Standardowy koc z włókna ceramicznego -tlenek glinu-o składzie krzemionki, o temperaturze znamionowej 1260 lub 1430 stopni w zależności od gatunku -, jest domyślnym wyborem izolacji w większości zastosowań w piecach przemysłowych. Niezawodnie wytrzymuje temperatury aż do znamionowego sufitu, szybko się instaluje i kosztuje znacznie mniej za metr kwadratowy niż alternatywy o wyższej-wydajności. W przypadku pieców pracujących w temperaturze poniżej 1350 stopni rzadko ma sens określanie czegokolwiek innego.
Powyżej 1400 stopni sytuacja się zmienia. Nie dlatego, że standardowe włókno ceramiczne staje się minimalnie mniej skuteczne, ale dlatego, że powyżej tego progu ulega nieodwracalnemu uszkodzeniu strukturalnemu, któremu nie może zapobiec żadna ilość prawidłowego montażu ani właściwy dobór gatunku.Koc z włókien polikrystalicznychistnieje szczególnie ze względu na to, co dzieje się ze standardowym włóknem ceramicznym w tych temperaturach - i dlatego, że od początku zostało zaprojektowane tak, aby nie powodować tego problemu.
Dlaczego standardowe włókno ceramiczne nie może przetrwać powyżej 1400 stopni
Standardowy koc z włókien ceramicznych jest wytwarzany w stanie amorficznym - o tej samej strukturze fizycznej co szkło, w którym obecny jest tlenek glinu i krzemionka, ale nie są one ułożone w sieć krystaliczną. Ta amorficzna struktura sprawia, że włókno jest elastyczne, lekkie i łatwe w produkcji. Jest również z natury niestabilny w bardzo wysokiej temperaturze.
Kiedy standardowe włókno ceramiczne jest wystawione na działanie utrzymujących się temperatur powyżej około 1000 do 1200 stopni, amorficzna struktura zaczyna krystalizować. Najpierw tworzy się krystobalit; powyżej 1200 stopni krystalizacja mulitu przyspiesza. Obydwa procesy są nieodwracalne i obydwóm towarzyszą zmiany w geometrii włókna - krystalizujące włókno kurczy się w miarę zagęszczania jego struktury. Indywidualnie każde włókno nieznacznie się skraca. W wyściółce składającej się z tysięcy włókien skumulowana zmiana wymiarów jest znacząca: trwały skurcz liniowy w standardowej-temperaturzekoc z włókna ceramicznegoeksploatowany powyżej temperatury znamionowej może osiągnąć 3–5% w ciągu jednego cyklu, otwierając szczeliny, przez które gorący gaz przedostaje się bezpośrednio do płaszcza pieca.
Powyżej 1400 stopni proces ten nie jest powolny. Jest na tyle szybki, że standardowy koc z włókna ceramicznego o temperaturze 1430 stopni -, używany przy temperaturze powierzchni gorącej wynoszącej 1430 stopni - przy nominalnej wartości granicznej -, wykaże mierzalny trwały skurcz w ciągu kilku tygodni działania. Wartość opisuje temperaturę, w której testowana jest trwała zmiana liniowa do określonego limitu w warunkach laboratoryjnych, a nie temperaturę, w której włókno może wytrzymać nieokreślony okres użytkowania.
Koc z włókien polikrystalicznych eliminuje ten rodzaj awarii nie poprzez przeciwstawienie się krystalizacji, ale poprzez rozpoczęcie pełnej krystalizacji. Włókna są wytwarzane w procesie zolu-żelu lub przędzenia, w wyniku którego od samego początku powstaje polikrystaliczna struktura włókien - fazy krystaliczne powstają podczas produkcji, a nie podczas użytkowania. Włókno, które jest już w pełni krystaliczne, nie może podlegać dalszemu skurczowi-pod wpływem krystalizacji. Po podgrzaniu do temperatury roboczej struktura krystaliczna włókna jest stabilna. Wzrost ziarna następuje powoli w ekstremalnych temperaturach, ale jest to proces stopniowy, trwający przez wiele kampanii, a nie szybki, nieodwracalny skurcz, który kończy żywotność standardowego włókna ceramicznego powyżej 1400 stopni.
Dwa rodzaje włókien polikrystalicznych: temperatura określa który
Koc z włókien polikrystalicznych nie jest pojedynczym produktem. Dwa różne składy chemiczne włókien obejmują różne zakresy temperatur, a wybór między nimi zależy od rzeczywistej temperatury gorącej powierzchni pieca.
Polikrystaliczne włókno mulitowe (zawartość Al₂O₃ około 72–80%) jest standardowym wyborem dla temperatur pracy od 1400 do 1600 stopni. Mulit - 3Al₂O₃·2SiO₂ - to stabilna faza wysokotemperaturowa-o doskonałej stabilności termicznej i niskiej rozszerzalności cieplnej. Koc z mulitu w tym składzie wytrzymuje ciągłą pracę w temperaturze 1500–1600 stopni, gdzie standardowe włókno ceramiczne uległoby zniszczeniu w ciągu kilku tygodni. Przewodność cieplna przy 1000 stopniach wynosi około 0,15–0,25 W/m·K, nieco więcej niż standardowe włókno ceramiczne przy tej samej gęstości, ponieważ struktura krystaliczna przewodzi ciepło wydajniej niż amorficzna faza szklana. Jest to akceptowalny kompromis1w zakresie zwiększenia wydajności temperaturowej.
Polikrystaliczne włókno o wysokiej-tlenku glinu (zawartość Al₂O₃ powyżej 95%, zbliżona do czystego tlenku glinu) zwiększa pułap usług dalej - ciągłej pracy do 1600 stopni i więcej, z krótkoterminową-wydajnością sięgającą 1800 stopni w niektórych gatunkach. Włókno z czystego tlenku glinu jest wykorzystywane w najbardziej wymagających zastosowaniach: w zaawansowanych piecach do spiekania ceramiki, wykładzinach komór spalania turbin gazowych, sprzęcie do testowania w przemyśle lotniczym i piecach laboratoryjnych pracujących przy górnej granicy wydajności włókien tlenkowych. Koszt koca z włókien polikrystalicznych o wysokiej{{10}glinach jest znacznie wyższy niż koszt koca z włókien mulitowych - cztery do ośmiu razy koszt standardowego koca z włókien ceramicznych o tej samej grubości i gęstości -, co ogranicza jego zastosowanie do zastosowań, w których wymagania temperaturowe rzeczywiście przekraczają wytrzymałość włókna mulitowego.
Praktyczna granica decyzji: temperatura gorącej powierzchni od 1400 do 1600 stopni przy normalnych przemysłowych profilach operacyjnych wskazuje na mulitowe włókno polikrystaliczne. Temperatura utrzymywania się powyżej 1600 stopni lub tam, gdzie zastosowanie wymaga agresywnej atmosfery chemicznej, która rozkłada mulit, specyfikacją jest włókno polikrystaliczne o wysokiej-tlenku glinu.
Zastosowania, w których potrzebny jest przełącznik
Zaawansowane techniczne piece do spiekania ceramiki pracujące w temperaturach od 1500 do 1650 stopni są najczęstszym zastosowaniem wpływającym na specyfikację włókien polikrystalicznych. Ceramika z tlenku glinu, komponenty z tlenku cyrkonu, części z azotku krzemu i zaawansowane podłoża elektroniczne są spiekane w temperaturach, w których standardowe włókno ceramiczne nie jest w stanie zapewnić trwałości kampanii. Polikrystaliczne włókno mulitowe w gorącej powierzchni i koronie pieca, -, gdzie temperatury są najwyższe, - zapewnia stabilność wymiarową wymaganą do utrzymania geometrii wykładziny przez wiele-lat eksploatacji pieca.
Wysokotemperaturowe-piece do obróbki cieplnej stopów stosowanych w przemyśle lotniczym regularnie pracują w temperaturze atmosfery pieca od 1200 do 1400 stopni, a w pobliżu elementów grzejnych zlokalizowane są strefy o temperaturze 1450 stopni lub wyższej. Standardowe włókno ceramiczne w tych strefach pieca wymaga wymiany co sześć do dwunastu miesięcy ze względu na postępujący skurcz. Włókna z mulitu polikrystalicznego w tych samych miejscach wydłużają okresy między wymianami do dwóch do czterech lat, a premia za koszty materiałów jest zwracana wyłącznie dzięki skróceniu przestojów konserwacyjnych.
Specjalistyczny sprzęt do topienia szkła, -w szczególności badawcze- piece do topienia kamienia i szkła optycznego pracujące w temperaturze powyżej 1500 stopni -, wykorzystują włókno polikrystaliczne w warstwie podkładowej wykładziny, gdzie temperatura na powierzchni włókna przekracza zakres niezawodnej pracy standardowego włókna ceramicznego. Kolejnym udokumentowanym zastosowaniem są przemysłowe piece kadziowe ze strefami wspomaganymi elektrycznie, w których lokalna temperatura zbliża się do 1500 stopni.
Wysokotemperaturowe-piece laboratoryjne i badawcze, w których temperatura robocza rutynowo osiąga od 1400 do 1700 stopni, a częstotliwość wymiany wykładziny zakłóca działanie operacyjne, to zastosowania, w których wyższy koszt włókien polikrystalicznych jest bezpośrednio uzasadniony wydłużonymi okresami międzyobsługowymi.
Co potwierdzić przed określeniem
Przed dokonaniem wyboru pomiędzy standardowym włóknem ceramicznym, włóknem polikrystalicznym mulitowym i włóknem polikrystalicznym o wysokiej-tlenku glinu należy potwierdzić temperaturę gorącej powierzchni - na powierzchni włókna, a nie temperaturę linii środkowej pieca -. Temperatura na powierzchni włókna jest często od 50 do 100 stopni niższa niż temperatura atmosfery pieca w strefach, w których włókno znajduje się za osłoną radiacyjną lub nie ma bezpośredniego kontaktu ze strefą grzewczą. Pomiar ten ma znaczenie, ponieważ próg pomiędzy standardowym włóknem ceramicznym a włóknem polikrystalicznym nie jest zbyt duży. - Piec pracujący przy temperaturze powierzchni czołowej włókna wynoszącej 1380 stopni może być odpowiednio obsługiwany przez standardowy gatunek włókna ceramicznego klasy premium, natomiast 1420 stopni w tym samym położeniu wymaga włókna polikrystalicznego.
Dane dotyczące przewodności cieplnej produktów z włókien polikrystalicznych należy uzyskać w temperaturze roboczej, a nie w temperaturze otoczenia. Przewodność włókna polikrystalicznego wzrasta wraz z temperaturą, a obliczenia grubości wykładziny oparte na wartościach przewodności w temperaturze-pokojowej powodują niedoszacowanie strumienia ciepła przez zainstalowaną wykładzinę w warunkach pracy.
Obie formy produktu - koc i tektura - są dostępne w chemii włókien polikrystalicznych. Płyta zapewnia większą sztywność i wytrzymałość na ściskanie w miejscach, gdzie izolacja musi przenosić pewne obciążenia strukturalne lub być odporna na erozję powodowaną przez gaz. Koc jest przeznaczony do izolacji zapasowej ścian płaskich i zakrzywionych powierzchni, gdzie wymagana jest elastyczność i zgodność. Dostępna jest forma modułowa do zastosowań na dachach pieców, gdzie wymagana jest geometria kotwy ściskanej, aby wytrzymać obciążenie grawitacyjne.
Specyfikacja koca, płyty lub modułu z włókien polikrystalicznych - obejmująca ocenę temperatury gorącej powierzchni czołowej i wybór produktu pomiędzy mulitem a klasą o wysokiej-tlenku glinu -skontaktować się z firmą Thermaxcel Refractionz typem pieca, temperaturą roboczą i aktualną konfiguracją wykładziny.
