प्रेरण भट्टी के लिए क्रूसिबल का चयन: विभिन्न मिश्र धातुओं के लिए क्ले-ग्रेफाइट, सिलिकॉन कार्बाइड और एल्यूमिना
इंडक्शन फर्नेस को दोबारा चालू करने से पहले उसके चलने की अवधि निर्धारित करने वाला घटक क्रूसिबल होता है। यदि क्रूसिबल गलत चुना गया, तो आपको हर 50 बार गर्म करने के बाद फर्नेस की लाइनिंग बदलनी पड़ेगी, जबकि यह हर 500 बार गर्म करने पर बदलनी चाहिए। यदि क्रूसिबल सही चुना गया, तो लाइनिंग महीनों तक चलती रहेगी। सही क्रूसिबल का चुनाव पिघले जा रहे मिश्र धातु, फर्नेस के आकार, बिजली की खपत और संचालक के अनुभव पर निर्भर करता है। कोई सर्वमान्य सर्वोत्तम क्रूसिबल नहीं है।
यहां बताया गया है कि वास्तव में निर्णायक निर्णय कैसे लिया जाता है।
मिश्र धातु से शुरू करें।
कार्बन की मात्रा और मिश्रधातुओं के मिश्रण के आधार पर लोहा और इस्पात 1150 से 1600 डिग्री सेल्सियस तापमान पर पिघलते हैं। क्रूसिबल को अधिकतम तापमान के साथ-साथ सुरक्षा सीमा का भी ध्यान रखना होता है। क्रूसिबल सामग्री का कार्यकारी तापमान अधिकतम पिघलने के तापमान से 100 से 200 डिग्री सेल्सियस अधिक होना चाहिए।
लोहे और इस्पात के लिए मानक क्रूसिबल मिट्टी-ग्रेफाइट (जिसे क्ले बॉन्डेड ग्रेफाइट या आइसोस्टैटिक प्रेस्ड क्ले ग्रेफाइट भी कहा जाता है) होता है। यह क्रूसिबल ग्रेफाइट (आमतौर पर 30 से 50 प्रतिशत) और दुर्दम्य मिट्टी (आमतौर पर 50 से 70 प्रतिशत) का मिश्रण होता है, जिसे दबाकर आकार दिया जाता है और फिर पकाया जाता है। ग्रेफाइट क्रूसिबल को ऊष्मीय झटकों से सुरक्षा और चिकनाई प्रदान करता है। मिट्टी क्रूसिबल को मजबूती और क्षरण प्रतिरोध प्रदान करती है।
एक टन के इंडक्शन फर्नेस के लिए एक सामान्य क्ले-ग्रेफाइट क्रूसिबल की दीवार की मोटाई 50 से 80 मिमी, ऊंचाई 800 से 1000 मिमी और बाहरी व्यास 600 से 800 मिमी होता है। क्रूसिबल को जल-शीतित तांबे के कॉइल के अंदर रखा जाता है, और क्रूसिबल तथा कॉइल के बीच एक बैकअप रिफ्रैक्टरी परत (आमतौर पर 10 से 30 मिमी मोटी सूखी सिलिका रेत या सिरेमिक फाइबर) होती है।
मिट्टी-ग्रेफाइट की क्रूसिबल में ऊष्मीय झटकों को सहने की अच्छी क्षमता होती है - यह बिना दरार पड़े ठंडे से पिघले हुए स्टील तक पहुँच सकती है, जो इंडक्शन फर्नेस के संचालन के लिए महत्वपूर्ण है जहाँ क्रूसिबल हर शिफ्ट में गर्म और ठंडा होता है। इसका नुकसान यह है कि पिघले हुए स्टील में मिट्टी-ग्रेफाइट का क्षरण होता है - स्लैग में मौजूद आयरन ऑक्साइड मिट्टी में मौजूद सिलिका पर हमला करता है, ग्रेफाइट में मौजूद कार्बन पिघले हुए स्टील में घुल जाता है, और समय के साथ क्रूसिबल की दीवार पतली हो जाती है। एक सामान्य मिट्टी-ग्रेफाइट क्रूसिबल स्टील पिघलाने वाली इंडक्शन फर्नेस में 100 से 300 बार तक चलती है, जो आकार, शक्ति और स्लैग के उपयोग पर निर्भर करता है।
उच्च तापमान वाले मिश्र धातुओं और लंबी आयु के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) क्रूसिबल एक अच्छा विकल्प है। SiC क्रूसिबल, क्ले-ग्रेफाइट की तुलना में अधिक क्षरण-प्रतिरोधी होता है, विशेष रूप से आक्रामक स्लैग में। इसकी एक कमी यह है कि SiC अधिक महंगा और अधिक भंगुर होता है - यह क्ले-ग्रेफाइट की तरह थर्मल शॉक को सहन नहीं कर पाता है। SiC क्रूसिबल आमतौर पर तांबा और पीतल पिघलाने में उपयोग किए जाते हैं, जहां परिचालन तापमान कम होता है और थर्मल शॉक का प्रभाव भी कम होता है।
एल्युमीनियम और जस्ता पिघलाने के लिए, मानक क्रूसिबल सामग्री एल्युमिना (Al₂O₃) या उच्च-एल्युमिना रिफ्रैक्टरी होती है। एल्युमीनियम का कार्यशील तापमान 660 से 750 डिग्री सेल्सियस होता है, जो अधिकांश रिफ्रैक्टरी सामग्रियों की सीमा से काफी कम है। चुनौती यह है कि पिघला हुआ एल्युमीनियम अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होता है - यह सिलिका-आधारित रिफ्रैक्टरी पर हमला करता है और सिलिका को सिलिकॉन में परिवर्तित कर देता है, जो पिघले हुए मिश्रण में घुल जाता है। इसका परिणाम उच्च-सिलिकॉन एल्युमीनियम मिश्रधातु, नष्ट हुआ क्रूसिबल और दूषित पिघला हुआ मिश्रण होता है।
एल्यूमिना क्रूसिबल एल्यूमीनियम के प्रभाव का प्रतिरोध करते हैं क्योंकि एल्यूमिना पिघले हुए एल्यूमीनियम के संपर्क में ऊष्मागतिक रूप से स्थिर होता है। इसकी एक कमी यह है कि एल्यूमिना, क्ले-ग्रेफाइट की तुलना में अधिक महंगा और अधिक भंगुर होता है। एल्यूमीनियम पिघलाने के लिए एक सामान्य एल्यूमिना क्रूसिबल 500 से 2000 बार तक चलता है, जो समान उपयोग में क्ले-ग्रेफाइट की तुलना में कहीं अधिक है।
तांबा और पीतल पिघलाने के लिए सिलिकॉन कार्बाइड की क्रूसिबल मानक हैं। SiC 1000 से 1300 डिग्री सेल्सियस तक के तांबे के तापमान को सहन कर सकता है, कॉपर ऑक्साइड स्लैग का प्रतिरोध करता है, और इंडक्शन हीटिंग चक्र के लिए इसमें थर्मल शॉक प्रतिरोध क्षमता अच्छी होती है। तांबा पिघलाने के लिए SiC क्रूसिबल 300 से 1000 बार तक इस्तेमाल किया जा सकता है।
कीमती धातुओं (सोना, चांदी, प्लैटिनम) के लिए मानक क्रूसिबल पिघली हुई सिलिका या उच्च शुद्धता वाली एल्यूमिना होती है। क्रूसिबल रासायनिक रूप से निष्क्रिय (पिघले हुए पदार्थ में कोई संदूषण न हो) और ऊष्मीय रूप से स्थिर होनी चाहिए। इसकी लागत अधिक होती है, लेकिन आयतन कम होता है।
भट्टी का आकार और माप भी मायने रखता है।
इंडक्शन फर्नेस के क्रूसिबल आमतौर पर बेलनाकार होते हैं, जिनका निचला भाग समतल या गोल हो सकता है। इनका व्यास और ऊँचाई फर्नेस के आकार और पिघले हुए पदार्थ की क्षमता पर निर्भर करती है। 500 किलोग्राम की फर्नेस के लिए लगभग 400 मिमी व्यास और 600 मिमी ऊँचाई का क्रूसिबल चाहिए होता है। 5 टन की फर्नेस के लिए लगभग 900 मिमी व्यास और 1500 मिमी ऊँचाई का क्रूसिबल चाहिए होता है। 20 टन की फर्नेस के लिए लगभग 1500 मिमी व्यास और 2500 मिमी ऊँचाई का क्रूसिबल चाहिए होता है।
दीवार की मोटाई क्रूसिबल के आकार के अनुसार बदलती है - बड़े क्रूसिबल को पिघले हुए पदार्थ के यांत्रिक भार को सहन करने के लिए मोटी दीवारों की आवश्यकता होती है। एक छोटे क्रूसिबल की दीवार 30 मिमी मोटी हो सकती है, जबकि एक बड़े क्रूसिबल की दीवार 100 मिमी मोटी होती है।
भट्टी के तल का डिज़ाइन एक महत्वपूर्ण पहलू है। सपाट तल का निर्माण आसान होता है, लेकिन इससे तापीय तनाव कोनों पर केंद्रित हो जाता है। गोल तल तनाव को अधिक समान रूप से वितरित करता है और बड़ी भट्टियों तथा उच्च शक्ति वाले संचालन के लिए उपयुक्त होता है। अधिकांश बड़ी प्रेरण भट्टियों की भट्टियों का तल अर्धगोलाकार या शंक्वाकार होता है।
एक मध्यम आकार की भट्टी के लिए क्रूसिबल की स्थापना में 4 से 8 घंटे का समय लगता है।
स्थापना प्रक्रिया कॉइल और बैकअप रिफ्रैक्टरी की सफाई से शुरू होती है। पिछले क्रूसिबल से बचा हुआ कोई भी धातु, स्लैग या मलबा हटाना आवश्यक है। नई बैकअप रिफ्रैक्टरी लगाई जाती है - आमतौर पर सूखी सिलिका रेत की एक परत जिसे दबाकर भरा जाता है, या एक पूर्वनिर्मित सिरेमिक फाइबरबोर्ड।
इसके बाद क्रूसिबल को भट्टी में उतारा जाता है। इसका संरेखण कॉइल के साथ संकेंद्रित होना चाहिए - गलत संरेखण वाला क्रूसिबल असमान विद्युत चुम्बकीय युग्मन, गर्म धब्बे और समय से पहले विफलता का कारण बनता है। क्रूसिबल को एक फिक्स्चर का उपयोग करके केंद्र में लाया जाता है, फिर क्रूसिबल और बैकअप के बीच के अंतर को रेत या सिरेमिक फाइबर से भर दिया जाता है।
पहली बार धातु पिघलाने से पहले, नए क्रूसिबल को सिंटरिंग (पकाकर चिकना करना) किया जाता है। सिंटरिंग प्रक्रिया में तापमान को धीरे-धीरे 4 से 8 घंटे में 800 से 1000 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया जाता है, जिससे सारी नमी निकल जाती है और क्रूसिबल स्थिर हो जाता है। सिंटरिंग के बाद, पहली बार धातु पिघलाकर क्रूसिबल में डाला जाता है और वह उपयोग के लिए तैयार हो जाता है।
नए क्रूसिबल को शुरुआती 10 से 20 बार गर्म करते समय सावधानीपूर्वक उपयोग करना चाहिए। ठंडे पदार्थ का गर्म क्रूसिबल से टकराने पर लगने वाला ऊष्मीय झटका अच्छी तरह से स्थापित क्रूसिबल को भी तोड़ सकता है। संचालक आमतौर पर क्रूसिबल की क्षमता के 50 से 70 प्रतिशत तक पहला पदार्थ भरते हैं, उसे पिघलाते हैं और फिर पूरा पदार्थ भरने से पहले उसे बाहर निकाल देते हैं। यह प्रक्रिया क्रूसिबल को स्थिर करती है और उसकी आयु बढ़ाती है।
क्रूसिबल की विफलता के तरीके परिचालन की वास्तविकता हैं।
सबसे आम खराबी दीवार का पतला होना है। स्लैग और पिघला हुआ पदार्थ क्रूसिबल की दीवार पर हमला करते हैं, जिससे दीवार पतली हो जाती है और अंततः टूट जाती है। ऑपरेटर इसे पिघले हुए पदार्थ के तापमान में अस्थिरता के रूप में देखता है, क्योंकि क्रूसिबल की दीवार अब कॉइल कूलिंग से पिघले हुए पदार्थ को इन्सुलेट नहीं कर पाती है। इसका समाधान भट्टी को एक नए क्रूसिबल से रिलाइन करना है।
दूसरी सबसे आम खराबी दरार पड़ना है। थर्मल शॉक (ठंडा चार्ज, बिजली की रुकावट या स्लैग का रिसाव) के कारण क्रूसिबल की दीवार में दरार पड़ जाती है। दरार छोटी (एक पतली रेखा जो अंदर तक नहीं जाती) या बड़ी (एक ऐसी दरार जिससे पिघला हुआ पदार्थ कॉइल में रिस जाता है) हो सकती है। एक छोटी दरार को कुछ बार गर्म करने के लिए संभाला जा सकता है, लेकिन एक बड़ी दरार आपातकालीन स्थिति होती है - भट्टी को झुकाएं, पिघला हुआ पदार्थ डालें और भट्टी बंद कर दें।
तीसरी विफलता का कारण धातु का रिसाव है। पिघली हुई धातु क्रूसिबल के छिद्रों में रिस जाती है, जिससे पिघली हुई धातु और कॉइल के बीच एक धात्विक पुल बन जाता है। इसके परिणामस्वरूप क्रूसिबल में एक धारा प्रवाहित होती है, क्रूसिबल असमान रूप से गर्म होता है, और विफलता की गति तेज हो जाती है। धातु का रिसाव आमतौर पर खराब बैकअप रिफ्रैक्टरी, अपर्याप्त रूप से सिंटर्ड क्रूसिबल, या प्रारंभिक ताप के दौरान अत्यधिक बिजली की खपत के कारण होता है।
लेखक: मोंटे इंटेलिजेंस इंडक्शन फर्नेस इंजीनियरिंग टीम। क्रूसिबल चयन और जीवन चक्र अध्ययन के लिए, helenxu@cnlymonte.com पर संपर्क करें।
