مدونة حول ألياف السيراميك المقاومة للحريق تكتسب قوة تأثير في صناعات هايتمب

تخيل نفسك واقفاً بجانب الأفران الصاخبة لمصنع فولاذ، حيث تصل درجات الحرارة إلى مستويات متطرفة.هناك مادة يمكنها أن تحجب هذه الحرارة الشديدة بفعالية خفيفة الوزن ولكنها قادرة على تحمل الحرارة الشديدةهذا هو الألياف السيرامية المقاومة للنيران (RCF) ، وهي مادة عازلة عالية الأداء تلعب دورا حاسما في المعالجة الحرارية وبناء الفرن الصناعي.هذه المقالة تستكشف خصائص RCF، والأنواع، وتطبيقاتها الصناعية واسعة النطاق التي تثبت إمكاناتها الرائعة لتوفير الطاقة.

ألياف السيراميك المقاومة للنيران (RCF) هي ألياف غير طبيعية غير عضوية مصنوعة من الإنسان من ألياف الألومينوسيليكات التي تنتمي إلى عائلة الألياف الزجاجية المصنوعة من الإنسان (MMVF) ، والتي تشمل الصوف الزجاجي ، الصوف الصخري ، الصوف الخردل ،وألياف زجاجية خاصةيتم تقدير منتجات RCF بسبب طبيعتها الخفيفة، وسهولة التعامل معها، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة الصدمات الحرارية، ومقاومة التآكل الكيميائي، والقدرة الحرارية المنخفضة،و الحد الأدنى من خسارة الحرارةهذه الخصائص تجعلها لا غنى عنها في بناء وعزل معدات المعالجة الحرارية والأفران الصناعية.

يجد RCF استخدامًا واسعًا في التطبيقات التجارية التي تتطلب عزلًا خفيفًا قادرًا على تحمل درجات حرارة عالية ، بما في ذلك عزل الفرن ، والحماية من الحريق ،وأنظمة العادم للسياراتهذه الألياف تلعب أدوار حاسمة في العديد من الصناعات التي تتعامل مع التطبيقات عالية درجة الحرارة: معالجة المعادن، المعالجة الحرارية، الزجاج والسيراميك، الكيمياء والبتروكيماويات، السيارات،الطيران، توليد الطاقة، وحتى الأجهزة المنزلية.

درجة حرارة الخدمة القصوى لمختلف أنواع RCF تختلف اعتمادا على الظروف الجوية.الاستبدال الكامل للمواد المقاومة للنيران الكثيفة بمنتجات RCF عادة ما يؤدي إلى أقصى توفير للطاقةحتى عندما تستخدم كعزل احتياطي أو كقشرة حارّة على الغطاء المقاوم للنيران الموجود، يمكن لـ RCF تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير.

ألياف السيراميك المقاومة للنار هي ألياف اصطناعية تنتج عن طريق صهار وتنفير أو تدوير الكاولين المكثف، أو مجموعات من الألومينا (Al2O3) ، والسيليكا (SiO2) ، أو أكسيدات أخرى (عادة في 50:50 نسبة الوزن)الدرجة الأكثر شيوعًا في السوق الأمريكية هي RCF "القيمة العالية" ، والتي تم تصنيفها لنحو 1260 درجة مئوية كحد أقصى أو 1180 درجة مئوية في الخدمة المستمرة.

نوع الحرارة العالية يحتوي على حوالي 15٪ من ZrO2 يوفر مقاومة درجة حرارة متزايدة تصل إلى 1427 درجة مئوية كحد أقصى أو حوالي 1343 درجة مئوية في الخدمة المستمرة (بالنسبة للنوع الأكثر شيوعًا من الزركونيا) ،على الرغم من أن التكلفة أعلى قليلا من الصفات القياسية عالية النقاء.

فئة أخرى هي ألياف AES القابلة للذوبان الحيوي (سيليكات الأرض القلوية) ألياف غير منتظمة مصنوعة من خليط من CaO ، MgO ، و SiO2 ، مصنفة لخدمة متواصلة حوالي 1260 درجة مئوية أو 1150 درجة مئوية ،هذه الألياف تُذوب بسهولة أكبر في سوائل جسم الإنسانومع ذلك ، تظهر منتجات AES مقاومة كيميائية أقل وميلة أكبر إلى إعادة التبلور ، مما يحد من إمكاناتها في تطبيقات المعالجة الحرارية.استخداماتهم الرئيسية هي في الأجهزة المنزلية والعمليات الصناعية تحت 1100 °C.

الصوف البوليكريستالي (PCW) يمثل فئة RCF أعلى درجة حرارة، وتتكون من الألياف التي تحتوي على > 63wt.٪ Al2O3 و < 37wt.٪ SiO2.معظم الشركات المصنعة تنتج ألياف PCW عن طريق محلول التداول المائي في طريقة سول-جيلهذه الألياف مصممة لخدمة مستمرة عند 1800 درجة مئوية أو 1650 درجة مئوية.

من المهم أن نلاحظ أن درجات الحرارة الفعلية المستمرة للألياف RCF عادة ما تكون 150-200 درجة مئوية أقل من أقصى تصنيفاتها (هامش السلامة).على عكس درجات حرارة التصنيف التي يتم تحديدها في ظل ظروف احتراق محايدة مثالية أثناء التعرض قصير الأمد (24 ساعة)، التطبيقات الميدانية تعرض المنتجات إلى ضغوط كيميائية وفيزيائية إضافية تتطلب حدود درجة حرارة أكثر تحفظا.

بينما يمكن استخدام الصوف RCF في بعض التطبيقات بشكل مباشر، فإنه أكثر شيوعًا في مختلف الأشكال المادية بما في ذلك البطانيات والوحدات والأوراق واللوحات والأجزاء التي تشكل الفراغ،الرغوة، المواد اللاصقة والطلاءات. يحدث هذا التحويل إما في منشآت إنتاج RCF أو مصانع المحولات أو عمليات المستخدم النهائي.

يتم تصنيع البطانيات RCF من خلال عملية الشعر باستخدام سمك ألياف RCF على أساس الماء ، والإبرة من كلا الجانبين لربط الألياف والطبقات الشعر ، ثم تجف في أفران مستمرة.هذا يخلق خالية من الملصقالبطانيات ذات الشعبية العالية مع المرونة وقوة التعامل الجيدة. أبعاد البطانيات (سمك: 1/8 "إلى 2" ؛ الكثافة: 4-8 رطل / قدم 3 ؛ العرض: 12"-48 ") تختلف تبعا لنوع الألياف.

يُمثّل الفيلس الرطب RCF منتجًا فريدًا من نوعه: بطانية قياسية خالية من الملصق تمّ رطوبتها مسبقًا بملصق غير عضوي مائي ومعبأة في أكياس البولي إيثيلين للحفاظ على الرطوبة.يمكن تشكيل هذه العزلة المرنة إلى أشكال معقدة في الموقع، يتم تجفيفها بالهواء إلى هياكل صلبة ، أو يتم تشديدها من خلال التعرض الفوري لدرجة حرارة عالية (الكثافة الجافة: 12-18 رطلاً / قدم 3).

تغطيات RCF الملفوفة أو الملفوفة تحصل على شعبية لتحسين مقاومة التآكل وحماية الرطوبة وتقليل فقدان الأليافإصلاحات الدخان، و أغطية الصمامات.

تتكون وحدات RCF من البطانيات المطوية / المضغوطة المربوطة بشرائط معدنية إلى أشكال كتلة قياسية تحتوي على آليات توصيل معدنية مطوية. هذه الوحدات تعمل ككتل بناء الفرن ،تتوسع جانبياً عندما لا تكون مقيدة لتسجيل الفجواتتوفر أنظمة وحدات الألياف السيراميكية حلول كفاءة في استخدام الطاقة والتي تقلل من متطلبات البدء المتحكم بها بعد التثبيت ، والتي تستخدم عادة في أفران التسخين / التجمد وغرف الاحتراق ،المواد المأكسة، أفران الحرق ، محولات الهيدروكربون ، أفران ، محروقات ، قنوات ، ومصارف.

يتم تصنيع أوراق الألياف السيراميكية من خلال عملية غسل الألياف التي تخلق مصافات غير منسوجة من الألياف، والمواد اللاصقة العضوية على أساس الماء (~ 10٪) ، والمواد الإضافية التي تشكل مرنة،الخيوط المتواصلة ذات الاتجاه العشوائي الموحد. متوفرة في درجات RCF و PCW ، وتأتي الأوراق عادةً في عرض 24 "و 48" (مخصصة تصل إلى 60"). لاحظ أن محتوى الملصق العالي يسبب التدخين أثناء التسخين الأولي ،مما يؤدي إلى منتجات مسحوقية هشة بعد الطهي.

توفر الأوراق الخالية من الملصقات بديلاً خالياً من الدخان بتكلفة أعلى، يتم تصنيعها دون أنظمة ملصقات عضوية.

يتم صب لوحات RCF الصلبة المسامية تحت الفراغ من السوائل التي تجمع بين ألياف RCF مع مواد ربط غير عضوية / عضوية ، وتشكل إلى سمك قريب ، وتجف في الفرن ، وتجف إلى سمك نهائي.سمك الصب القياسي يصل إلى 6 " (على الرغم من أن > 4" عادة ما ينطوي على مجموعات مكدسة)تتوفر اللوحات في كثافة منخفضة / عالية قياسية ، مع أقصى قطر 60 بوصة متاح. توفر اللوحات منخفضة الكثافة عزلًا أفضل قليلاً بينما توفر الإصدارات عالية الكثافة متانة أكبر.

يمكن تشكيل الأشكال المخصصة في الفراغ أو تجميعها من مكونات أصغر مقيدة بالاسمنت. يمكن تصنيع الخليطات القاسية القابلة للتشكيل من RCF وتصنيعها إلى أشكال متنوعة بما في ذلك الأنابيب المشددة ، المجموعات ،المرفقويمكن تضمين عناصر التدفئة في الوجهات الساخنة العازلة.مع آليات توصيل مدمجة في أجسام الألواح / الدعم.

مزيجات RCF السيراميكية القابلة للتشكل المختلفة تجمع بين الألياف المتناثرة في أنظمة رابطة مقاومة للحريق لزجة قليلاً ، مما يسمح بالاهتزاز أو صب الملء اليدوي.تتيح الاتساق الشبيه بالبستون تطبيق سهل عن طريق التخمين، التشذيب، التشكيل اليدوي، أو صب الضغط. بمجرد الصب، خليطات جافة / صلبة مع تقلص الحد الأدنى، وخلق هيكل متخلل للغاية، صلبة، قوية، قابلة للتصنيع.

لاصق الألواح الألياف خليط RCF القائم على السيليكا الكولويدية / الألومينا يربط بشكل مثالي ألواح الألياف السيرامية أو يضع بقع على مناطق صغيرة. ينتشر هذا المنتج اللزج بسهولة عن طريق الكعكة أو التشكيل اليدوي.عندما يجف تماماً، قوتها الميكانيكية الاستثنائية تسمح بأساليب التشطيب التقليدية (الشحن / القطع).يمكن تطبيق طبقات إضافية أو استخدامها كطلاءات شكل الألواح الليفية تتوافق مع جميع نطاقات درجة الحرارة RCF.

تحتفظ الألياف النسيجية المصنعة من ألياف RCF و PCW بتسميات درجة حرارة متطابقة. تحتوي معظمها على ~ 15٪ من الناقلات العضوية (لتحسين قابلية التصنيع / التعامل) التي تدخن أثناء الحرق.يمكن أن تتضمن المنسوجات أسلاك Inconel أو تعزيزات من أسلاك الزجاج المستمرة لتعزيز قوة التعامل أثناء التثبيت وتحسين متانة الأليافملاحظة حدود درجة حرارة التعزيز (Inconel: 1093°C؛ الزجاج: 649°C) قد تقيد أداء الألياف.

تُمثّل الأقمشة والشرائط والأكمام RCF نسيجًا قويًا مرنًا بشكل استثنائي. وتعزز الأسلاك والخيوط الزجاجية المدمجة من Inconel قوة الشد قبل/بعد التعرض للحرارة.تطبيقات نموذجية تشمل الصمامات، الأختام، وتغليف الأنابيب، والأفران، والستائر لحام، متوفرة في مختلف أحجام المخزون / قطرات.

العقود RCF المستديرة / المربعة تعزز مقاومة الإساءة الميكانيكية من خلال التجاوز حول نواة الألياف السيرامية. وبالإضافة إلى القوة الفائقة ، تظهر هذه العقود الحد الأدنى من التجاعيد عند القطع.

الحبال الصناعية من الألياف السيراميكية ذات الثلاثة خيوط تتكون من خيوط الخيوط RCF الخشنة الملتوية إلى سلاسل ثلاثية.كل من الخيوط والحبال (متوفرة في قطرها 1/8 "-2" بمثابة غشاشات الفرن / الختم وتعزيز لأشكال RCF أكبر.

غشاشات الشعيرات هي مجموعات مخصصة من الأقمشة RCF والبطانيات والحبال والأشرطة.وتوفر التصاميم (تكوينات لمرة واحدة أو مزدوجة أو ذيل) حلول ممتازة لتطبيقات الختم عالية درجة الحرارة (البابات)، والفلانجز، والصمامات الصمامية للتعامل مع الهواء).

في حين أن منتجات الألياف السيراميكية تقدم مزايا مثل الوزن الخفيف، العزل الممتاز، الاستقرار الحراري / الكيميائي، وسهولة المعالجة،لديها قيود بما في ذلك ضعف مقاومة الانسحاب / الصدمة وتعرضها لتدفق الغاز عالية السرعة / القشرة وتآكل الخثيمكن أن تقلل مواد الطلاء السيراميكية المختلفة والمواد الصلبة (السيليكا الجامدة / الألومينا) من الانكماش الحراري لمكونات RCF وتحسين القوة الميكانيكية.

Refractory Ceramic Fibers serve commercial applications requiring lightweight insulation capable of withstanding high temperatures – from furnace insulation and fire protection to automotive exhaust systemsتصنيعها في منتجات عزل عالية درجة الحرارة سهلة التعامل ، ألياف RCF تظهر مقاومة استثنائية للصدمات الحرارية ، المقاومة الكيميائية ، التوصيل الحراري المنخفض ، الحد الأدنى من الخسائر الحرارية ،وخفيفة الوزن.

تشمل الأشكال المتاحة الألياف السائبة والبطانيات والوحدات والورق والألواح والأجزاء المكونة تحت الفراغ والمنسوجات والرغوة والطلاء واللصق والطلاء.منتجات RCF تخدم تطبيقات درجة حرارة عالية في العديد من الصناعات بما في ذلك معالجة المعادن، المعالجة الحرارية، الزجاج / السيراميك، الكيماويات / البتروكيماويات، السيارات، الطيران، توليد الطاقة، والأجهزة المنزلية.

الاستبدال الكامل للمواد المقاومة للنيران الكثيفة بمنتجات RCF يؤدي إلى وفورات كبيرة في استهلاك الوقود وزيادة الكفاءة.حتى عندما تستخدم كعزل احتياطي أو ملاءات الجهاز الساخن فوق الملاءات المقاومة للنيران الموجودة، RCF يوفر فوائد كبيرة في حفظ الطاقة.