Tại sao phải cho phép giãn nở nhiệt？

Trong các hệ thống lò nhiệt độ cao, sự mở rộng nhiệt là không thể tránh khỏi.

Tuy nhiên, nhiều lỗi cuộn không do:

• tải trọng bên ngoài quá mức,
• Độ bền vật liệu không đủ,
• hoặc khiếm khuyết sản xuất.

Thay vào đó, thất bại thường bắt nguồn từ:

Sự mở rộng nhiệt bị hạn chế.

Nghiên cứu trường hợp này giải thích tại sao cho phép mở rộng nhiệt là rất quan trọng cho hoạt động cuộn SiC đáng tin cậy.

Khi nhiệt độ tăng:

• cuộn kéo rộng,
• Các cấu trúc hỗ trợ mở rộng,
• các trục mở rộng,
• và các thành phần lò chuyển động.

Đối với các cuộn silicon carbide hoạt động ở:

• 1200~1600°C,

Ngay cả các hệ số mở rộng nhiệt tương đối nhỏ cũng tạo ra:

• Sự thay đổi kích thước có thể đo lường trong khoảng dài.

Sự mở rộng này tự nó không nguy hiểm.

Vấn đề thực sự bắt đầu khi:

• Sự mở rộng bị hạn chế.

Nếu cuộn là:

• quá cố định,
• bị ràng buộc chặt chẽ,
• hoặc khóa cục bộ,

Sự mở rộng nhiệt không thể xảy ra tự do.

Khi nhiệt độ tăng lên:

• Áp lực nén tích lũy bên trong.

Trong quá trình làm mát:

• co thắt trở nên hạn chế,
  thường tạo ra:
• căng thẳng kéo gần bề mặt và cạnh.

Đối với vật liệu gốm:

• căng thẳng kéo đặc biệt quan trọng.

Trong nhiều hệ thống:

• tiếp xúc hỗ trợ xuất hiện chấp nhận được ở nhiệt độ phòng.

Tuy nhiên, sau khi sưởi ấm:

• Sự mở rộng khác biệt thay đổi điều kiện tiếp xúc.

Ví dụ như:

• các khối hỗ trợ cứng,
• lực xuân không đồng đều,
• Nắm quá mức,
• Khóa ma sát địa phương,
• hoặc hỗ trợ sai đường.

Ngay cả một hạn chế hình học nhỏ cũng có thể tạo ra:

• nồng độ căng thẳng địa phương lớn.

Phân tích thực địa cho thấy:

• các lỗi thường xuất hiện gần các vùng hỗ trợ,
  Không phải ở trung tâm.

Thiệt hại điển hình bao gồm:

• nứt cạnh,
• gãy vùng hỗ trợ,
• làm nứt tại chỗ,
• mòn không đối xứng,
• và thiệt hại góc.

Điều này là do:

• các vùng hỗ trợ trải qua cả hai:
  • hạn chế nhiệt,
  • và chuyển tải tải cơ học.

Trong hoạt động ổn định:

• Phân bố nhiệt độ tương đối đồng đều.

Nhưng trong thời gian tắt máy:

• bề mặt làm mát nhanh hơn,
• trong khi bên trong vẫn còn nóng.

Điều này tạo ra:

• gradient nhiệt ngược,
• co thắt khác biệt,
• và căng thẳng kéo ở bề mặt.

Nếu sự mở rộng và co lại bị hạn chế:

• căng thẳng tăng nhanh chóng gần các cạnh và hỗ trợ.

Đây là lý do:

nhiều lỗi xảy ra trong quá trình làm mát hơn là hoạt động.

Trong các hệ thống lò nóng nhanh,Các cuộn SSiC cho lò sưởi cuộngiúp duy trì sự ổn định kích thước tốt hơn trong chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại và điều kiện làm mát nhanh.

Các hệ thống hỗ trợ linh hoạt giúp hấp thụ:

• sự thay đổi kích thước,
• mở rộng nhiệt,
• và di cư địa phương.

Các cấu trúc được hỗ trợ bởi lò xo có thể:

• Giảm căng thẳng bị ràng buộc,
• Phân phối lại tải trọng đồng đều hơn,
• và giảm thiểu áp lực tiếp xúc địa phương.

So với các hỗ trợ cứng:

• Các hệ thống linh hoạt dung nạp nhiệt tốt hơn.

Thiết kế lò lửa đáng tin cậy đòi hỏi:

• hình học hỗ trợ được kiểm soát,
• khoản trợ cấp mở rộng,
• tiếp xúc đồng bộ,
• và bù chuyển động nhiệt.

Sức mạnh vật chất không đủ.

Ngay cả các cuộn SiC có độ bền cao cũng có thể thất bại nếu:

• Sự mở rộng nhiệt bị hạn chế quá mức.

Trong các hệ thống gốm nhiệt độ cao:

• Áp lực nhiệt thường quan trọng hơn tải tĩnh.

Nhiều thất bại bắt nguồn từ:

1. mở rộng hạn chế,
2. hình thành gradient nhiệt,
3. khuếch đại căng thẳng địa phương,
4. chu kỳ nhiệt lặp lại,
5. Khởi động nứt gần các vùng hỗ trợ.

Do đó:

Thiết kế hỗ trợ trực tiếp ảnh hưởng đến độ tin cậy của con lăn.

Sự mở rộng nhiệt không phải là vấn đề.
Mối nguy hiểm thực sự là sự mở rộng nhiệt bị hạn chế.

Đối với hoạt động cuộn SiC đáng tin cậy:

• khoản trợ cấp mở rộng,
• Thiết kế hỗ trợ linh hoạt,
• và khả năng giảm căng thẳng

là các yêu cầu kỹ thuật thiết yếu trong hệ thống lò nhiệt độ cao.