Hãy tưởng tượng bạn đang đứng bên cạnh những lò nung đang gầm rú của một nhà máy thép, nơi nhiệt độ lên đến mức cực độ. Tồn tại một loại vật liệu có thể ngăn chặn sức nóng dữ dội này một cách hiệu quả – nhẹ nhưng có khả năng chịu được nhiệt độ cực cao. Đây là Sợi gốm chịu lửa (RCF), vật liệu cách nhiệt hiệu suất cao, đóng vai trò quan trọng trong xử lý nhiệt và xây dựng lò công nghiệp. Bài viết này khám phá các đặc tính, chủng loại và ứng dụng công nghiệp trên phạm vi rộng của RCF chứng tỏ tiềm năng vượt trội của nó trong việc bảo tồn năng lượng.
Sợi gốm chịu lửa (RCF) là sợi aluminosilicate nhân tạo vô định hình, vô cơ thuộc họ Sợi thủy tinh nhân tạo (MMVF), bao gồm bông thủy tinh, len đá, len xỉ và sợi thủy tinh đặc biệt. Các sản phẩm RCF được đánh giá cao nhờ tính chất nhẹ, dễ xử lý, chịu nhiệt độ cao, chống sốc nhiệt, chống ăn mòn hóa học, độ dẫn nhiệt thấp và mất nhiệt tối thiểu. Những đặc tính này khiến chúng không thể thiếu trong việc xây dựng và cách nhiệt các thiết bị xử lý nhiệt và lò nung công nghiệp.
RCF được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thương mại đòi hỏi vật liệu cách nhiệt nhẹ có khả năng chịu được nhiệt độ cao, bao gồm cách nhiệt lò nung, phòng cháy chữa cháy và hệ thống xả ô tô. Những sợi này đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp xử lý các ứng dụng nhiệt độ cao: gia công kim loại, xử lý nhiệt, thủy tinh và gốm sứ, hóa chất và hóa dầu, ô tô, hàng không vũ trụ, sản xuất điện và thậm chí cả thiết bị gia dụng.
Nhiệt độ sử dụng tối đa của các loại RCF khác nhau khác nhau tùy thuộc vào điều kiện khí quyển. Việc thay thế hoàn toàn các vật liệu chịu lửa dày đặc bằng các sản phẩm RCF thường mang lại mức tiết kiệm năng lượng tối đa. Ngay cả khi được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt dự phòng hoặc làm lớp veneer bề mặt nóng trên lớp lót chịu lửa hiện có, RCF có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng.
Sợi gốm chịu lửa là sợi tổng hợp được sản xuất bằng cách nấu chảy và thổi hoặc kéo sợi cao lanh nung hoặc kết hợp giữa alumina (Al₂O₃), silica (SiO₂) hoặc các oxit khác (thường ở tỷ lệ trọng lượng 50:50). Loại phổ biến nhất ở thị trường Hoa Kỳ là RCF "có độ tinh khiết cao", được đánh giá cho hoạt động liên tục ở nhiệt độ tối đa khoảng 1260°C hoặc 1180°C.
Loại nhiệt độ cao hơn chứa khoảng 15% ZrO₂ có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn lên tới tối đa 1427°C hoặc hoạt động liên tục khoảng 1343°C (đối với loại zirconia phổ biến nhất), mặc dù với chi phí cao hơn một chút so với các loại có độ tinh khiết cao tiêu chuẩn.
Một loại khác là sợi AES (silicat đất kiềm) hòa tan sinh học – sợi vô định hình được làm từ hỗn hợp CaO, MgO và SiO₂. Được xếp hạng cho hoạt động liên tục ở nhiệt độ tối đa khoảng 1260°C hoặc 1150°C, những sợi này dễ dàng hòa tan hơn bởi chất lỏng cơ thể con người, đạt được chỉ định "hòa tan sinh học". Tuy nhiên, các sản phẩm AES có khả năng kháng hóa chất thấp hơn và có xu hướng kết tinh lại cao hơn, hạn chế tiềm năng của chúng trong các ứng dụng xử lý nhiệt. Công dụng chính của chúng là trong các thiết bị gia dụng và quy trình công nghiệp ở nhiệt độ dưới 1100°C.
Len đa tinh thể (PCW) đại diện cho loại RCF có nhiệt độ cao nhất, bao gồm các sợi có hàm lượng >63wt.% Al₂O₃ và <37wt.% SiO₂. Hầu hết các nhà sản xuất đều sản xuất sợi PCW thông qua dung dịch kéo sợi trong nước theo phương pháp sol-gel. Những sợi này được đánh giá cho hoạt động liên tục ở nhiệt độ tối đa khoảng 1800°C hoặc 1650°C.
Điều quan trọng cần lưu ý là nhiệt độ sử dụng liên tục thực tế của sợi RCF thường thấp hơn mức định mức tối đa của chúng là 150-200°C (biên độ an toàn). Không giống như nhiệt độ phân loại được xác định trong điều kiện đốt trung tính lý tưởng trong thời gian tiếp xúc ngắn hạn (24 giờ), các ứng dụng tại hiện trường khiến sản phẩm phải chịu thêm áp lực vật lý và hóa học đòi hỏi phải có giới hạn nhiệt độ thận trọng hơn.
Mặc dù len RCF số lượng lớn có thể được sử dụng trực tiếp trong một số ứng dụng, nhưng nó thường được chuyển đổi thành các dạng vật lý khác nhau bao gồm chăn, mô-đun, giấy, bảng, các bộ phận được tạo hình chân không, dệt may, bọt, bột bả, chất kết dính và lớp phủ. Việc chuyển đổi này xảy ra tại các cơ sở sản xuất RCF, nhà máy chuyển đổi hoặc hoạt động của người dùng cuối.
Chăn RCF được sản xuất thông qua quy trình nỉ sử dụng bùn sợi RCF gốc nước, được kim từ cả hai mặt để khóa các sợi và lớp nỉ lại, sau đó sấy khô trong lò liên tục. Điều này tạo ra những tấm chăn có độ xốp cao, không có chất kết dính, có tính linh hoạt và khả năng xử lý tốt. Kích thước chăn (độ dày: 1/8" đến 2"; mật độ: 4-8 lb/ft³; chiều rộng: 12"-48") thay đổi tùy theo loại sợi.
Nỉ ướt RCF đại diện cho một sản phẩm độc đáo – chăn không chứa chất kết dính tiêu chuẩn được làm ướt trước bằng chất kết dính vô cơ dạng nước và được đóng gói trong túi polyetylen để duy trì độ ẩm. Vật liệu cách nhiệt linh hoạt này có thể được tạo thành các hình dạng phức tạp tại chỗ, sấy khô trong không khí thành các cấu trúc cứng hoặc được xử lý thông qua tiếp xúc với nhiệt độ cao ngay lập tức (mật độ khô: 12-18 lb/ft³).
Chăn RCF phủ giấy bạc hoặc bọc trở nên phổ biến vì khả năng chống mài mòn được cải thiện, chống ẩm và giảm thất thoát sợi – đặc biệt có giá trị trong các thiết bị, ứng dụng ô tô, sửa chữa ống khói và vòng đệm.
Các mô-đun RCF bao gồm các tấm chăn gấp/nén được buộc bằng dây đai kim loại thành các hình dạng khối tiêu chuẩn chứa các cơ cấu gắn kim loại gấp lại. Các mô-đun này đóng vai trò như các khối xây dựng lò, mở rộng theo chiều ngang khi được tháo dây để bịt kín các khoảng trống. Hệ thống mô-đun sợi gốm cung cấp các giải pháp tiết kiệm năng lượng giúp giảm thiểu yêu cầu khởi động được kiểm soát sau khi lắp đặt, thường được sử dụng trong lò ủ/ủi, buồng đốt, chất oxy hóa, lò đốt, bộ chuyển đổi hydrocacbon, lò nung, lò đốt, ống dẫn và ống khói.
Giấy sợi gốm được sản xuất thông qua quy trình giặt sợi tạo ra ma trận sợi không dệt, chất kết dính hữu cơ gốc nước (~10%) và các chất phụ gia tạo thành các sợi nỉ liên tục định hướng ngẫu nhiên, linh hoạt, đồng đều. Có sẵn ở các loại RCF và PCW, giấy thường có chiều rộng 24" và 48" (tùy chỉnh lên tới 60"). Lưu ý rằng hàm lượng chất kết dính cao gây ra khói trong quá trình gia nhiệt ban đầu, khiến sản phẩm dạng bột dễ vỡ sau khi nung.
Giấy không chứa chất kết dính cung cấp giải pháp thay thế không khói thuốc với chi phí cao hơn, được sản xuất không có hệ thống chất kết dính hữu cơ.
Các tấm cứng xốp RCF được đúc chân không từ hỗn hợp bùn kết hợp sợi RCF với chất kết dính vô cơ/hữu cơ, được tạo hình đến độ dày gần, sấy khô trong lò và chà nhám đến độ dày cuối cùng. Độ dày đúc tiêu chuẩn đạt tới 6" (mặc dù >4" thường liên quan đến các cụm xếp chồng lên nhau). Các tấm ván có mật độ thấp/cao tiêu chuẩn, với đường kính tối đa 60". Tấm ván mật độ thấp cung cấp khả năng cách nhiệt tốt hơn một chút trong khi các phiên bản mật độ cao mang lại độ bền cao hơn.
Các hình dạng tùy chỉnh có thể được đúc chân không hoặc lắp ráp từ các bộ phận liên kết xi măng nhỏ hơn. Hỗn hợp đúc RCF cứng có thể gia công và chế tạo thành nhiều hình dạng khác nhau bao gồm ống bắt vít, ống góp, khuỷu tay, chuyển tiếp, phụ kiện tùy chỉnh, khối đầu đốt, cửa sổ nhìn trộm và các bộ phận lò chuyên dụng. Các bộ phận làm nóng có thể được nhúng vào các bề mặt nóng cách nhiệt, với các cơ chế kết nối được tích hợp vào thân/mặt sau của bảng.
Các hỗn hợp đúc gốm RCF khác nhau kết hợp các sợi phân tán trong hệ thống chất kết dính chịu lửa hơi nhớt, cho phép rung hoặc đúc điền thủ công. Tính nhất quán giống như bột bả cho phép ứng dụng dễ dàng thông qua trát, trát, tạo hình bằng tay hoặc đúc áp lực. Sau khi đúc, hỗn hợp khô/cứng lại với độ co rút tối thiểu, tạo ra các cấu trúc có độ xốp cao, cứng, chắc và có thể gia công được.
Keo dán ván sợi – hỗn hợp RCF gốc silica/nhôm – liên kết tối ưu các tấm ván sợi gốm hoặc vá các khu vực nhỏ. Sản phẩm nhớt này dễ dàng lan rộng bằng bay hoặc tạo hình bằng tay. Khi khô hoàn toàn, độ bền cơ học đặc biệt của nó cho phép sử dụng các phương pháp hoàn thiện thông thường (chà/cắt). Các lớp phủ bổ sung có thể được áp dụng hoặc sử dụng làm lớp phủ hình dạng ván sợi phù hợp với tất cả các phạm vi nhiệt độ RCF.
Vải dệt được sản xuất từ sợi RCF và PCW duy trì mức nhiệt độ giống nhau. Hầu hết chứa ~15% chất mang hữu cơ (để cải thiện khả năng sản xuất/xử lý) bốc khói trong quá trình đốt cháy. Dệt may có thể kết hợp dây Inconel hoặc sợi thủy tinh gia cố liên tục để tăng cường độ bền xử lý trong quá trình lắp đặt và cải thiện độ bền của sợi. Lưu ý giới hạn nhiệt độ của cốt thép (Inconel: 1093°C; thủy tinh: 649°C) có thể hạn chế hiệu suất của sợi.
Vải, băng và ống bọc RCF đại diện cho các loại vải có độ bền và độ dẻo đặc biệt. Dây Inconel/sợi thủy tinh được kết hợp giúp tăng cường độ bền kéo khi tiếp xúc trước/sau nhiệt. Các ứng dụng điển hình bao gồm miếng đệm, vòng đệm, bọc ống, lò nung và màn hàn, có sẵn với nhiều kích cỡ/đường kính kho khác nhau.
Các dây bện RCF tròn/vuông tối đa hóa khả năng chống lạm dụng cơ học thông qua việc bện xung quanh lõi sợi gốm. Ngoài sức mạnh vượt trội, những bím tóc này còn có độ sờn tối thiểu khi cắt.
Dây thừng sợi gốm ba sợi bao gồm các sợi sợi RCF thô được xoắn thành dây 3 lớp. Cả dây bện và dây thừng (có sẵn với đường kính 1/8"-2") đều đóng vai trò là miếng đệm/phớt lò và gia cố cho các dạng RCF lớn hơn.
Miếng đệm nòng nọc là sự kết hợp được may tùy chỉnh của vải RCF, chăn, dây thừng và băng keo. Các thiết kế (cấu hình bóng đèn đơn/đôi hoặc đuôi) cung cấp các giải pháp tuyệt vời cho các ứng dụng bịt kín nhiệt độ cao (cửa, mặt bích, miếng đệm van xử lý không khí).
Mặc dù các sản phẩm sợi gốm có những ưu điểm như trọng lượng nhẹ, cách nhiệt tuyệt vời, ổn định nhiệt/hóa học và xử lý dễ dàng, nhưng chúng có những hạn chế bao gồm khả năng chống mài mòn/va đập kém và dễ bị tổn thương trước dòng khí/cọ rửa tốc độ cao và ăn mòn xỉ. Các vật liệu phủ gốm và chất làm cứng khác nhau (silica/nhôm dạng keo) có thể làm giảm độ co nhiệt của thành phần RCF và cải thiện độ bền cơ học.
Sợi gốm chịu lửa phục vụ các ứng dụng thương mại đòi hỏi vật liệu cách nhiệt nhẹ có khả năng chịu được nhiệt độ cao - từ cách nhiệt lò nung và chống cháy đến hệ thống xả ô tô. Được sản xuất thành các sản phẩm cách nhiệt ở nhiệt độ cao dễ xử lý, sợi RCF thể hiện khả năng chống sốc nhiệt, kháng hóa chất, dẫn nhiệt thấp, mất nhiệt tối thiểu và trọng lượng nhẹ.
Các hình thức có sẵn bao gồm sợi số lượng lớn, chăn, mô-đun, giấy, bảng, các bộ phận được tạo hình chân không, hàng dệt, bọt, bột bả, chất kết dính và lớp phủ. Các sản phẩm RCF phục vụ các ứng dụng nhiệt độ cao trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm gia công kim loại, xử lý nhiệt, thủy tinh/gốm sứ, hóa chất/hóa dầu, ô tô, hàng không vũ trụ, sản xuất điện và thiết bị gia dụng.
Việc thay thế hoàn toàn các vật liệu chịu lửa dày đặc bằng các sản phẩm RCF giúp tiết kiệm nhiên liệu và tăng hiệu quả đáng kể. Ngay cả khi được sử dụng làm lớp cách nhiệt dự phòng hoặc tấm dán mặt nóng trên lớp lót chịu lửa hiện có, RCF vẫn mang lại lợi ích bảo tồn năng lượng đáng kể.
Người liên hệ: Mr. zang
Tel: 18010872860
Fax: 86-0551-62576378
Vietnamese
