رقم 308، طريق جونجكسين، المنطقة الصناعية، مدينة دونغشينغ، مدينة جينغجيانغ، مقاطعة جيانغسو، الصين
[email protected]/ [email protected]
اختيار الحق أنبوب مشع يتطلب التقييم خمس معلمات أساسية: درجة حرارة التشغيل، وتركيب المواد، وهندسة الأنبوب (الشكل والأبعاد)، والتوافق مع الغلاف الجوي، وتكوين الفرن . إذا أخطأت في أي من هذه الأخطاء والنتيجة هي فشل الأنبوب المبكر، أو التسخين غير المتساوي لقطعة العمل، أو التوقف غير المخطط له للفرن، أو في أسوأ الحالات، حادث سلامة ناجم عن تمزق الأنبوب ودخول غاز الاحتراق إلى غرفة الفرن. يعد هذا القرار أمرًا بالغ الأهمية من الناحية الهندسية نظرًا لأن الأنبوب المشع الذي يعمل في فرن صناعي قد يدور آلاف المرات على مدى عمر الخدمة من 3 إلى 10 سنوات ، وتجربة التدرجات الحرارية، والأجواء المؤكسدة والكربنة، والأحمال الميكانيكية في وقت واحد. تتناول الأقسام أدناه كل معلمة اختيار بالتفصيل العملي، مع بيانات وأمثلة محددة لترسيخ عملية اتخاذ القرار.
الأنبوب المشع عبارة عن حاوية احتراق محكمة الغلق يتم إدخالها عبر جدار الفرن الصناعي. يشتعل موقد الغاز داخل الأنبوب، وتنتقل منتجات الاحتراق عبر طول الأنبوب - عادةً في شكل U أو W أو P أو تكوين مستقيم - قبل الخروج من خلال المداخن في الطرف الآخر. يمتص جدار الأنبوب حرارة الاحتراق ويعيد إشعاعها إلى غرفة الفرن كأشعة تحت الحمراء، مما يؤدي إلى تسخين قطعة العمل دون أي اتصال بين غازات الاحتراق والجو الجوي للفرن. هذا الفصل هو الغرض الأساسي للأنبوب المشع: فهو يسمح بجو محكم ووقائي في كثير من الأحيان داخل غرفة الفرن مع الاستمرار في استخدام احتراق الغاز كمصدر للحرارة.
يتعرض جدار الأنبوب في نفس الوقت غازات الاحتراق تصل إلى 1150 درجة مئوية أو أعلى على السطح الداخلي وإلى جو الفرن - الذي قد يكون مختزلًا أو كربنة أو نيترة أو محايدًا - على السطح الخارجي، بينما يدعم وزنه ووزن مجموعة الموقد في تكوين ناتئ أو مدعوم. لا يوجد مكون آخر في نظام الفرن يعمل تحت هذا المزيج من المتطلبات الحرارية والكيميائية والميكانيكية في وقت واحد. هذا هو السبب في أن اختيار المواد هو الاختيار الأكثر أهمية في مواصفات الأنبوب المشع.
المعلمة الأكثر أهمية في اختيار الأنبوب المشع هي درجة حرارة التشغيل القصوى - وتحديدًا درجة حرارة التشغيل درجة حرارة جدار الأنبوب ، وليس درجة حرارة الفرن المحددة. يكون جدار الأنبوب دائمًا أكثر سخونة من جو الفرن لأنه مصدر الحرارة الأساسي، وقد تكون منطقة اللهب المحلية داخل الأنبوب أكثر سخونة بشكل ملحوظ من متوسط درجة حرارة جدار الأنبوب المشار إليها بواسطة المزدوجة الحرارية.
في نظام الأنبوب المشع المصمم جيدًا، تعمل درجة حرارة جدار الأنبوب عادةً 50 إلى 150 درجة مئوية فوق درجة حرارة الفرن المحددة . قد يكون للفرن الذي يعمل عند 900 درجة مئوية درجة حرارة جدار الأنبوب المشع من 950 إلى 1050 درجة مئوية في المنطقة الأكثر سخونة بالقرب من لهب الموقد. إن تحديد مادة الأنبوب التي تم تصنيفها بدقة لدرجة حرارة الفرن المحددة دون إضافة هذا الهامش هو السبب الأكثر شيوعًا لفشل الأنبوب المبكر في الخدمة.
كإطار عام لتخصيص نطاق درجة الحرارة:
| درجة حرارة الفرن المحددة | درجة حرارة جدار الأنبوب النموذجية | الحد الأدنى لتقدير درجة حرارة المواد |
|---|---|---|
| تصل إلى 800 درجة مئوية | 850 إلى 950 درجة مئوية | 1000 درجة مئوية |
| 800 إلى 950 درجة مئوية | 950 إلى 1100 درجة مئوية | 1,150 درجة مئوية |
| 950 إلى 1050 درجة مئوية | 1,050 إلى 1,200 درجة مئوية | 1,250 درجة مئوية |
| 1,050 إلى 1,150 درجة مئوية | 1,150 إلى 1,300 درجة مئوية | 1,350 درجة مئوية |
| أعلى من 1150 درجة مئوية | 1,250 إلى 1,400 درجة مئوية | أنبوب السيراميك أو كربيد السيليكون؛ سبائك النيكل الفائقة |
أنبوب مشع يصل إلى درجة حرارة التشغيل مرة واحدة يوميًا ويتحمل تجارب ثابتة في التعب الحراري أقل بكثير من الأنبوب الذي ينتقل من البرد إلى درجة حرارة التشغيل والعودة عدة مرات لكل وردية . يولد التدوير الحراري إجهادًا حراريًا دوريًا في جدار الأنبوب من التمدد التفاضلي بين مناطق السطح الخارجي الساخنة والباردة. تتطلب التطبيقات عالية التدوير - مثل أفران التلدين الدفعية أو أفران التصلب التي يتم التحميل والتفريغ بشكل متكرر - مواد أنابيب ذات مقاومة فائقة للإجهاد الحراري، وهو ما يعني عادةً سبائك ذات محتوى أعلى من النيكل أو سيراميك كربيد السيليكون بدلاً من السبائك القائمة على الحديد.
يصنف معيار ASTM للخدمة في درجات الحرارة العالية للسبائك المقاومة للحرارة (ASTM A297 وA351) درجات السبائك حسب درجة حرارة التشغيل ويوفر الحد الأدنى من متطلبات الخاصية التي تعمل كإطار بداية مفيد لاختيار المواد، على الرغم من أن متطلبات التطبيق المحددة قد تبرر تجاوز هذه الحدود الدنيا ( المصدر: ASTM International، المواصفات القياسية لسبائك الصلب، السبائك، للخدمة في درجات الحرارة العالية، A297/A297M ).
تحدد البيئة الكيميائية على جانبي جدار الأنبوب المشع عائلات السبائك المناسبة. قد يتعرض الأنبوب الذي يعمل بشكل ممتاز في جو مؤكسد للهجوم بسرعة في جو يحتوي على الكربنة أو الكبريت، والعكس صحيح. التوافق بين المواد والجو غير قابل للتفاوض ويجب تحديده قبل الانتهاء من أي معلمة اختيار أخرى.
يختلف جو الفرن الملامس لسطح الأنبوب الخارجي حسب عملية المعالجة الحرارية:
غازات الاحتراق المتدفقة داخل الأنبوب المشع هي بشكل أساسي ثاني أكسيد الكربون، وماء الماء، ونيتروجين، والأكسجين الزائد في حالة الاحتراق الهزيل، أو ثاني أكسيد الكربون، وهيدروجين، ونيتروجين في مناطق الاحتراق الغنية. يتعرض السطح الداخلي لبيئة مؤكسدة في مناطق الاحتراق الهزيل وبيئة مخفضة أو مكربنة في المناطق الغنية بالوقود بالقرب من فوهة الموقد. يمكن أن يؤدي الاحتراق الغني محليًا بالقرب من طرف الموقد إلى إنتاج منطقة اختزال تعزز كربنة السطح الداخلي للأنبوب حتى عندما تكون نسبة الهواء إلى الوقود الإجمالية قريبة من العناصر المتكافئة.
| نوع الغلاف الجوي | آلية الهجوم الأولية | عائلة السبائك الموصى بها | عناصر صناعة السبائك الرئيسية للمقاومة |
|---|---|---|---|
| الأكسدة (الهواء، الاحتراق الهزيل) | الأكسدة السطحية تشكيل النطاق | الحديد-الكروم-ني الأوستنيتي؛ الحديد-الكروم-آل | الكروم فوق 20%؛ Al فوق 3% لـ FeCrAl |
| الكربنة (الغازات الداخلية، المناطق الغنية) | امتصاص الكربون التقصف | الأوستنيتي عالي النيكل (أعلى من 35% ني)؛ HK40؛ تعديل HP | ني فوق 35%؛ إضافات ملحوظة وW |
| نيترة (الأمونيا المنفصلة) | تشكيل مرحلة النتريد. التقصف | ارتفاع ني الأوستنيتي. سبائك ني القاعدة | ني فوق 40%؛ تجنب ارتفاع درجات الحديد Cr |
| الكبريتدة (الوقود الحامل للكبريت) | كبريتات. فقدان المعادن السريع | نسبة عالية من الكروم الأوستنيتي (أعلى من 25% كروم)؛ ني الكروم | الكروم فوق 25%؛ تجنب السبائك ذات الأساس المشترك |
| مخفض / غني بالهيدروجين | تقليل مقياس الأكسيد؛ ممكن H الهشاشة | الأوستنيتي الحديد-ني-الكروم؛ تجنب الدرجات الحديدي | ني فوق 20%؛ تجنب الفريت دلتا في اللحامات |
| الجمع بين الكربنة والأكسدة (دوري) | العفن الأخضر الأكسدة الكارثية في الواجهة المعدنية | سبائك معدلة بـ HP؛ سيراميك كربيد السيليكون | ملحوظة، W، Si أعلى من 1.5% لدرجات HP |
مع تحديد درجة حرارة التشغيل والتوافق مع الغلاف الجوي، يمكن اختيار درجة السبائك من العائلات القياسية المستخدمة في تصنيع الأنابيب المشعة الصناعية. تتمتع كل عائلة بنقاط قوة وقيود محددة تحدد مدى ملاءمتها لتطبيقات معينة.
HK40 (Fe-25Cr-20Ni-0.4C) هي السبائك المصبوبة بالطرد المركزي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع للأنابيب المشعة في نطاق درجات الحرارة 900 إلى 1050 درجة مئوية . توفر تركيبته المتوازنة نسبيًا مقاومة أكسدة جيدة من محتوى الكروم، وقوة زحف كافية من مستوى الكربون بنسبة 0.4% (الذي يترسب كربيدات الكروم التي تعيق حركة التفكك عند درجة حرارة مرتفعة)، وفعالية من حيث التكلفة من محتواه المنخفض من النيكل مقارنة بدرجات النيكل الأعلى. HK40 هو الخيار الأول المناسب لأفران الكربنة والتصلب المحايد حيث تكون درجة حرارة التشغيل ضمن نطاق قدرتها.
تصبح حدود HK40 واضحة فوق ما يقرب من 1050 درجة مئوية، حيث تنخفض قوة زحفها بشكل حاد، وفي الأجواء شديدة الكربنة حيث يكون محتوى النيكل المنخفض (20%) مقارنة بالسبائك من فئة HP يجعلها أكثر عرضة لامتصاص الكربون مما يؤدي إلى تقصف مرحلة سيجما بعد الخدمة الممتدة.
تعمل السبائك المعدلة بواسطة HP (Fe-25Cr-35Ni-0.4C مع إضافات Nb أو W أو Ti أو مجموعات) على تمديد سقف درجة حرارة التشغيل إلى 1100 إلى 1150 درجة مئوية وتوفر مقاومة أفضل بكثير للكربنة مقارنة بـ HK40 بسبب محتواها العالي من النيكل. تعمل إضافات النيوبيوم في درجات HP-Nb على ترسيب كربيدات NbC المستقرة التي تقاوم الذوبان وتحافظ على قوة زحف السبائك على مدار الخدمة الممتدة. تعتبر الدرجات المعدلة بواسطة HP هي الاختيار القياسي لأفران كربنة الغاز، وأفران التلدين ذات درجة الحرارة العالية، وأي تطبيق حيث من المتوقع أن تتجاوز درجة حرارة جدار الأنبوب 1050 درجة مئوية أثناء الخدمة.
بالنسبة للتطبيقات الأكثر تطلبًا - درجات الحرارة التي تزيد عن 1100 درجة مئوية، أو الأجواء شديدة الكربنة أو الكبريتيد، أو التطبيقات التي تتطلب مقاومة استثنائية للإجهاد الحراري - السبائك عالية النيكل مع محتويات النيكل 55 إلى 75% بالوزن توفير أداء لا يمكن للسبائك القائمة على الحديد أن تطابقه. هذه المواد أغلى بكثير من درجات HK40 أو HP، ولكن في التطبيقات التي تفشل فيها السبائك القائمة على الحديد في غضون 12 إلى 18 شهرًا وتوفر السبائك عالية النيكل 4 إلى 7 سنوات من الخدمة، فإن الاقتصاديات تفضل بقوة السبائك المتميزة على الرغم من ارتفاع تكلفتها الأولية.
تعمل الأنابيب المشعة المصنوعة من السيراميك من كربيد السيليكون في درجات حرارة تتجاوز قدرة أي سبيكة معدنية - تصل إلى 1,350 إلى 1,400 درجة مئوية درجة حرارة جدار الأنبوب في الخدمة المستمرة. يتمتع SiC بمقاومة أكسدة استثنائية (تشكل طبقة سطحية واقية من SiO2)، وموصلية حرارية عالية جدًا (تقريبًا 3 إلى 5 أضعاف السبائك المعدنية ) ، ومقاومة ممتازة للكربنة والنيترة والكبريتات. تتمثل القيود الأساسية للأنابيب المشعة من كربيد السيليكون في هشاشتها - فهي لا تستطيع تحمل الصدمات الميكانيكية أو التحميل النقطي الذي قد يؤدي إلى تشقق السيراميك - وتكلفتها المرتفعة مقارنة بالبدائل المعدنية ذات الأحجام المكافئة.
تعتبر أنابيب SiC هي الاختيار القياسي لخطوط التلدين المستمرة ذات درجة الحرارة العالية، والتليين اللامع للشريط المقاوم للصدأ، ومعالجة الفولاذ السيليكوني، وأي فرن حيث أصبح تردد استبدال الأنبوب المعدني مرتفعًا بشكل غير مقبول بسبب قيود درجة الحرارة.
يتم أحيانًا استخدام أنابيب الحديد الزهر والفولاذ منخفض الكربون في منشآت الأفران القديمة أو منخفضة التكلفة حيث تكون درجات حرارة التشغيل أقل 750 درجة مئوية ومتطلبات الغلاف الجوي ضئيلة. فوق درجة الحرارة هذه، فإن الأكسدة السريعة ونمو مقياس أكسيد الحديد على الفولاذ غير المخلوط أو منخفض السبائك يجعل هذه المواد غير مناسبة لأي تطبيق أنبوب مشع حيث من المتوقع أن يتجاوز عمر الخدمة 6 إلى 12 شهرًا. إذا كانت مواصفات الأنبوب المشع تقترح فولاذًا غير مخلوط أو منخفض السبائك لدرجة حرارة تشغيل أعلى من 750 درجة مئوية، فإن المواصفات تتطلب المراجعة قبل متابعة التثبيت.
تؤثر هندسة الأنبوب المشع - شكل مسار الأنبوب الذي تتدفق من خلاله غازات الاحتراق - بشكل مباشر على انتظام توزيع الحرارة في الفرن، وملاءمة الأنبوب لتكوينات الفرن المختلفة، ومدخل الحرارة الذي يمكن تحقيقه لكل أنبوب. هناك أربعة أشكال هندسية شائعة الاستخدام صناعيًا، ولكل منها مزايا محددة وتطبيقات مناسبة.
يمر أنبوب مشع مستقيم عبر جدار الفرن من جانب واحد، ويمتد على غرفة الفرن، ويخرج عبر الجدار المقابل. يشتعل الموقد من أحد طرفيه وتخرج غازات المداخن من الطرف الآخر. توفر الأنابيب المستقيمة توزيعًا ممتازًا للحرارة على طولها في التطبيقات الموجهة أفقيًا أو رأسيًا، وهي أبسط هندسة للتصنيع والتركيب والاستبدال. إنها مناسبة للأفران ذات العرض الداخلي الكافي لاستيعاب طول الأنبوب بالكامل — عادةً 1000 إلى 3000 ملم بطول ساخن - وهي قياسية في أفران التلدين ذات الشريط المستمر، وأفران تلدين الأسلاك، وبعض الأفران المجمعة.
تتكون الأنابيب على شكل حرف U من ساقين متوازيتين متصلتين بثني 180 درجة عند النهاية المغلقة، ويمكن الوصول إلى كل من الموقد والمداخن من نفس جدار الفرن. يتدفق الغاز من الموقد إلى أسفل ساق واحدة، حول المنعطف على شكل حرف U، ويعود إلى ساق العودة إلى مخرج المدخنة. تعتبر الأنابيب على شكل حرف U الشكل الهندسي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الأفران المجمعة، وأفران المعالجة الحرارية، وأي تطبيق حيث يكون الوصول من جانب واحد فقط من الفرن عمليًا. التحدي الأساسي في التصميم مع أنابيب U هو الفرق في درجة الحرارة بين ساق الإطلاق الساخنة وساق العودة الأكثر برودة - يعمل السطح الداخلي لـ U-bend عند درجة حرارة أعلى بكثير من متوسط ساق العودة، مما يخلق منطقة مضغوطة حرارياً تتطلب سماكة كافية للجدار وجودة مادة لمقاومة تشوه الزحف على مدار عمر الخدمة.
تعمل الأنابيب W على توسيع مفهوم الأنبوب U عن طريق إضافة منحنى U ثانٍ، مما يؤدي إلى إنشاء مسار أنبوب يعكس الاتجاه مرتين داخل غرفة الفرن قبل العودة إلى جدار الإشعال. توفر الأنابيب W مسارًا تسخينًا أطول في عمق غرفة فرن معين، مما ينتج عنه مدخلات حرارية أكبر لكل اختراق لجدار الفرن مقارنة بالأنبوب U ذي المقطع العرضي المماثل. يتم استخدامها في التطبيقات التي تتطلب مدخلات حرارية عالية النوعية - مثل أفران تصلب الدفعات عالية الإنتاجية - ولكن هندستها الأكثر تعقيدًا تجعل تصنيعها أكثر صعوبة لتحمل الأبعاد وأكثر صعوبة في استبدالها في الخدمة.
تستخدم الأنابيب P (وتسمى أيضًا أنابيب الكوع أو أنابيب إعادة التدوير أحادية الطرف) غلافًا داخليًا لإعادة التدوير داخل جسم الأنبوب الخارجي. يشتعل الموقد في الغلاف الداخلي. تنتقل غازات الاحتراق إلى أسفل الكم، وعكس الاتجاه عند الطرف المغلق، وتتدفق عائدة إلى أعلى المساحة الحلقية بين الكم والأنبوب الخارجي إلى مخرج المدخنة عند نهاية الموقد. يقدم السطح الخارجي للأنبوب P توزيعًا موحدًا لدرجة الحرارة أكثر من الأنبوب U لأن الغلاف الداخلي الساخن يسخن الغازات الراجعة قبل خروجها، مما يقلل من فرق درجة الحرارة على طول طول الأنبوب الخارجي. يتم استخدام الأنابيب P بشكل متزايد في تصميمات الأفران الحديثة عالية الأداء حيث يكون توحيد درجة الحرارة عبر المنطقة الساخنة مطلبًا أساسيًا.
ضمن كل نوع هندسي، يعد قطر الأنبوب وسمك الجدار من معلمات الأبعاد الأساسية التي يجب تحديدها:
الطريقة التي يتم بها تصنيع جسم الأنبوب المشع لها تأثير مباشر على جودته المعدنية، ودقة الأبعاد، وأدائه في درجات الحرارة العالية. يتم استخدام ثلاثة طرق تصنيع تجاريًا، ولكل منها خصائص جودة محددة.
إن الصب بالطرد المركزي هو طريقة التصنيع القياسية والمفضلة للمقاطع المستقيمة وأرجل الأنبوب المعدنية المشعة. تُسكب السبائك المنصهرة في قالب دوار؛ تدفع قوة الطرد المركزي المعدن السائل إلى الخارج مقابل جدار القالب وتبقيه هناك أثناء تجميده. والنتيجة هي أنبوب مع منطقة خارجية كثيفة ودقيقة الحبيبات (حيث تكون قوة الطرد المركزي في أعلى مستوياتها) ومنطقة حبوب خشنة تدريجيًا باتجاه التجويف الداخلي. نظرًا لأن السطح الخارجي يعمل عند درجة حرارة أقل من التجويف الداخلي في أنبوب مشع، فإن تدرج بنية الحبوب هذا يتماشى بشكل مثالي مع توزيع الضغط - توفر المنطقة الخارجية الكثيفة مقاومة الزحف عندما تكون درجة الحرارة أقل، ويوفر الهيكل الداخلي الخشن قوة كافية دون الصلابة المفرطة التي قد تنتجها بنية الحبوب الدقيقة في المنطقة الداخلية الأكثر سخونة.
تتفوق أنابيب الصب بالطرد المركزي دائمًا على المسبوكات الثابتة في الخدمة ذات درجة الحرارة العالية. بحث من جمعية المسبك الأوروبية (CAEF، بيانات أداء صب السبائك المقاومة للحرارة، 2019) أكد أن أنابيب HK40 المصبوبة بالطرد المركزي أظهرت حياة تمزق زحف تقريبًا أطول بنسبة 40 إلى 60% من المسبوكات الثابتة المكافئة لنفس تركيبة السبائك التي تم اختبارها عند 1000 درجة مئوية تحت نفس مستويات الضغط، وذلك بسبب البنية المجهرية الأكثر كثافة والأكثر تجانسًا التي تنتجها قوة الطرد المركزي أثناء التصلب.
يتم استخدام الصب الثابت (الجاذبية) للمقاطع المنحنية على شكل حرف U ومكونات الكوع والعناصر المعقدة هندسيًا التي لا يمكن إنتاجها عن طريق الصب بالطرد المركزي. تتميز المصبوبات الثابتة بطبيعتها ببنية مجهرية أكثر خشونة، ومسامية أعلى، وتنوعًا أكبر في البنية المجهرية مقارنة بالمسبوكات الطاردة المركزية. وهي مقبولة للمقاطع المنحنية التي تعمل عند درجة حرارة أقل من الأرجل الأنبوبية، ولكن لا ينبغي استخدامها لمقاطع الأرجل الأنبوبية التي ستتعرض لأعلى درجات حرارة التشغيل. عند تحديد أنبوب إشعاعي على شكل حرف U، فإن التأكد من أن أقسام الساق المستقيمة مصبوبة بالطرد المركزي وأن قسم الانحناء فقط مصبوبًا ثابتًا هو ممارسة هندسية جيدة.
تُستخدم الأنابيب المشعة المطاوعة والملحومة - المكونة من صفيحة ملفوفة أو أنبوب مبثوق مع اللحامات الطولية أو المحيطية - أحيانًا في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة (أقل من 900 درجة مئوية) أو في المواد غير القابلة للصب، مثل بعض السبائك المعززة بالتشتت. تعتبر اللحامات في السبائك ذات درجة الحرارة العالية نقطة ضعف محتملة لأن منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة عادة ما تكون قوة زحفها أقل من المعدن الأساسي. في تطبيقات الأنابيب المشعة الحرجة التي تزيد عن 900 درجة مئوية، تُفضل أنابيب الصب على التصنيعات الملحومة لهذا السبب.
التكوين المادي للفرن ونظام الموقد المستخدم يقيد خيارات الأنابيب المشعة المتاحة، ويجب التحقق من التوافق بين الأنبوب والموقد قبل الانتهاء من طلب الأنبوب.
إن تركيب الأنبوب المشع الأفقي - التكوين الأكثر شيوعًا في الأفران المستمرة والعديد من الأفران المجمعة - يعرض الأنبوب لضغط الانحناء من وزنه الذاتي ووزن مجموعة الموقد. يحدث الحد الأقصى لضغط الانحناء عند منتصف الأنبوب المستقيم أو عند تقاطع U-bend لأنبوب U. لمسافات أفقية طويلة تتجاوز تقريبا 1500 إلى 2000 ملم في مادة HK40 ، قد يكون من الضروري وجود مهد دعم في منتصف النطاق أو اختيار أنبوب ذو جدران أكثر سمكًا للحد من تراجع الزحف على مدى عمر الخدمة عند درجة حرارة التشغيل.
يؤدي التثبيت الرأسي (إشعال الأنبوب إلى الأسفل أو إلى الأعلى من خلال أرضية الفرن أو السقف) إلى التخلص من إجهاد الانحناء الناتج عن الوزن الذاتي، ولكنه يتطلب أن يتم تصنيف الوصلات الطرفية للأنبوب وأنظمة الحافة للوزن الكامل للأنبوب في حالة الشد أو الانضغاط بدلاً من الاعتماد على هيكل الأنبوب لتحمل أحمال الانحناء. يُستخدم التثبيت العمودي بشكل شائع في أفران الجرس، وأفران القدر، وبعض خطوط التلدين الشريطية المستمرة.
يحدد معدل إشعال الموقد - المعبر عنه بالكيلوواط أو MBtu/hr - تدفق الحرارة عبر جدار الأنبوب. يؤدي تجاوز الحد الأقصى الموصى به للتحميل الحراري للأنبوب إلى ارتفاع درجة حرارة السطح الداخلي بما يتجاوز قدرة السبائك على الزحف، مما يؤدي إلى الترهل المتسارع والتمزق في نهاية المطاف. كمبدأ توجيهي عام، تم تصميم الأنابيب المعدنية المشعة القياسية في مواد HK40 أو HP من أجل الحد الأقصى لكثافة التدفق الحراري من 60 إلى 90 كيلو واط/م2 من مساحة السطح الخارجي للأنبوب. يمكن لأنابيب SiC أن تتحمل أحمالًا حرارية أعلى بسبب موصليتها الحرارية الفائقة. يعد التأكد من أن معدل حرق الموقد المقترح ضمن حد التحميل الحراري للأنبوب للقطر والطول المحددين خطوة إلزامية في عملية الاختيار.
يجب أن يتفاعل الأنبوب المشع ميكانيكيًا مع مجموعة الموقد عند طرف الإشعال ومع وصلة المداخن عند طرف الخروج. يتم إجراء هذه التوصيلات عادةً من خلال شفة تركيب تتفاعل مع صهر أو لوحة جدار الفرن. تختلف تصميمات شفة الأنبوب المشع حسب الشركة المصنعة ومنشئ الفرن، ويجب أن تتطابق هندسة نهاية توصيل الأنبوب مع نظام تركيب الفرن الحالي. عند استبدال الأنابيب في فرن موجود، فإن الحصول على رسم الأنبوب الأصلي أو مسح الأبعاد لتركيب جدار الفرن قبل طلب استبدال الأنابيب يمنع عدم تطابق الأبعاد المكلف الذي يتطلب تعديل الفرن لحلها.
إن فهم أوضاع فشل الأنابيب المشعة الأكثر شيوعًا - وأسبابها الجذرية في أخطاء الاختيار أو التطبيق - يوفر نظرة عملية حول معلمات الاختيار الأكثر أهمية في كل سياق تطبيق.
الترهل الزاحف — التشوه التدريجي للأسفل للأنبوب الأفقي تحت الوزن الذاتي عند درجة حرارة مرتفعة — هو وضع الفشل الأكثر شيوعًا في الأنابيب المعدنية المشعة. يحدث عندما:
منع الاختيار: تحديد مادة ذات هامش أمان مناسب على إجهاد التمزق الزاحف عند درجة حرارة التشغيل القصوى، والتحقق من أن أبعاد الأنبوب تنتج إجهاد انحناء مقبول عند درجة الحرارة تلك. بيانات الزحف المنشورة للسبائك المقاومة للحرارة في ASTM A297 وفي دليل صب السبائك المقاومة للحرارة AFS توفير قيم الإجهاد تمزق الزحف اللازمة لهذا الحساب.
الكربنة - امتصاص الكربون من الغلاف الجوي للفرن إلى السطح الخارجي للأنبوب - يحدث في جميع سبائك الحديد والكروم والنيكل إلى حد ما في أفران الغلاف الجوي الكربنة. تخلق الكربنة الشديدة طبقة سطحية عالية الكربون تكون هشة وعرضة للتشقق أثناء ركوب الدراجات الحرارية. بمرور الوقت، تنتشر الطبقة المكربنة إلى الداخل، مما يقلل من سمك الجدار الحامل الفعال ويسبب فقدانًا تدريجيًا لمقاومة الزحف. منع الاختيار: استخدام درجات سبائك النيكل المعدلة أو ذات نسبة عالية من النيكل في أفران الغلاف الجوي الكربنة؛ تجنب HK40 حيث تكون مقاومة الكربنة هي العامل الأساسي الذي يحد من الحياة.
تحدث الأكسدة السريعة التي تؤدي إلى تكوين قشور مفرطة وترقق الجدار عند استخدام سبيكة أنبوبية أعلى من الحد الأقصى لدرجة حرارة الأكسدة الموصى بها، أو عندما يتعطل مقياس الكروميا أو الألومينا الواقي عن طريق التدوير الحراري، أو التلف الميكانيكي، أو الهجوم الكيميائي. يؤدي التشظي - انفصال طبقات الأكسيد السميكة أثناء التبريد - إلى تسريع فقدان المعدن ويمكن أن يؤدي إلى دخول حطام الأكسيد إلى الغلاف الجوي للفرن. منع الاختيار: التأكد من أن الحد الأقصى لدرجة حرارة الأكسدة المستمرة للسبائك يتجاوز درجة حرارة جدار الأنبوب بهامش لا يقل عن 50 درجة مئوية .
تنجم شقوق التعب الحراري - التي تبدأ عادةً على السطح الخارجي وتنتشر إلى الداخل - عن ضغوط الشد والضغط الدورية الناتجة عن التسخين والتبريد المتكرر. وهي أكثر شدة بالقرب من تركيزات الإجهاد الهندسي مثل أصابع اللحام، والوصلات على شكل حرف U، ونقاط ربط الحافة. تعمل التطبيقات عالية التدوير مع دورات الحرارة والتبريد المتعددة في كل نوبة على تراكم تلف الكلال بشكل أسرع من تطبيقات التدوير المنخفض. منع الاختيار: في التطبيقات عالية التدوير، استخدم سبائك النيكل الأعلى أو أنابيب سيراميك SiC ذات مقاومة فائقة للتعب الحراري؛ تجنب أقسام الانحناء الثابتة في واجبات ركوب الدراجات العالية.
يحدث هجوم الكبريت - الذي يتميز بتكوين مقياس سريع مع هيكل متعدد الطبقات من أكسيد الكبريتيد وفقدان المعادن المتسارع - في أفران معالجة قطع العمل الحاملة للكبريت أو باستخدام غاز الوقود المحتوي على الكبريت. إنها إحدى طرق الفشل الأكثر سرعة وتدميرًا للأنابيب المشعة؛ قد يخسر الأنبوب الذي يفشل بالكبريتات سمك الجدار من 2 إلى 5 ملم في السنة مقارنة بأقل من 0.5 ملم سنويًا في خدمة الأكسدة فقط. منع الاختيار: تحديد أي مصدر للكبريت في العملية قبل اختيار سبيكة الأنبوب، وتحديد السبائك عالية الكروم (أعلى من 25٪ بالوزن) إذا كان الكبريت موجودًا بأي تركيز ذي معنى.
تقوم قائمة المراجعة التالية بدمج عملية الاختيار في تسلسل منظم من الأسئلة التي يجب الإجابة عليها قبل الانتهاء من مواصفات الأنبوب المشع. يرتبط كل سؤال بمعلمات الاختيار التي تمت مناقشتها أعلاه.
ال أنبوب مشع تغطي السلسلة المصنعة بواسطة Casting Huaye المقاطع المستقيمة المصبوبة بالطرد المركزي، والأنابيب على شكل حرف U، والأنابيب على شكل W، ومكونات الانحناء المصبوبة الثابتة في HK40، والدرجات المعدلة بواسطة HP، والسبائك عالية النيكل، مع الدعم الفني لاختيار المواد والهندسة الخاصة بالتطبيقات استنادًا إلى درجة حرارة الفرن والغلاف الجوي وبيانات دورة التشغيل.
تؤدي قرارات اختيار الأنابيب المشعة التي يتم اتخاذها بناءً على تكلفة الشراء الأولية وحدها إلى إنتاج تكاليف إجمالية أعلى على مدار دورة صيانة الفرن مقارنة بالقرارات المتخذة بشأن التكلفة الإجمالية للملكية (TCO). يعد فهم محركات التكلفة في كل سيناريو أمرًا ضروريًا لإثبات جدوى اختيار السبائك المتميزة عندما يكون ضغط التكلفة الأولي مرتفعًا.
ال total cost of operating a radiant tube system over a maintenance period includes:
خذ بعين الاعتبار فرن كربنة دفعة واحدة يعمل عند درجة حرارة 940 درجة مئوية مع 20 أنبوبًا مشعًا من النوع U. توفر أنابيب HK40 عمر خدمة يصل إلى عامين في جو الكربنة؛ توفر الأنابيب المعدلة بواسطة HP 5 سنوات. إذا كانت تكلفة أنابيب HK40 تبلغ 60% من تكلفة الأنابيب المعدلة بواسطة HP لكل مجموعة، ويتطلب كل استبدال أنبوب 16 ساعة من أعمال الصيانة بالإضافة إلى يومين من توقف الفرن بقيمة إنتاج تبلغ 15000 دولار أمريكي يوميًا:
في معظم سيناريوهات المعالجة الحرارية الصناعية، يفضل حساب التكلفة الإجمالية للملكية اختيار مادة الأنبوب عالية الأداء والمناسبة من الناحية الفنية لظروف التشغيل، بدلاً من الخيار الأقل تكلفة، لأن وقت التوقف عن العمل وتكلفة العمالة لأحداث الاستبدال الإضافية تتجاوز بكثير علاوة السعر الأولية للمادة ذات العمر الأطول.
سخان الأنبوب المشع هو نظام تسخين يعمل بالأشعة تحت الحمراء يعمل بالغاز وينتج الدفء عن طريق حرق الوقود داخل أنبوب معدني مغلق ويشع الطاقة الحرارية مباشرة إلى الأشياء والأشخاص وا...
READ MOREإذا كنت تدير مستودعًا كبيرًا، أو حظيرة طائرات، أو أرضية مصنع مزدحمة، فمن المحتمل أنك مشيت تحت أنظمة التدفئة المعلقة في السقف ولاحظت أن بعض المساحات تشعر بالدفء على الفور بينم...
READ MOREأنابيب السبائك ذات درجة الحرارة العالية عبارة عن أنابيب معدنية مصنوعة من سبائك مُصممة خصيصًا، عادةً تركيبات أساسها النيكل أو الكروم أو الكوبالت، تم تصميمها للحفاظ على الق...
READ MOREتتطلب الأنابيب المشعة نظام عادم مخصص لإزالة منتجات الاحتراق الثانوية بأمان، بما في ذلك أول أكسيد الكربون وغازات المداخن الأخرى، من الأنبوب المغلق وتوجيهها خارج المبنى من ...
READ MOREوسوف نقوم بالرد عليك في أقرب وقت ممكن.
سبائك مخصصة للبيع
سبائك مختلفة بالجملة
