Ալյումինային կերամիկա. նյութ, որը իրական գործարանային պայմաններում լուռ գերազանցում է սպասելիքները

Մի ջերմակայուն գործարանում, որտեղ ես աշխատել եմ, վառարանի կահույքը մշտական գլխացավանք էր դառնում։ Կորդիերիտե դարակները ճաքում էին մոտավորապես 40–50 ցիկլ անց՝ 1250 °C-ից մինչև սենյակային ջերմաստիճան, ինչը ստիպում էր անպլանավորված կանգառներ կատարել յուրաքանչյուր վեցից ութ շաբաթը մեկ։ Արտադրական թիմը փորձարկել էր մուլիտը և նույնիսկ մի քանի սիլիցիում-կարբիդային պրոտոտիպներ, սակայն ոչ մեկը չէր ապահովում կայուն ծառայողական ժամկետ՝ միաժամանակ չափազանց բարձրացնելով ծախսերը։ Վերջապես մենք կարևոր setter plates-ներն ու saggers-ները փոխարինեցինք 95 % ալումինային (%) կերամիկական մարմնով։ Առաջին տարվա ընթացքում միջին շահագործման ժամկետը բարձրացավ մինչև 180 ցիկլից ավելի, իսկ վառարանի արտակարգ կանգառների թիվը նվազեց ավելի քան կեսով։ Այդ մեկ նյութի փոփոխությունը ինքն իրեն արդարացրեց ինը ամսվա ընթացքում, երբ հաշվի առանք նվազեցված դադարները և փոխարինման ավելի ցածր հաճախականությունը։.

Ալյումինային կերամիկան էապես սինթերացված ալյումինի օքսիդ է, սովորաբար 92–99.5 % Al₂O₃ կազմով։ Մաքրության բարձրացման հետ բարելավվում են բարձր ջերմաստիճանի ամրությունը, էլեկտրական մեկուսացումը և մաշվածության դիմադրությունը, սակայն բարձրանում է նաև սինթերացման համար անհրաժեշտ ջերմաստիճանը։ Ստանդարտ տեսակները ստացվում են չոր ճնշմամբ, իզոստատիկ ճնշմամբ կամ էքստրուզիայով, այնուհետև թխվում են 1500–1700 °C ջերմաստիճանում։ Առավել պահանջկոտ կիրառությունների համար տաք իզոստատիկ ճնշումը (HIP) կամ սլիպ-կաստինգը, որին հաջորդում է կանաչ մշակում, ապահովում է շատ ցածր ծակոտկենությամբ մոտավորապես վերջնական ձևի մասեր։.

Ալյումինան առանձնանում է այն հատկությունների համադրությամբ, որոնք դիմանում են իրական շահագործման ծանր պայմաններին։ Մոհսի սանդղակում դրա կարծրությունը մոտ 9 է, ջերմահաղորդականությունը՝ համեմատաբար բարձր՝ կերամիկայի համար (20–30 Վտ/մ·°C՝ կախված մաքրությունից), և այն պահպանում է օգտակար թեքման ամրությունը 1200 °C-ից բարձր ջերմաստիճաններում։ Այն նաև դիմացկուն է շատ թթուների, ալկալիների և հալված մետաղների նկատմամբ՝ ավելի լավ, քան բազմաթիվ օքսիդային կերամիկաներ։ Այս հատկությունները բացատրում են, թե ինչու ալյումինան օգտագործվում է մանրացման միջավայրերում, վառարանային կահույքում, պոմպային կնքումներում, թերմոկուպլերի պաշտպանիչ խողովակներում, էլեկտրական մեկուսիչներում և մաշվածության դիմադրող ծածկույթներում։.

Իրական սպասարկումից ստացված կողք-կողքի կատարողական տվյալներ

Մի քանի տարի անց մեկ այլ վայրում մենք անցկացրինք վերահսկվող համեմատություն 92 % ալյումինա և 99 % ալյումինա մանրացուցիչ գնդիկների միջև նույն խոնավ գնդիկային մանրացուցիչում՝ մշակելով բարձր սիլիկայով կերամիկական մարմնի սլիպը։ Երկու խմբում էլ օգտագործվել են նույն չափի գնդիկներ և նույն մանրացուցիչի արագությունը։ 2000 ժամ աշխատանքի ավարտին մենք չափեցինք հետևյալը:

• 92 % ալումինային գնդիկ՝ միջին մաշվածության արագություն՝ 0.018 % ժամում քաշի հաշվարկով։ Շլիպում երկաթի աղտոտվածությունը բարձրացավ մինչև 0.035 % 1,500 ժամ անց։ Գնդիկների մակերեսային կոպտությունը զգալիորեն աճեց, ինչը վերջին 500 ժամերի ընթացքում դանդաղեցրեց մանրացման արդյունավետությունը։.
• 99 հատ % ալումինային գնդիկներ՝ միջին մաշվածության արագությունը 0,007 % ժամում։ Երկաթի կուտակումը մնաց 0,008 %-ից ցածր։ Գնդիկները ավելի երկար ժամանակ մնացին հարթ, ինչը թույլ տվեց մեզ պահպանել նպատակային մասնիկների չափերի բաշխումը ընդհանուր առմամբ 12 % պակաս մշակման ժամանակով։.

Ավելի բարձր մաքրության գնդիկները սկզբնական շրջանում արժեցան մոտ 35 %-ով ավելի, սակայն քանի որ լրացուցիչ նյութի սպառումը նվազեց ավելի քան կեսով և մենք վերացրինք հաջորդական լրացուցիչ մագնիսական առանձնացման քայլը, 99 % կարգի դեպքում ավարտված սլիպի մեկ տոննայի ընդհանուր ծախսը կազմեց 22 %-ով պակաս։.

Մենք տեսանք նմանատիպ օրինաչափություններ կավագործական կերամիկական կաղապարների դեպքում։ Արագ այրվող պորցելանային սալիկների վառարանում, որը աշխատում էր 1220 °C ցիկլերով, 95 % ալումինային բլոկները 150 ցիկլից հետո միջինում կորցրին 0.8 % քաշ, մինչդեռ համեմատելի կորդերիտային բլոկները կորցրին 3.4 % և սկսեցին թեքվել։ Ալյումինային բլոկները նաև ավելի հավասարաչափ փոխանցեցին ջերմությունը, ինչը կրճատեց բեռի վրա ջերմաստիճանի տատանումները մոտ 15 °C-ով և բարելավեց թխման միատարրությունը։.

Ժամկետային երկարաժամկետ օգտագործումից ստացված գործնական դասեր

Չի պահանջվում ամեն կիրառման համար առավելագույն մաքրություն։ Շատ մաշվող մասերի և ընդհանուր վառարանային պարագաների համար 92–95 % օքսիդային ալյումինը ապահովում է կատարողականության և ծախսերի լավագույն հավասարակշռությունը։ 1400 °C-ից բարձր նվազեցնող մթնոլորտներում կամ երբ պահանջվում է ծայրահեղ ջերմային ցնցումների դիմադրություն, երբեմն անհրաժեշտ են զիրկոնիայով ամրացված ալյումինան կամ այլ կոմպոզիտներ։ Ալյումինան նույնպես փխրուն է. ընկած պողպատե գործիքների հարվածը կամ մշակման գծում հայտնված խառն մետաղը կարող են առաջացնել ճաքեր, ուստի լավ կարգապահությունն ու բեռնում-բեռնաթափման ճիշտ ընթացակարգերը անփոխարինելի են։.

Փորձից պարզ է, որ առավել մեծ արդյունքներ ստացվում են այն ժամանակ, երբ թիմերը դադարեցնում են ալյումինային կերամիկան անմիջապես որպես ուղիղ փոխարինիչ օգտագործել և փոխարենը վերանայում են աջակցության համակարգը՝ հաշվի առնելով նյութի ուժեղ կողմերը։ Ավելի բարձր ջերմային ամրության շնորհիվ հաճախ հնարավոր է կիրառել ավելի բարակ հատվածներ, ինչը նվազեցնում է ջերմային զանգվածը և կրճատում տաքացման ու սառեցման ժամանակները։ Թոնրայի կահույքի ճիշտ դասավորությունը, որը խուսափում է կետային բեռներից և ապահովում է հավասարաչափ ընդլայնում, նույնպես զգալիորեն երկարացնում է ծառայության ժամկետը։.

Ալյումինային կերամիկան երբեք չի լինի դարակում ամենաէժան տարբերակը, սակայն այնպիսի միջավայրերում, որտեղ դադարները, աղտոտումը կամ հաճախակի փոխարինումը իրական ծախսեր են առաջացնում, այն շարունակում է ապահովել չափելի եկամուտներ։ Այն ձեռնարկությունները, որոնք հետևում են ոչ միայն գնումների գնին, այլև իրական շահագործման տևողությանը, մաշվածության տեմպերին և հետագա ազդեցություններին, հենց դրանց են վերադառնում ալյումինային սերամիկային՝ առավել կարևոր առաջադրանքների համար։ Երբ պայմանները համապատասխան են, այն դեռևս մնում է մեր ամենաավելի հուսալի նյութերից մեկը՝ բարձր ջերմաստիճանի և բարձր մաշվածության գործընթացները տարիներ շարունակ հուսալիորեն իրականացնելու համար։.