W wielu systemach pieców o wysokiej temperaturze operatorzy obserwują niezwykłe zjawisko:

Składniki pozostają stabilne podczas produkcji
Ale pęknięcia lub awarie pojawiają się po wyłączeniu

To rodzi ważne pytanie inżynieryjne:

Dlaczego awaria występuje podczas chłodzenia, a nie podczas pracy w wysokiej temperaturze?

Powszechne założenie brzmi:

• Najwyższa temperatura = najwyższe ryzyko
• Całe obciążenie produkcyjne = maksymalne obciążenie

W związku z tym:

Nieprawidłowość powinna wystąpić podczas pracy.

Jednak obserwacje terenowe często pokazują coś przeciwnego.

Typowe cechy awarii związanej z wyłączeniem obejmują:

• Pęknięcia pojawiające się po ochłodzeniu
• Złamanie krawędzi w pobliżu oparć
• Opóźnione rozprzestrzenianie się pęknięć
• Brak nagłych awarii podczas produkcji

W wielu przypadkach:

Składniki pracują normalnie w wysokiej temperaturze przez długi czas
Ale zawiedzie po wielokrotnych cyklach wyłączenia.

Głównym powodem jest:

Warunki napięcia podczas wyłączenia są zasadniczo różne od warunków napięcia podczas pracy

Przy stabilnej temperaturze pracy:

• Rozkład temperatury staje się stosunkowo jednolity
• Rozszerzenie termiczne osiąga równowagę
• Deformacja strukturalna stabilizuje

Podczas wyłączenia:

• Szybkie zmiany temperatury
• Różne materiały chłodzą się w różnych tempie
• Ograniczenia strukturalne stają się krytyczne

Stwarza to bardzo niestabilne warunki stresu.

Podczas pracy:

• Składnik może być równomiernie podgrzany

Podczas wyłączenia:

• Powierzchnie zewnętrzne najpierw ochłodzić
• Wewnętrzne regiony nadal gorące

Powoduje to:

• Odwrócone gradienty cieplne
• Wewnętrzne naprężenie naciągowe

W ceramiki:

Szczególnie niebezpieczne jest napięcie.

Różne części układu chłodzą inaczej:

• Składnik SiC
• Wsparcie metalowe
• Struktura sprężyny
• Wsparcie ogniotrwałe

Każdy materiał ma:

• Różne współczynniki rozszerzenia cieplnego
• Różne prędkości chłodzenia

Wynik:

• Nierównomierne skurcze
• Dodatkowe obciążenia w regionach kontaktu

Przy wysokiej temperaturze:

• Niektóre struktury stają się bardziej zgodne
• Stres może częściowo rozluźnić

Podczas chłodzenia:

• Struktura ponownie twardnieje
• Skręcanie cieplne zostaje ograniczone

Stres gromadzi się blisko:

• Wsparcie
• Rogi
• Strefy kontaktu

Podczas pracy:

• Mikro-pęknięcia mogą już istnieć
• Osłabienie powierzchni może rozwijać się stopniowo

Wyłączenie działa jako:

końcowy etap uruchamiania

Stres chłodzący powoduje:

• Istniejące wady do rozmnażania
• Szczeliny krawędzi rosną szybko

Niepowodzenie pojawia się "nagle", ale szkody gromadzone z czasem.

Stres związany z wyłączeniem jest najsilniejszy w:

• Wsparcie
• Punkty kontaktowe
• Pomiary geometryczne

W związku z tym:

• Szczątki krawędzi
• Pęknięcie w kącie
• Złamanie końca

są często obserwowane.

Przy temperaturze roboczej:

• Struktura jest już rozszerzona termicznie.
• Rozkład stresu może być bardziej stabilny

W niektórych systemach:

Chłodzenie jest bardziej niebezpieczne niż ogrzewanie.

Nieprawidłowe wyłączenie jest często oznaczane jako:

• Wstrząs cieplny
• Problem jakości materiału
• Niewystarczająca siła

Prawdziwą przyczyną jest jednak zazwyczaj:

gradient cieplny + ograniczenie + nagromadzone uszkodzenia

W systemach rolkowych pieca:

• Rolki mogą przetrwać ciągłą pracę
• Pęknięcia pojawiają się po cyklach wyłączenia

Obserwowane miejsca awarii:

• Końce rolkowe
• Interfejsy obsługi
• Strefy kontaktu

Nie środkowy przedział.

Niepowodzenie nie zależy tylko od temperatury szczytowej

Określa się go:

• Rozkład temperatury
• Zachowanie chłodzenia
• Ograniczenia strukturalne
• Akumulacja stresu w czasie

W celu zmniejszenia awarii związanej z wyłączeniem:

• Prędkość chłodzenia kontrolna
• Zmniejszenie gradientów termicznych
• Optymalizacja elastyczności wsparcia
• Unikanie nadmiernych ograniczeń strukturalnych
• Poprawa geometrii krawędzi

Niewydolność często rozpoczyna się podczas wyłączenia, ponieważ:

• Zmiana gradientu cieplnego podczas chłodzenia
• Kontrakcja różnic zwiększa stres
• Istniejące mikrouszkodzenia rozprzestrzeniają się pod naciskiem na rozciąganie

Chłodzenie może być ważniejsze niż sama operacja.

Wysoka temperatura nie zawsze stanowi największe zagrożenie

W wielu systemach ceramicznych najgroźniejszym momentem jest wyłączenie.