алюминия, что означает, что трубка противостоит эрозии от текущего металла, а не закругляется на входе.

Не вступает в реакцию с расплавом. В алюминии не растворяется железо, а связующая фаза не выщелачивается. Для сплавов с жесткими химическими характеристиками уже одно это может оправдать переход.

Он противостоит окислению. На воздухе нитрид кремния образует тонкий защитный оксидный слой, который замедляет дальнейшее разрушение, поэтому трубки выдерживают как воздействие над расплавом, так и погружение в него.

Как правильно выбрать стояк

Качество материала имеет значение, но геометрия решает, будет ли трубка работать в вашей камере. Идеально изготовленная трубка с неправильным диаметром отверстия или неправильной длиной доставит больше проблем, чем скромная трубка, которая подходит правильно.

Краткий контрольный список перед заказом

1. Измерьте трубку, которую вы заменяете, включая диаметр отверстия, внешний диаметр, толщину стенки и общую длину, и проверьте изношенную часть на наличие конусности, а не предполагайте, что она была прямой, когда она была новой.
2. Проверьте уплотнительные поверхности на обоих концах. Верхняя поверхность соприкасается с входным отверстием формы, а нижний конец находится в расплаве, поэтому небольшие изменения плоскостности или фаски могут вызвать утечку или турбулентность.
3. Учитывайте тепловое расширение между печью и формой и оставляйте достаточный зазор, чтобы трубка не была загружена вбок, когда все горячее.
4. Обратите внимание на семейство сплавов, температуру металла и степень измельчения или модификации используемого зерна, поскольку они влияют на агрессивность поведения расплава.
5. Спросите, как спекается трубка и как контролируется допуск на размеры, поскольку постоянство партий — это то, что обеспечивает повторяемость вашего процесса.
6. Заказывайте запасные части пропорционально количеству циклов, чтобы лампа всегда была в наличии до того, как закончится срок службы текущей.

Привычки обращения, продлевающие срок службы трубки

Большинство преждевременных поломок керамики в полевых условиях связано с ошибками в обращении, а не с материалами. Несколько небольших привычек имеют измеримое значение.

• Разогревайте новые трубы постепенно, прежде чем они встретятся с жидким металлом, а не бросайте их холодными в горячую печь.
• Избегайте механических ударов. Керамика твердая, но хрупкая, и удар по стальной раме может привести к появлению трещины, которая откроется позже.
• Следите за тем, чтобы посадочное место было чистым и свободным от затвердевшего металла, чтобы трубка сидела ровно и герметично закрывалась без каких-либо усилий.
• Проверьте выравнивание перед зажимом, поскольку форма, которая нагружает трубку сбоку, в конечном итоге сломает ее.
• Никогда не охлаждайте горячую трубку в воде и не охлаждайте ее влажной тканью.
• Записывайте количество циклов и проверяйте между кампаниями; легкая проверка в нужный момент обходится дешевле неудачного заброса.

Нитрид кремния, титанат алюминия или о'сиалон?

Все эти три керамики появляются в алюминиевом литейном производстве, и у каждого есть естественный дом. Нитрид кремния является самым прочным и наименее смачивающим, что делает его разумным первым выбором для погружных, несущих нагрузку, подвергающихся термическому воздействию деталей, таких как стояки, стержневые трубки, стопорные стержни и дегазационные роторы. Титанат алюминия обладает превосходной термостойкостью и низкой теплопроводностью, поэтому он отлично подходит для облицовки и в местах, где изоляция и колебания температуры имеют большее значение, чем механическая прочность. O'Sialon находится между ними, предлагая прочность и износостойкость, которые подходят для деталей насосов и сильно эродированных компонентов.

На практике на многих литейных заводах приходится использовать смесь: нитрид кремния, где трубка несет нагрузку и должна оставаться чистой, титанат алюминия, где окружающее оборудование должно поглощать циклическое нагревание, и O'Sialon, где абразивный поток сокращает срок службы компонентов.

Если вы хотите ознакомиться с маркой нитрида кремния, из которой мы изготавливаем стояки, на странице керамических стояков из нитрида кремния SG-28 указаны размеры, данные о материалах и типичные области применения.

SG-28 Керамическая подъемная трубка из нитрида кремния для расплавленного алюминия Ознакомьтесь с этой вертикальной трубкой из нитрида кремния для работы с расплавленным алюминием, включая данные о материалах и области применения; сравните его с О'Сиалоном при агрессивной эрозии или термических колебаниях. Посмотреть продукт →

Для элементов, в которых наблюдается агрессивная эрозия или необычно быстрые температурные колебания, стоит сравнить керамическую трубку O'Sialon с нитридом кремния.

OS-11 O'Sialon Керамический стержень/стояк для расплавленного алюминия Сравните эту трубку-стержень/стояк O'Sialon с точки зрения агрессивной эрозии и быстрых температурных колебаний, где особенно важны низкая теплопроводность, несмачивание и отсутствие предварительного нагрева. Посмотреть продукт →

А там, где изоляция и устойчивость к тепловым ударам являются приоритетом, стояк на стержне из керамики из титаната алюминия предлагает другой баланс свойств.

TA-03 Керамический стержень из титаната алюминия/вертикальная трубка для расплавленного алюминия Ознакомьтесь с этой вертикальной трубкой из титаната алюминия от опытного поставщика, где низкая теплопроводность и устойчивость к тепловому удару имеют значение для литья при перепаде давления и при низком давлении. Посмотреть продукт →

Правильные детали с помощью специализированного поставщика

Стояки — это небольшая покупка, которая оказывает большое влияние на качество отливки, поэтому опыт поставщика имеет такое же значение, как и паспортные данные. Компания Zhejiang Shang Gui Ju Li Special Material Technology Co., Ltd. (SGJL) занимается производством специальных керамических компонентов для алюминиевой промышленности с командой, имеющей более чем двадцатилетний практический опыт. Компания управляет заводом площадью 20 000 квадратных метров, на ней работает около ста человек, и компания экспортирует свою продукцию в более чем тридцать стран. Завод расположен в 160 километрах от порта Шанхай и в 200 километрах от порта Нинбо, что обеспечивает упрощенную логистику.

Наша работа охватывает самые горячие этапы обработки алюминия: от плавки и рафинирования до фильтрации, транспортировки, регулирования потока и нагрева, и вы можете увидеть, как эти детали сочетаются друг с другом, на наших страницах, посвященных литью алюминия и литью под давлением.

Если вы обдумываете переход с металлических стояков на керамические или сравниваете марки для сложной позиции, примечания в этой статье о литейных операциях станут полезной отправной точкой, прежде чем вы начнете говорить с нами о размерах.

Стояки редко выходят из строя громко; они изнашиваются, загрязняют и незаметно обходятся вам отливками. Переход на нитрид кремния решает материальную сторону этого уравнения, а тщательные измерения, бережная установка и регулярные проверки позаботятся обо всем остальном.

Если вы сообщите нам свой сплав, температуру металла и размеры трубы, с которой вы сейчас работаете, мы сможем помочь вам определить, какой сплав и геометрия обеспечат вам самую долгую и стабильную службу.