Wybór odpowiedniego gatunku żeliwa to dopiero pierwszy etap złożonego procesu. Wymagania sektora energetycznego zmuszają odlewnie do traktowania każdego odlewu żeliwnego jako komponentu inżynieryjnego, gdzie sukces zależy od kontroli na poziomie mikrostruktury i makrogeometrii.
Produkcja odlewów żeliwnych dla przemysłu energetycznego wymaga zastosowania zaawansowanych technik, które minimalizują ryzyko wad wewnętrznych i gwarantują idealną strukturę.
Proces rozpoczyna się od wytopu w piecach indukcyjnych. Jest to etap krytyczny, zwłaszcza przy produkcji żeliwa sferoidalnego. Właściwości GJS wynikają z precyzyjnego wprowadzenia magnezu (tzw. modyfikacja lub sferoidyzacja), który zmienia kształt grafitu z płatkowego na sferyczny. Każda partia metalu musi być nie tylko poddawana natychmiastowej analizie spektrometrycznej, aby potwierdzić skład chemiczny (C, Si, Mn), ale także musi zostać poddana próbie wlewowej, aby mikroskopowo ocenić skuteczność sferoidyzacji. W energetyce tylko w pełni sferoidyzowane odlewy żeliwne mogą być dopuszczone do użytku krytycznego.
W przypadku dużych i skomplikowanych odlewów żeliwnych np. korpusów turbin czy wielotonowych piast wiatrowych stosuje się formowanie ręczne lub maszynowe z wykorzystaniem najwyższej jakości mas formierskich. Kluczowa jest tu dokładność rdzeni, które tworzą wewnętrzne kanały i skomplikowane geometrie przepływowe (np. w pompach i zaworach). Rdzenie muszą mieć idealną wytrzymałość mechaniczną, aby nie uległy zniszczeniu pod naporem ciekłego metalu, a jednocześnie gwarantować doskonałą gazoprzepuszczalność, by uniknąć powstawania pęcherzy gazowych w odlewie.
Po ostygnięciu większość specjalistycznych odlewów żeliwnych musi przejść przez rygorystyczny proces obróbki cieplnej, który często trwa wiele godzin w specjalistycznych piecach. Obróbka cieplna odlewów żeliwnych składa się z wyżarzania odprężającego oraz ulepszania (normalizowania) odlewu. Wyżarzanie odprężające jest standardowym etapem i absolutnie niezbędnym zabiegiem. Eliminuje naprężenia wewnętrzne powstałe podczas niejednorodnego stygnięcia. Brak tego etapu sprawiłby, że odlew żeliwny mógłby ulec deformacji podczas późniejszej obróbki mechanicznej lub co gorsza – pęknięciu pod obciążeniem termicznym w trakcie pracy elektrowni.
Ostatni już proces normalizowania odlewu żeliwnego służy osiągnięciu pożądanej mikrostruktury. Na przykład, żeliwo sferoidalne może być poddawane ulepszaniu, aby uzyskać strukturę perlityczną, która maksymalizuje jego twardość i wytrzymałość na zużycie, co jest kluczowe dla komponentów narażonych na tarcie w przekładniach. Każdy z powyższych etapów jest ściśle kontrolowany i udokumentowany, ponieważ to właśnie one nadają odlewom żeliwnym ich finalne, wymagane przez sektory przemysłowe formy i właściwości.
W energetyce nie ma miejsca na domysły. Każdy odlew żeliwny musi posiadać pełną dokumentację i przejść szczegółowe testy np. badania nieniszczące (NDT). Jest to zestaw technik pozwalających na ocenę integralności materiału bez uszkadzania samego odlewu żeliwnego. Najczęściej stosowane w energetyce to:
Każdy krytyczny odlew żeliwny musi być opatrzony indywidualnym numerem seryjnym i posiadać tzw. atest 3.1 (zgodnie z normą PN-EN 10204). Oznacza to, że jest on certyfikowany przez niezależny dział kontroli jakości producenta i zawiera pełny zapis testów mechanicznych i chemicznych. Ta identyfikowalność jest kluczowa dla audytów i gwarantuje, że w przypadku awarii można odtworzyć całą historię produkcji komponentu.
Nowoczesne odlewy żeliwne to efekt ciągłego rozwoju i intensywnych badań materiałowych. Producenci muszą szybko reagować na potrzeby rynku, ale i aktywnie kształtować przyszłe standardy, by sprostać wyzwaniom transformacji energetycznej – od atomu, po zeroemisyjne technologie.
Kluczem do przyszłości jest zwiększenie wydajności przy jednoczesnym obniżeniu masy i kosztów. Dążenie do optymalizacji geometrii odlewów żeliwnych jest możliwe dzięki zaawansowanym symulacjom komputerowym (np. Metoda Elementów Skończonych – MES/FEA). Pozwala to na produkcję odlewów żeliwnych GJS o niższej masie, ale zachowujących lub poprawiających wytrzymałość. Jest to krytyczne dla turbin wiatrowych (szczególnie offshore), gdzie każdy kilogram ma znaczenie dla kosztów transportu i montażu. Wprowadzane są także stopy GJS z dodatkami niklu i miedzi, które poprawiają udarność w niskich temperaturach, co jest kluczowe dla instalacji w chłodnym klimacie. Kolejną ważną kwestią jest redukcja wad przez symulacje. Nowoczesne odlewnie wykorzystują symulacje procesu zalewania i stygnięcia (oprogramowanie do symulacji odlewniczej), aby przewidzieć i wyeliminować potencjalne wady, takie jak skurcze czy pęcherze. To gwarantuje, że skomplikowane i wielkogabarytowe odlewy żeliwne dla turbin są idealne już za pierwszym razem, oszczędzając czas i materiał.
W energetyce konwencjonalnej dąży się do podniesienia sprawności poprzez zwiększenie parametrów pary (temperatury i ciśnienia), a to wymaga odlewów żeliwnych nowej generacji. Rozwijane są stopy z wysoką zawartością chromu, krzemu i aluminium. Stopy te wykazują znacznie wyższą odporność na pełzanie materiału (deformację pod stałym obciążeniem w wysokiej temperaturze) i utlenianie. Jest to kluczowe dla nowej generacji bloków energetycznych oraz dla pieców do spalania biomasy, gdzie temperatury i agresywność spalin są bardzo wysokie – tzw. żeliwo wysokotemperaturowe.
Choć sektor wodorowy jest na wczesnym etapie, już teraz wiadomo, że dystrybucja i magazynowanie wodoru będą wymagały zaawansowanej armatury. Odlewy żeliwne sferoidalne są testowane pod kątem zastosowania w elementach kompresorów i pomp – w procesach sprężania wodoru, z także armaturze wysokociśnieniowej – w sieciach przesyłowych, gdzie wymagana jest absolutna szczelność i odporność na kruchość wodorową (choć dotyczy to głównie stali, żeliwo musi być gotowe również na takie wymagania).
Jeśli szukasz odpowiednich komponentów dla przemysłu lub infrastruktury, zaufaj doświadczonemu polskiemu producentowi.
Tylko inwestycja w wysokiej jakości w odlewy żeliwne zagwarantuje bezpieczeństwo i bezawaryjną pracę specjalistycznych odlewów żeliwnych. Umów się na rozmowę z doświadczonym inżynierem ELZAMECH.
