Pasaulinė metalurgijos ir liejimo technologijų pažanga žymiai pagerina karščiui atsparių plieninių grotelių, svarbiausių energijos gamyklų atliekų komponentų, cemento gamybos ir kasybos operacijų, veikimą ir ilgaamžiškumą. Nuo naujų lydinių kompozicijų, kovojančių su aukštos temperatūros korozija, iki pažangių liejimo procesų, užtikrinančių matmenų tikslumą ir struktūrinį vientisumą, šie pokyčiai nustato naujus pramonės efektyvumo ir tvarumo etalonus. Visoje Kinijoje, Europoje ir Japonijoje mokslininkų ir gamintojų bendradarbiavimo pastangos sukuria grotelių komponentus, sukurtus taip, kad atlaikytų ekstremalų terminį ciklą, abrazyvinį nusidėvėjimą ir korozinę aplinką.
Grotelės ir grotelių plokštės yra pagrindinės įvairios aukštos temperatūros pramoninės įrangos dalys. Atliekų deginimo įrenginiuose grotelių strypai sudaro judantį sluoksnį, kuris transportuoja ir maišo kietąsias komunalines atliekas, leidžiant pro ją tekėti degimo orui. Cemento gamyboje grotelių aušintuvai greitai atvėsina klinkerį ir atgauna šilumą procesui. Atliekant sukepinimo operacijas, grotelių strypai palaiko rūdos naštą, kartu atlaikydami intensyvų šiluminį įtempį. Šiems tikslams reikalingos medžiagos, kurios išlaiko stiprumą, kai darbinė temperatūra dažnai viršija 900 laipsnių Celsijaus, ir yra atspari oksidacijai, šliaužimo deformacijai ir cheminiam poveikiui.
Šiuolaikinių grotelių medžiagų reikalavimai tampa vis sudėtingesni. Atliekose į energetinius įrenginius ardynų strypai turi atlaikyti ne tik aukštą temperatūrą, bet ir korozinę atmosferą, kurioje yra degimo metu išsiskiriančių chloro ir sieros junginių. Tyrimai rodo, kad degimo zonoje veikiančių ardynų segmentų temperatūra yra nuo 650 iki 950 laipsnių Celsijaus, todėl reikalingas puikus atsparumas aukštai temperatūrai ir mikrostruktūrinis stabilumas. Jie taip pat turi turėti puikų atsparumą dilimui, nes atliekos ir pelenai trina komponentų paviršius judant atgal. Be to, medžiagos atsparumas oksidacijai yra labai svarbus, nes ištisinis ir prilipęs oksido sluoksnis apsaugo pagrindinį metalą nuo greito skilimo.
Tarptautiniai atliekų deginimo technologijų lyderiai jau seniai pripažino pažangių grotelių medžiagų svarbą. Vokietijos kompanijos, tokios kaip NOELL, sukūrė specializuotą karščiui atsparų dvipusį liejinį plieną, sukurtą specialiai aukštos temperatūros korozinei aplinkai, kuri yra deginant komunalines atliekas. Danijos ir Japonijos įmonės, įskaitant Babcock & Wilcox Volund ir Mitsubishi Heavy Industries, grotelių komponentams naudojo nikelio pagrindu pagamintus superlydinius, kurie pasiekė puikų našumą ir tvirtumą, nors ir už nemažą kainą. Šios medžiagos išlaiko vientisumą degimo temperatūroje iki 1000 laipsnių Celsijaus, todėl tarnavimo laikas yra toks, kad atliekos tampa ekonomiškai naudingos.
Vietiniai Kinijos gamintojai ir tyrimų institucijos padarė didelę pažangą kurdami ekonomiškas alternatyvas, atitinkančias griežtus šiuolaikinių grotelių reikalavimus. Nors ankstyvosiose Kinijos grotelių konstrukcijose dažnai buvo naudojamas chromo serijos karščiui atsparus plienas, pvz., 3Cr18Mn12Si2N ir 2Cr20Mn9Ni9, naujausiose naujovėse daugiausia dėmesio skiriama lydinių kompozicijų optimizavimui, siekiant suderinti našumą ir įperkamumą. Silicio serijos karščiui atsparus ketus, įskaitant RTSi5, RQTSi4, RQTSi5 ir RQT2Si4Mo, sulaukė didelio pripažinimo dėl puikių liejimo charakteristikų, puikaus atsparumo oksidacijai iki 800 laipsnių Celsijaus ir santykinai mažų sąnaudų.
Žymią pažangą grotelių liejimo technologijoje padarė „Anhui Conch Kawasaki Equipment Manufacturing“, kuri sukūrė labai atsparų dilimui ir karščiui atsparų liejinį, specialiai suprojektuotą naudoti cemento gamyklose grotelių aušintuvams. Įmonės novatoriškas lydinio dizainas apima kruopščiai subalansuotą sudėtį, įskaitant 2,3–2,8 procentų anglies, 23–28 procentų chromą ir strateginius molibdeno, vario, titano ir itrio priedus. Ši sudėtinga chemija sukuria mikrostruktūrą, kuri sujungia oksidacijai atsparią matricą su kietomis, termiškai stabiliomis fazėmis, kurios atsparios abrazyviniam nusidėvėjimui aukštesnėje temperatūroje.
Anhui Conch Kawasaki sukurtas liejimo procesas yra reikšmingas patobulinimas, palyginti su įprastiniais smėlio liejimo metodais. Naudojant automatines statinio slėgio liejimo linijas, procesas pasiekia didesnį matmenų tikslumą ir paviršiaus apdailą, palyginti su tradiciniais metodais. Metodas prasideda nuo tikslios šerdies pagaminimo, po to ruošiant formą naudojant pažangias tankinimo technologijas, užtikrinančias pastovų pelėsių tankį. Lydymo ir rafinavimo operacijose griežtai kontroliuojama temperatūra ir sudėtis, apdorojant išlydytą metalą pučiant argoną, kad būtų pašalintos ištirpusios dujos ir intarpai. Išpylus komponentai kontroliuojami aušinami, iškratomi, valomi ir galiausiai termiškai apdorojami, siekiant optimizuoti mechanines savybes ir sumažinti liekamuosius įtempius. Gautos grotelių plokštės pasižymi tankiomis mikrostruktūromis, kuriose nėra susitraukimo poringumo ir smėlio įterpimo defektų, todėl labai pailgėja tarnavimo laikas aukštoje temperatūroje cemento klinkerio aušinimo įrenginiuose.
Atliekų panaudojimo energijai srityje mokslininkai sutelkė dėmesį į sudėtingų degradacijos mechanizmų, turinčių įtakos grotelių komponentams, supratimą ir sušvelninimą. Išsami ZG30Cr20Ni10 karščiui atsparių plieninių apsauginių plokščių gedimų analizė komunalinių kietųjų atliekų deginimo gamykloje atskleidė esmines įžvalgas apie medžiagų sudėties ir aptarnavimo aplinkos sąveiką. Plokštės, apsaugančios krosnies plieninę konstrukciją nuo aukštos temperatūros korozijos, per anksti sugedo jau po septynių mėnesių eksploatacijos deginimo krosnies priekinio padavimo skyriuje.
Sugedusių komponentų cheminė analizė parodė, kad nors dauguma elementų atitiko standartinius reikalavimus, anglies kiekis viršijo specifikacijos ribas. Šis anglies perteklius paskatino plačių karbido tinklų susidarymą palei austenito grūdelių ribas, sukurdamas pirmenybę korozijai. Metalografinis tyrimas atskleidė, kad cheminė korozija dėl chloro turtingo filtrato ir aukštos temperatūros oksidacija prisidėjo prie degradacijos, o ataka plinta išilgai grūdų ribos karbidų. Mikroporingumas liejiniuose dar labiau paspartino žalą, nes buvo sudarytos papildomos korozijos pradžios vietos.
Remdamiesi šiomis išvadomis, mokslininkai rekomendavo optimizuoti lydinio sudėtį sumažinant anglies kiekį, kad būtų kuo mažiau grūdelių ribos karbidų, kartu pridedant molibdeno, vario ir titano, kad būtų padidintas atsparumas chloro sukeltai korozijai. Taip pat buvo pasiūlyta padidinti nikelio kiekį, kad stabilizuotų austenitinę mikrostruktūrą ir pagerintų veikimą aukštoje temperatūroje. Be to, siekiant užtikrinti vienodą mikrostruktūrą ir pašalinti liejimo defektus, buvo pasiūlyta naudoti prarastą putų liejimą kartu su homogenizaciniu terminiu apdorojimu ir visišku tirpalo atkaitinimu. Šie patobulinimai tiesiogiai sprendžia dvigubus iššūkius – cheminę koroziją nuo filtrato deginimo krosnies džiovinimo zonoje ir aukštos temperatūros oksidaciją degimo zonoje.
Prarastų putų liejimas tapo ypač efektyviu sudėtingų grotelių komponentų su daugybe mažų skylučių ir sudėtingos geometrijos gamybos metodu. Patentas, suteiktas Quxian Jincheng Alloy Casting Company, detalizuoja pažangų liejimo procesą, specialiai sukurtą perforuotoms karščiui atsparioms plieninėms grotelių plokštėms. Metodas naudoja kopolimero STMMA putplasčio modelius, kurie yra tiksliai suformuoti, kad atitiktų galutinio komponento geometriją. Šie raštai yra kruopščiai kontroliuojami dengimo procesu, apimančiu daugybę panardinimų į specializuotas ugniai atsparias dangas, tarp kurių vyksta kepimo ciklai 45–60 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Bendras 0,8–1,5 milimetro dangos storis užtikrina pakankamą stiprumą, kad liejimo metu išlaikytų formos vientisumą, tuo pačiu užtikrinant tinkamą dujų pašalinimą.
Po padengimo raštai surenkami į grupes po dešimt komponentų ir įterpiami į neigiamo slėgio kolbų sistemas. Vibracijos sutankinimas užtikrina vienodą smėlio tankį aplink sudėtingas rašto geometrijas, o vakuuminis taikymas stabilizuoja liejimo formą. Deguonies prisodrinto degimo įvedimas pašalinant šabloną sukuria tuščiavidurius apvalkalus, paruoštus priimti išlydytą metalą. Šis metodas veiksmingai sprendžia istorinius iššūkius, susijusius su mažų skylučių liejiniais, kai įprastiniais metodais smėlis dažnai užkimšo angas arba smėlio įterpimo defektai pablogino paviršiaus kokybę. Dėl prarasto putplasčio apvalkalo liejimo technika galima gaminti grotelių plokštes su švariomis, aiškiai apibrėžtomis skylėmis ir puikia paviršiaus apdaila, tuo pačiu sumažinant darbo poreikius ir gamybos sąnaudas.
Daug chromo turintis ketus yra dar viena svarbi medžiagų klasė, naudojama grotelėms, ypač sukepinant, kai atsparumas dilimui yra svarbiausias. „Jinggong Measuring Tools Producing Company“ sukūrė visapusišką karščiui atsparių didelio chromo ketaus grotelių, naudojamų sukepinimo staliniuose automobiliuose, gamybos procesą. Procesas prasideda nuo molio smėlio šlapio liejimo, naudojant uždaras užtvarų sistemas, skirtas užtikrinti sklandų formų užpildymą. Kruopštus dėmesys smėlio padengimui ir pelėsių sandarinimui neleidžia šiukšlėms patekti į ertmes ir užtikrina liejimo vientisumą.
Lydymo operacijose naudojamos vidutinio dažnio indukcinės krosnys su įkrovimo kompozicijomis, įskaitant ketų, geležies laužą ir mikro anglies ferochromą. Temperatūros kontrolė yra labai svarbi: perkaitinimas iki maždaug 1630 laipsnių Celsijaus, o po to pridedamas nikelis, siekiant optimizuoti savybes. Išpylimo temperatūra nuo 1450 iki 1500 laipsnių Celsijaus yra kruopščiai kontroliuojama, iš pradžių pilant lėtai, kad būtų sumažintas srauto slėgis ir išvengta turbulencijos, po to nuosekliai užpildoma ir galutinai sulėtėjama, kad ertmė būtų užpildyta be defektų.
Išskirtinis šio proceso bruožas yra pakeitimo operacijų laikas. Praėjus maždaug dešimčiai minučių po išpylimo, kai liejimo temperatūra atšalo iki maždaug 1050 laipsnių Celsijaus, iš liejimo smėlio išgaunami komponentai. Šis padidintos temperatūros kratymas sumažina paviršiaus smėlio sukibimą, o liejiniai išlieka pakankamai karšti, kad būtų galima tiesioginį gesinimą. Kontroliuojamas aušinimas iki 650 laipsnių Celsijaus, po to natūralus aušinimas, kartu su krovimu ir padengimu liejimo smėliu, užtikrina efektyvų grūdinimą be atskirų terminio apdorojimo operacijų. Šis integruotas požiūris į terminį apdorojimą optimizuoja mikrostruktūrą ir mechanines savybes, kartu sumažindamas energijos sąnaudas ir tvarkymo išlaidas.
Japonijos tiekėjai taip pat išlaikė stiprius karščiui atsparių plieninių grotelių gamybos pajėgumus, siūlydami komponentus, atitinkančius JIS standarto SCH1–SCH42 medžiagų klases. Tokios įmonės kaip Nishinippon Trading Company tiekia groteles ir susijusias dalis, visų pirma skirtą pašildymo ir aušinimo įrangai rūdos lydymo ir rafinavimo, kalkių gamybos ir cemento gamybos srityse. Šie tiekėjai siūlo įvairius liejimo būdus, įskaitant pusiau nuolatinį liejimą, investicinį liejimą, prarastą putą ir apvalkalų formavimą, leidžiančius pagaminti komponentus nuo kelių kilogramų iki dešimčių tonų. Galimybė tiekti tiek standartinį, tiek specialų lietinį plieną, įskaitant nerūdijantį plieną, mažai legiruoto plieno rūšis, karščiui atsparius lydinius ir atsparias dilimui medžiagas, rodo pasaulinėje rinkoje turimų gamybos galimybių platumą.
Pagrindiniai standartai, reglamentuojantys karščiui atsparaus plieno liejinius, toliau tobulėja, o tai yra esminės gairės renkantis medžiagas ir užtikrinant kokybę. Tarptautiniai standartai, įskaitant ASTM, AISI, BS, DIN, JIS ir NF specifikacijas, apibrėžia cheminės sudėties, mechaninių savybių ir bandymo metodų reikalavimus. Medžiagų žymėjimai, tokie kaip GB/T 8263 klasės, įskaitant BTMNiCr2, BTCr9Ni5 ir įvairias BTMCr serijas, taip pat DIN 1695 klasės ir ISO 21988 klasifikacijos, suteikia inžinieriams aiškias specifikacijas, kaip pasirinkti tinkamas medžiagas konkrečioms eksploatavimo sąlygoms.
Žvelgiant į ateitį, hibridinių ir kompozitinių grotelių dizaino tendencija žada ir toliau gerinti našumą ir ekonomiškumą. Naujos suvirinimo gamybos technologijos sujungia didelio lydinio nusidėvėjimui atsparius paviršius, kurių storis paprastai mažesnis nei aštuoni milimetrai, su įprastiniais anglies plieno pagrindais, todėl pasiekiamas reikalingas aukštos temperatūros efektyvumas mažesnėmis medžiagų sąnaudomis. Šios kompozicinės grotelės, pagamintos suvirinant ir suvirinant anglinio plieno briaunų atramas, sumažina svorį ir prailgina tarnavimo laiką sudėtingiausiuose įrenginiuose.
Pasaulio pramonės šakoms ir toliau siekiant didesnio efektyvumo ir mažesnio išmetamųjų teršalų kiekio, pažangių karščiui atsparių plieno liejinių vaidmuo tampa vis svarbesnis. Norint užtikrinti nuolatinį veikimą ir maksimaliai padidinti atsinaujinančios energijos gamybą, atliekoms gaminti reikalingi patikimi ir ilgaamžiai komponentai. Cemento gamyklos siekia pailginti kampanijos trukmę tarp priežiūros nutraukimų, kad padidintų našumą ir sumažintų išlaidas. Kasybos ir mineralų apdirbimo operacijoms reikalingi nusidėvėjimui atsparūs komponentai, kurie atlaikytų abrazyvines rūdas aukštesnėje temperatūroje. Čia aprašytos nuolatinės lydinių kūrimo, liejimo procesų ir kokybės užtikrinimo naujovės tiesiogiai tenkina šiuos pramonės poreikius ir sudaro pagrindą nuolatinei aukštų temperatūrų medžiagų technologijos pažangai.
