Przemysł odlewniczy
Procesy odlewnicze i technologie pieców do topienia metali
Odlewnia to zakład przemysłowy specjalizujący się w topieniu i odlewaniu metali w określone kształty, elementy lub komponenty inżynieryjne. Kluczowym elementem każdej odlewni jest piec do topienia metalu, którego technologia znacznie ewoluowała na przestrzeni lat. Poszczególne typy pieców różnią się charakterystyką cieplną, zapotrzebowaniem energetycznym oraz przydatnością do przetapiania różnych stopów metali.
Piece kupolowe do topienia żeliwa
Piec kupolowy to pionowy piec szybowy historycznie stosowany do topienia żeliwa. Choć jego znaczenie we współczesnej praktyce odlewniczej zmalało, pozostaje on istotnym punktem odniesienia w tradycyjnej metalurgii żelaza. Konstrukcja pieca obejmuje cylindryczną stalową obudowę wyłożoną cegłami ogniotrwałymi, odpornymi na wysokie obciążenia cieplne i agresję chemiczną.
Wsad metaliczny, wraz z koksem i topnikami, układany jest warstwowo wewnątrz szybu przez otwór zasypowy umieszczony na średniej wysokości. Podgrzane powietrze doprowadzane jest poprzez dysze (tzw. tuyeres) u podstawy pieca, co inicjuje spalanie. W miarę opadania wsadu następuje jego stopienie, a ciekłe żelazo gromadzi się na podsypce piaskowej u podstawy, skąd spływa przez otwór spustowy. Piece kupolowe oferują dużą wydajność, lecz są mniej efektywne energetycznie i mniej przyjazne środowisku w porównaniu z nowoczesnymi systemami.
Piece indukcyjne - precyzyjne topienie metali
Piece indukcyjne są szeroko stosowane we współczesnych odlewniach ze względu na wysoką efektywność energetyczną, precyzyjną kontrolę temperatury oraz czystszą eksploatację. Źródłem ciepła jest indukcja elektromagnetyczna generowana w tyglu zawierającym wsad metaliczny. Wokół tygla rozmieszczone są chłodzone wodą miedziane cewki, które wytwarzają zmienne pole magnetyczne, indukujące prądy wirowe i nagrzewające metal od wewnątrz.
Piece indukcyjne nadają się do topienia szerokiej gamy metali żelaznych i nieżelaznych. Są cichsze, czystsze i szybsze od tradycyjnych pieców kupolowych, a dodatkowo zapewniają lepszą kontrolę temperatury i składu chemicznego kąpieli. Ich ograniczeniem są jednak niewielkie możliwości rafinacji oraz częściowe straty metalu w wyniku utleniania.
Piece płomieniowe (rewerberacyjne) w odlewnictwie metali nieżelaznych
Piec rewerberacyjny to piec płomieniowy, stosowany głównie do topienia metali nieżelaznych - w szczególności aluminium, miedzi, brązu i mosiądzu. W tej konstrukcji ciekły metal nie styka się bezpośrednio z płomieniem. Energia cieplna przekazywana jest poprzez promieniowanie i konwekcję gazów spalinowych, które przepływają nad powierzchnią kąpieli metalicznej, zanim zostaną odprowadzone do komina.
Choć piece rewerberacyjne zostały w dużej mierze zastąpione w procesach pierwotnego topienia, wciąż znajdują zastosowanie przy przetapianiu złomu aluminiowego w odlewnictwie ciśnieniowym oraz przy wtórnej rafinacji. Cenione są za dużą pojemność i zdolność do przetwarzania wsadów niższej jakości, mimo stosunkowo niskiej efektywności cieplnej w porównaniu z systemami zamkniętymi.
Systemy transportu ciekłego metalu - kadzie i układy zalewania
Oprócz pieców, odlewnie wymagają specjalistycznych systemów do transportu ciekłego metalu, które umożliwiają jego bezpieczne i efektywne dostarczenie do stanowisk zalewania lub form. Podstawowym elementem tych systemów są kadzie odlewnicze - naczynia metalurgiczne wykonane ze stali i wyłożone wysokogatunkowymi materiałami ogniotrwałymi.
Konfiguracja kadzi zależy od skali i specyfiki produkcji. W małych zakładach stosuje się kadzie wylewowe (lip-pour), natomiast w odlewniach przemysłowych preferowane są większe kadzie typu "teapot spout" lub kadzie denne (bottom-pour). Te ostatnie ograniczają ryzyko przedostawania się żużla lub tlenków, ponieważ umożliwiają spływ czystszego metalu z dolnych warstw kąpieli. Wszystkie kadzie projektowane są z myślą o wysokiej izolacyjności termicznej, wytrzymałości mechanicznej oraz bezpieczeństwie operatorów.