金属を溶解したり溶融浴を保持したりする場合、その作業はユニークである可能性があります。 炉、合金、作業方法、冶金的処理、注湯の手配、および最終製品の特定の組み合わせは、他の施設では再現できない可能性があります。
この記事は、お客様の操作に最適なるつぼを選択するためのガイドとして機能するように設計されています。 金属の溶解/保持操作と特定のるつぼの特性との間の関係を説明します。
現代のるつぼは、高度に不均質な、黒鉛ベースの複合材料であり、その材料組成および黒鉛の構造的配置の制御によって、要求される性能を達成することができます。 るつぼは、茶碗ほどの大きさのものもあれば、数トンの金属を入れることもあります。 炉の中に固定されている場合と、溶融の最後に炉から取り出して注湯するように設計されている場合がある。 るつぼは、燃料炉、電気抵抗炉、誘導炉、または単に溶融金属を移送するために使用されます。
各用途が、るつぼが動作するように設計されなければならない技術的境界を定義する、複雑な温度、化学および物理パラメータを提示するため、多くの異なる性能特性も提供します。
では、利用できる広範囲のるつぼタイプおよび材料から、どのようにして業務に適したるつぼを選択すればよいでしょうか。 溶解、保持、および金属処理プロセスのすべての側面を完全に文書化し、可能であれば、定量化する必要があります。 これには以下が含まれます。
- 容量。 炉の寸法とタイプ
- 溶解する特定の合金または合金の範囲
- 維持する溶解温度と保持温度
- るつぼの温度変化率
- 炉の寸法とタイプ
- 炉の寸法とタイプ
- 融解する合金の範囲と保持する温度li
- るつぼがどのように充電されるか
- 使用されるフラックスまたは添加物
- 脱ガスまたは精錬プロセス
- スラグまたはドロスがどのように除去されるか
- るつぼがどのように空にされるかということ。
これら 9 つのカテゴリは、お客様の特定の要件に一致するるつぼを選択する際に考慮しなければならない、より一般的な要因を反映しています。 また、お客様の業務に特有である可能性のある追加のプロセスまたは要件も考慮する必要があります。
るつぼの選択プロセスには、お客様自身の操作に関する詳細な情報が必要ですが、るつぼのサプライヤーは、るつぼの材料、特性および性能に関する高いレベルの専門知識を提供する必要があります。 最大の選択のために、各特定金属に適した、しかし異なる操作特性を提供する、重複するるつぼの製品ラインを提供できるるつぼサプライヤーを探します。 そうすれば、共同作業により、特定のるつぼをお客様の特定の要件に密接に適合させることができます。 この一致を達成することが、るつぼの安全性、性能、および最大耐用年数の鍵です。
ただし、実用レベルでは、お客様の用途に対してすべての望ましい特性の最高レベルを提供する単一のるつぼのタイプは存在しない可能性があることに留意してください。 るつぼの性能特性は、しばしばトレードオフを伴います。 例えば、最高の熱伝導率を持つるつぼは、熱衝撃に対する最高の保護も提供しないかもしれません。
炉の容量、寸法およびタイプ
使用する炉の容量、寸法およびタイプは、るつぼに関する観察可能な詳細のほとんどを確立します。 たとえば、炉が設計された金属の容量を知っていれば、るつぼが提供すべき容量がわかります。 同様に、炉内のるつぼ用スペースの寸法は、るつぼの寸法と形状を決定します。 これにより、るつぼに注ぎ口を付ける必要があるかどうかも決定されます。
燃料加熱炉
燃料加熱炉には、ガス、石油、プロパン、コークスで駆動する炉が含まれます。 これらの燃料はそれぞれ、るつぼを直接加熱源にさらし、通常 BTU で測定される異なるレベルの熱を提供します。 選択されたるつぼは、炉の燃料がるつぼに適用できる最大 BTU に耐えられるものでなければなりません。 ガス、石油およびプロパン炉では、るつぼは、るつぼの底部でバーナーの炎の影響に耐えることができなければならず、るつぼの周囲を炎が下から上へ循環するようにるつぼをテーパー状にする必要があります。 これにより、るつぼの加熱を均一にすることができる。
良好な熱伝導性と均一な加熱は、炉の内部からるつぼを通して金属装入物に熱を伝達する上で重要なるつぼの特性です。 炭素バインダーに黒鉛を多く含むるつぼは、ガス燃焼炉での高速溶融のために高い熱伝導性を提供します。
電気抵抗炉
電気抵抗炉は、るつぼに均一で全方向の加熱を提供し、金属保持用途での精密な温度制御に理想的なものです。 しかし、溶融用途では燃料炉より遅い。
電気抵抗炉用に設計されたるつぼは通常、盆地状で、るつぼと炉の発熱体の間の距離を均一にします。
誘導炉
誘導炉用のるつぼの選定は、より複雑なタスクです。 貴金属の精錬などの一部の用途では、炉の誘導磁場で加熱するように設計されたるつぼを使用して、装入物を溶かします。 また、誘導電界を通過させ、金属装入物を直接加熱するタイプのルツボを使用する用途もある。 したがって、るつぼの電気的特性を炉の動作周波数と溶融用途に合わせることが重要である。 例えば、設計によっては、低周波誘導炉では炭化ケイ素を多く含むるつぼが必要であり、他の用途では高周波誘導炉では粘土を多く含むるつぼが必要である。
誘導炉用に設計されたほとんどのるつぼは、るつぼと炉のコイルの間の距離を均一にするために円筒形です。 しかし、取り外し可能なるつぼ用に設計された一部の小型炉は、ビルジ型るつぼのプロファイルに一致するように、テーパーコイルを備えています。
取り外し可能なるつぼ炉
上記のすべての炉の種類は、取り外し可能なるつぼを使用するように設計することが可能です。 このるつぼは、炉外や炉内に設置した状態で装入できるが、注湯の際には炉内から取り出して使用する。 金属の移動にのみ使用されるるつぼと同様に、それらは、るつぼを適切に支えるように設計されたトングで持ち上げられるように、ビルジ型または A 型です。
炉の電力制限
炉の仕様に基づくるつぼ要件を記録する際に考慮すべき最後の要因は、電力供給能力です。 多くの場所では、溶解または保持のための電力は常に利用可能とは限らず、特定の時間または特定のレベルでは法外に高価である可能性があります。
溶解または保持する金属
溶解または保持する金属および合金を知ることは、るつぼに必要な特性について多くのことを教えてくれます。 溶融する予定の金属の詳細なカタログは、るつぼが溶融および保持のためにサポートしなければならない最高温度を確立するのに役立ち、金属が化学的および物理的にるつぼ材料とどのように相互作用するかを定義し、最適なるつぼが提供すべき特性を決定する上で重要な要因となります。 例として、燃料燃焼炉で銅ベースの合金を溶解する場合、ローラー成形炭化ケイ素るつぼは、高い熱衝撃抵抗により優れた性能を発揮します。 その他の炉の場合、るつぼは密度が高いものが選ばれることが多い。
炭素結合およびセラミック結合の粘土黒鉛および炭化ケイ素るつぼは、アルミニウムおよびアルミニウム合金、アルミニウム青銅、銅および銅ベースの合金、キュプロニッケルおよびニッケル青銅合金、貴金属、亜鉛および酸化亜鉛の溶解および保持に広く使用されています。 また、るつぼは鋳鉄を溶かすのにも使われる。
ある種のるつぼは、広範囲の金属を含む金属温度をサポートしますが、特定の金属または合金を対象とし、動作温度範囲がより限定されたるつぼを選択することがしばしば必要です。 そのようなるつぼを選択することは、お客様の業務にとって重要な性能特性を提供するため、より有利な場合が多い。 たとえば、鉄から亜鉛までの金属を溶かすことができるるつぼを使用することは、アルミニウム合金溶融操作にとって、必要な温度範囲に制限されているが金属処理フラックスによる腐食損傷に抵抗できるるつぼを持つことほど重要ではないかもしれません。
溶融および保持温度
一般に、溶解または保持する金属および合金によって、るつぼが動作できなければならない温度範囲が決定されます。 るつぼは、その最高温度を超えて加熱してはなりません。 これは、危険なるつぼの故障につながる可能性があります。 しかし、るつぼの下限温度を下回る動作もまた、問題を引き起こす可能性があります。 たとえば、銅ベースの合金の高温溶融用に設計されたるつぼは、亜鉛の溶融に低温で使用すると酸化します。
金属の温度を伴う溶融と保持の実践も、るつぼの選択において考慮する必要があります。
温度変化の速度
温度変化の速度に対処するるつぼの能力は、最小および最大温度制限と同じくらい重要です。 操作方法が、るつぼの頻繁な加熱および冷却サイクルにつながる場合、あるいは急速な温度変化にさらされる場合は、熱衝撃に耐性のあるるつぼを選択する必要があります。 るつぼの種類によっては、急激な温度変化への対処が他のものよりもはるかに優れているものがあります。 例えば、るつぼに含まれる黒鉛の炭素量が多いと、熱伝導率が高く、非湿潤性になります。 また、黒鉛が方向性のあるマトリックスを形成している場合、るつぼは高い耐熱衝撃性を発揮する。 これは、温度が数秒間に数百度変化するような鋳造用途では非常に重要です。
るつぼの装入方法
炉が常に溶融金属で装入される場合、物理的損傷に対して高い耐性を持つように設計されたるつぼはおそらく必要ありません。 しかし、金属インゴットまたはその他の重い材料が装入物の大部分を占め、それらが自動装入システムによって慎重に炉に下ろされない場合、機械的に強く、物理的な衝撃に耐えられるるつぼを選択することが望ましいでしょう。
また、耐久性のある保護釉薬の付いたるつぼが必要でしょう。 乱暴な取り扱いによる釉薬の損傷は、るつぼの酸化損傷につながる可能性があります。
フラックスと添加物
すべてのるつぼは、腐食と化学攻撃に対してある程度の耐性を備えています。 しかし、アルミニウムやその他の非鉄金属の溶解に使用されるほとんどのフラックスやその他の金属処理は、腐食性が高く、化学的攻撃に対して高いレベルの耐性を提供するるつぼが必要です。 この耐性は、一貫して高密度のるつぼ材料構造と耐久性のある保護釉薬の両方によって最もよく付与されます。
脱ガスおよび精錬
アルミニウムおよびアルミニウム合金の脱ガスでは、通常、不活性ガス、通常は窒素を溶融浴に通してバブリングし、ガスの気泡を分解して分散させるために設計したローターを使用して浴を撹拌する必要があります。 この小さな気泡が不要な水素や酸化物を浴中から引き出し、ドロスや介在物とともに表面へと運び、ガスが空気中に逃げて固体物質が除去される。 このプロセスは、フラックス剤とともに使用されることが多く、るつぼを物理的に侵食し、化学的にも攻撃する。 そのため、高密度で機械的強度があり、化学的攻撃に対して高い耐性を持つるつぼが必要とされる。 炭化ケイ素るつぼは、高温での浸食や化学的腐食に対して優れた耐性を持っている。 また、るつぼは静水圧プレスされると、黒鉛がランダムに配列された構造を形成する。
他の非鉄金属で使用される多くの精錬および金属処理プロセスでも、機械的に強く、化学的に耐性のあるるつぼが求められます。
貴金属の精錬および溶解では、使用するるつぼが非湿潤特性を組み込むことによって、きれいな金属を提供することが特に重要です。 つまり、るつぼは、金属の浸透に対して十分に密閉されていなければなりません。
スラグおよびドロスの除去
緻密で非湿潤性のるつぼは、スラグおよびドロスの蓄積を減らし、るつぼが空になったときの洗浄を容易にすることにも役立ちます。
炉を空にする
炉から浸した溶融金属を溶解して保持するためのるつぼは、金属に簡単にアクセスでき、高い熱効率を持つように設計する必要があります。
注湯のために傾いている炉用のるつぼは、注湯に必要な範囲と精度を提供する一体型注湯口を必要とすることがよくあります。
結論
金属の溶解および/または保持操作のすべての側面を完全に詳細に理解することにより、お客様とるつぼサプライヤーは、特定の操作要件を満たして常に長い製品寿命を提供するるつぼ製品を選択できる立場にあります。