흑연 도가니 생산은 등압 성형 기술의 등장으로 크게 발전하여 전 세계적으로 가장 진보된 기술로 자리매김했습니다. 기존의 래밍 방식과 비교하여 등압 성형은 균일한 질감, 더 높은 밀도, 에너지 효율, 그리고 뛰어난 산화 방지성을 가진 도가니를 생산합니다. 성형 중 고압을 가하면 도가니의 질감이 크게 향상되어 기공률이 감소하고 결과적으로 열전도도와 내식성이 향상됩니다(그림 1 참조). 등압 환경에서 도가니의 각 부분은 균일한 성형 압력을 받아 재료의 일관성이 유지됩니다. 그림 2에 나타난 바와 같이, 이 방법은 기존 래밍 공정보다 성능이 뛰어나 도가니 성능을 크게 향상시킵니다.
1. 문제 설명
약 45일의 수명을 가진 래밍 흑연 도가니를 사용하는 알루미늄 합금 절연 저항선 도가니로에서 문제가 발생합니다. 20일 사용 후, 열전도도가 눈에 띄게 감소하고 도가니 외부 표면에 미세 균열이 발생하는 현상이 관찰되었습니다. 사용 후반부에는 열전도도가 급격히 감소하여 도가니가 거의 비전도성이 됩니다. 또한, 표면에 여러 개의 균열이 발생하고 산화로 인해 도가니 상단이 변색됩니다.
그림 3과 같이 도가니로를 살펴보면, 내화벽돌을 쌓아 만든 바닥이 사용되고 있으며, 저항선의 가장 아래쪽 발열체는 바닥에서 100mm 위에 위치합니다. 도가니 상단은 바깥쪽 가장자리에서 약 50mm 떨어진 곳에 석면 섬유 블랭킷을 사용하여 밀봉되어 있으며, 도가니 상단 안쪽 가장자리에 상당한 마모가 있음을 알 수 있습니다.
2. 새로운 기술 개선
개선사항 1: 등압성 가압 점토 흑연 도가니(저온 산화 방지 유약 포함) 채택
이 도가니를 사용하면 알루미늄 합금 단열로에서의 적용, 특히 내산화성 측면에서 그 활용도가 크게 향상됩니다. 흑연 도가니는 일반적으로 400℃ 이상의 온도에서 산화되는 반면, 알루미늄 합금 단열로의 단열 온도는 650℃에서 700℃ 사이입니다. 저온 내산화성 유약을 도포한 도가니는 600℃ 이상의 온도에서 산화 과정을 효과적으로 늦춰 우수한 열전도도를 장기간 유지할 수 있습니다. 동시에 산화로 인한 강도 저하를 방지하여 도가니의 수명을 연장합니다.
개선 2: 도가니와 동일한 재질의 흑연을 활용한 용광로 바닥
그림 4에서 볼 수 있듯이, 도가니와 동일한 재질의 흑연 베이스를 사용하면 가열 과정에서 도가니 바닥의 균일한 가열이 보장됩니다. 이는 불균일한 가열로 인한 온도 구배를 완화하고 불균일한 바닥 가열로 인한 균열 발생 가능성을 줄입니다. 또한, 전용 흑연 베이스는 도가니 바닥과 정렬되어 도가니를 안정적으로 지지하고 응력으로 인한 균열을 최소화합니다.
개선 3: 용광로의 국부적 구조 개선(그림 4)
- 용광로 덮개의 안쪽 가장자리를 개선하여 도가니 상단의 마모를 효과적으로 방지하고 용광로 밀봉을 크게 향상시켰습니다.
- 저항선이 도가니 바닥과 같은 높이에 있도록 하여 바닥이 충분히 가열되도록 보장합니다.
- 도가니 가열에 대한 상부 섬유 블랭킷 씰의 영향을 최소화하고, 도가니 상단에서 적절한 가열을 보장하며 저온 산화의 영향을 줄입니다.
개선 사항 4: Crucible 사용 프로세스 개선
사용 전, 도가니를 200℃ 이하의 온도로 1~2시간 동안 예열하여 수분을 제거합니다. 예열 후, 온도를 850~900℃까지 빠르게 상승시켜 300~600℃의 체류 시간을 최소화하여 이 온도 범위에서 산화를 줄입니다. 이후, 온도를 작동 온도까지 낮추고 알루미늄 액상 재료를 주입하여 정상 작동을 유지합니다.
정제제가 도가니에 부식성을 나타내므로 올바른 사용 지침을 준수해야 합니다. 슬래그 제거는 필수적이며, 도가니가 뜨거울 때 정기적으로 수행해야 합니다. 그렇지 않으면 슬래그 세척이 어려워집니다. 사용 후반부에서는 도가니의 열전도도와 도가니 벽의 노화 여부를 면밀히 관찰하는 것이 중요합니다. 불필요한 에너지 손실과 알루미늄 액체 누출을 방지하기 위해 적시에 교체해야 합니다.
3. 개선 결과
개선된 도가니의 수명 연장은 주목할 만하며, 표면 균열 없이 장시간 열전도도를 유지합니다. 사용자 피드백에 따르면 성능이 향상되어 생산 비용이 절감될 뿐만 아니라 생산 효율도 크게 향상되었습니다.
4. 결론
- 등방성 압축 점토 흑연 도가니는 성능 면에서 기존 도가니보다 우수합니다.
- 최적의 성능을 위해서는 용광로 구조가 도가니의 크기와 구조와 일치해야 합니다.
- 도가니를 올바르게 사용하면 수명이 크게 늘어나 생산 비용을 효과적으로 통제할 수 있습니다.
도가니로 기술에 대한 꼼꼼한 연구와 최적화를 통해 향상된 성능과 수명이 생산 효율성 증대와 비용 절감에 크게 기여합니다.
게시 시간: 2023년 12월 24일