Pasaulinė pažanga metalurgijos ir precizinio liejimo srityje žymiai pagerina karščiui atsparių plieninių židinio plokščių, svarbiausių komponentų, palaikančių ir apsaugančių krosnies apkrovas, eksploatacines savybes ir eksploatavimo trukmę atliekant aukšto temperatūros pramoninio terminio apdorojimo operacijas. Nuo naujų lydinių kompozicijų, sukurtų išskirtiniam atsparumui aukštoje temperatūroje, iki pažangių liejimo modelių, optimizuojančių išeigą ir pašalinančių vidinius defektus, šie pokyčiai nustato naujus patikimumo ir efektyvumo etalonus pasaulinėje terminio apdorojimo pramonėje. Visose mokslinių tyrimų institucijose ir gamybos įmonėse Europoje ir Azijoje bendradarbiavimo pastangos sukuria židinio plokščių technologijas, galinčias atlaikyti ekstremalų terminį ciklą, dideles mechanines apkrovas ir korozinę atmosferą.
Židinio plokštės, taip pat žinomos kaip krosnies dugno plokštės, yra pagrindinė atraminė konstrukcija įvairiose terminio apdorojimo įrangoje. Kamerinėse terminio apdorojimo krosnyse šios plokštės turi išlaikyti plieno ritinių, kaltinių, liejinių ir kitų ruošinių svorį, išlaikant matmenų stabilumą, kai darbo temperatūra dažnai viršija 1000 laipsnių Celsijaus. Nepertraukiamo atkaitinimo linijose, skirtose silicio plieno gamybai, židinio plokštės turi jautrių elektrinių plieno ritinių per tikslius terminius ciklus, kurie nustato galutines magnetines savybes. Vežimėlių židinio krosnyse, naudojamose didelių slėginių indų ir svarbių komponentų terminiam apdorojimui po suvirinimo, plokštės turi atlaikyti tiek sunkių dalių masę, tiek pasikartojančių šildymo ir aušinimo ciklų šiluminius įtempius. Šioms sudėtingoms reikmėms reikalingos medžiagos, atsparios šliaužimo deformacijai, oksidacijai, terminiam nuovargiui ir cheminiam poveikiui, tuo pačiu užtikrinant stabilų, plokščią paviršių vienodam terminiam apdorojimui.
Šiuolaikinių židinio plokščių medžiagų reikalavimai tapo vis sudėtingesni, nes pramonės šakos reikalauja aukštesnės apdorojimo temperatūros, greitesnės ciklo trukmės ir ilgesnio įrangos kampanijos veikimo laiko. Pavyzdžiui, silicio plieno gamyboje krosnių plokštės, naudojamos ritininių židinių atkaitinimo krosnyse, turi išlaikyti didesnį nei 30 megapaskalių takumo ribą, kai temperatūra siekia 1200 laipsnių Celsijaus. Šis reikalavimas išplečia įprastų karščiui atsparių lydinių ribas ir reikalauja kruopštaus cheminės sudėties ir apdorojimo parametrų optimizavimo. Plokštės turi būti atsparios slinkimui ir iškraipymui veikiant apkrovai, išlaikant paviršiaus plokštumą, kad būtų išvengta vertingų plieninių ritinių žymėjimo. Be to, jie turi būti atsparūs oksidacijai ir apnašų susidarymui, kurie gali užteršti ruošinio paviršius arba reikalauti dažno techninės priežiūros išjungimo, kad būtų galima išvalyti ir pakeisti.
Naujausi lydinių kūrimo pažanga sukūrė naujos kartos aukštai temperatūrai atsparų nerūdijantį plieną, specialiai sukurtą židinio plokštėms. Įsidėmėtina Kinijos plieno gamintojo Wuhan Iron and Steel naujovė – tai kruopščiai subalansuota sudėties sistema, kurią naudojant sinergiškai derinant legiruojančius elementus pasiekiamas išskirtinis stiprumas aukštoje temperatūroje. Patentuotame lydinyje yra anglies nuo 0,05 iki 0,08 proc., silicio nuo 0,40 iki 0,80 proc., mangano nuo 1,00 iki 1,60 proc., o fosforo ir sieros kiekis yra labai mažas, kiekvienas mažesnis nei 0,010 proc., kad būtų sumažinta trapių grūdelių segregacija. Azoto priedai nuo 0,02 iki 0,09 procentų derinami su nikeliu nuo 10,0 iki 12,0 procentų ir chromu nuo 22,0 iki 24,0 procentų, kad stabilizuotų austenitinę mikrostruktūrą, kuri užtikrina puikų atsparumą aukštai temperatūrai ir atsparumą šliaužimui.
Strategiškai pridėjus 0,10–0,50 procentų molibdeno, 0,02–0,05 procentų niobio, 0,040–0,090 procentų vanadžio ir 0,01–0,04 procento titano, susidaro puiki stabilaus karbido ir surištų nitriditų nuosėdų dispersija. judėjimas esant aukštai temperatūrai. Šis kritulių stiprinimo mechanizmas yra būtinas norint išlaikyti mechanines savybes ilgai veikiant aukštai temperatūrai. Šiam lydiniui sukurtas gamybos metodas apima sudėtingas antrinio rafinavimo operacijas, įskaitant rafinavimą LF krosnyje su dugno pūtimu azotu, kad būtų galima kontroliuoti įtraukimą, ir VD vakuuminį degazavimą esant net 67 paskalių slėgiui, siekiant pašalinti ištirpusias dujas ir sumažinti kenksmingų intarpų kiekį. Rezultatas – nerūdijančio plieno plokštė, užtikrinanti daugiau nei 30 megapaskalių takumo ribą esant 1200 laipsnių Celsijaus ir žymiai pailginanti tarnavimo laiką, palyginti su įprastomis medžiagomis.
Mažiau ekstremalioms, bet vienodai reiklesnėms reikmėms didelio chromo karščiui atsparus plienas yra puikus našumo ir ekonomiškumo derinys. Vakarų Pomeranijos technologijos universiteto Lenkijoje mokslininkai atliko išsamius tyrimus apie židinio plokščių gamybos technologijas, veikiančias kamerinėse krosnyse terminio apdorojimo reikmėms. Jų darbas sutelktas į liejinius, pagamintus iš karščiui atsparaus plieno G-X40CrNiSi27-4 – medžiagos, kuri užtikrina gerą atsparumą oksidacijai ir mechanines savybes esant įprastoms terminio apdorojimo temperatūroms. Tyrimo grupė naudojo pažangius kompiuterinio modeliavimo metodus, kad prognozuotų vidinių defektų pasiskirstymą liejiniuose, pagamintuose su skirtingomis stovų konfigūracijomis, lygindama plikų stovų efektyvumą su tų, kurie padengti egzoterminėmis ir izoliacinėmis movomis.
Kompiuterinis modeliavimas leido tyrėjams vizualizuoti kietėjimo modelius ir nustatyti galimas susitraukimo poringumo vietas prieš pradedant fizinę gamybą. Šis virtualus optimizavimo metodas žymiai sumažina kūrimo laiką ir medžiagų švaistymą, tuo pačiu užtikrinant, kad galutiniai liejiniai atitiktų griežtus kokybės reikalavimus. Lenkijoje atliktas tyrimas atskleidė, kad nors stovų su egzoterminėmis movomis naudojimas neturi didelės įtakos bendrai židinio plokščių liejinių kokybei, kalbant apie vidinį tvirtumą, tai iš esmės pagerina metalo išeigą. Išlaikant stovo metalą išlydytoje būsenoje ilgiau nei plikuose stovuose, egzoterminės movos leidžia efektyviau paduoti kietėjimo susitraukimą, sumažina reikalingą stovo dydį ir sumažina metalo, kurį reikia pašalinti ir išlydyti, kiekį. Šis atradimas turi tiesioginių ekonominių pasekmių liejykloms, gaminančioms židinio plokštes, nes pagerėjęs derlius tiesiogiai reiškia mažesnius gamybos kaštus ir energijos sąnaudas vienam baigtam liejimui.
Tinkamo stovo projektavimo ir išdėstymo svarbos liejant židinio plokštes negalima pervertinti, nes šie komponentai dažnai pasižymi dideliais plokščiais plotais, kurių sekcijų storis skiriasi, todėl gali susidaryti izoliuotos karštosios vietos, kuriose gali atsirasti susitraukimo defektų. Kompiuterinis modeliavimas leidžia liejyklos inžinieriams virtualiai įvertinti kelias vartų ir pakėlimo strategijas, pasirenkant metodą, kuris sumažina defektų riziką ir maksimaliai padidina medžiagų panaudojimą. Šis skaitmeninis požiūris į procesų vystymą dera su platesnėmis pramonės 4.0 tendencijomis metalo liejimo srityje, kur modeliavimas ir duomenų analizė tampa vis labiau neatsiejama kokybės užtikrinimo ir procesų optimizavimo dalimi.
Renkantis medžiagas židinio plokštėms reikia atsižvelgti ne tik į maksimalią darbinę temperatūrą, bet ir į konkrečias krosnies atmosferos sąlygas. Tais atvejais, kai naudojama angliavandenių atmosfera arba aplinka, kurioje yra chloro ir sieros junginių iš kaitintų medžiagų, atsparumas korozijai tampa kritiniu veiksniu. Didelio nikelio lydiniai, pvz., atitinkantys UNS N06006 ir ASTM A297 specifikacijas, pasižymi išskirtiniu atsparumu karštų dujų korozijai aukštesnėje temperatūroje. Šios medžiagos, komercinėse klasifikacijose kartais vadinamos MTEK 15-65, naudojamos židinio plokštėse, mufeliuose, ritininiuose židiniuose ir karbiuravimo dėžėse, kur stiprios oksidacijos arba redukavimo sąlygos greitai suardytų įprastą nerūdijantį plieną. Didelis nikelio kiekis stabilizuoja austenitinę struktūrą ir sudaro apsauginį oksido sluoksnį, kuris yra atsparus skilimui ir agresyvių rūšių įsiskverbimui.
Židinio plokščių gamybos procesai taip pat pasikeitė, kad atitiktų vis griežtesnius kokybės reikalavimus. Liejimas iš putplasčio pasirodė kaip efektyvus būdas gaminti sudėtingas židinio plokščių geometrijas su integruotomis savybėmis, kurias būtų sunku arba neįmanoma pasiekti naudojant įprastą smėlio liejimą. Šio proceso metu išnaudojami polistirolo raštai, padengti ugniai atsparia medžiaga, yra įterpiami į nesurištą smėlį ir išgaruoja išlydyto metalo liejimo metu, taip sukuriant liejinius su puikiu matmenų tikslumu ir paviršiaus apdaila. Atskyrimo linijų ir šerdies mazgų nebuvimas pašalina galimas neatitikimo problemas, tuo pačiu suteikiant dizaino laisvę, siekiant sumažinti svorį ir optimizuoti šiluminio atsako charakteristikas.
Išcentrinis liejimas yra dar vienas specializuotas metodas, taikomas tam tikroms židinio plokščių konstrukcijoms, ypač skirtoms ritininėms krosnims, kur reikia cilindrinės arba vamzdinės geometrijos. Šis procesas naudoja išcentrinę jėgą, kad išlydytas metalas paskirstytų besisukančios formos vidinį paviršių, todėl susidaro tankios, kryptingai sukietėjusios struktūros, pasižyminčios puikiomis mechaninėmis savybėmis. Gauti liejiniai pasižymi puikiu švarumu ir patikimumu, palyginti su statiškai liejamomis alternatyvomis, su suderintomis grūdėtumo struktūromis, kurios optimizuoja atsparumą aukštai temperatūrai ir atsparumą šliaužimui.
Židinio plokščių liejinių kokybės užtikrinimas labai pažengė į priekį, pritaikant neardomuosius tyrimo metodus, galinčius aptikti vidinius netolygumus, galinčius pakenkti veikimui esant šiluminėms ir mechaninėms apkrovoms. Skaitmeninė radiografija suteikia didelės skiriamosios gebos liejimo vidų vaizdą, atskleidžiantį susitraukimo poringumą, dujų skyles ir inkliuzus, kurių gali nepavykti aptikti naudojant tradicinius filmavimo metodus. Ultragarsinis bandymas siūlo papildomas storio matavimo ir defektų aptikimo galimybes dalyse, prieinamose garso bangoms perduoti. Šie pažangūs tikrinimo metodai kartu su griežta lydymo, rafinavimo ir terminio apdorojimo proceso kontrole užtikrina, kad galutiniams vartotojams pristatomos židinio plokštės atitiktų griežtus šiuolaikinio terminio apdorojimo reikalavimus.
Šiluminio apdorojimo įranga, kurioje yra šios židinio plokštės, buvo sukurta siekiant maksimaliai padidinti pažangių liejimo medžiagų naudą. Vežimėlių židinio krosnys, taip pat žinomos kaip automobilių dugno krosnys, yra įprasta konfigūracija, skirta termiškai apdoroti didelius, sunkius komponentus, tokius kaip kaltiniai, liejiniai, slėginiai indai ir geležinkelio komponentai. Šiose krosnyse yra kilnojamas automobilis arba vežimėlis, laikantis židinio plokštę ir jos apkrovą, todėl patogu pakrauti ir iškrauti už šildymo kameros ribų. Šiuolaikinės konstrukcijos turi pluoštinę izoliaciją, kurios sudėtyje yra cirkonio, skirtą aukštesnei nei 1200 laipsnių Celsijaus temperatūrai, užtikrinant vienodą temperatūrą ir energijos vartojimo efektyvumą visame krosnies tūryje. Sandarinimo mechanizmai tarp vežimėlio ir krosnies korpuso pažengė į priekį nuo paprastų smėlio sandariklių iki sudėtingų įrengimų, įskaitant lanksčius smėlio sandariklius, labirintų konfigūracijas ir varikliu varomas stūmimo strypų sistemas, kurios palaiko teigiamą sandarumą nepaisant šiluminio plėtimosi ir susitraukimo ciklų.
Elektra ir dujomis kūrenamos galimybės atitinka skirtingus energijos prieinamumo scenarijus ir sąnaudų struktūras, o deginimas gamtinėmis dujomis populiarėja daugelyje regionų dėl palankios veiklos ekonomikos. Temperatūros valdymo sistemos pažengė į priekį nuo paprastų įjungtų valdiklių iki sudėtingų programuojamų loginių valdiklių su kelių zonų valdymu, užtikrinančiais tikslius terminius profilius, reikalingus svarbioms terminio apdorojimo specifikacijoms, tokioms kaip AMS 2750 ir NADCAP reikalavimai. Šios valdymo galimybės leidžia terminio apdorojimo įrenginiams pasiekti tikslias klientų nurodytas medžiagų savybes, tuo pačiu sumažinant energijos sąnaudas ir ciklo trukmę.
Patobulintų židinio plokščių našumo ekonominiai padariniai neapsiriboja tiesioginėmis atsarginių komponentų sąnaudomis. Ilgesnis tarnavimo laikas sumažina techninės priežiūros prastovos laiką, todėl terminio apdorojimo įrenginiai gali veikti nepertraukiamai ir produktyviau. Patobulintas matmenų stabilumas palaiko tinkamą apkrovą ir krosnyje esantį tarpą, neleidžiant sugadinti kaitinimo elementų ir ugniai atsparių įdėklų, kurie gali atsirasti dėl deformuotų plokščių, besiliečiančių su krosnies vidinėmis dalimis. Padidintas atsparumas oksidacijai sumažina apnašų susidarymą, kuris gali užteršti ruošinio paviršius arba kauptis krosnies kampuose, todėl sumažėja valymo poreikis ir pagerėja gaminio kokybė. Šie veiksniai kartu užtikrina įtikinamą investicijų grąžą į pažangias židinio plokščių medžiagas, o tai pateisina jų dideles išlaidas dėl išmatuojamo veiklos efektyvumo pagerėjimo.
Žvelgiant į ateitį, hibridinių ir kompozitinių židinio plokščių dizaino tendencija žada dar didesnį našumą ir ekonomiškumą. Naujos koncepcijos derina labai legiruotus dilimui atsparius paviršius su įprastiniais anglinio plieno pagrindais, taikant suvirinimo perdangos arba ruloninio sujungimo būdus, taip pasiekiamos reikiamos paviršiaus savybės aukštoje temperatūroje su mažesnėmis medžiagų sąnaudomis. Šios kompozicinės plokštės sumažina svorį, palyginti su visiškai legiruotomis alternatyvomis, išlaikant atsparumą oksidacijai ir korozijai, reikalingą karštam paviršiui. Pažangūs modeliavimo metodai leidžia optimizuoti briaunų raštus ir struktūrinę geometriją, siekiant maksimaliai padidinti stiprumo ir svorio santykį bei šiluminės reakcijos charakteristikas.
Papildomos gamybos technologijos taip pat pradeda daryti įtaką židinio plokščių gamybai, ypač sudėtingų geometrijų ir mažų partijų kiekiams, kur tradicinis raštų kūrimas būtų pernelyg brangus. Smėlio formų ir šerdžių spausdinimas su segtuvu leidžia greitai pagaminti sudėtingas liejimo geometrijas be rašto įrankių, o tiesioginis metalo miltelių nusodinimas lazeriu suteikia galimybę pataisyti pažeistas židinio plokštes, o ne jas visiškai pakeisti. Šios naujos technologijos papildo, o ne pakeičia tradicinius liejimo metodus, išplečia liejykloms ir įrangos gamintojams, ieškantiems optimalių sprendimų konkrečioms reikmėms, prieinamą įrankių rinkinį.
Pasaulio pramonės šakoms ir toliau siekiant didesnio efektyvumo, mažesnio išmetamųjų teršalų kiekio ir geresnės produktų kokybės, pažangių karščiui atsparių plieno liejinių vaidmuo tampa vis svarbesnis. Šiluminio apdorojimo įrenginiuose reikalingos židinio plokštės, kurios išlaiko plokštumą ir stiprumą per tūkstančius terminių ciklų, palaiko nuoseklias apdorojimo sąlygas ir patikimą įrangos veikimą. Plieno gamykloms reikalingos židinio plokštės, kurios būtų atsparios šliaužimui ir oksidacijai, o vertingos ritės pernešamos tiksliai kontroliuojamais atkaitinimo ciklais. Liejyklos ir kalimo dirbtuvės reikalauja plokščių, kurios atlaikytų bendrą didelių apkrovų, aukštos temperatūros ir šiluminio šoko poveikį. Čia aprašytos nuolatinės lydinių kūrimo, liejimo procesų ir kokybės užtikrinimo naujovės tiesiogiai tenkina šiuos pramonės poreikius, suteikdamos pagrindą nuolatinei aukštų temperatūrų medžiagų technologijos pažangai ir nuo jo priklausančiai terminio apdorojimo įrangai.
