چرا باید به گسترش حرارتی اجازه داده شود؟

در سیستم های فر دمای بالا، گسترش حرارتی اجتناب ناپذیر است.

با این حال، بسیاری از شکست های رولر ناشی از موارد زیر نیست:

• بار خارجی بیش از حد
• مقاومت مواد ناکافی
• یا نقص های سازمانی.

در عوض، شکست ها اغلب ناشی از:

گسترش حرارتی محدود.

این مطالعه موردی توضیح می دهد که چرا اجازه دادن به گسترش حرارتی برای عملکرد قابل اعتماد رول SiC بسیار مهم است.

وقتی دمای هوا بالا میره:

• رولرها گسترش می یابند،
• ساختارهای حمایتی گسترش می یابند،
• شفت ها گسترش می یابند،
• و اجزای کوره حرکت می کنند.

برای رول های کربید سیلیکون که در:

• ۱۲۰۰-۱۶۰۰ درجه سانتیگراد

حتی ضریب های گسترش حرارتی نسبتاً کوچک تولید می کنند:

• تغییر ابعاد قابل اندازه گیری در طول فاصله های طولانی.

این گسترش به خودی خود خطرناک نیست.

مشکل واقعی وقتی شروع میشه که:

• گسترش محدود شده.

اگر رولر:

• بیش از حد ثابت
• و به شدت به هم بسته شده اند.
• یا به صورت محلی قفل شده

گسترش حرارتی نمیتونه آزادانه اتفاق بیفته.

با افزایش دمای هوا:

• فشارهای فشاری در داخل بدن جمع می شوند.

در طول خنک شدن:

• انقباض محدود می شود،
  که اغلب منجر به:
• فشار کششی در نزدیکی سطوح و لبه ها

برای مواد سرامیکی:

• فشار کششی به ویژه حیاتی است.

در بسیاری از سیستم ها:

• تماس پشتیبانی در دمای اتاق قابل قبول به نظر می رسد.

با این حال، پس از گرم کردن:

• انبساط فرقي حالت تماس را تغيير مي دهد.

نمونه هایی از این موارد عبارتند از:

• بلوک های پشتیبانی سخت
• نیروی فاضلاب نامنظم
• فشار بیش از حد
• قفل اصطکاک محلی
• یا از عدم تراز شدن پشتیبانی می کند.

حتی یک محدودیت هندسی کوچک ممکن است منجر به:

• غلظت استرس محلی بالا.

تجزیه و تحلیل میدان نشان می دهد:

• شکست ها اغلب در نزدیکی مناطق پشتیبانی ایجاد می شوند.
  نه در فاصله ی مرکزی.

آسیب های معمولی عبارتند از:

• شکستن لبه ها
• شکستگی ناحیه پشتیبان
• تراشیدن محلی،
• لباس نامتقارن
• و آسيب زاويه ها

این به این دلیل است که:

• مناطق پشتیبانی هر دو تجربه می کنند:
  • محدودیت حرارتی
  • و انتقال بار مکانیکی.

در زمان عملکرد پایدار:

• توزیع دمای نسبتا یکنواخت است.

اما در زمان خاموش شدن:

• سطح سریعتر خنک می شود.
• در حالی که درونش گرم است.

این باعث می شود:

• گرادیانت های حرارتی معکوس
• انقباض دیفرانسیل
• و فشار کششی در سطح.

اگر انبساط و انقباض محدود شود:

• فشار به سرعت در نزدیکی لبه ها و پشتیبانی ها افزایش می یابد.

به همین دلیل:

بسیاری از خرابی ها در هنگام خنک کردن و نه در هنگام کار رخ می دهد.

در سیستم های کوره سریع،رول های SSiC برای کوره های آتش آلاتکمک به حفظ ثبات ابعاد بهتر در طول چرخه های حرارتی مکرر و شرایط خنک شدن سریع.

سیستم های پشتیبانی انعطاف پذیر به جذب:

• تغییر ابعاد
• گسترش حرارتی،
• و جابجایی محلی.

سازه های پشتیبانی شده از بهار می توانند:

• کاهش فشار فشار
• توزیع مجدد بار به طور مساوی تر،
• و فشار تماس محلی را به حداقل برساند.

در مقایسه با پشتوانهای سفت:

• سیستم های انعطاف پذیر بهتر چرخه حرارتی را تحمل می کنند.

طراحی قابل اعتماد کوره نیاز به:

• هندسه ی پشتیبانی کنترل شده
• کمک هزینه توسعه
• تماس یکسان
• و جبران حركت حرارتي.

تنها نيروهاي مادي کافي نيست

حتی رول های سی سی سی با قدرت بالا نیز ممکن است شکست بخورند اگر:

• گسترش حرارتی بیش از حد محدود است.

در سیستم های سرامیکی با دمای بالا:

• فشار حرارتی اغلب از بار ایستاتیک مهم تر است.

بسیاری از شکست ها ناشی از:

1. گسترش محدود،
2. تشکیل گرادیانت حرارتی
3. تقویت فشار محلی
4. چرخه ی گرمایی مکرر
5. شروع ترک در نزدیکی مناطق پشتیبانی.

بنابراین:

طراحی پشتیبانی به طور مستقیم بر قابلیت اطمینان رولر تاثیر می گذارد.

خود گسترش حرارتی مشکل نیست.
خطر واقعی گسترش حرارتی محدود شده است.

برای عملکرد قابل اطمینان رول SiC:

• کمک هزینه توسعه
• طراحی پشتیبانی انعطاف پذیر
• و توانایی کاهش استرس

الزامات مهندسی اساسی در سیستم های کوره با دمای بالا هستند.