Εισαγωγή
Η συγκόλληση είναι μια από τις θεμελιώδεις διαδικασίες στη σύγχρονη βιομηχανική κατασκευή. Η ποιότητά του επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής των κατασκευών. Σε μεθόδους συγκόλλησης υψηλής-απόδοσης, όπως η συγκόλληση με βυθισμένο τόξο και η συγκόλληση με ηλεκτροσκωρία, η ροή είναι ένα απαραίτητο βοηθητικό υλικό. Καλύπτει τη ζώνη συγκόλλησης. Η ποιότητα της ροής καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις μηχανικές ιδιότητες και την αντίσταση στη ρωγμή του μετάλλου συγκόλλησης.
Μεταξύ των διαφόρων τύπων ροής, η συσσωματωμένη ροή έχει αποκτήσει αυξανόμενο μερίδιο αγοράς τα τελευταία χρόνια, τόσο σε εγχώριο όσο και σε διεθνές επίπεδο. Αυτό οφείλεται στην εξαιρετική μεταλλουργική του απόδοση και στην ευέλικτη προσαρμοστικότητα της σύνθεσης. Ωστόσο, η παραγωγή συσσωματωμένης ροής δεν είναι μια απλή φυσική διαδικασία ανάμιξης. Είναι μια συστηματική διαδικασία μηχανικής που περιλαμβάνει ακριβή κατά παρτίδες, ανάμειξη, κοκκοποίηση και πυροσυσσωμάτωση σε υψηλή{3} θερμοκρασία. Σε αυτή τη ροή διεργασίας, ο περιστροφικός κλίβανος χρησιμεύει ως εξοπλισμός πυροσυσσωμάτωσης. Παίζει καθοριστικό ρόλο στην τελική ποιότητα του προϊόντος.
Επισκόπηση της διαδικασίας παραγωγής συσσωματωμένης ροής
Η διαδικασία παραγωγής της συσσωματωμένης ροής μπορεί να συνοψιστεί στα ακόλουθα στάδια:
Χειρισμός πρώτων υλών και παρτίδες → Υγρή ανάμειξη → Κοκκοποίηση → Στέγνωμα σε χαμηλή-θερμοκρασία → πυροσυσσωμάτωση σε υψηλή-θερμοκρασία → Ψύξη → Έλεγχος και συσκευασία
Οι πρώτες ύλες περιλαμβάνουν διάφορες ορυκτές σκόνες όπως βωξίτη, ασβεστόλιθο, φθορίτη και πυρίτιο, καθώς και πρόσθετα όπως σιδηροκράματα και αποοξειδωτές. Αυτά τα υλικά ζυγίζονται με ακρίβεια σύμφωνα με τη σύνθεση ροής. Τα σφάλματα παρτίδας συνήθως ελέγχονται εντός ±0,3%.
Μετά την παρτίδα, η αναμεμειγμένη σκόνη αναμειγνύεται με ένα συνδετικό, συνήθως ποτάσιο-νατριούχου νερού, σε μια διαδικασία υγρής ανάμειξης. Αυτό εξασφαλίζει ομοιόμορφη διασπορά όλων των εξαρτημάτων. Το μίγμα στη συνέχεια διαμορφώνεται σε κόκκους διαμέτρου 0,2 έως 2 mm χρησιμοποιώντας εξοπλισμό κοκκοποίησης. Οι υγροί κόκκοι ξηραίνονται πρώτα σε χαμηλή θερμοκρασία (150-300 βαθμούς) για να αφαιρεθεί η υγρασία. Στη συνέχεια αποστέλλονται στο στάδιο πυροσυσσωμάτωσης.
Η πυροσυσσωμάτωση σε υψηλή-θερμοκρασία είναι το πιο απαιτητικό τεχνικά στάδιο σε ολόκληρη τη διαδικασία παραγωγής. Επίσης, επιβάλλει τις πιο αυστηρές απαιτήσεις στον εξοπλισμό. Ο στόχος αυτού του σταδίου είναι η φρύξη των αποξηραμένων σφαιριδίων ροής στους 750 βαθμούς έως 1000 βαθμούς. Αυτό δίνει στα σωματίδια την τελική τους φυσική αντοχή και τη σύσταση της ορυκτής φάσης. Ο περιστροφικός κλίβανος είναι ο βασικός εξοπλισμός στο στάδιο πυροσυσσωμάτωσης σε υψηλή-θερμοκρασία. Η απόδοσή του καθορίζει άμεσα την ποιότητα της συσσωματωμένης ροής.
Αρχές διεργασίας περιστροφικού κλιβάνου για παραγωγή συσσωματωμένης ροής
Αρχή εργασίας περιστροφικού κλιβάνου
Ο περιστροφικός κλίβανος είναι μια ελαφρώς κεκλιμένη, συνεχώς περιστρεφόμενη κυλινδρική θερμική συσκευή. Το υλικό τροφοδοτείται από την ουρά του κλιβάνου (το υπερυψωμένο άκρο). Πέφτει συνεχώς κάτω από την περιστροφή του κελύφους. Ταυτόχρονα, κινείται αργά κατά μήκος της αξονικής κατεύθυνσης προς την κεφαλή του κλιβάνου (το κάτω άκρο). Το καύσιμο εγχέεται και καίγεται στην κεφαλή του κλιβάνου. Το ζεστό καυσαέριο αναρροφάται από τον επαγόμενο ανεμιστήρα ρεύματος. Ρέει αντίθετα-προς το παρόν μέσω του στρώματος υλικού και εξέρχεται από την ουρά του κλιβάνου. Αυτή η αντίθετη-ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ υλικού και θερμού αερίου εξασφαλίζει υψηλή θερμική απόδοση και ομοιόμορφη θέρμανση.
Η λειτουργία θέρμανσης μέσα στον περιστροφικό κλίβανο διασφαλίζει ότι κάθε σωματίδιο ροής εκτίθεται ομοιόμορφα στο ρεύμα θερμού αερίου. Αυτό αποφεύγει το πρόβλημα ανομοιόμορφης θέρμανσης που είναι κοινό στις μεθόδους στατικής θέρμανσης.
Βασικά εξαρτήματα του περιστροφικού κλιβάνου
| Σύστημα | Κύρια Εξαρτήματα | Λειτουργία |
|---|---|---|
| Περιστροφικό κέλυφος | Ατσάλινο κέλυφος πλάκας, πυρίμαχη επένδυση, δύο δακτύλιοι ελαστικού | Μεταφέρει υλικό και ολοκληρώνει τη μεταφορά και την ανταλλαγή θερμότητας κατά την περιστροφή |
| Συσκευή υποστήριξης | Σετ κυλίνδρων, βάση, υδραυλικός ωστικός κύλινδρος | Υποστηρίζει όλο το βάρος του κελύφους και ελέγχει την αξονική κίνηση |
| Σύστημα κίνησης | Κύριος κινητήρας, βοηθητικός κινητήρας, μειωτήρας, ανοιχτό γρανάζι | Παρέχει περιστροφική ισχύ. Ο βοηθητικός κινητήρας διατηρεί αργή περιστροφή κατά τη διακοπή ρεύματος για να αποτρέψει την παραμόρφωση του κελύφους |
| Σύστημα στεγανοποίησης | Σφράγιση μπλοκ γραφίτη, σφράγισμα πλακών από ανοξείδωτο χάλυβα | Περιορίζει τη διαρροή αέρα κάτω από 10%, μειώνει την απώλεια θερμότητας και τις εκπομπές |
| Σύστημα Θέρμανσης | Καυστήρες ή ηλεκτρικά στοιχεία θέρμανσης, σωληνώσεις καυσίμου | Παρέχει θερμότητα για πυροσυσσωμάτωση και φιλοξενεί πολλούς τύπους καυσίμων |
Το σύστημα μετάδοσης κίνησης του περιστροφικού κλιβάνου χρησιμοποιεί μια διαμόρφωση διπλής-κινητήρας. Ο κύριος κινητήρας λειτουργεί τον κλίβανο με 0,5 έως 4,0 r/min κατά την κανονική λειτουργία. Ο βοηθητικός κινητήρας ξεκινά αυτόματα κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος. Διατηρεί αργή περιστροφή στο 1/100 περίπου της κανονικής ταχύτητας. Αυτός ο σχεδιασμός αποτρέπει τη μόνιμη παραμόρφωση κάμψης του κελύφους του καυτού κλιβάνου λόγω του βάρους του όταν η περιστροφή σταματά ξαφνικά. Για βιομηχανικούς κλιβάνους με συνεχή λειτουργία, αυτό είναι ένα σημαντικό τεχνικό μέτρο για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας του εξοπλισμού και της διάρκειας ζωής.
Επίδραση του περιστροφικού κλιβάνου στην ποιότητα της συσσωματωμένης ροής
Η τελική ποιότητα της συσσωματωμένης ροής περιλαμβάνει αντοχή σε θλίψη σωματιδίων, σταθερότητα αλκαλικότητας, σύνθεση ορυκτής φάσης και μεταλλουργική απόδοση συγκόλλησης. Αυτές οι ιδιότητες εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το εάν η διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης μέσα στον περιστροφικό κλίβανο ελέγχεται με ακρίβεια. Τρεις παράγοντες-η θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης, η ομοιομορφία του θερμικού ιστορικού και η ατμόσφαιρα του κλιβάνου-είναι οι βασικές μεταβλητές που επηρεάζουν την ποιότητα ροής. Οποιαδήποτε απόκλιση σε έναν από αυτούς τους παράγοντες μπορεί να προκαλέσει ελαττώματα στην αντοχή των σωματιδίων, στη σταθερότητα της σύνθεσης ή στην απόδοση συγκόλλησης της τελικής ροής.
Οι αντιδράσεις στερεάς-κατάστασης και η μερική υγρή-πήξη φάσης της συσσωματωμένης ροής συμβαίνουν κυρίως εντός του εύρους θερμοκρασίας από 830 βαθμούς έως 860 βαθμούς . Εάν η θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης είναι πολύ χαμηλή, οι αντιδράσεις στερεάς-κατάστασης είναι ατελείς και η ισχύς των σωματιδίων είναι ανεπαρκής. Αυτό οδηγεί σε κονιοποίηση κατά τη μεταφορά και τη χρήση. Εάν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή, οι επιφάνειες των σωματιδίων μπορεί να υπερ-συντεθούν ή να κολλήσουν μεταξύ τους. Επιπλέον, βραχυπρόθεσμες{10}}διακυμάνσεις θερμοκρασίας 10-15 μοιρών κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης μπορεί να επηρεάσουν την ποιότητα των τελικών σωματιδίων. Επομένως, το σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας του περιστροφικού κλιβάνου πρέπει να διατηρεί τη θερμοκρασία της ζώνης πυροσυσσωμάτωσης εντός ±5 μοιρών από το σημείο ρύθμισης.
Το αν η θερμική ιστορία των σωματιδίων ροής στον κλίβανο είναι συνεπής καθορίζει άμεσα την ομοιομορφία της ποιότητας του προϊόντος στην ίδια παρτίδα. Η αναδιπλούμενη δράση του περιστροφικού κλιβάνου διασφαλίζει ότι οι συνθήκες ανταλλαγής θερμότητας είναι ουσιαστικά ίσες για κάθε σωματίδιο κατά τη θέρμανση. Ο συνολικός χρόνος παραμονής των σωματιδίων ροής στον κλίβανο είναι τυπικά 45 έως 90 λεπτά. Ελέγχεται από κοινού από την ταχύτητα περιστροφής του κελύφους και τη γωνία κλίσης. Προσαρμόζοντας αυτές τις δύο παραμέτρους, οι χειριστές μπορούν να ορίσουν κατάλληλους χρόνους παραμονής για να εξασφαλίσουν πλήρεις αντιδράσεις στερεάς-κατάστασης χωρίς υπερβολική-πήξη. Αυτός ο ακριβής έλεγχος της θερμικής ιστορίας των υλικών είναι δύσκολο να επιτευχθεί σε στατικούς κλιβάνους ή κλιβάνους σήραγγας.
Η περιεκτικότητα σε FeO σε ροή είναι ένας σημαντικός δείκτης της ποιότητάς του. Η υπερβολικά υψηλή περιεκτικότητα σε FeO μειώνει την αντοχή της συγκόλλησης και την αντίσταση στη διάβρωση κατά τη συγκόλληση. Το FeO προέρχεται κυρίως από πρώτες ύλες και από υλικά κελύφους κλιβάνου ή ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια πυροσυσσωμάτωσης σε υψηλές{2} θερμοκρασίες. Τα κελύφη των κλιβάνων από συνηθισμένο ανθρακούχο χάλυβα είναι επιρρεπή σε οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζοντας κλίμακα οξειδίου του σιδήρου. Εάν αυτή η κλίμακα αποκολληθεί και αναμιχθεί με το υλικό, αυξάνει άμεσα την περιεκτικότητα σε FeO της ροής. Τα κελύφη από ανοξείδωτο χάλυβα ανθεκτικό στη θερμότητα{6}}μπορούν να εξαλείψουν αποτελεσματικά αυτό το μονοπάτι μόλυνσης σε φυσικό επίπεδο.
Επίδραση Διαφορετικών Μεθόδων Θέρμανσης σχετικά με την ποιότητα συσσωματωμένης ροής
Υπάρχουν τρεις κύριες μέθοδοι θέρμανσης για περιστροφικούς κλιβάνους στην παραγωγή συσσωματωμένης ροής: άμεση θέρμανση, έμμεση θέρμανση και ηλεκτρική θέρμανση.
Περιστροφικός Κλίβανος Άμεσης Καύσης
Η απευθείας-θέρμανση με καύση καίει καύσιμο και αέρα καύσης απευθείας μέσα στο κέλυφος του κλιβάνου. Η θερμότητα μεταφέρεται στο υλικό μέσω της ακτινοβολίας φλόγας και της μεταφοράς. Αυτή η μέθοδος προσφέρει την υψηλότερη θερμική απόδοση και τη χαμηλότερη αρχική επένδυση εξοπλισμού. Είναι κατάλληλο για συνεχή παραγωγή μεγάλου-όγκου τυπικών προϊόντων ροής που δεν είναι ευαίσθητα στη σύνθεση της ατμόσφαιρας.
Περιστροφικός Κλίβανος Έμμεσης Καύσης
Η θέρμανση με έμμεση-καύση τοποθετεί τον θάλαμο καύσης έξω από το κέλυφος του κλιβάνου. Η θερμότητα διοχετεύεται μέσω του τοιχώματος του κλιβάνου στο υλικό. Τα προϊόντα καύσης είναι πλήρως απομονωμένα από το πέρασμα υλικού. Αυτό διασφαλίζει ότι η ροή δεν είναι μολυσμένη κατά τη διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης. Είναι η απαραίτητη επιλογή για ροές υψηλής-βασικότητας και ροές ανοξείδωτου που περιέχουν τιτάνιο-.
Περιστροφικός Κλίβανος Ηλεκτρικής Θέρμανσης
Η ηλεκτρική θέρμανση χρησιμοποιεί θερμαντικά στοιχεία αντίστασης ως πηγή θερμότητας. Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται πλήρως σε θερμότητα χωρίς εκπομπές καύσης. Η ακρίβεια ελέγχου θερμοκρασίας μπορεί να φτάσει τους ± 3 βαθμούς. Αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για πιλοτικές γραμμές Ε&Α και περιοχές με αυστηρούς περιβαλλοντικούς κανονισμούς.
Σύναψη
Η παραγωγή συσσωματωμένης ροής είναι μια συστηματική διαδικασία που απαιτεί αυστηρό έλεγχο σε κάθε βήμα. Από την παρτίδα της πρώτης ύλης έως την ανάμειξη και την κοκκοποίηση, από το στέγνωμα σε χαμηλή-θερμοκρασία έως τη σύντηξη σε υψηλή-θερμοκρασία, κάθε στάδιο επηρεάζει την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Σε αυτή τη ροή διεργασίας, ο περιστροφικός κλίβανος αναλαμβάνει την πιο κρίσιμη εργασία. Μέσω ακριβούς ελέγχου θερμοκρασίας, ομοιόμορφης κατανομής θερμότητας και ευέλικτης προσαρμογής των παραμέτρων διεργασίας, μετατρέπει τις κοκκοποιημένες πρώτες ύλες ροής σε σταθερά τελικά προϊόντα ροής.
Μπορεί να ειπωθεί ότι το τεχνικό επίπεδο του περιστροφικού κλιβάνου καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τη συνολική απόδοση της γραμμής παραγωγής συσσωματωμένης ροής. Για τη βιομηχανία παραγωγής ροής, η πλήρης κατανόηση της αρχής λειτουργίας του περιστροφικού κλιβάνου και των επιπτώσεών του στην ποιότητα του προϊόντος είναι ένα σημαντικό θεμέλιο για τη βελτίωση της ποιότητας ροής και της απόδοσης της γραμμής παραγωγής.
