قطعات گرافیتی خاص
مهمترین کاربرد گرافیت با چگالی بالا در فرایند ریخته گری مداوم، ساخت قالب ریخته گری است. به منظور انتخاب گرید مناسب برای طراحی و ساخت قالب گرافیتی، بررسی الزامات اولیه برای کاربرد مورد نظر بسیار مهم است.
برخی از این الزامات عبارتند از ترکیب فلز یا آلیاژ ریختگی، نوع و ابعاد قالب گرافیتی، فرایندهای تکمیلی مورد نیاز برای محصول ریختگی، نوع فرایند ریخته گری (عمودی یا افقی) و دمای آن و مدت زمان تقریبی فرایند ریخته گری.
بوته‌های گرافیتی
بوته‌های ریخته‌گری مخازنی نسوز و مخروطی شکل هستند که از آنها برای حرارت دهی به مواد استفاده میشود. مقاومت بسیار بالایی در مقابل حرارت دارند و تغییر ساختار نمی‌دهند. همچنین این بوته‌ها دارای استحکام شکست بالا برای مقاومت بهتر در برابر ضربه‌های مکانیکی و مقاومت عالی نسبت به اکسیداسیون هستند.
مبدل‌های گرافیتی
گرافیت یکی از آلوتروپ‌های پایدار کربن است که ماشین کاری آن از سایر غیر فلزات راحت‌تر است. خواص منحصر به فرد گرافیت از جمله هدایت حرارتی بالا و مقاومت عالی در برابر خوردگی باعث استفاده گسترده این ماده در مبدل‌ها شده است.
مبدل‌های حرارتی گرافیتی به سه دسته مبدل‌های پوسته و لوله، مبدل‌های مکعبی و مبدل‌های صفحه‌ای تقسیم می‌شوند. مبدل‌های حرارتی گرافیتی در تبخیر کننده‌ها، کندانسورها، محیط‌های اسید، محیط‌های آلی یا غیر آلی و… کاربرد فراوان دارند.
بوته‌های گرافیتی
بوته ظرفی به شکل مخروط ناقص است که از ماده‌ای نسوز، عموماً گرافیت یا کاربید سیلیکون، ساخته شده باشد و برای استفاده در دمای بالا به کار رود.
از این ابزار برای تعیین آب تبلور نمک‌ها، ذوب مواد با دمای ذوب بالا و همچنین در شیمی تجزیه برای خشک کردن یا پخت مواد در کوره استفاده میشود. این ابزار می‌تواند چینی، گرافیتی، چدنی و سفالی باشد. به عنوان مثال وزن یک بوته چدنی با گنجایش ۵۰۰ کیلوگرم آلومینیوم در محدوده ۴۳۰ الی ۴۷۰ کیلوگرم می‌باشد در حالیکه بوته گرافیتی وزنی معادل ۱۶۵ تا ۱۷۵ کیلوگرم دارد.
پس علاوه بر مسئله‌ی سنگینی زیاد، برای حرارت دادن مواد با بوته‌های چدنی اتلاف انرژی زیادی رخ خواهد داد. تحت شرایط غیر اکسیدی، گرافیت مصنوعی پایدارترین و مقاوم‌ترین ماده جامد شناخته شده در برابر درجه حرارت های بالا به شمار می‌رود.
ین ویژگی از انرژی پیوند بالا و گرمای تصعید آن ناشی میشود. در حالت کلی، گرافیت ریز دانه تولید شده به روش پرس ایزو استاتیک برای بیشتر کاربردهای ریخته گری پیوسته مناسب است.
مبدل‌های گرافیتی
گرافیت یکی از آلوتروپ‌های کربن است که از کلمه یونانی گرافین (graphein) گرفته شده است که در انگلیسی به معنای «نوشتن» است. زمانی که اتم‌های کربن به صورت ورق به هم متصل می‌شوند، گرافیت که پایدارترین حالت کربن است شکل می‌گیرد. ساختار گرافیت لایه لایه بوده و از قرار گرفتن شش اتم کربن به صورت شش ضلعی منظم پدید می‌آید. این اتم‌ها با پیوند کووالانسی به یکدیگر متصل‌اند و نمی‌توانند با کربنی خارج از این لایه پیوند کوالانسی تشکیل دهند، بنابراین یک لایه گرافیت از طریق پیوند واندروالسی (که پیوند ضعیفی می‌باشد) به لایه‌های زیرین متصل است. این خاصیت سبب میشود لایه‌های گرافیت به راحتی به روی هم بلغزند.
ماشین کاری و قالب گیری گرافیت از دیگر غیر فلزات راحت‌تر است. گرافیت دارای ضریب هدایت حرارتی بالایی در حدود (w/m.k) ۱۴۷ می‌باشد. هدایت حرارتی بالا و ضریب انبساط حرارتی پایین باعث میشود گرافیت مقاومتی عالی در برابر شوک‌های حرارتی داشته باشد و پوسته پوسته نشود. همچنین چگالی پایین گرافیت (kg/m^۳ ۱۷۵۰ ) در مقایسه با فلزات سبب میشود که مبدل‌های حرارتی گرافیتی سبک‌تر باشند.
در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مثل فرآیندهای شیمیایی،پتروشیمی و دارویی و همچنین در بازیافت سیالات مضر و خطرناک برای حفاظت از محیط زیست، جریانات خورنده وجود دارد. در این گونه فرآیندها مبدل‌های حرارتی، تجهیزاتی ضروری به شمار می‌روند. فلزات و آلیاژهای آنها بخصوص در دمای بالا در برابر خورندگی آسیب پذیر هستند. یک راه حل این مشکل استفاده از گرافیت است. گرافیت در صنایع مختلف جهت مقابله با خوردگی به گستردگی استفاده میشود.
قطعات گرافیتی خاص
قالب گرافیتی
مهمترین کاربرد گرافیت با چگالی بالا در فرایند ریخته گری مداوم، ساخت قالب ریخته گری است. به منظور انتخاب گرید مناسب برای طراحی و ساخت قالب گرافیتی، بررسی الزامات اولیه برای کاربرد مورد نظر بسیار مهم است. برخی از این الزامات عبارتند از ترکیب فلز یا آلیاژ ریختگی، نوع و ابعاد قالب گرافیتی، فرایندهای تکمیلی مورد نیاز برای محصول ریختگی، نوع فرایند ریخته گری (عمودی یا افقی) و دمای آن و مدت زمان تقریبی فرایند ریخته گری.
المنت‌های گرافیتی
المنت‌های حرارتی مهمترین جز تشکیل دهنده کوره‌های الکتریکی دما بالا هستند. یکی از قابلیت‌‌های ممتاز گرافیت، امکان استفاده از قطعات کوچک آن برای تشکیل المنت حرارتی با شکل هندسی و مقاومت الکتریکی دلخواه است. ویژگی‌های زیر گرافیت را برای ساخت المنت متمایز می‌کند:
- قابلیت تحمل دماهای بالا
- فشار بخار کم در دماهای بالا
- قابلیت حفظ مقاومت مکانیکی در دماهای بالا
- قابلیت خوب در برقراری اتصال الکتریکی کامل بین قطعات گرافیت
- امکان برقراری اتصال الکتریکی کامل بین گرافیت و فلزات (مانند مس)
بلوک گرافیتی
ماده خام گرافیت معمولا بصورت بلوک های مکعبی شکل یا استوانه تولید می‌شوند. بلوک‌های گرافیت (Graphite Block) برای ساخت قطعات و قالب های گرافیتی در گرید های مختلف تولید می‌گردند. این بلوک‌ها به روش Hot Press و تحت خلا ساخته می‌شوند. بلوک گرافیتی از گرافیت مصنوعی با خلوص کربن %۹۹ ساخته میشود و بزرگترین تولید کنندگان آن چین و آلمان می‌باشند. ویژگی‌هایی که کاربرد بلوک گرافیتی را بالا برده است نشات گرفته از خود گرافیت می‌باشد که از ان جمله مقاومت حرارتی بسیار بالا، استحکام بالا، فرسایش پایین، مقاوم در برابر ضربه، مقاومت بالا در برابر خوردگی، مقاوم در برابر اسیدها، کنترل در برابر آلودگی فلزات، رسانای حرارتی و الکتریکی بالا و پایداری کیفیت می‌باشد.
بلوک‌های گرافیتی به‌طور عمده در صنایع ریخته‌گری کاربرد دارند و از آنها به‌صورت قالب‌های مذاب با دما و فشار بالا استفاده می‌کنند . از دیگر موارد کاربردی و حایز اهمیت استفاده بلوک های گرافیتی میتوان از ابر رسانایی و ساخت مبدل‌های حرارتی یاد کرد.
کامپوزیتهای گرافیتی
از گرافیت و الیاف کربن به عنوان متریال تشکیل دهنده کامپوزیتهای گرافیتی جهت ساخت قطعات و تجهیزات خاص استفاده میشود. بسیاری از تجهیزات گرافیتی به طور مستقیم از الیاف کربن ساخته نمی‌شوند. استفاده از تکنولوژی کامپوزیت سازی باعث رشد استفاده از خواص کربن در بسیاری از تجهیزات شده است. برای تولید کامپوزیتهای گرافیتی معمولا پروسه‌های پیچیده و تجهیزات گران قیمتی مورد نیاز است
آببندهای گرافیتی
اصولا آببندهای گرافیتی به منظور آب‌بندی فاصله بین شاف‌های دوار و هوزینگ‌ها در تجهیزاتی مانند پمپ‌ها و میکسر استفاده می‌شوند و از خروج سیالات از این فاصله جلوگیری می‌کنند. گرافیت معمولا با توجه به خاصیت خودروانکاری (عدم نیاز به روغنکاری) و مقاومت در برابر مواد شیمیایی به عنوان گزینه مناسب برای ساخت آب‌بندها به‌شمار می‌آید.
برخی از کاربردهای آببندهای گرافیتی عبارتند از:
- استفاده در موتورهای جت
- سیستم‌های تهویه مطبوع
- همزن‌ها
- گریبکس‌ها
- مبدل‌های حرارتی
- کمپرسورهای هوا
- توربین‌های آبی
