סיבות לסדקי גרפיטיזציה במוצרי גרפיט

גרפיטיזציה היא אחד התהליכים העיקריים של טיפול בחום בתהליך הייצור של מוצרי פחמן-גרפיט. תנור גרפיטציה של Acheson הוא סוג התנור העיקרי לייצור גרפיטיזציה הנוכחי של מוצרי פחמן-גרפיט. החלל בו מועמסים המוצרים וחומרי ההתנגדות בכבשן נקרא ליבת הכבשן. שטח החתך של ליבת התנור הוא בדרך כלל 3-6M2. זרם חזק מועבר לתוך תנור הגרפיטיזציה. בעזרת התנגדות ליבת הכבשן של תנור הגרפיטציה, האנרגיה החשמלית מומרת לאנרגיה התרמית גורמת למוצר להגיע לטמפרטורת הגרפיטציה הגבוהה ביותר ומשלימה את תהליך הגרפיטציה, העוקב אחר חוק ג'ול-לנץ.

ניתן לראות שהטמפרטורה בנקודות שונות בליבת תנור הגרפיטציה שונה, ובאותה נקודה הטמפרטורה שונה בזמנים שונים. ניתן לראות שהטמפרטורה של ליבת תנור הגרפיטיזציה אינה רק פונקציה של מרחב, אלא גם פונקציה של זמן. לכן, חלוקת הטמפרטורה של כל חלק בליבת התנור אינה מאוזנת.

לאחר הפעלת תנור הגרפיטיזציה של Acheson, הוא מסתמך על החום שנוצר על ידי חומר ההתנגדות כדי לחמם את המוצר, כך שהטמפרטורה של ליבת התנור עולה בהדרגה. עליית הטמפרטורה של ליבת התנור היא מאוד לא אחידה, ופיזור הטמפרטורה שונה מאוד. הפרש הטמפרטורה בין החלק המרכזי של הליבה לשני הצדדים של ליבת התנור ליד חומר הבידוד יכול להיות מאות מעלות צלזיוס, והפרש הטמפרטורה בין החלק העליון לחלק התחתון של ליבת התנור יכול להגיע גם ל-100 מעלות. צֶלסִיוּס. לכן, חלוקת טמפרטורת החימום הלא אחידה באותה ליבת תנור גרפיטיזציה היא הגורם העיקרי לסדקים במוצרי ליבת התנור.

גורמים לסדקים בגרפיטיזציה במוצרים

בתהליך הגרפיטציה, הגורם הפנימי של סדקים במוצר הוא שאיכות המוצר אינה גבוהה ועמידות החום ירודה; הגורם החיצוני הוא שהטמפרטורה של ליבת הכבשן עולה מהר מדי במהלך תהליך הגרפיטיזציה, והפרש הטמפרטורה בין הצד העליון והתחתון של המוצר הוא גם עם העלייה, הלחץ התרמי גדל בהתאם, וזו הסיבה העיקרית לסדקים במוצר.

1. מערכת תהליך הגרפיטיזציה אינה סבירה

1. שיטת טעינת תנור

מוצרי תנורי הגרפיטיזציה של Acheson מותקנים לרוב בשיטת התקנה אנכית, ולשיטת ההתקנה האנכית יש שתי צורות: התקנה רגילה והתקנה שגויה. כאשר מוצר ליבת התנור מותקן, עבור כל מוצר, יש רק חגורת חימום זרם אחת בצפיפות גבוהה. ככל שחגורת החימום רחבה יותר, כך החימום של המוצר אחיד יותר. בהתקנה שגויה, ישנן שתי חגורות חימום זרם בצפיפות גבוהה לכל מוצר, והחימום של המוצר אחיד יותר מזה של ההתקנה הרשמית. לכן, שיטת הטעינה של מוצרי תנור גרפיטיזציה אינה נבחרת כראוי. במהלך תהליך הגרפיטיזציה והעברת הכוח, קצב עליית הטמפרטורה סביב המוצר משתנה מאוד, והמתח התרמי שנוצר מהמוצר עולה על הלחץ התרמי שהגוף יכול לעמוד בו, שקל מאוד לגרום לסדקים במוצר.

2. מערכת ההפעלה אינה סבירה

עקומת שינוי הטמפרטורה של ליבת תנור הגרפיטיזציה של Acheson נשלטת על ידי עקומת ההספק של חלוקת הספק קבועה. אם מערכת ההדלקה של תנור הגרפיטיזציה אינה סבירה, עקומת ההדלקה שנקבעה של תנור הגרפיטציה מתחילה בהספק גבוה מדי ועולה מהר מדי, כך שכאשר המוצר מופעל, שיפוע הטמפרטורה בפנים ובחוץ מדי גדול, והמתח התרמי שנוצר עולה בהרבה על ההתנגדות של המוצר, וכתוצאה מכך סדקים. במיוחד כאשר טמפרטורת התנור היא 1300-1800 מעלות, על מנת לשלוט בקפדנות על שלב עליית טמפרטורת התנור, המבנה הפיזי וההרכב הכימי של המוצר מתחילים להשתנות מאוד בשלב זה, והגרפיטיזציה של פחמן אמורפי לא מתחילה . למעשה, התגובה הכימית היא בעיקר, היסודות כגון מימן, חמצן, חנקן, גופרית ואלמנטים אחרים הקשורים במבנה הגבישי של פחמן אמורפי ממשיכים לברוח. כתוצאה מהבריחה, יסודות הטומאה בחלק הקצה של המבנה הגבישי של הפחמן האמורפי ממשיכים לרדת, ונשארו כמה פגמי סריג. , יחד עם זאת, הלחץ התרמי מרוכז יחסית, וקל מאוד לגרום לסדקים במוצר.

3. ההתנגדות של חומר ההתנגדות

ההתנגדות של ליבת תנור הגרפיטיזציה מורכבת מההתנגדות של המוצר וההתנגדות של חומר ההתנגדות בסדרה. כאשר תנור הגרפיטיזציה מתחיל להמריץ, ההתנגדות של חומר ההתנגדות מהווה כ-99 אחוז מההתנגדות של ליבת התנור. בערך 97 אחוז, ניתן לראות שבכל תהליך הגרפיטיזציה, זה בעיקר החום שנוצר מהזרם העובר דרך חומר ההתנגדות כדי לחמם את המוצר. כאשר ההתנגדות של חומר ההתנגדות שונה למדי מההתנגדות של המוצר, החום שנוצר על ידי חומר ההתנגדות נמצא רחוק במהלך תהליך הגרפיטיזציה והחשמול. הוא גדול בהרבה מהחום של המוצר עצמו, מה שגורם להפרש הטמפרטורות בין החלק הפנימי והחיצוני של המוצר להיות גדול מדי, מה שיגרום ללחץ תרמי מוגזם לגרום לסדקים במוצר.

2. איכות פעולת הגרפיטיזציה אינה גבוהה

1. איכות טעינת התנור אינה גבוהה

פעולת תנור הגרפיטיזציה אינה עומדת בדרישות התקנים הטכניים של התהליך. בעת טעינת הכבשן, מוצרי ליבת הכבשן אינם מסודרים בצורה מסודרת, המרווח בין קבוצות המוצרים אינו עקבי, מילוי חומר ההתנגדות אינו אחיד ואף מתרחשת תופעת "החומר המורחב" של חומר ההתנגדות, שתגרום לכך. מופיעים בכבשן הגרפיטציה. בתהליך העברת הכוח, חלוקת הזרם סביב ליבת התנור היא מאוד לא אחידה, וכתוצאה מכך קצבי חימום ועליית טמפרטורה לא אחידים של המוצר, והפרש הטמפרטורה בתוך המוצר גדול מדי, והמתח התרמי שנוצר יגרום למוצר לפצח ולבזבז.

2. איכות חומר ההתנגדות לא אחידה

כאשר תנור הטעינה בגרפיט משתמש בקוקס מעורב כחומר ההתנגדות, ההתנגדות של קוק מתכתי גדולה פי 5-8 מזו של קוק גרפיט. כאשר ליבת התנור מופעלת, מהירות עליית הטמפרטורה של כל חלק בליבת התנור היא מאוד לא אחידה, הפרש הטמפרטורות בין החלק העליון והתחתון של המוצר והאזור שמסביב גדול מדי, וגם המתח התרמי גדל, אשר קל לייצר מספר רב של מוצרי פסולת סדוקים.

3. זרימת הטיה של ליבת תנור גרפיטיזציה

על פי חוק החימום החשמלי של תנור הגרפיטציה של Acheson, התפלגות הטמפרטורה בליבת תנור הגרפיטציה אינה קשורה רק להתנגדות ליבת התנור, אלא גם קשורה קשר הדוק לזרם העובר דרך ליבת התנור. כאשר ליבת התנור של תנור הגרפיטיזציה של Acheson מוטה מסיבות שונות, הזרם העובר דרך ליבת התנור שונה מאוד, ופיזור הטמפרטורה של ליבת התנור שונה מאוד. כאשר ההבדל בין חלוקת הזרם של ליבת הכבשן גדול, החלק עם זרם גדול מייצר יותר חום, עליית הטמפרטורה של המוצרים באזור זה מהירה יותר, והחום שנוצר בחלק עם זרם קטן פחות, הטמפרטורה עליית המוצרים באזור זה איטית יותר, ולכן הטמפרטורה של ליבת התנור הפרש ההפצה גדול, כך שגם הפרש הטמפרטורה הפנימי של המוצר גדול, והלחץ התרמי שנוצר גדל בהתאם, מה שגורם למוצר להיסדק ולהתבזבז .

3. איכות המוצרים הקלויים

1. סדקים פנימיים במוצרים קלויים

לפי מידע, טווח הטמפרטורות של 350-500 מעלות ו-700 מעלות ומעלה במהלך תהליך הצלייה של המוצר הוא טווח הטמפרטורות המסוכן ביותר שבו עלול להינזק חומר הפחמן. כאשר טמפרטורת הפנים החיצונית של המוצר היא 800 מעלות והפרש הטמפרטורה הרדיאלי המקסימלי הוא 10.7 מעלות, השטח ברדיוס של 50-65 מ"מ קובע את חוזק החומר, ונוצר אזור מתח מסוכן בתוך רדיוס של 65 מ"מ ממרכז הריק. כאשר הטמפרטורה היא 700 מעלות ומעלה, הלחץ באזור זה גדול בהרבה מגבול חוזק השבירה של החומר, ולכן המוצר מייצר סדקים ישרים אורכיים, שבדרך כלל אינם משתרעים על פני השטח החיצוניים של המוצר. , כלומר, תוצר של סדקים פנימיים.

2. הומוגניות מוצר

האחידות של חלוקת הצפיפות של מוצרי פחמן-גרפיט, אחידות הצפיפות הרדיאלית וחלוקת הצפיפות הצירית של המוצר קשורה קשר הדוק לאיכות המוצר במהלך תהליך טיפול החום בגרפיטיזציה. כאשר חלוקת הצפיפות של המוצר אינה אחידה, בתהליך של טיפול בחום בגרפיטציה, עקב הלחץ התרמי, המוצר נוטה ללחץ פנימי, וגם פיזור המתח הפנימי של המוצר אינו אחיד. הלחץ הפנימי הלא אחיד הזה עלול לגרום בקלות לסדקים במוצר. כתוצאה מכך, מוצרי פסולת סדוקים מופיעים במהלך תהליך הגרפיטיזציה.

3. צפיפות התפזורת של המוצר גבוהה

צפיפות התפזורת של מוצרי פחמן-גרפיט משתנה בעיקר עם חומרי הגלם הייצור והתנאים הטכנולוגיים. חוזק הכיפוף, מודול האלסטי והמוליכות התרמית של המוצרים גדלים עם העלייה בצפיפות התפזורת. כאשר צפיפות התפזורת גבוהה, מודול האלסטי של המוצר גדל והשבירות עולה, וכתוצאה מכך עמידות ירודה של המוצר בפני זעזועים תרמיים. במהלך תהליך טיפול החום בגרפיטיזציה, הלחץ התרמי הנוצר מהטמפרטורה הגבוהה עולה בהרבה על הלחץ שהמוצר עצמו יכול לעמוד בו. , יש הבדל גדול בין הלחץ הפנימי לחיצוני, והמוצר מייצר פסולת סדוקה.

4. הייצור שלפני התהליך אינו יציב

מכיוון שהגרפיטיזציה היא תהליך טיפול החום האחרון בייצור מוצרי פחמן-גרפיט, זהו גם תהליך הטיפול בחום עם הטמפרטורה הגבוהה ביותר. נהוג לחשוב שכאשר ייצור התהליך הנוכחי אינו יציב או האיכות משתנה, הוא ייחשף באופן אינטנסיבי במהלך תהליך הגרפיטיזציה. אם טמפרטורת החומר המבושל נמוכה, נקודת הריכוך של האספלט אינה מסויימת, טמפרטורת הצלייה נמוכה וקצב העלייה במשקל של ההספגה אינו מתאים וכו', המוצר יגרום להתכווצות משנית או להתכווצות לא אחידה במהלך טיפול גרפיטיזציה בטמפרטורה גבוהה, וקל מאוד לייצר פסולת סדוקה.

5. תופעת נפיחות

מידה מסוימת של הרחבת נפח בלתי הפיכה מתרחשת במהלך תהליך הגרפיטיזציה של המוצר. הסיבה העיקרית היא שהמוצר נגרם על ידי בריחה מהירה של ריכוז גופרית במהלך תהליך הגרפיטיזציה. מידת ההתפשטות הבלתי הפיכה זו עולה עם העלייה בתכולת הגופרית והעלייה בקצב הטיפול בחום עולה, והתנהגות ההתפשטות הבלתי הפיכה זו נקראת "תופעת נושבת".

כפי שכולנו יודעים, התוכן של יסודות שאינם פחמן כגון מימן, חמצן, חנקן וכו' הוא בדרך כלל פחות מ-0.1 אחוז בקוק נפט לאחר סידוד בטמפרטורת 1350; עם זאת, אטומי הפחמן של גופרית ופחמימנים ארומטיים קשורים כל כך חזק עד שקשר cs מתחיל להישבר מעל 1400 מעלות, ונוצרים תרכובות גופרית וגופרית-פחמן; בטמפרטורות גבוהות יותר, בעיקר ב-1500-1800 מעלות, תרכובות הגופרית והגופרית-פחמן שנוצרות משתחררות במהירות מהמוצר בצורת גז כאשר תכולת הגופרית מגיעה לרמה מסוימת, היא מובילה לרוב לסדקים במוצרים במהלך תהליך הגרפיטיזציה.