Em muitos sistemas de fornos de alta temperatura, os operadores observam um fenómeno incomum:

Os componentes permanecem estáveis durante a produção
Mas as rachaduras ou falhas aparecem após desligamento

Isto levanta uma importante questão de engenharia:

Por que ocorre a falha durante o arrefecimento em vez de durante a operação a altas temperaturas?

O pressuposto comum é:

• Temperatura mais elevada = risco mais elevado
• Carga total de produção = tensão máxima

Por conseguinte:

A falha deve ocorrer durante a operação.

No entanto, as observações de campo mostram frequentemente o contrário.

As características típicas de falha relacionadas com a desligação incluem:

• Aparecimento de rachaduras após o arrefecimento
• Fratura na borda perto dos suportes
• Propagação retardada de rachaduras
• Nenhuma falha súbita durante a produção

Em muitos casos:

Os componentes funcionam normalmente a altas temperaturas durante longos períodos
Mas falha após repetidos ciclos de desligamento.

A principal razão é:

As condições de esforço durante o desligamento são fundamentalmente diferentes daquelas durante o funcionamento

A uma temperatura de funcionamento estável:

• A distribuição da temperatura torna-se relativamente uniforme
• Expansão térmica atinge equilíbrio
• Estabiliza a deformação estrutural

Durante o desligamento:

• Os gradientes de temperatura mudam rapidamente
• Diferentes materiais arrefecem a diferentes velocidades
• As restrições estruturais tornam-se críticas

Isto cria condições de stress altamente instáveis.

Durante o funcionamento:

• O componente pode ser aquecido uniformemente

Durante o desligamento:

• As superfícies externas arrefecem primeiro
• As regiões internas continuam quentes

Isto cria:

• Gradientes térmicos invertidos
• Tensão de tração interna

Em cerâmica:

A tensão é especialmente perigosa.

Diferentes partes do sistema arrefecem de forma diferente:

• Componente de SiC
• Suporte metálico
• Estrutura da mola
• Suporte refratário

Cada material tem:

• Diferentes coeficientes de expansão térmica
• Diferentes taxas de arrefecimento

Resultado:

• Contração irregular
• Estresse adicional nas regiões de contacto

A alta temperatura:

• Algumas estruturas tornam-se mais conformes
• O estresse pode relaxar parcialmente

Durante o arrefecimento:

• As estruturas endurecem-se novamente
• A contração térmica torna-se restrita

O stress acumula-se perto de:

• Apoio
• Borda
• Zonas de contacto

Durante o funcionamento:

• As micro rachaduras podem já existir.
• O enfraquecimento da superfície pode desenvolver-se gradualmente

Desligamento funciona como:

A fase final de activação

O estresse de arrefecimento causa:

• Defeitos existentes para propagação
• As rachaduras da borda crescem rapidamente

A falha aparece "de repente", mas os danos acumulam-se ao longo do tempo.

O estresse relacionado com o desligamento é mais forte em:

• Apoio
• Pontos de contacto
• Discontinuidades geométricas

Por conseguinte:

• Fragmentação da borda
• Cracagem de canto
• Fratura de extremidade

são comumente observadas.

Na temperatura de funcionamento:

• A estrutura já está expandida termicamente.
• A distribuição do stress pode ser mais estável

Em alguns sistemas:

O resfriamento é mais perigoso do que o aquecimento.

A falha de desligamento é muitas vezes erroneamente rotulada como:

• Choque térmico
• Problemas de qualidade dos materiais
• Força insuficiente

No entanto, a verdadeira causa é geralmente:

Gradiente térmico + restrição + danos acumulados

Em sistemas de rolamentos de fornos:

• Os rolos podem sobreviver ao funcionamento contínuo
• As rachaduras aparecem após ciclos de desligamento

Localização das falhas observadas:

• Canais de rolamento
• Interfaces de suporte
• Zonas de contacto

Não a distância do centro.

A falha não é determinada apenas pela temperatura máxima

É determinada por:

• Distribuição da temperatura
• Comportamento de arrefecimento
• Restrições estruturais
• Acúmulo de estresse ao longo do tempo

Para reduzir as falhas relacionadas com o desligamento:

• Taxa de arrefecimento de controlo
• Redução dos gradientes térmicos
• Otimizar a flexibilidade do suporte
• Evitar restrições estruturais excessivas
• Melhorar a geometria da borda

A falha geralmente começa durante o desligamento porque:

• Gradientes térmicos invertidos durante o arrefecimento
• A contração diferencial aumenta o stress
• Os microdanoages existentes propagam-se sob tensão de tração

O resfriamento pode ser mais crítico do que a própria operação.

Temperatura elevada nem sempre representa o maior risco

Em muitos sistemas cerâmicos, o momento mais perigoso é o desligamento.