بوته گرافیتی (معرفی، کاربرد، نکات خرید)

در کوره های بوته ای (Crucible Furnace)، سوخت یا شعله به طور مستقيم با مذاب تماس ندارد. بلكه حرارت توسط هدايت از ديواره بوته به مذاب منتقل می شود.  در اين حالت، تماس مستقيمی بین شعله و مذاب وجود ندارد و بسياری از فعل و انفعالات ناشی از چنين تماسی اتفاق نمی افتد. این ترفند باعث کاهش بخش زیادی از عيوب متالورژیکی قطعه می شود.

بوته ریخته گری به ظروف و یا مخازن نسوزی گفته می شود که از آن ها برای اعمال حرارت بالا به مواد و عموما برای ذوب فلزات مختلفی مانند آلومینیوم، مس، آهن، برنج و … استفاده می شود. شکل ظاهری این بوته ها استوانه ای، بشکه ای و یا مخروطی است. جنس این بوته ها نیز معمولا از گرافیت و یا سیلیکون کاربید انتخاب می شود که در این مقاله، نوع گرافیتی آن ها موضوع بحث ماست.

ویژگی های بوته گرافیتی

همان طور که گفتیم، بوته های گرافیتی مقاومت حرارتی بالایی تا 3500 درجه سلسیوس دارند. این یعنی ساختار شیمیایی و فیزیکی بوته تحت تاثیر شوک های حرارتی قرار نمی گیرد.

اتم های کربن گرافیت در تماس با دیگر موادی که در ساختار بوته حضور دارند، شبکه های کریستالی مستحکمی را پدید می آورند که در برابر هرگونه عوامل تغییر ثوابت شبکه یا واکنش مقاوم هستند.

بوته گرافیتی، علاوه بر مقاومت ساختاری در برابر حرارت، قابلیت انتقال حرارتی بالایی دارد. یعنی حرارت را به طور کامل از جداره خود به محتویات بوته هدایت می کند. این بوته ها در برابر مواد شیمیایی و افزودنی های ریخته گری مانند فلاکس ها ضد خوردگی هستند.

بوته گرافیتی تنها در اتمسفرهای غیر اکسیدی کاربرد دارد. از این رو، مجموعه بوته ذوب و قالب ریخته گری باید در یک کوره درزبندی شده قرار گیرند یا این که به وسیله گازهای خنثی محافظت شوند. این بوته ها در شکل ها و طرح های مختلفی ساخته می شوند که در شکل زیر تعدادی از آن ها را مشاهده می کنید.

از این بوته ها برای چه کاربردهایی می توان استفاده کرد؟

امروزه ذوب آلومینیوم و مقاطع مسی و آلیاژهای مس مانند برنج، در بوته های گرافیتی بسیار موفقیت آمیز و قابل توجه است. علاوه بر این فلزات، ذوب فلزات خاکی نادر و فلزات گرانبها مانند نقره و طلا با استفاده از این بوته ها در کوره های القایی بسیار متداول است.

بوته های گرافیتی در هر دو حالت کوره های افقی یا عمودی، خواص خود را حفظ می کنند و با وجود الزامات کوره، عملیات ذوب فلزات را با کمترین نقص امکان پذیر می کنند. همچنین اجرای انواع عملیات حرارتی، تصفیه فلزات و حمل و نقل مذاب از دیگر کاربردهای بوته گرافیتی هستند.

یک اشتباه رایج!

متاسفانه دیده می شود بعضی از واحدهای ریخته گری آلومینیوم، به اشتباه از بوته های چدنی به جای بوته گرافیتی در تهیه و یا نگهداری مذاب استفاده می کنند. این اشتباه معمولا از ترس شکستن بوته گرافیتی اتفاق می افتد.

در این حالت، علاوه بر مصرف سوخت چند برابری برای ذوب آلومینیوم در بوته چدنی، مذاب با انحلال در آهن آلوده می شود و ضایعات تولیدی افزایش می یابد. چرا که چدن، هادی حرارتی بسیار خوبی نیست و به شدت مستعد انحلال و واکنش با آلومینیوم است.

برای ذوب آلومینیوم در بوته چدنی، صنعتگران مجبور به اعمال حرارت مستقیم به کف بوته می شوند تا سرعت ذوب را افزایش دهند. همین مسئله سبب تمرکز حرارتی در چدن و شروع انحلال در آلومینیوم مذاب می شود.

همچنین این تمرکز حرارتی موجب ترک خوردن ناشی از تغییرات دما و فشار استاتیکی مذاب و کاهش عمر بوته چدنی می شود. وزن یک بوته چدنی با گنجایش ۵۰۰ کیلوگرم آلومینیوم در محدوده ۴۳۰ الی ۴۷۰ کیلوگرم است. در حالی که بوته گرافیتی وزنی معادل ۱۶۵ تا ۱۷۵ کیلوگرم دارد.

حالا قضاوت به عهده خودتان که چه میزان انرژی برای گرمایش این وزن لازم است تا بوته به دمای مناسب جهت ذوب آلومینیوم برسد؟

اگر قصد خرید این بوته ها را دارید، به موارد زیر توجه داشته باشید:

برای خرید بوته گرافیتی، در ابتدا باید به یکپارچگی و عدم نفوذ پذیری دیواره آن توجه داشته باشید. چرا که نفوذ موئینگی فلز مذاب در اثر تخلخل ‌های پیوسته بوته، یکی از مشکلات شایع در صنعت ذوب است.

انتخاب بوته مناسب، تا حدود زیادی به متغیرهایی مانند نوع ماده‌ای که قرار است ذوب شود و مقدار ماده ای که در یک دور ذوب می شود، بستگی دارد. بوته های گرافیتی در مقایسه با دیگر بوته ها معمولا گران قیمت تر هستند.

نیاز این کالا در کشور ما از طریق واردات تامین می شود. بزرگترین وارد کننده و فروشنده بوته های گرافیتی و سیلیکون کاربیدی در ایران نماینده های انحصاری بوته ASIAN و SILCARB در ایران هستند. همچنین برندهای خوش نامی مانند مورگان، دیاموند، سوپرکس، زیرکار و ترکود که دارای استاندارد جهانی و بالاترین کیفیت هستند، این بوته ها را تامین و عرضه می کنند.

دیگر خواص مهمی که در هنگام خرید بوته گرافیتی باید از آن ها اطمینان حاصل کنید عبارتند از:

• هدایت حرارتی بالا برای ذوب سریع و صرفه جویی در مصرف انرژی
• استحکام شکست بالا برای مقاومت بهتر در برابر ضربات مکانیکی
• مقاومت به اکسیداسیون عالی
• مقاوم در برابر فلاکس ها و افزودنی های مذاب
• دارای ساختار هموژنیزه با محتوای کربن بالا برای پایداری طولانی در دماهای بالا

توجه شود که اگر قصد ذوب فلزات گروه پلاتین را دارید، بوته گرافیتی انتخاب مناسبی نیست. چرا که ممکن است در حین ذوب، کاربیدهای مضر در مذاب شما تولید شوند. همچنین به هیچ وجه برای ذوب در بوته های گرافیتی،  فلاکس بوراکس را تهیه نکنید. چرا که سبب خراب شدن و ترک خوردن بوته می شود.