4. Upokasuunit Raimo Keskinen Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto Polttoaineilla toimivat upokasuunit muistuttavat rakenteeltaan myöhemmin käsiteltäviä sähkökäyttöisiä vastusupokasuuneja. Polttoaineina niissä käytetään joko öljyä tai kaasua niin kuin lieskauuneissakin. Kuva. Upokasuunin öljypoltin Upokasuuneissa polttimien liekki on suunnattu tulenkestävästä materiaalista valmistetun asti, upokkaan, kylkeen tangentiaalisesti, jolloin liekki saadaan kiertämään sitä. Näin saadaan lämpö siirtymään tehokkaammin upokkaan sisällä olevaan sulatettavaan metalliin. Kuumat palokaasut johdetaan uunin yläosasta ulos. Suurissa upokasuuneissa voi olla kaksikin poltinta. Nykyisin upokasuuneja käytetään kupari- ja alumiiniseosten sulatukseen. Aikaisemmin niillä on sulatettu jopa terästä. Upokasuuneissa sula metalli ei ole niin voimakkaasti palamiskaasujen kanssa kosketuksissa kuin lieskauuneissa. Kuitenkin esimerkiksi messinkiä sulatettaessa saattaa avonaista upokasta käytettäessä palaa osa seoksen sinkistä pois. Sen vuoksi nykyiset upokasuunit rakennetaankin yleensä sellaisiksi, etteivät palokaasut pääse kosketuksiin sulan metallin kanssa. Upokasuuneja on sekä kiinteitä että kallistettavia. Kuvassa on pieni kiinteä öljykäyttöinen upokasuuni, jota voidaan käyttää ammennusuunina esimerkiksi kokilli- tai painevalimoissa. 9.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Upokasuunit - 1
Kuva. Pieni kiinteä upokasuuni Kuva. Pieni upokasuuni alumiinisulatuksessa Kiinteässä upokasuunissa voidaan upokas myös nostaa upokaspihdeillä tai uuniin kuuluvalla nostolaitteella ulos ja kuljettaa hehkuvana valupaikalle. (vertaa luku vastusuunit.) Kuva A Reikiä alaspäin Kuva B Reikiä Kuva. Upokasuunin rakenne. Kuvat A ja B. Kallistettavissa uuneissa upokas on kiinteästi paikallaan. Upokas on yleensä niin korkea, että se ylettyy uunin kannen lävitse (oheinen kuva A). Näin estetään palokaasujen pääseminen sulan kanssa kosketuksiin. Tällaisen upokkaan tyhjennys tapahtuu sen reunan yli. 9.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Upokasuunit - 2
Upokkaassa voi olla myös nokka, joka tiivistetään uunin laskukourua vasten. Palokaasujen pääsyn estämiseksi upokkaan päälle laitetaan korotusrengas, joka ylettyy uunin kannen lävitse (kuva B). Kuva. Kallistettava suuri upokasuuni Uunin hyötysuhteen parantamiseksi tehdään upokkaan yläosaan tai sen korotusrenkaaseen joskus reikiä, joista palokaasut pääsevät upokkaan sisään ja lämmittävät sen yläosassa olevaa, vielä sulamatonta panosta. Metallien palohäviöt muodostuvat näin hieman suuremmiksi kuin suljettua upokasta käytettäessä. Upokasuunien panos on 50 1500 kg kuparimetallia, mikä vastaa enintään 500 kg alumiinia. Uuneja sijoitetaan myös lattiatason alapuolelle, vrt. Vastusuunit. Upokasuunien hyötysuhde on huonompi kuin lieskauunien, koska liekki ei vaikuta suoraan panokseen, vaan lämpö johtuu siihen upokkaan seinämän lävitse, Ulos johdettavat palokaasut sisältävät suurimman osan uuniin tuodusta lämpöenergiasta. Hyötysuhde jääkin tavallisesti alle 20 %. Hyötysuhteen parantamiseksi käytetään joissakin kaasukäyttöisissä upokasuuneissa rekuperaattoria, puhallusilman lämmittämiseksi, jolloin hyötysuhdetta saadaan jonkin verran parannettua. 9.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Upokasuunit - 3
Kuva. Rekuperaattorilla varustettu upokasuuni Koska upokasuuniin vuoraus ei joudu kosketuksiin sulan metallin kanssa, ei niiden keskinäistä vaikutusta tarvitse ottaa huomioon. Vuoraus tehdään shamottitiilestä, sullo- tai valumassasta. Uunin teräsvaipan ja vuorauksen väliin laitetaan esimerkiksi huokoista kuitumateriaalia lämmöneristeeksi. Tiilivuoraus kestää hyvin hoidettuna jopa useita vuosia. Valamalla tehtyjen vuorausten kestoikä on huomattavasti lyhyempi. 4.1 Upokkaat Koska upokasuuneissa lämpö siirtyy johtumalla upokkaan seinämän läpi sulatettavaan panokseen, edellyttää tämä upokasmateriaalilta tulenkestävyyden lisäksi mahdollisimman hyvää lämmönjohtokykyä. Näitä ominaisuuksia haettaessa on päädytty kahteen materiaaliin, savigrafiittiin ja piikarbidiin, joista suurin osa upokkaista nykyisin valmistetaan. Savigrafiittiupokkaat on valmistettu saven ja grafiitin seoksesta, johon joskus on lisätty myös piikarbidia. Käytön aikana palaa upokkaasta grafiittia pois, mistä johtuen niiden lämmönjohtokyky huononee ja sulatusaika pitenee. 9.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Upokasuunit - 4
Hapettumisen huomaa upokkaan väristä sen muuttuessa tummanharmaasta vähitellen keltaiseksi tai ruskeanpunaiseksi. Upokkaan kestävyys riippuu myös sen käyttö- ja hoitotavoista. Yleisimpiä virheitä ovat varomaton mekaaninen käsittely, upokkaan riittämätön kuivaus ennen sen käyttöön ottoa sekä ylikuumennus väärin suunnatun polttimen vuoksi. Normaalisti savigrafiittiupokas kestää 60-80 sulatusta. Kuva. Upokas Piikarbidiupokkaat ovat huomattavasti kestävämpiä kuin grafiittiupokkaat, mutta myös kalliimpia. Piikarbidiupokkaat pitää ennen niiden käyttöä kuumentaa punahehkuisiksi ja vasta sen jälkeen suorittaa panostus. Jos panos muodostuu harkoista tai suurikokoisista kappaleista, on syytä käyttää pihtejä kappaleiden laskemiseksi upokkaaseen mekaanisten vaurioiden välttämiseksi. Kuva. Upokasta panostetaan Kuva. Korotusrenkaalla ja kannella varustettu upokas Piikarbidiupokkaat kestävät huonosti eräitä kemikaaleja, kuten alumiinin sulatuksessa käytettäviä jalostussuoloja. 9.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Upokasuunit - 5
Upokkaita valmistetaan erimuotoisia. Jos sulatus halutaan suorittaa siten, etteivät palokaasut pääse kosketuksiin sulan kanssa (vrt. edellinen luku), varustetaan upokas korostusrenkaalla ja kannella. Seuraavassa kuvassa esitettyä ruukunmuotoista upokasta käytetään silloin, kun sulatetaan metallilastuja. Sulatuksen aikana uuni ja upokas ovat vinossa asennossa ja ne pyörivät pituusakselinsa ympäri. Pyörimisen johdosta lastut sekoittuvat nopeasti jo sulaneeseen metalliin ja palohäviöt jäävät pieniksi. Kuva. Erilaisia upokkaita KERTAUSKYSYMYKSIÄ 1. Miten upokasuuneissa estetään sulatettavan metallin seosaineiden palaminen? 2. Mainitse kaksi upokasmateriaalilta vaadittavaa ominaisuutta? 3. Mitkä ovat upokkaan käytössä ilmenevät yleisimmät virheet? 4. Millaisessa sulatuksessa käytettään ruukunmuotoista upokasta? 9.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Upokasuunit - 6