Gaz fırınının refrakter astarı, 1000°C'nin üzerindeki yanma ortamı ile yapısal bütünlüğünü korumak ve personeli korumak için yaklaşık 80°C'nin altında kalması gereken çelik gövde arasında bir bariyer görevi görür. Seramik elyafı - aynı zamanda refrakter seramik elyafı (RCF) veya alüminosilikat elyafı olarak da adlandırılır - düşük ısı iletkenliği, düşük ısı depolama kapasitesi ve nispeten kolay kurulumu nedeniyle endüstriyel ısıl işlem fırınları için baskın astar malzemesi haline gelmiştir.
MONTE INTELLIGENCE, gazlı fırın ürünlerinde seramik elyaf kaplamalar tasarlamakta ve uygulamaktadır. Bu makale, kaplamanın performansını ve kullanım ömrünü belirleyen mühendislik kararlarını, kurulum uygulamalarını ve termal hesaplamaları kapsamaktadır.
Seramik elyaf, alümina (Al2O3) ve silika (SiO2) karışımının elektrik ark fırınında eritilmesi ve ardından erimiş akımın sıkıştırılmış hava ile üflenerek veya dönen bir tekerlekten eğirilerek elyaf haline getirilmesiyle üretilir. Elde edilen elyaflar, tipik olarak 2-4 mikrometre çapında ve 250 mm'ye kadar uzunlukta olup, battaniye, levha veya vakumla şekillendirilmiş formlar haline getirilir. Elyaf kimyası, maksimum çalışma sıcaklığını belirler: standart elyaflar (%45-50 Al2O3, %50-55 SiO2) 1260°C için; yüksek alümina elyaflar (%55-60 Al2O3) 1400°C için; ve zirkonya içeren elyaflar 1430°C için derecelendirilmiştir.
Seramik elyaf battaniye, ham madde formudur; genellikle 7,2 metre uzunluğunda ve 0,6 metre genişliğinde rulolar halinde, 13 mm ile 50 mm arasında kalınlıklarda ve 64 ile 128 kg/m³ arasında yoğunluklarda tedarik edilen, esnek, iğneyle delinmiş bir elyaf matıdır. Battaniye, seramik elyaf yalıtımının en düşük maliyetli formudur. Gerekli toplam kalınlığı oluşturmak için birden fazla katman halinde döşenir ve katmanlar, bitişik parçalar arasındaki birleşim yerlerinin hizalanmaması için kademeli olarak yerleştirilir; bu, ısının doğrudan dış cepheye yayılmasına izin verecek düz geçiş boşluklarını önler.
Seramik elyaf modülleri, önceden monte edilmiş, katlanmış battaniye bloklarıdır; daha yüksek yoğunluğa (tipik olarak 160-220 kg/m³) sıkıştırılır ve metal bir çerçeve veya montajdan sonra kesilen bantlama kayışları ile sıkıştırılmış halde tutulur. Kayışlar kesildiğinde, sıkıştırılmış battaniye modüller arası birleşim yerlerini dolduracak şekilde genişler ve katmanlı battaniye montajlarında sorun yaratan geçiş bağlantıları olmadan sıkı bir sızdırmazlık sağlar. Modüller, genellikle 300 mm × 300 mm olan modül boyutlarına uygun bir ızgara deseninde gövdeye saplama kaynaklı paslanmaz çelik ankrajlar (tipik olarak 304 veya 310 paslanmaz çelik) kullanılarak çelik gövdeye bağlanır.
Kaplama tasarımı, ısı akışı hesaplamasıyla başlar. Düz bir duvardan geçen ısı akışı şu şekildedir: Q = k × A × (T_sıcak - T_soğuk) / t, burada k ısı iletkenliğidir (W/m·K), A alan, T_sıcak ve T_soğuk sıcak ve soğuk yüzey sıcaklıkları ve t kalınlıktır. 1000°C ortalama sıcaklıkta seramik elyaf için k, yoğunluğa bağlı olarak yaklaşık 0,15-0,25 W/m·K'dir. T_sıcak = 1000°C ve T_soğuk = 80°C olan 300 mm kalınlığındaki bir kaplama için ısı akısı yaklaşık 0,2 × 920 / 0,3 ≈ 613 W/m2'dir; bu da fırın enerji dengesinin hesaba katması gereken tasarım ısı kaybıdır.
Fırın astarı genellikle maliyet ve performansı dengelemek için farklı malzemelerden oluşan çok katmanlı bir yapı kullanır. En yüksek sıcaklığa maruz kalan sıcak yüzey katmanı, fırının maksimum sıcaklığına uygun en yüksek kalitede elyaf kullanır. Sıcak yüzeyin arkasında, sıcaklığı önemli ölçüde düşürdüğü için daha düşük maliyetli, daha düşük sıcaklıkta elyaf veya mineral yününden yapılmış bir destek katmanı kullanılabilir. Katmanlar arasındaki arayüz sıcaklığı, termal dirençlerden hesaplanır: eğer sıcak yüzey 200 mm 1260°C elyaf (k = 0,18) ve destek 100 mm mineral yün (k = 0,08) ise, arayüz sıcaklığı T_arayüz = T_sıcak - Q × (t_sıcakyüz / k_sıcakyüz) olarak hesaplanır. Destek katmanının sıcaklık değeri bu arayüz sıcaklığını aşmalıdır.
Bağlantı sistemi tasarımında termal genleşme dikkate alınmalıdır. Çelik gövde ısıtıldığında genleşir; sıcaklık artışının her 100°C'sinde metre başına yaklaşık 1,2 mm. Seramik elyaf astar ise çok daha az genleşir; her 100°C'de metre başına yaklaşık 0,5 mm. Gövde ve astar arasındaki genleşme farkı, bağlantı noktalarında kayma gerilimi oluşturur. Ankraj sistemi, elyaf modüllerini yırtmadan bu farklı hareketi karşılamalıdır. Bu amaçla oluklu ankraj delikleri veya esnek ankraj tasarımları kullanılır.
Kurulum kalitesi, hesaplanan termal performansın kullanımda gerçekten elde edilip edilmeyeceğini belirler. Modüller arasındaki boşluklar – kötü montajdan, kurulum sırasında hasardan veya ankraj arızasından kaynaklanan – fırın gövdesinde sıcak noktaların en yaygın nedenidir. Bir metrekarelik astar üzerinde 3 mm'lik bir boşluk, yerel ısı kaybını 5-10 kat artırabilir. Kurulum sırasında kalite kontrolü, modül montajının kontrol edilmesini (genellikle izin verilen maksimum boşluk 2-3 mm'dir), ankraj kaynağı bütünlüğünün doğrulanmasını (ankrajların bir örneğinin çekme testi yapılması) ve ısıtıldığında düzgün şekilde genleşmeyecek sıkışmış veya hasar görmüş modüllerin incelenmesini içerir.
Fırın çalışması sırasında iç kaplama bakımı, dış yüzeyde sıcak noktaların (boya renginin değişmesi, kızılötesi termometre ile ölçülen 80°C'nin üzerindeki yüzey sıcaklıkları veya gece görünür şekilde parlama) düzenli olarak görsel olarak incelenmesinden oluşur. Sıcak noktalar haritalandırılmalı ve izlenmelidir. 100-120°C'de sabit kalan bir sıcak nokta, bir sonraki planlı kapatmaya kadar çalışmaya devam etmek için kabul edilebilir. Sıcaklığı artan veya 150°C'yi aşan bir sıcak nokta, en kısa sürede araştırılmalı ve onarılmalıdır.
MONTE INTELLIGENCE fırın astarları, normal çalışma koşullarında 5-8 yıllık bir kullanım ömrü için tasarlanmıştır. Montaj denetimi, termal hesaplamalar ve astar inceleme hizmetleri sunuyoruz.
Seramik elyaf kaplama tasarımı veya mevcut fırınınızın yeniden kaplanması için helenxu@cnlymonte.com adresinden iletişime geçin.
