Բարձր ջերմաստիճանի միջավայրերում գլանաձև շղթաների համար նյութերի ընտրություն

Բարձր ջերմաստիճանի միջավայրերում գլանաձև շղթաների համար նյութերի ընտրություն

Արդյունաբերական պայմաններում, ինչպիսիք են մետալուրգիական ջերմային մշակումը, սննդի թխումը և նավթաքիմիական արդյունաբերությունը,գլանաձև շղթաներՈրպես հիմնական փոխանցման բաղադրիչներ, հաճախ անընդհատ աշխատում են 150°C-ից բարձր ջերմաստիճանում: Ծայրահեղ ջերմաստիճանները կարող են հանգեցնել սովորական շղթաների փափկացման, օքսիդացման, կոռոզիայի և յուղման անկարողության: Արդյունաբերական տվյալները ցույց են տալիս, որ սխալ ընտրված գլանաձև շղթաների կյանքի տևողությունը կարող է կրճատվել ավելի քան 50%-ով բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում, նույնիսկ հանգեցնելով սարքավորումների անսարքության: Այս հոդվածը կենտրոնանում է բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերում գլանաձև շղթաների աշխատանքային պահանջների վրա՝ համակարգված վերլուծելով տարբեր հիմնական նյութերի բնութագրերը և ընտրության տրամաբանությունը՝ օգնելու արդյունաբերական մասնագետներին հասնել իրենց փոխանցման համակարգերի կայուն արդիականացմանը:

I. Բարձր ջերմաստիճանի միջավայրերի հիմնական մարտահրավերները գլանաձև շղթաների համար

Բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերից գլանաձև շղթաներին պատճառված վնասը բազմաչափ է: Հիմնական մարտահրավերները կայանում են երկու ասպեկտում՝ նյութի կատարողականի վատթարացում և կառուցվածքային կայունության նվազում: Սրանք նաև տեխնիկական խոչընդոտներ են, որոնք նյութի ընտրությունը պետք է հաղթահարի.

- Նյութի մեխանիկական հատկությունների քայքայում. Սովորական ածխածնային պողպատը զգալիորեն փափկում է 300℃-ից բարձր ջերմաստիճանում, որի դեպքում ձգման ամրությունը նվազում է 30%-50%-ով, ինչը հանգեցնում է շղթայի թիթեղի կոտրման, քորոցի դեֆորմացիայի և այլ խափանումների: Մյուս կողմից, ցածր լեգիրված պողպատը բարձր ջերմաստիճաններում միջհատիկային օքսիդացման պատճառով ավելի արագ մաշվում է, ինչը հանգեցնում է շղթայի երկարացման թույլատրելի սահմաններից դուրս գալուն:

- Օքսիդացման և կոռոզիայի աճ. բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերում թթվածինը, ջրային գոլորշին և արդյունաբերական միջավայրերը (օրինակ՝ թթվային գազերը և ճարպերը) արագացնում են շղթայի մակերեսի կոռոզիան: Արդյունքում առաջացող օքսիդային նստվածքը կարող է առաջացնել ծխնիների խցանում, մինչդեռ կոռոզիայի արգասիքները նվազեցնում են յուղումը:

- Քսայուղային համակարգի խափանում. Սովորական հանքային քսայուղը գոլորշիանում և ածխանում է 120℃-ից բարձր ջերմաստիճանում՝ կորցնելով իր քսայուղային ազդեցությունը: Սա հանգեցնում է գլանների և քորոցների միջև շփման գործակցի աճի, ինչը 4-6 անգամ մեծացնում է մաշվածության մակարդակը:

- Ջերմային ընդարձակման համապատասխանեցման մարտահրավեր. Եթե շղթայի բաղադրիչների (շղթայի թիթեղներ, քորոցներ, գլանակներ) ջերմային ընդարձակման գործակիցները զգալիորեն տարբերվում են, ճեղքերը կարող են լայնանալ կամ շղթան կարող է կպչել ջերմաստիճանի ցիկլի ընթացքում, ինչը կազդի փոխանցման ճշգրտության վրա։

II. Բարձր ջերմաստիճանի գլանային շղթաների հիմնական նյութերի տեսակները և կատարողականի վերլուծությունը

Բարձր ջերմաստիճանային շահագործման պայմանների հատուկ առանձնահատկությունների պատճառով, հիմնական գլանային շղթայական նյութերը ձևավորել են երեք հիմնական համակարգ՝ չժանգոտվող պողպատ, ջերմակայուն պողպատ և նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքներ: Յուրաքանչյուր նյութ ունի իր ուժեղ կողմերը՝ բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության, ամրության և կոռոզիոն դիմադրության առումով, որոնք պահանջում են ճշգրիտ համապատասխանեցում՝ հիմնվելով կոնկրետ շահագործման պայմանների վրա:

1. Չժանգոտվող պողպատե շարք. Միջին և բարձր ջերմաստիճանի աշխատանքային պայմանների համար մատչելի ընտրություն

Անժանգոտվող պողպատը, իր գերազանց օքսիդացման և կոռոզիոն դիմադրողականությամբ, դարձել է նախընտրելի նյութ 400℃-ից ցածր միջին և բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերի համար: Դրանցից 304, 316 և 310S տեսակներն են ամենատարածվածը գլանաձև շղթաների արտադրության մեջ: Արդյունավետության տարբերությունները հիմնականում բխում են քրոմի և նիկելի պարունակության հարաբերակցությունից:

Պետք է նշել, որ չժանգոտվող պողպատե շղթաները «անսխալական» չեն: 304 չժանգոտվող պողպատը 450℃-ից բարձր ջերմաստիճանում զգայունություն է ցուցաբերում, ինչը հանգեցնում է միջհատիկային կոռոզիայի: Չնայած 310S-ը ջերմակայուն է, դրա արժեքը մոտավորապես 2.5 անգամ ավելի է, քան 304-ինը, ինչը պահանջում է կյանքի տևողության պահանջների համապարփակ քննարկում:

2. Ջերմակայուն պողպատե շարք. ամրության առաջատարներ ծայրահեղ ջերմաստիճաններում

Երբ աշխատանքային ջերմաստիճանը գերազանցում է 800℃-ը, սովորական չժանգոտվող պողպատի ամրությունը զգալիորեն նվազում է: Այս պահին հիմնական ընտրությունը դառնում է քրոմի և նիկելի ավելի բարձր պարունակությամբ ջերմակայուն պողպատը: Այս նյութերը, համաձուլվածքի տարրերի հարաբերակցության ճշգրտումների միջոցով, բարձր ջերմաստիճաններում ձևավորում են կայուն օքսիդային թաղանթ՝ պահպանելով սողալու լավ դիմադրությունը:

- 2520 ջերմակայուն պողպատ (Cr25Ni20Si2): Որպես լայնորեն օգտագործվող բարձր ջերմաստիճանային նյութ, դրա երկարատև շահագործման ջերմաստիճանը կարող է հասնել 950℃-ի, ցուցաբերելով գերազանց կատարողականություն կարբուրացման մթնոլորտներում: Մակերեսային քրոմի դիֆուզիոն մշակումից հետո կոռոզիոն դիմադրությունը կարող է էլ ավելի բարելավվել 40%-ով: Այն լայնորեն օգտագործվում է բազմաֆունկցիոնալ վառարանային շղթայական փոխակրիչներում և ատամնանիվային նախաօքսիդացման վառարանային փոխակրիչ համակարգերում: Դրա ձգման ամրությունը ≥520 ՄՊա և երկարացումը ≥40% արդյունավետորեն դիմադրում են կառուցվածքային դեֆորմացիային բարձր ջերմաստիճաններում:

- Cr20Ni14Si2 ջերմակայուն պողպատ. 2520-ից մի փոքր ցածր նիկելի պարունակությամբ այն առաջարկում է ավելի մատչելի տարբերակ: Դրա անընդհատ աշխատանքային ջերմաստիճանը կարող է հասնել 850℃-ի, ինչը այն հարմար է դարձնում բարձր ջերմաստիճանային կիրառությունների համար, ինչպիսիք են ապակու արտադրությունը և հրակայուն նյութերի տեղափոխումը: Դրա հիմնական առանձնահատկությունը ջերմային ընդարձակման կայուն գործակիցն է, որը հանգեցնում է ատամնանիվների նյութերի հետ ավելի լավ համատեղելիության և փոխանցման տուփի ցնցումների նվազեցման:

3. Նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքների շարք. Վերջնական լուծումը դժվար աշխատանքային պայմանների համար

1000℃-ից բարձր ծայրահեղ պայմաններում կամ խիստ կոռոզիոն միջավայրերի առկայության դեպքում (օրինակ՝ ավիատիեզերական բաղադրիչների և միջուկային արդյունաբերության սարքավորումների ջերմային մշակում), նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքները անփոխարինելի նյութեր են՝ իրենց բարձր ջերմաստիճանային գերազանց դիմադրության շնորհիվ: Նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքները, որոնց օրինակ է Inconel 718-ը, պարունակում են 50%-55% նիկել և ամրացված են նիոբիումի և մոլիբդենի նման տարրերով՝ պահպանելով գերազանց մեխանիկական հատկություններ նույնիսկ 1200℃-ում:

Նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքային գլանային շղթաների հիմնական առավելություններն են՝ ① Սողալու դիմադրությունը ավելի քան երեք անգամ գերազանցում է 310S չժանգոտվող պողպատին. 1000 ժամ անընդմեջ 1000℃ ջերմաստիճանում աշխատանքից հետո մշտական ​​​​դեֆորմացիան ≤0.5% է. ② Չափազանց ուժեղ կոռոզիոն դիմադրություն, կարող է դիմակայել ուժեղ կոռոզիոն միջավայրերին, ինչպիսիք են ծծմբական թթուն և ազոտական ​​թթուն. ③ Գերազանց բարձր ջերմաստիճանային հոգնածության դիմադրություն, հարմար է հաճախակի ջերմաստիճանային ցիկլերի պայմաններում: Այնուամենայնիվ, դրանց արժեքը 5-8 անգամ ավելի է, քան 310S չժանգոտվող պողպատինը, և դրանք սովորաբար օգտագործվում են բարձրակարգ ճշգրիտ փոխանցման համակարգերում:

4. Օժանդակ նյութեր և մակերեսային մշակման տեխնոլոգիա

Բացի հիմքի ընտրությունից, մակերեսային մշակման տեխնոլոգիան կարևոր է բարձր ջերմաստիճանային կատարողականությունը բարելավելու համար: Ներկայումս հիմնական գործընթացները ներառում են. ① Քրոմի ներթափանցում. շղթայի մակերեսին Cr2O3 օքսիդային թաղանթի առաջացում, որը 40%-ով բարելավում է կոռոզիայի դիմադրությունը, հարմար է բարձր ջերմաստիճանային քիմիական միջավայրերի համար։ ② Նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքի ցողիչ ծածկույթ. հեշտությամբ մաշվող մասերի, ինչպիսիք են քորոցներն ու գլանները, ծածկույթի կարծրությունը կարող է հասնել HRC60 կամ ավելի բարձրի, որը 2-3 անգամ երկարացնում է ծառայության ժամկետը։ ③ Կերամիկական ծածկույթ. օգտագործվում է 1200℃-ից բարձր պայմաններում, արդյունավետորեն մեկուսացնում է բարձր ջերմաստիճանային օքսիդացումը, հարմար է մետաղագործական արդյունաբերության համար։

III. Բարձր ջերմաստիճանի գլանաձև շղթաների համար նյութերի ընտրության տրամաբանություն և գործնական առաջարկություններ

Նյութի ընտրությունը պարզապես «որքան բարձր է ջերմաստիճանային դիմադրությունը, այնքան լավ» սկզբունքի հետապնդումը չէ, այլ պահանջում է չորսը մեկում գնահատման համակարգ ստեղծել՝ «ջերմաստիճան-բեռնվածություն-միջին արժեք»: Ստորև բերված են գործնական առաջարկներ տարբեր իրավիճակներում ընտրության համար.

1. Հիմնական շահագործման պարամետրերի պարզաբանում

Ընտրությունից առաջ անհրաժեշտ է ճշգրիտ հավաքել երեք հիմնական պարամետրեր՝ ① Ջերմաստիճանի տիրույթ (անընդհատ աշխատանքային ջերմաստիճան, գագաթնակետային ջերմաստիճան և ցիկլի հաճախականություն). ② Բեռնման պայմաններ (նշանակված հզորություն, հարվածային բեռի գործակից). ③ Միջավայրի միջավայր (ջրային գոլորշու, թթվային գազերի, ճարպի և այլնի առկայություն): Օրինակ, սննդի թխման արդյունաբերության մեջ, բացի 200-300℃ բարձր ջերմաստիճաններին դիմակայելուց, շղթաները պետք է համապատասխանեն նաև FDA հիգիենայի չափանիշներին: Հետևաբար, նախընտրելի ընտրությունը 304 կամ 316 չժանգոտվող պողպատն է, և պետք է խուսափել կապար պարունակող ծածկույթներից:

2. Ընտրություն ըստ ջերմաստիճանի միջակայքի

- Միջին ջերմաստիճանային միջակայք (150-400℃). նախընտրելի է 304 չժանգոտվող պողպատը. եթե թեթև կոռոզիա է առաջանում, փոխարինեք 316 չժանգոտվող պողպատով: Սննդային բարձր ջերմաստիճանային քսուքի (հարմար է սննդի արդյունաբերության համար) կամ գրաֆիտի վրա հիմնված քսուքի (հարմար է արդյունաբերական կիրառման համար) օգտագործումը կարող է շղթայի կյանքի տևողությունը երկարացնել սովորական շղթաների համեմատ ավելի քան երեք անգամ:

- Բարձր ջերմաստիճանի միջակայք (400-800℃): Միջուկի ընտրությունը 310S չժանգոտվող պողպատ կամ Cr20Ni14Si2 ջերմակայուն պողպատ է: Խորհուրդ է տրվում շղթան քրոմապատել և օգտագործել բարձր ջերմաստիճանային գրաֆիտային քսուք (ջերմաստիճանային դիմադրություն ≥1000℃), լրացնելով յուղումը յուրաքանչյուր 5000 ցիկլը մեկ:

- Ծայրահեղ բարձր ջերմաստիճանային միջակայք (800℃-ից բարձր). Ընտրեք 2520 ջերմակայուն պողպատ (միջինից մինչև բարձր սահման) կամ Inconel 718 նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածք (բարձր սահման)՝ հիմնվելով ծախսերի բյուջեի վրա: Այս դեպքում, յուղման ձախողումը կանխելու համար անհրաժեշտ է յուղում չպարունակող կառուցվածք կամ պինդ յուղ (օրինակ՝ մոլիբդենի դիսուլֆիդային ծածկույթ):

3. Շեշտը դրեք նյութերի և կառուցվածքի համապատասխանության վրա

Բարձր ջերմաստիճաններում շղթայի բոլոր բաղադրիչների ջերմային ընդարձակման կայունությունը կարևոր է: Օրինակ, 310S չժանգոտվող պողպատե շղթայի թիթեղներ օգտագործելիս, քորոցները պետք է պատրաստված լինեն նույն նյութից կամ ունենան 2520 ջերմակայուն պողպատի նման ջերմային ընդարձակման գործակից՝ ջերմաստիճանի տատանումների պատճառով առաջացող աննորմալ բացվածքներից խուսափելու համար: Միաժամանակ, բարձր ջերմաստիճաններում դեֆորմացիայի նկատմամբ դիմադրությունը բարելավելու համար պետք է ընտրվեն ամուր գլաններ և հաստացված շղթայի թիթեղային կառուցվածքներ:

4. Արդյունավետության և ծախսերի հավասարակշռման համար ծախսարդյունավետության բանաձևը

Ոչ ծայրահեղ շահագործման պայմաններում անհրաժեշտ չէ կուրորեն ընտրել բարձրակարգ նյութեր: Օրինակ՝ մետալուրգիական արդյունաբերության ավանդական ջերմային մշակման վառարաններում (ջերմաստիճան 500℃, առանց ուժեղ կոռոզիայի), 310S չժանգոտվող պողպատե շղթաների օգտագործման արժեքը կազմում է 2520 ջերմակայուն պողպատի արժեքի մոտավորապես 60%-ը, սակայն ծառայության ժամկետը կրճատվում է ընդամենը 20%-ով, ինչը հանգեցնում է ընդհանուր ծախսարդյունավետության ավելի բարձր մակարդակի: Ծախսարդյունավետությունը կարելի է հաշվարկել՝ նյութի արժեքը բազմապատկելով ծառայության ժամկետի գործակցով՝ առաջնահերթություն տալով ժամանակի միավորի ամենացածր արժեք ունեցող տարբերակին:

IV. Ընտրության վերաբերյալ տարածված սխալ պատկերացումներ և հաճախակի տրվող հարցերի պատասխաններ

1. Սխալ պատկերացում. Քանի դեռ նյութը ջերմակայուն է, շղթան միշտ հարմար կլինի՞։

Սխալ է։ Նյութը միայն հիմքն է։ Շղթայի կառուցվածքային դիզայնը (օրինակ՝ ճեղքի չափը և յուղման անցուղիները), ջերմային մշակման գործընթացը (օրինակ՝ լուծույթային մշակումը՝ բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության բարելավման համար) և տեղադրման ճշգրտությունը՝ բոլորը ազդում են բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության վրա։ Օրինակ, 310S չժանգոտվող պողպատե շղթայի բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության դիմադրությունը կնվազի 30%-ով, եթե այն չի ենթարկվել լուծույթային մշակման 1030-1180℃ ջերմաստիճանում։

2. Հարց. Ինչպե՞ս լուծել շղթայի խցանման խնդիրը բարձր ջերմաստիճանային միջավայրում՝ նյութերը կարգավորելով:

Ծնոտի ծռումը հիմնականում առաջանում է օքսիդային թեփուկների շերտազատման կամ անհավասար ջերմային ընդարձակման պատճառով։ Լուծումներ՝ ① Եթե խնդիրը օքսիդացման հետ է կապված, 304 չժանգոտվող պողպատը փոխարինեք 310S-ով կամ քրոմապատեք։ ② Եթե խնդիրը ջերմային ընդարձակման հետ է կապված, միավորեք շղթայի բոլոր բաղադրիչների նյութերը կամ ընտրեք նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքային քորոցներ՝ ջերմային ընդարձակման ավելի ցածր գործակցով։

3. Հարց. Ինչպե՞ս կարող են սննդի արդյունաբերության բարձր ջերմաստիճանային շղթաները հավասարակշռել բարձր ջերմաստիճանային դիմադրությունը և հիգիենայի պահանջները:

Նախապատվությունը տվեք 304 կամ 316L չժանգոտվող պողպատին՝ խուսափելով ծանր մետաղներ պարունակող ծածկույթներից։ Օգտագործեք ակոսներ չունեցող դիզայն՝ հեշտ մաքրման համար։ Օգտագործեք FDA-ի կողմից հավաստագրված սննդային որակի բարձր ջերմաստիճանային քսանյութ կամ ինքնաշաղախ կառուցվածք (օրինակ՝ PTFE քսանյութ պարունակող շղթաներ)։

V. Ամփոփում. Նյութի ընտրությունից մինչև համակարգի հուսալիություն

Բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերի համար գլանային շղթայի նյութերի ընտրությունը հիմնականում ենթադրում է ծայրահեղ շահագործման պայմանների և արդյունաբերական ծախսերի միջև օպտիմալ լուծման որոնում: 304 չժանգոտվող պողպատի տնտեսական գործնականությունից մինչև 310S չժանգոտվող պողպատի աշխատանքային հավասարակշռությունը, ապա՝ նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքների վերջնական առաջընթացը, յուրաքանչյուր նյութ համապատասխանում է շահագործման պայմանների որոշակի պահանջներին: Ապագայում, նյութերի տեխնոլոգիայի զարգացման հետ մեկտեղ, նոր համաձուլվածքային նյութերը, որոնք համատեղում են բարձր ջերմաստիճանային դիմադրությունը և ցածր գինը, կդառնան միտում: Այնուամենայնիվ, ներկայիս փուլում, շահագործման պարամետրերի ճշգրիտ հավաքագրումը և գիտական ​​գնահատման համակարգի ստեղծումը կայուն և հուսալի փոխանցման համակարգերի հասնելու հիմնական նախապայմաններն են: