КЕРАМИЧЕСКИЕ ТИГЛИ ДЛЯ ПЛАВКИ
ЦВЕТНЫХ И ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
 
ИТБ "Литьё Украины" №8 (84), 2007 г.
инж. Сезоненко Ю.Д., к.ф.-м.н. Сезоненко А.Ю.
"САС – инженерная компания" ООО, 03142, Украина, г.Киев-142, ул. Семашка
 
В настоящее время в плавильных и раздаточных печах при производстве отливок из цветных металлов и сплавов применяют тигли из керамики.
 
Несмотря на использование всевозможных обмазок и красок чугунные тигли уже редко применяются, поскольку имеют ряд существенных негативных характеристик:
 
1. Сильное взаимодействие материала тигля с расплавом. Для примера, при плавке и/или передержке алюминиевых сплавов в чугунном тигле происходит постепенное насыщение расплава железом, что приводит к образованию при кристаллизации интерметаллида FeAl3, который приводит к резкому охрупчиванию литого материала. Кроме того, вывести Fe из алюминиевого сплава крайне затруднительно.
 
2.  Низкий срок службы тиглей по причине низкой стойкости при контакте с расплавом и окисления. Средний срок службы (данные по украинским предприятиям) чугунных тиглей в печах электросопротивления при работе с алюминиевыми сплавами составляет 2-3 месяца.
 
3. Низкая теплопроводность и высокая теплоемкость тигля, что приводит к увеличению потребления эл.энергии и увеличению времени выхода на режим, соответственно.
 
4. Окисление поверхности тигля. Образовавшийся в результате взаимодействия с воздухом оксид железа («окалина») попадает как в расплав, загрязняя его, так и в случае применения электропечей сопротивления попадает на электроспирали вызывая преждевременный выход из строя нагревательных элементов печи.
 Керамические тигли лишены этих основных недостатков, но ставят перед производителями этих тиглей высокие требования к качеству продукции.

Качество тиглей, их долговечность, оказывают существенное влияние на себестоимость продукции. Более чем 10-й опыт отечественных предприятий использующих керамические тигли фирмы “Noltina” (Германия) в электрических, газовых и индукционных печах подтвердил факт:

  • Тигли “Noltina” это минимальные затраты на единицу изготовленной продукции при гарантированном качестве жидкого металла.
  • 125-летняя работа фирмы «Carl Nolte Sohne GmbH», (Германия) на мировом рынке позволила создать тигли “Noltina”, пользующиеся заслуженным уважением металлургов и литейщиков всего мира и занять лидирующую позицию в Европе. Качество продукции «Carl Nolte Sohne GmbH» подтверждено международными стандартами качества: Certified according to ISO 9001:2000 Certificate No. 93155.
  • Вся технологическая цепочка производства тиглей “Noltina” размещена на заводе «Carl Nolte Sohne GmbH» в Германии на современном оборудовании с тщательным контролем всех стадий производства, что обеспечивает стабильность качества выпускаемых тиглей. На сегодняшний день производимая «Carl Nolte Sohne GmbH» гамма тиглей широка и может удовлетворить все запросы «Заказчиков».
 
Типы производимых тиглей “Noltina”:

1. Тигли типа SYNCARB – графитошамотные тигли, получаемые изостатическим прессованием при высоком давлении. Данная технология приводит к созданию чрезвычайно плотной структуры материала тигля (отсутствию микропор), обладающей высокой теплопроводностью, исключительной механической прочностью, высокой стойкостью к воздействию шлаков и химических реагентов. Теплопроводность: 4,2 Вт/м*К и выше, огнеупорность: 1600°С.

2. Тигли типа STABIL – карбидокремниевые тигли с углеродной связкой, обладающие чрезвычайно высокой теплопроводностью, стойкостью к окислению и беспрецедентно высокой стойкостью к воздействию шлаков и химических реагентов. Благодаря наличию углеродной связки, тигли имеют высокую стойкость к перепадам температур «термошоку» и потому рекомендованы для быстрых процессов плавления.

Теплопроводность: 2,5 Вт/м*К и выше, огнеупорность: 1600°С.
3. Отдельную группу представляют тигли, изготавливаемые для индукционных плавильных печей. Обычно они изготавливаются цилиндрической или конической формы. При подборе материала и толщины стенок тигля, предназначенного для индукционной печи, учитывается частота и мощность тока, подаваемого на индуктор.
 
Основные слагаемые качества тиглей “Noltina”, это:
 
1. Материал тигля. Удачно подобранные основные компоненты смеси для изготовления тигля и их однородность: графит, карбид кремния, шамот и различные связующие вещества тщательно подобраны как по концентрации, так и по размерам частиц, для получения максимальных эксплуатационных характеристик тиглей. Для различных типов тиглей концентрации компонентов различны.
 
2. Технология изготовления. Завод «Carl Nolte Sohne GmbH» имеет в своем распоряжении современное оборудование для изостатического прессования тиглей под высоким давлением, для процессов термообработки тигля и т.д. Как результат, открытая пористость материала тигля составляет всего 13-23 %.
 
3. Специальное покрытие – эмаль (глазурь) обеспечивает длительную эксплуатацию тигля, заполняет микротрещины, образующиеся в процессе установки и эксплуатации. При некачественной эмали через микротрещины кислород реагирует с графитом, содержащимся в материале тигля с выделением CO2 , а также и с SiC (с образованием SiO2 и CO2, причем образующийся SiO2 имеет объем в 10 раз меньше исходного  SiC), что приводит к постепенному разрастанию трещин. Кроме того, в тиглях “Noltina” эмаль наноситься и на внутреннюю поверхность тигля и имеет очень высокую химическую стойкость к шлакам и флюсам. Эмаль индивидуальна для различных типов печей (индукционная, газовая, электросопротивления) и для различных материалов (алюминиевые сплавы, медные сплавы, и.т.д.).
 
 При использовании керамических тиглей по назначению очень важна стабильность физических и механических свойств тигля в процессе эксплуатации. Так, например, в ходе работы на одном из литейных заводов Украины, в процессе плавки возврата собственного производства (алюминиевые сплавы) на одной из тигельных печей электросопротивления применяли тигли производства РФ и тигли “Noltina”. В процессе эксплуатации были выявлены следующие особенности: в процессе работы в материале тиглей производства РФ прошли структурные изменения, которые привели к резкому снижению теплопроводности материала тигля, что в результате привело к снижению производительности печи с 3 тн. в сутки до 1,2 тн., в то время, как производительность на тиглях “Noltina” осталась неизменной в течении всего срока службы.
 
По той же причине в случае применения тиглей производства РФ приходиться поддерживать более высокую температуру нагревательных элементов, что приводит к преждевременному выходу из строя нагревательных элементов, увеличивает потребление эл.энергии на тонну расплавленного металла (т.е. потребление эл.энергии на 1 тн. готового расплава увеличивается приблизительно вдвое) , а также сокращает срок службы самих тиглей.
 

Как пример, ниже представлены изображения тиглей после эксплуатации в печах:

Тигель низкого качества после эксплуатации в течении 20 дней в электропечи сопротивления на Al сплавах. Низкое качество глазури привело к сильному окислению с последующим образованием трещин и раскалыванием тигля.
Тигель низкого качества после эксплуатации в течении 16 дней в газовой печи при плавке медных сплавов. Образовавшийся при работе шлак сильно реагирует с материалом тигля и приводит к утонению стенок и полному разрушению тигля.
 Тигель “Noltina” после эксплуатации в электропечи сопротивления на Al сплавах в течении 12 месяцев. Тигель не утратил герметичности
 
 
 
 
Срок службы тиглей.
Ниже представлены наиболее типичные примеры эксплуатации тиглей “Noltina” в печах различных типов:
 
- В газовых печах.

Поскольку в газовых печах имеет место очень «жесткий» температурный режим и интенсивное взаимодействие материала тигля с продуктами горения, поэтому требуется очень высокое качество, как самого материала тигля, так и специального покрытия тиглей – эмали. В условиях газового нагрева средний срок службы тиглей “Noltina” марки BUC 300U, емкостью 300 кг по алюминию составил: для плавильных печей – 8 месяцев, для раздаточных – 15 месяцев. При этом участок из 12-ти газовых печей с этими тиглями производит 80 тн. готового литья в месяц.

- В индукционных печах.

Тигли “Noltina” хорошо себя зарекомендовали при работе в индукционных печах. Поскольку специальное покрытие (эмаль) подбирается специально под определенную рабочую частоту печи, то достигаются высокие эксплуатационные характеристики. Например, средний срок службы тиглей “Noltina” (как правило серия тиглей АС) при плавке медных сплавов составляет ~100 плавок. Для сравнения, средний срок службы тиглей производства РФ в тех же печах составлял 20-25 плавок.

- В электропечах сопротивления.

В стационарных электропечах сопротивления типа САТ-250 применение тиглей “Noltina” марки BUC 300U (емкость по Al составляет 300 кг) позволяет производить 0,5 тн. литья в сутки, при этом стойкость тигля в среднем составляет 300 суток.

В плавильных наклоняемых электропечах типа “Nabertherm” K240/12 применяют тигли “Noltina” ТР 587 «Syncarb» емкостью 600 кг по алюминию, в котором готовят жидкий металл для литья гидроплотных отливок. В среднем тигель выдерживает 450-500 плавок.

 

Обобщенные данные эксплуатации тиглей "Noltina" на украинских заводах.
Параметры, характеристики Тигли “Noltina”

1. Тип печи

печи электросопротивления

2. Средняя стойкость тигля, количество плавок

450

3. Среднее количество металла, переплавленное в одном тигле, тонн

170

4. Общее кол-во потребленной электроэнергии на тонну готового расплава, кВт*час

480 кВт*час на тонну готового расплава

5. Общие затраты на 1тн. готового расплава с учетом эл.энергии.

174 грн на тонну готового расплава

 
Для сравнения, приведем таблицу испытаний тиглей производства РФ (информация взята из открытых источников – Торговый дом «Абразив», г.Санкт-Петербург, эксклюзивного торгового представителя Лужского Абразивного Завода, г.Луга, РФ,  веб-страница www.abrazive.ru): «Ниже  приведены сравнительные данные, полученные при испытаниях  тиглей  на углеродном и керамическом связующих на операции плавки алюминиевого сплава в электропечи сопротивления (тигли емкостью 150 кг по меди):
 
Данные испытаний тиглей производства РФ.
Параметры, характеристики Тип тигля
ТГГ-150Л на керамическом связующем TГ-150US на углеродном связующем

1. Марка печи

 CЭT 350 N

2. Мощность печи, кВт

 12

3. Емкость тигля (по алюминию), кг

 43

4. Затраты времени на прокалку тигля, час

 9

 -

5. Средняя стойкость тигля, количество плавок

 27

 78

6. Затраты времени на одну плавку, час

 3

7. Стоимость 1 кВт электроэнергии, руб

0.36

8. Количество металла, переплавленное в одном тигле, тонн

1.16

3.35

9. Общее кол-во потребленной электроэнергии (с учетом прокалки тигля), кВт*час

1080

2808

10. Затраты на электроэнергию, руб

388.8

1010.88

11. Затраты на приобретение тигля (цена, включая НДС), руб

1211.88

2276.65

12. Общая сумма затрат, руб

1600.68

3287.53

13. Затраты в расчете на переплавку одной тонны металла в тигле, руб

1379.9

981.4

Результаты, приведенные в таблице справедливы для РФ. Приняв во внимание стоимость эл.энергии и стоимость самих тиглей (пр-ва Лужского абразивного завода) в Украине итоговый пункт 13 таблицы будет иметь следующее значение: затраты в расчете на переплавку одной тонны металла в тигле (с учетом эл.энергии) составляют 479 грн/тн для тигля ТГГ-150Л и 369 грн/тн для тигля  TГ-150US соответственно.

Следует также отметить, что затраты на эл.энергию для тиглей производства РФ практически вдвое выше по сравнению с тиглями “Noltina”
Таким образом, не вызывает сомнения утверждение об экономической целесообразности эксплуатации тиглей Noltina отечественными предприятиями.
 
ФОРМЫ СЕРИЙНЫХ ТИГЛЕЙ “NOLTINA”

Тигель «BU» конической формы идеально подходит для большинства плавильных и раздаточных печей. Для наклоняемых печей тигель может изготавливаться с углублением в дне и выемкой под сливной носик. Емкость по алюминию: от 35 до 1800 кг.

Тигли «TBN» формы с усиленным дном и сливным носиком. Предназначены для использования в тигельных наклоняемых печах. Есть модификации с отверстием в боковой стенке для термопары. Емкость по алюминию: от 412 до 1500 кг.

Тигель конической формы «А» идеально подходит для большинства плавильных и раздаточных печей. Емкость по меди: от 2 до 1500 кг.

Тигли формы «BN» с усиленным дном. Тигли выпускаются как с отверстием в боковой стенке для термопары, так и без отверстия. Емкость по алюминию: от 150 до 1800 кг.

Тигли формы «В» специально изготавливаются для передержки алюминиевых сплавов при производстве поршней для двигателей внутреннего сгорания. Этот вид тиглей изготавливается вручную, по специальной технологии. Емкость по алюминию: от 150 до 470 кг.

Тигли формы «ТР» выполнены со сливным носиком и предназначены для наклоняемых тигельных печей. В дне предусмотрено специальное углубление для фиксации тигля во время наклона.

Получить всю техническую информацию по тиглям “Noltina”, а также приобрести их можно на нашем предприятии.

 

Copyright© 1999-2018 г.
ООО "Инженерная компания – САС"

03142, Украина, г. Киев, ул. Семашко 13, оф.105, 106
тел/факс: +38 (044) 424-25-03 / +38 (044) 423-82-99
e-mail: info@sasua.com.ua