In molti sistemi di forni ad alta temperatura, gli operatori osservano un fenomeno insolito:

I componenti rimangono stabili durante la produzione
Ma compaiono crepe o guasti dopo lo spegnimento

Ciò solleva un'importante domanda ingegneristica:

Perché il guasto si verifica durante il raffreddamento invece che durante il funzionamento ad alta temperatura?

L'ipotesi comune è:

• Temperatura più alta = rischio più alto
• Carico di produzione completo = stress massimo

Pertanto:

Il guasto dovrebbe verificarsi durante il funzionamento.

Tuttavia, le osservazioni sul campo mostrano spesso il contrario.

Le tipiche caratteristiche di guasto correlate allo spegnimento includono:

• Crepe che compaiono dopo il raffreddamento
• Frattura del bordo vicino ai supporti
• Propagazione ritardata delle crepe
• Nessun guasto improvviso durante la produzione

In molti casi:

I componenti funzionano normalmente ad alta temperatura per lunghi periodi
Ma si guastano dopo ripetuti cicli di spegnimento.

La ragione principale è:

Le condizioni di stress durante lo spegnimento sono fondamentalmente diverse da quelle durante il funzionamento

A temperatura di funzionamento stabile:

• La distribuzione della temperatura diventa relativamente uniforme
• L'espansione termica raggiunge l'equilibrio
• La deformazione strutturale si stabilizza

Durante lo spegnimento:

• I gradienti di temperatura cambiano rapidamente
• Materiali diversi si raffreddano a velocità diverse
• I vincoli strutturali diventano critici

Ciò crea condizioni di stress altamente instabili.

Durante il funzionamento:

• Il componente può essere riscaldato uniformemente

Durante lo spegnimento:

• Le superfici esterne si raffreddano per prime
• Le regioni interne rimangono calde

Ciò crea:

• Gradienti termici inversi
• Stress di trazione interno

Nella ceramica:

Lo stress di trazione è particolarmente pericoloso.

Diverse parti del sistema si raffreddano in modo diverso:

• Componente in SiC
• Supporto metallico
• Struttura a molla
• Supporto refrattario

Ogni materiale ha:

• Diversi coefficienti di espansione termica
• Diverse velocità di raffreddamento

Risultato:

• Contrazione non uniforme
• Stress aggiuntivo nelle regioni di contatto

Ad alta temperatura:

• Alcune strutture diventano più conformi
• Lo stress può parzialmente rilassarsi

Durante il raffreddamento:

• Le strutture si irrigidiscono nuovamente
• La contrazione termica diventa limitata

Lo stress si accumula vicino a:

• Supporti
• Bordi
• Zone di contatto

Durante il funzionamento:

• Possono già esistere microcrepe
• L'indebolimento superficiale può svilupparsi gradualmente

Lo spegnimento agisce come:

la fase finale di innesco

Lo stress di raffreddamento causa:

• la propagazione dei difetti esistenti
• la rapida crescita delle crepe sui bordi

Il guasto appare "improvvisamente", ma il danno si è accumulato nel tempo.

Lo stress correlato allo spegnimento è più forte a:

• Supporti
• Punti di contatto
• Discontinuità geometriche

Pertanto:

• Scheggiatura del bordo
• Crepe negli angoli
• Frattura dell'estremità

sono comunemente osservati.

A temperatura di funzionamento:

• La struttura è già termicamente espansa
• La distribuzione dello stress potrebbe in realtà essere più stabile

In alcuni sistemi:

Il raffreddamento è più pericoloso del riscaldamento.

Il guasto da spegnimento viene spesso etichettato erroneamente come:

• Shock termico
• Problema di qualità del materiale
• Resistenza insufficiente

Tuttavia, la causa reale è solitamente:

gradiente termico + vincolo + danno accumulato

Nei sistemi di rulli per forni:

• I rulli possono sopravvivere al funzionamento continuo
• Le crepe compaiono dopo i cicli di spegnimento

Localizzazioni dei guasti osservate:

• Estremità dei rulli
• Interfacce di supporto
• Zone di contatto

Non la campata centrale.

Il guasto non è determinato solo dalla temperatura di picco

È determinato da:

• Distribuzione della temperatura
• Comportamento di raffreddamento
• Vincoli strutturali
• Accumulo di stress nel tempo

Per ridurre i guasti correlati allo spegnimento:

• Controllare la velocità di raffreddamento
• Ridurre i gradienti termici
• Ottimizzare la flessibilità del supporto
• Evitare vincoli strutturali eccessivi
• Migliorare la geometria dei bordi

Il guasto inizia spesso durante lo spegnimento perché:

• I gradienti termici si invertono durante il raffreddamento
• La contrazione differenziale aumenta lo stress
• Le microdanni esistenti si propagano sotto stress di trazione

Il raffreddamento può essere più critico del funzionamento stesso.

L'alta temperatura non rappresenta sempre il rischio più elevato

In molti sistemi ceramici, il momento più pericoloso è lo spegnimento.