Aukštos{0}}temperatūrinės pramonės šakose (pvz., plieno lydymas, atliekų deginimas ir keramikos krosnys) ugniai atsparių medžiagų naudojimo trukmė tiesiogiai lemia gamybos efektyvumą.Silicio karbidas (SiC), dėl savo puikių fizikinių ir cheminių savybių, tapo pagrindiniu priedu gerinant ugniai atsparių medžiagų klasę.
Šiame straipsnyje bus nuodugniai išnagrinėta, kaip silicio karbidas keičia ugniai atsparių medžiagų veikimą mikroskopiniu lygmeniu, daugiausia dėmesio skiriant pagrindinių principų, susijusių su jo ugniai atsparumo ir atsparumo šlakui gerinimo, analize.
Pagrindinės silicio karbido charakteristikos: ugniai atsparių savybių fizinis pagrindas
Silicio karbidas yra sintetinė žaliava, turinti itin stiprius kovalentinius ryšius, o savo kristalų struktūra panaši į deimantą. Ši didelė ryšio energija suteikia jai šiuos esminius pranašumus:
Itin aukšta lydymosi temperatūra:Jis netirpsta esant normaliam slėgiui, bet suyra (sublimuojasi) maždaug 2700 laipsnių temperatūroje.
Aukštas šilumos laidumas:Daug didesnis nei ugniai atsparių aliuminio silikatinių medžiagų, palengvinantis greitą šilumos išsiskyrimą ir sumažinantis šiluminį įtampą.
Mažas šiluminio plėtimosi koeficientas:Sumažina tūrio kitimo greitį esant aukštai temperatūrai, pagerina šiluminio šoko stabilumą.
1 pagrindinis principas: kaip silicio karbidas pagerina „atsparumą ugniai“ ir „šilumos smūgio stabilumą“?
Ugniai atspariose medžiagose (pvz., silicio karbido plytose ir didelio -aliuminio oksido plytose su pridėtu SiC) silicio karbidas yra ne tik užpildas; ji stiprina matricą šiais mechanizmais:
1. Skeleto atrama
Silicio karbido dalelės išlaiko itin didelį kietumą ir stiprumą aukštoje temperatūroje, sudarydamos tvirtą „skeletą“. Net jei kai kurie matricoje esantys rišikliai (pvz., molis arba žemos -lydymosi-taško fazės) suminkštėja, SiC karkasas vis tiek gali palaikyti struktūrą, užkertant kelią aukštai -temperatūrai šliaužti ar subyrėti.
2. Veiksmingas terminio streso mažinimas
Pagrindinė ugniai atsparių medžiagų pažeidimo priežastis yra įtrūkimai (šiluminio smūgio skilimas), atsirandantys dėl greitų temperatūros pokyčių.
Principas:Didelis SiC šilumos laidumas sumažina temperatūrų skirtumą tarp plytos vidaus ir paviršiaus.
Efektas:Itin mažas šiluminio plėtimosi koeficientas žymiai sumažina temperatūrų skirtumų sukeliamą šiluminį įtampą, todėl medžiaga gali išlaikyti vientisumą net ir dažnai išjungiant ir paleidžiant krosnį.
Antrasis pagrindinis principas: „Cheminė barjera“ atsparumui šlakui ir erozijai
Aukštakrosnėse arba atliekų deginimo krosnyse ugniai atsparių medžiagų erozija dėl išlydyto šlako (rūgštinio arba šarminio šlako) yra pražūtinga. Silicio karbido atsparumas šlakui atsiranda dėl unikalaus savaime{1}}gyjančio apsauginio mechanizmo.
1. Pasyvus oksidacijos mechanizmas
Kai silicio karbidas veikiamas aukštos{0}}temperatūrinės oksidacinės atmosferos, jo paviršiuje vyksta tokia reakcija:
SiC(-ai) + 2O2(g) → SiO2(-ai) + CO2(g)
Susidaręs SiO2 dalelių paviršiuje sudaro tankią, stiklinę apsauginę plėvelę.
Kliūties efektas:Ši plėvelė ne tik apsaugo nuo tolesnio deguonies prasiskverbimo, bet ir užblokuoja akivaizdžias ugniai atsparios medžiagos poras.
Atsparumas netobulumui:Kadangi išlydytam šlakui sunku sudrėkinti šią tankią SiO2 plėvelę, skystas šlakas negali prasiskverbti į medžiagą, taip užkertant kelią „nuplėšimo erozijai“.
2. Ne-drėkinanti savybė
Silicio karbidas turi didelį drėkinimo kampą su daugeliu išlydytų metalų (pavyzdžiui, išlydyto geležies) ir rūgščių šlakų. Tai reiškia, kad šlakas, kaip ir vandens lašeliai ant lotoso lapo, sunkiai prilimpa ir prasiskverbia. Pridėjus SiC į torpedų kaušą ir sriegio angą, galima žymiai pailginti pamušalo tarnavimo laiką.
Silicio karbido panaudojimo pavyzdžiai įvairiuose ugniai atsparių medžiagų scenarijuose
| Taikymo sritys | Rekomenduojamas SiC kiekis | Pagrindinės savybės |
| Aukštakrosnės sriegimo lovelis liejamas | 10% - 30% | Naudojant savo atsparumą erozijai ir išlydytos geležies korozijai. |
| Atliekų deginimo įrenginio pamušalas | 40% - 85% | Naudojamas atsparumas cheminei korozijai ir{0}}dėvėjimuisi aukštoje temperatūroje. |
| Keraminių krosnių įranga (lentynos) | > 90% | Naudojant didelę apkrovą{0}}atlaikomąją galią ir atsparumą oksidacijai, galima sumažinti krosnies storį ir padidinti krosnies tūrį. |
Kaip pasirinkti didelio{0}}našumo silicio karbido žaliavas?
Kaip eksporto pirkėjas, vertinant SiC tiekėjus, kaina neturėtų būti vienintelis dalykas. Reikėtų pabrėžti šiuos rodiklius:
SiC grynumas (klasė):
Įvertinimai apima 90%, 95% ir 98%. Didesnis grynumas lemia stabilesnę antioksidacinę apsauginę plėvelę esant aukštai temperatūrai.
Dydžių pasiskirstymas:
Tinkama gradacija (pvz., didelės 1–3 mm dalelės, sumaišytos su smulkiais milteliais) gali pagerinti medžiagos tankį ir sumažinti tariamą poringumą.
Nemokama anglies ir silicio turinys:
Per didelis laisvos anglies kiekis sumažina atsparumą oksidacijai ir turi būti griežtai kontroliuojamas.
Išvada: silicio karbidas – šiuolaikinių ugniai atsparių medžiagų „našumo didinimo priemonė“
Pagerinus šiluminio smūgio stabilumą ir naudojant oksido plėvelės mechanizmą, kad būtų išvengta šlako erozijos, silicio karbidas tapo pagrindiniu ugniai atsparių medžiagų sąnaudų mažinimo ir efektyvumo didinimo veiksniu. Plieno gamyklose ir keramikos gamyklose, nors pradinė SiC įsigijimo kaina yra didesnė nei įprastų aliuminio oksido -silicio žaliavų, dėl ilgesnio krosnies pamušalo naudojimo ir mažesnių prastovų priežiūros sąnaudų gaunama labai didelė investicijų grąža.
