ترموکوپل‌ های مخصوص کوره ذوب آلومینیوم و مس

رسیدن به بالاترین میزان بهره وری و پایداری در صنایع متالورژی و ریخته گری فلزات غیر آهنی، وابستگی شدیدی به کنترل دقیق پارامترهای حرارتی دارد. در فرایند های ذوب آلومینیوم و مس، نوسانات دمایی نه تنها کیفیت فیزیکی و ساختار کریستالی آلیاژ نهایی را تخریب می کند، بلکه مصرف انرژی کوره ها را به شدت افزایش داده و موجب استهلاک زودرس نسوزهای کوره می شود.

بسیاری از مدیران کنترل کیفیت و سرپرستان خط تولید با این سناریوی کابوس وار آشنا هستند: کوره روشن است، تلاطم مذاب در اوج خود قرار دارد و ناگهان دمای نمایش داده شده روی نمایشگر اتاق کنترل دچار افت شدید یا قطعی کامل می شود. با خارج کردن ترموکوپل، با نوک ذوب شده و غلاف متلاشی شده مواجه می شوید! این یعنی توقف اجباری کوره، هدر رفت شدید انرژی، تاخیر در تحویل سفارش و ضررهای مالی سنگین.

اگر شما هم از تعویض هفتگی و هزینه های سرسام آور خرید ترموکوپل های حرارتی بی کیفیت خسته شده اید، این مقاله تخصصی از گروه صنعتی ساتک 98 لاله زار تهران، راهنمای فنی و کاربردی شما برای پایان دادن به این مشکل بزرگ خواهد بود.

در تعریف فنی، ترموکوپل کوره ذوب یک ابزار سنجش حرارت است که بر اساس پدیده سیبک (ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکی در اثر اختلاف دما بین دو نقطه از فلزات غیر هم جنس) کار می کند. این تجهیزات به دلیل بازه گسترده تحمل دمایی و رفتار خطی خود، قلب تپنده سیستم های مانیتورینگ حرارتی صنایع ریخته گری، فولاد و مس به شمار می رونذ.

یک ترموکوپل کوره ذوب استاندارد شامل زوج های حرارتی (سیم های مغزی)، عایق های سرامیکی داخلی، غلاف محافظ خارجی و کلگی یا هد اتصال الکتریکی است. تفاوت اصلی یک ترموکوپل کوره ذوب با ترموکوپل های معمولی بازار، در متریال فوق العاده مقاوم غلاف محافظ بیرونی آن ها است که باید در برابر اتمسفر گاز های خروجی کوره و تهاجم مذاب پایدار بماند.

برای اندازه گیری دقیق دما در کوره ها، انتخاب تیپ مغزی متناسب با اتمسفر کوره و بازه دمایی کارکرد بسیار حائز اهمیت است:

ترموکوپل نوع K ساخته شده از آلیاژ های کرومل و آلومل، محبوب ترین و اقتصادی ترین ترموکوپل دما تا ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد است. این ترموکوپل به دلیل پایداری مناسب در اتمسفر های اکسید کننده، مناسب ترین گزینه برای کوره های ذوب آلومینیوم است. اگر قصد خرید ترموکوپلی باکیفیت و مهندسی ساز برای کوره خود دارید، می توانید مشخصات فنی و شرایط خرید را در صفحه خرید ترموکوپل k مشاهده کنید.

در صنایع ذوب مس و برنج که دما فراتر از ۱۱۰۰ درجه می رود، ترموکوپل های فلز پایه دوام نمی آورند. در این شرایط از ترموکوپل های فلزات گرانبها (پلاتین – رودیوم) استفاده می شود:

• ترموکوپل تیپ S: با توان کارکرد مداوم تا ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد، ترموکوپل استاندارد صنایع ذوب مس است.
• ترموکوپل تیپ R: این تایپ نیز شباهت زیادی به تیپ S داشته و دقت فوق العاده بالایی در دما های بالا ارائه می دهد.

بسیاری از مشتریان ساتک 98 در اولین تماس خود می پرسند که چرا ترموکوپل های قبلی آن ها در کوتاه ترین زمان ممکن سوخته یا ذوب شده اند. این خرابی ها ریشه در دو چالش اصلی دارد:

شاید بزرگترین اشتباه در تجهیز کوره های ذوب آلومینیوم، استفاده از غلاف های فلزی ارزان قیمت مانند استیل ۳۰۴ یا حتی استیل نسوز ۳۱۰ باشد. مقاومت حرارتی استیل ۳۱۰ روی کاغذ بالا است، اما وقتی پای مذاب آلومینیوم به میان می آید، بازی کاملا تغییر می کند.

آلومینیوم مایع یکی از تهاجمی ترین عناصر شیمیایی در حالت مذاب است. این عنصر تمایل شدیدی به واکنش و آلیاژ سازی با آهن و نیکل غلاف دارد. هنگامی که غلاف فلزی مستقیما در پاتیل آلومینیوم غوطه ور می شود، ذوب آلومینیوم شروع به حل کردن ساختار فلزی غلاف در خود می کند. این فرایند که به آن انحلال یا خوردگی شیمیایی (Dissolution) می گویند، غلاف فلزی را در مدت بسیار کوتاهی نازک کرده و با نفوذ به داخل ترموکوپل، مغزی ترموکوپل را کاملا ذوب و نابود می کند.

بنابراین، ذوب شدن نوک ترموکوپل ناشی از دمای بالای کوره نیست، بلکه علت اصلی آن، انتخاب اشتباه متریال غلاف و فرسایش شیمیایی آلومینیوم مذاب است. برای فرار از این مشکل و افزایش عمر ترموکوپل راهی جز حرکت به سمت بهترین محافظ ترموکوپل کوره یعنی غلاف های پیشرفته غیر فلزی وجود ندارد.

برای اطلاعات بیشتر مقاله زیر پیشنهاد میشود روی لینک زیر کلیک کنید  :
خرابی ترموکوپل همراه با راه حل سریع

کوره های ذوب مس، شرایط سخت تری را به دلیل دما های بالا (بالای ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد) و اتمسفر اکسید کننده شدید تجربه می کنند. حضور گاز های مخرب ناشی از سوخت کوره یا سرباره های تهاجمی، غلاف های محافظ معمولی را به سرعت اکسید می کند. نفوذ کوچک ترین حجم از این گاز ها به داخل لوله محافظ، موجب مسمومیت زوج های حرارتی گران قیمت (به ویژه سیم های پلاتینیوم) شده و کالیبراسیون و دقت خوانش ترموکوپل را مخدوش می کند.

سرامیک های مهندسی سیالون که ترکیبی از سیلیکون، آلومینیوم، اکسیژن و نیتروژن هستند، بی رقیب ترین گزینه برای کوره های هلدینگ و ذوب آلومینیوم به شمار می روند.

• ویژگی عدم تر شوندگی (Non-wetting): مذاب آلومینیوم و روی به هیچ عنوان به بدنه سیالون نمی چسبند. این امر مانع از تجمع سرباره روی غلاف شده و تمیز کاری را بسیار ساده می کند.
• مقاومت به شوک حرارتی بی نظیر: سیالون می تواند نوسان حرارتی تا حدود ۹۰۰ درجه سانتی گراد را بدون ترک خوردن تحمل کند. ترموکوپل مجهز به این غلاف را می توان بدون پیش گرم کردن، مستقیما درون مذاب غوطه ور کرد.
• عمر مفید طولانی: بر اساس تجربه مشتریان ساتک 98، استفاده از غلاف سیالون طول عمر ترموکوپل کوره ذوب آلومینیوم را از چند روز به بیش از ۱۲ ماه افزایش می دهد.

نیترید سیلیکون خالص، سرامیکی با سختی بسیار بالا و رسانایی حرارتی عالی است. این متریال به دلیل چگالی بالا و ساختار گازی کاملا مسدود، مانع از نفوذ هرگونه گاز مخرب به داخل ترموکوپلbox می شود. سرعت پاسخ دهی حرارتی این غلاف ها به دلیل ضریب انتقال حرارت بالا، بسیار سریع است.

برای دما های فراتر از ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد in کوره های ذوب مس، سرامیک های آلومینای با خلوص بالا (بیش از ۹۹ درصد) معروف به آلسینت گزینه ایده آلی هستند. آلومینا تحمل دمایی فوق العاده ای تا ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد را دارد و با ایجاد یک لایه محافظ گازی کامل، از ترموکوپل های گران قیمت پلاتینی در برابر اتمسفر اکسیدی کوره محافظت می کند. هرچند آلومینا به شوک های حرارتی سریع حساس است و باید با شیب دمایی ملایم وارد کوره شود.

در یک پروژه مستند فنی که توسط تیم مهندسی ساتک 98 در یکی از کارخانجات بزرگ ریخته گری در حومه تهران انجام شد، کوره ذوب آلومینیوم این مجموعه به دلیل استفاده از غلاف های استیل نسوز ۳۱۰، هر ۶ الی ۸ روز یک بار نیاز به تعویض کامل ترموکوپل داشت. این موضوع علاوه بر هزینه های خرید ترموکوپل، موجب توقف مکرر خط تولید و هدر رفت حرارتی شدید کوره در زمان تعویض می شد.

پس از بررسی کارشناسی شرایط مذاب، ترموکوپل های قدیمی با ترموکوپل های سفارشی ساتک 98 مجهز به غلاف سرامیکی سیالون (SiAlON) جایگزین شدند.

نتیجه این تغییر متریال در طول بازه ارزیابی:

• طول عمر مفید ترموکوپل از ۸ روز به ۱۱ ماه کارکرد مداوم بدون هیچ گونه افت کالیبراسیون افزایش یافت.
• هزینه های مستقیم خرید ترموکوپل و توقف تولید کارگاه در سه ماهه اول اجرای پروژه، بیش از ۵۰ درصد کاهش پیدا کرد.

نکته فنی بسیار مهم: برای اینکه بدانید تکنسین ها و اپراتور های کارگاه چگونه باید این تجهیزات حساس سرامیکی را بدون کوچک ترین آسیب و شکستگی روی کوره ها سوار کنند، می توانید مقاله کاربردی و تخصصی آموزش گام به گام نصب ترموکوپل صنعتی را مطالعه بفرمایید تا از خسارات نصب اشتباه جلوگیری کنید.

جدول زیر مقایسه ای واقعی بر اساس تحلیل هزینه و فایده در طول یک سال کارکرد کوره را نشان می دهد تا بدانید چرا خرید ترموکوپل مهندسی ساز ساتک 98 یک سرمایه گذاری است:

شاخص های مقایسه فنی و اقتصادی	ترموکوپل با غلاف استیل معمولی	ترموکوپل کوره ذوب با غلاف سیالون (ساتک 98)
هزینه خرید اولیه ترموکوپل	پایین و وسوسه کننده	متوسط رو به بالا (سرمایه گذاری اولیه)
طول عمر متوسط در مذاب	۵ تا ۱۰ روز	۱۲ تا ۱۸ ماه مداوم
تعداد دفعات تعویض در سال	بیش از ۳۵ بار تعویض	۱ بار تعویض یا کمتر
هزینه توقف تولید و خواب کوره	بسیار سنگین و تکراری	صفر (دوام بالای ترموکوپل)
دقت اندازه گیری و کالیبراسیون	افت شدید دقت به دلیل خوردگی غلاف	ثبات کامل کالیبراسیون و دقت بالا
برآیند مالی نهایی در پایان سال	ضرر مالی بزرگ ناشی از خریدهای مکرر	صرفه جویی مالی حداقل ۷۰ درصدی

قیمت نهایی یک ترموکوپل کوره ذوب تحت تاثیر متغیر های متعددی قرار دارد. اولین و مهم ترین عامل، تیپ مغزی ترموکوپل و قیمت سیم ترموکوپل به کار رفته در آن است؛ به طوری که قیمت سیم های فلزات گرانبها مانند پلاتین رودیوم بر اساس وزن نوسان می کند. عامل دوم جنس غلاف محافظ بیرونی است که استفاده از سرامیک های پیشرفته نظیر سیالون قیمت اولیه را افزایش می دهد، اما با افزایش چشمگیر طول عمر ترموکوپل هزینه ها را سرشکن می کند. در نهایت، ابعاد فیزیکی شامل طول و قطر غلاف و نوع اتصالات فلنجی یا رزوه ای نصب شده روی بدنه نیز مستقیما بر قیمت ترموکوپل کوره ذوب تاثیرگذار هستند.

مجموعه فنی و مهندسی ساتک 98 واقع در قلب بازار ابزار دقیق ایران (لاله زار تهران)، با سال ها تجربه در طراحی و ساخت سیستم های سنجش حرارت صنعتی، مفتخر است که راهکار های بومی سازی شده و مهندسی ساز را به کارخانجات ریخته گری کشور ارائه دهد.

ما واسطه گری را کنار گذاشته ایم. تمامی ترموکوپل های کوره ذوب بر اساس ابعاد دقیق، نوع اتصالات، نوع مذاب و دمای کاری به طور اختصاصی طراحی و مونتاژ می شوند. استفاده از متریال های وارداتی با گواهی اصالت، عایق کاری های فوق پیشرفته و تضمین پایدار بودن غلاف در برابر شوک های حرارتی، تعهد همیشگی ما به شما است. جهت استعلام قیمت ترموکوپل کوره ذوب و مشاوره رایگان با ما تماس بگیرید.

یاسر قاسمی

نویسنده این مقاله، مهندس یاسر قاسمی با بیش از ۱۵ سال تجربه عملی و تخصصی در طراحی، مونتاژ، کالیبراسیون و عیب یابی ترموکوپل های دمای صنعتی و سیستم های کنترل حرارت در صنایع متالورژی، نفت، گاز و پتروشیمی ایران است. ایشان در طول سال های فعالیت خود در بازار ابزار دقیق لاله زار تهران، به عنوان مشاور ارشد و امین به ده ها کارخانه ریخته گری بزرگ کشور در جهت بومی سازی تجهیزات اندازه گیری دما و حل چالش های فنی مانیتورینگ کوره ها یاری رسانده اند.

برای مطالعه بیشتر در خصوص ساختار شیمیایی و استانداردهای متریال های سرامیکی پیشرفته به کار رفته در غلاف های ترموکوپل کوره های ذوب غیر آهنی، می توانید به منابع معتبر زیر مراجعه فرمایید:

• راهنمای غلاف های سیالون در ذوب فلزات: برای بررسی مشخصات فنی سرامیک سیالون در مجاورت مواد مذاب به سایت International Syalons مراجعه کنید.
• بررسی رفتار حرارتی و شیمیایی سرامیک های مهندسی: اطلاعات تکمیلی پیرامون مقاومت ساختار نیترید سیلیکون در برابر شوک حرارتی در وب سایت McDanel Advanced Materials در دسترس است.
• استانداردهای قالب گیری و نگهداری آلومینیوم مذاب: جهت تحلیل تکنولوژی های نوین در زمینه عدم ترشوندگی سرامیک های سیالون می توانید مقاله مرجع را در پایگاه علمی Proterial مطالعه نمایید.