Чому труби з карбіду кремнію служать довше за металеві в гарячій печі

Якщо труба печі виходить з ладу, це рідко відбувається так, як того хотілося б у лабораторних умовах. Вона провисає, покривається накипом, тріскається в місці кріплення або перестає передавати тепло так, як це було в перший рік експлуатації. Саме для вирішення цієї проблеми й створюються труби з карбіду кремнію. А не для того, щоб “замінити сталь керамікою”. Труба, яка може витримувати вищі температури, віддавати більше тепла і при цьому залишатися схожою на трубу навіть тоді, коли труби зі сплавів вже починають вигинатися.

Металеві радіаційні труби на папері здаються привабливими. Їх можна зварювати. Їх можна стукати. У замовленні на закупівлю вони виглядають дешевими. Але потім температура стін зростає, і починається повзучість. Оксидна накип наростає, відшаровується та забирає тепло. Щоб забезпечити прийнятний термін експлуатації, багато труб із легованої сталі експлуатуються при помірному тепловому потоці — часто в діапазоні 25–30 кВт/м². Потрібна більша потужність? Додайте труб або перегрівайте ті, що є, і замінюйте їх раніше.

Карбід кремнію змінює межі можливого. Цей матеріал має високу теплопровідність і добре випромінює тепло. На його поверхні не утворюється товста лущиться кірка. Використовуючи силіконізований SiC (SiSiC), ми регулярно розробляємо випромінювальні трубки з інтенсивністю випромінювання приблизно вдвічі більшою — близько 50 кВт/м² — без провалу в середині прольоту, який характерний для нікелевих сплавів. Міцність зберігається в діапазоні температур 1350–1380 °C. Після цього межею стає вільний кремній у SiSiC. Ми не продаємо вироби, що перевищують цю межу, і не сподіваємося на краще.

Не кожна трубка з карбіду кремнію (SiC) є однаковою деталлю.

SiSiC — це щільний і газонепроникний матеріал. Продукти згоряння залишаються всередині. Технологічний газ не проникає всередину. Довгі горизонтальні радіаційні трубки, охолоджувальні трубки, деякі датчики — це надійний варіант, коли потрібна герметичність і жорсткість.

Рекристалізований SiC є пористим, надзвичайно чистим і надзвичайно стійким до термічних ударів. При експлуатації в повітряному середовищі температура може сягати близько 1600 °C. Не слід використовувати його для витримування тиску. Застосовуйте його там, де трубу піддають впливу полум’я та циклічних навантажень, а газонепроникність не є критичною вимогою.

Спечений SiC відрізняється високою щільністю, високою чистотою та газонепроникністю і є стандартним вибором для захисної трубки термопари в середовищах з корозійними або абразивними газами. Датчики фіксують зміни швидше, ніж у випадку з оксидом алюмінію, оскільки стінка є провідною. Для платинових термопар ми все ще часто використовуємо внутрішню вставку з оксиду алюмінію. Якщо її не встановити, SiC може проводити електричний струм настільки, що це заважатиме роботі чутливого елемента.

Ті несправності, які ми насправді бачимо, — нудні. Закритий кінець впав на підлогу. Затискач затиснув стіну. Пальник запалав не по центру і залишив гарячу смугу з одного боку. Трубка з карбіду кремнію (SiC) не вм’ятується і не продовжує працювати. Вона відколюється. Окислення — це реальне явище (кремнезем наростає на повітрі), але зазвичай воно відбувається повільно і виконує захисну функцію. А ось неякісний підвіс — ні.

Якщо ви замінюєте метал на SiC, не копіюйте старі параметри довжини та товщини стінки, просто змінивши назву матеріалу. Повідомте нам температуру, атмосферу, горизонтальне чи вертикальне розташування, а також чи має труба бути газонепроникною. Лише тоді марка матеріалу та товщина стінки матимуть значення. Суть використання труб з карбіду кремнію проста: більше тепла проходить крізь стінку, менше провисання в прольоті, менше несподіваних зупинок. Це відбувається лише в тому випадку, якщо труба специфікується як деталь печі, а не як стандартна труба з полиці.