Optimierung der Graphittiegelofentechnologie für längere Leistung und Kosteneffizienz

Die Produktion von Graphittiegeln hat sich mit dem Aufkommen der isostatischen Presstechnologie erheblich weiterentwickelt und gilt heute als die fortschrittlichste Technik weltweit. Im Vergleich zu herkömmlichen Stampfmethoden führt das isostatische Pressen zu Tiegeln mit gleichmäßiger Textur, höherer Dichte, Energieeffizienz und überlegener Oxidationsbeständigkeit. Durch die Anwendung von hohem Druck während des Formens wird die Textur des Tiegels erheblich verbessert, die Porosität verringert und anschließend die Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhöht, wie in Abbildung 1 dargestellt. In einer isostatischen Umgebung erfährt jeder Teil des Tiegels einen gleichmäßigen Formdruck, wodurch die Materialkonsistenz durchgehend gewährleistet wird. Diese in Abbildung 2 dargestellte Methode übertrifft den herkömmlichen Stampfprozess und führt zu einer erheblichen Verbesserung der Tiegelleistung.

1. Problemstellung

Bedenken ergeben sich im Zusammenhang mit einem Tiegelofen mit Isolationswiderstandsdraht aus Aluminiumlegierung, der Stampfgraphittiegel verwendet und eine Lebensdauer von etwa 45 Tagen hat. Bereits nach 20 Tagen Nutzung ist ein merklicher Rückgang der Wärmeleitfähigkeit zu beobachten, begleitet von Mikrorissen an der Außenfläche des Tiegels. In den späteren Phasen der Verwendung ist ein starker Abfall der Wärmeleitfähigkeit erkennbar, sodass der Tiegel nahezu nicht mehr leitend ist. Darüber hinaus entstehen zahlreiche Oberflächenrisse und es kommt zu Verfärbungen an der Oberseite des Tiegels aufgrund von Oxidation.

Bei der Inspektion des Tiegelofens, wie in Abbildung 3 dargestellt, wird ein Sockel aus gestapelten feuerfesten Steinen verwendet, wobei sich das unterste Heizelement des Widerstandsdrahtes 100 mm über dem Sockel befindet. Die Oberseite des Tiegels ist mit Asbestfaserdecken versiegelt, die etwa 50 mm von der Außenkante entfernt angebracht sind, wodurch deutlicher Abrieb an der Innenkante der Tiegeloberseite sichtbar wird.

2. Neue technologische Verbesserungen

Verbesserung 1: Einführung eines isostatisch gepressten Graphittiegels aus Ton (mit Oxidationsbeständiger Glasur bei niedrigen Temperaturen)

Die Verwendung dieses Tiegels verbessert seine Anwendung in Isolieröfen aus Aluminiumlegierungen erheblich, insbesondere im Hinblick auf die Oxidationsbeständigkeit. Graphittiegel oxidieren typischerweise bei Temperaturen über 400 °C, während die Isolationstemperatur von Aluminiumlegierungsöfen zwischen 650 und 700 °C liegt. Tiegel mit einer bei niedrigen Temperaturen oxidationsbeständigen Glasur können den Oxidationsprozess bei Temperaturen über 600 °C effektiv verlangsamen und sorgen so für eine anhaltend hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Gleichzeitig verhindert es eine Verringerung der Festigkeit durch Oxidation und verlängert so die Lebensdauer des Tiegels.

Verbesserung 2: Ofenbasis unter Verwendung von Graphit aus dem gleichen Material wie der Tiegel

Wie in Abbildung 4 dargestellt, sorgt die Verwendung einer Graphitbasis aus demselben Material wie der Tiegel für eine gleichmäßige Erwärmung des Tiegelbodens während des Erhitzungsprozesses. Dies mildert Temperaturgradienten, die durch ungleichmäßige Erwärmung verursacht werden, und verringert die Neigung zu Rissen, die durch ungleichmäßige Bodenerwärmung entstehen. Der spezielle Graphitboden garantiert außerdem eine stabile Unterstützung des Tiegels, passt sich dem Tiegelboden an und minimiert spannungsbedingte Brüche.

Verbesserung 3: Lokale strukturelle Verbesserungen des Ofens (Abbildung 4)

1. Verbesserter Innenrand des Ofendeckels, wodurch Verschleiß an der Tiegeloberseite effektiv verhindert und die Ofenabdichtung deutlich verbessert wird.
2. Stellen Sie sicher, dass der Widerstandsdraht auf gleicher Höhe mit dem Boden des Tiegels liegt, um eine ausreichende Bodenheizung zu gewährleisten.
3. Minimierung der Auswirkungen der oberen Faserabdeckungsdichtungen auf die Tiegelheizung, Sicherstellung einer ausreichenden Erwärmung an der Tiegeloberseite und Reduzierung der Auswirkungen der Oxidation bei niedrigen Temperaturen.

Verbesserung 4: Verfeinerung der Tiegelnutzungsprozesse

Vor der Verwendung den Tiegel im Ofen 1-2 Stunden lang auf Temperaturen unter 200 °C vorheizen, um Feuchtigkeit zu entfernen. Erhöhen Sie nach dem Vorheizen die Temperatur schnell auf 850–900 °C und minimieren Sie dabei die Verweilzeit zwischen 300–600 °C, um die Oxidation in diesem Temperaturbereich zu reduzieren. Anschließend die Temperatur auf die Arbeitstemperatur senken und flüssiges Aluminiummaterial für den Normalbetrieb einfüllen.

Befolgen Sie aufgrund der korrosiven Wirkung von Läutermitteln auf Tiegel die korrekten Verwendungsprotokolle. Eine regelmäßige Entfernung der Schlacke ist unerlässlich und sollte bei heißem Tiegel durchgeführt werden, da die Reinigung der Schlacke sonst schwierig wird. Eine sorgfältige Beobachtung der Wärmeleitfähigkeit des Tiegels und des Vorhandenseins von Alterungen an den Tiegelwänden ist in den späteren Phasen der Verwendung von entscheidender Bedeutung. Um unnötigen Energieverlust und das Austreten von Aluminiumflüssigkeit zu vermeiden, sollte ein rechtzeitiger Austausch erfolgen.

3. Verbesserungsergebnisse

Bemerkenswert ist die längere Lebensdauer des verbesserten Tiegels, da die Wärmeleitfähigkeit über einen längeren Zeitraum erhalten bleibt, ohne dass Oberflächenrisse beobachtet werden. Das Feedback der Benutzer weist auf eine verbesserte Leistung hin, die nicht nur die Produktionskosten senkt, sondern auch die Produktionseffizienz erheblich steigert.

4. Fazit

1. Isostatisch gepresste Graphittiegel aus Ton übertreffen herkömmliche Tiegel hinsichtlich der Leistung.
2. Für eine optimale Leistung sollte die Ofenstruktur zur Größe und Struktur des Tiegels passen.
3. Durch die richtige Verwendung des Tiegels wird dessen Lebensdauer erheblich verlängert und die Produktionskosten effektiv kontrolliert.

Durch sorgfältige Forschung und Optimierung der Tiegelofentechnologie tragen die verbesserte Leistung und Lebensdauer wesentlich zu einer höheren Produktionseffizienz und Kosteneinsparungen bei.