Cum să alegi tubul radiant potrivit?

Alegerea corectă Cadă radiantă necesită evaluare cinci parametri de bază: temperatura de funcționare, compoziția materialului, geometria tubului (formă și dimensiuni), compatibilitatea cu atmosferă și configurația cuptorului . Greșiți dintre acestea și este defectarea prematură a tubului de încălzire neuniformă a piesei de prelucrare, timp neplanificat al cuptorului sau, în cel mai rău caz, un incident de siguranță cauzat de ruperea tubului și pătrunderea gazului de ardere în camera cuptorului. Decizia este critică pentru inginerie, deoarece un tub radiant care funcționează într-un cuptor industrial poate ciclă. de mii de ori pe o durată de viață de 3 până la 10 ani , experimentând simultan gradienți termici, atmosfere de oxidare și cementare și sarcini mecanice. Secțiunile de mai jos parcurg fiecare parametru de selecție în detaliu practic, cu date specifice și exemplu pentru a continua procesul de decizie.

Ce face un tub radiant și de această selecție materialului este dimensiunea sa cea mai critică

Un tub radiant este o incintă de ardere etanșă introdusă prin peretele unui cuptor industrial. Un arzător cu gaz se aprinde în interiorul tubului, iar produsele de ardere se deplasează pe lungimea tubului - de obicei într-o configurație U, W, P sau dreaptă - înainte de a ieși printr-un coș la celălalt capăt. Peretele tubului absoarbe căldură de ardere și o reradiază în camera cuptorului sub formă de radiație infraroșie, încălzind piesa de prelucrat fără contact între gazele de ardere și atmosfera cuptorului. This separate este scopul fundamental al tubului radiant permite o atmosferă controlată, adesea protectoare, în interiorul camerei cuptorului, folosind: în continuarea arderii gazului ca sursă de căldură.

Peretele tubului este expus simultan gaze de ardere la până la 1.150 grade C sau mai mult pe suprafața interioară și la atmosfera cuptorului - care poate fi redusă, cementantă, nitrură sau neutră - pe suprafața exterioară, susținând în același timp proprie greutate și greutatea ansamblului arzător într-o configurație în consolă sau susținută. Nicio altă componentă din sistemul cuptorului nu funcționează simultan sub această combinație de cerințe termice, chimice și mecanice. Acesta este motivul pentru care selecția materialului este cea mai importantă alegere în specificațiile tubului radiant.

Pasul unu: Definiți temperatura de funcționare

Singurul parametru cel mai important în selecția tubului radiant este temperatura maximă de funcționare - în special temperatura peretelui tubului , nu temperatura punctului de referință al cuptorului. Peretele tubului este întotdeauna mai fierbinte decât atmosfera cuptorului, deoarece este sursa primară de căldură, iar zona de flacără locală din interiorul tubului poate fi semnificativ mai fierbinte decât temperatura medie a peretelui tubului indicată de termocuplu.

Temperatura peretelui tubului vs. Temperatura cuptorului

Într-un sistem de tub radiant bine proiectat, temperatura peretelui tubului rulează de obicei 50 până la 150 de grad C peste temperatura punctului de referință al cuptorului . Un cuptor care funcționează la 900 de grade C poate avea o temperatură a peretelui tubului radiant de 950 până la 1.050 de gradul C în zona cea mai fierbinte din apropierea flăcării arzătorului. Specificarea unui material tubului evaluat exact la temperatura punctului de referință al cuptorului fără a adăuga această marjă este cea mai frecventă cauză a defecțiunilor premature a tubului în funcționare.

Ca un cadru general pentru alocarea benzilor de temperatură:

Frecvența de ciclism termic

Un tub radiant care atinge temperatura de funcționare o dată pe zi și se menține constant, experimentează mult mai puțină oboseală termică decât unul care trece de la rece la temperatura de funcționare și înapoi. de mai multe ori pe schimb . Ciclul termic generează stres termic ciclic în peretele tubului din dilatarea diferențială dintre zonele de suprafață interioară fierbinte și exterioară mai rece. Aplica cu cicluri mari - cum ar fi cuptoarele de recoacere în loturi sau cuptoarele de călire care se încarcă și se descarcă frecvent - necesită materiale tubulare cu rezistență superioară la oboseală termică, ceea ce înseamnă obiceiul altora cu conținut mai mare de nichel sau ceramică cu carbură de siliciu, mai degrabă decât altele pe bază de fier.

Standardul ASTM pentru deservirea la temperatură în cazul altorlor rezistente la căldură (ASTM A297 și A351) clasifică tipurile de altele în funcție de temperatură de funcționare și oferă cerințe minime de proprietate care servesc ca un cadru de pornire util pentru selecția materialului, deși cerințele specifice aplicației pot depăși aceste minime ( Sursa: ASTM International, Specificație standard pentru strunjirea oțelului, Allie, pentru service la temperatură înaltă, A297/A297M ).

Pasul doi: Potriviți materialul cu atmosferă

Mediul chimic de pe ambele părți ale peretelui tubului radiant determină ce familii de altele sunt adecvate. Un tub care funcționează excelent într-o atmosferă oxidantă poate fi atacat rapid într-o atmosferă de cementare sau purtător de sulf și invers. Compatibilitatea material-atmosferă nu este negociabilă și trebuie stabilită înainte ca orice alt parametru de selecție să fie finalizat.

Atmosfera suprafeței exterioare (partea camerei cuptorului)

Atmosfera cuptorului care intra în contact cu suprafața exterioară a tubului variază în funcționarea procesului de tratament termic:

• Atmosfera endotermă (endogaz): Un amestec de aproximativ 40% H2, 40% N2 și 20% CO, utilizați pentru cementare, carbonitrurare și întărire neutră. This atmosferă se carburează puternic la temperaturi ridicate, provocând absorbția carbonului în suprafața exterioară a tubului - un proces numit carburare care fragilizează altele pe bază de fier și provoacă formarea fazei sigma în oțelurile inoxidabile austenitice în timpul perioadei de funcționare prelungită.
• Atmosfera de azot-hidrogen (N2/H2): Folosit pentru recoacerea strălucitoare a oțelului inoxidabil și a altorelor de cupru. Conținutul de hidrogen face ca această atmosferă să se reducă la oxizi metalici, dar poate provoca fragilizarea cu hidrogen a anumitor tipuri de aliaje, în special a oțelurilor inoxidabile feritice și martensitice.
• Atmosfera pe baza de amoniac (nitrurare): Amoniacul disociat produce o atmosferă bogată în azot, utilizată pentru nitrurarea gazoasă și nitrocarburarea feritică. Absorbția azotului în suprafața exterioară a tubului poate provoca atacul de nitrurare - formarea de faze de nitrură fragile - în altele pe bază de fier la temperaturi peste aproximativ 550 de gradul C .
• Aer sau atmosferă oxidantă: Unele camere ale cuptorului funcționează în aer sau cu atmosferă protectoare cu concentrație scăzută, unde oxidarea suprafeței exterioare a tubului este mecanismul principal de degradare. Aceasta este atmosfera cel mai puțin agresivă pentru materialele tubulare metalice, iar alte altele fier-crom-nichel funcționează bine în acest mediu.
• Atmosfera cu sulf: Arderea combustibililor care conțin sulf sau prelucrarea pieselor de prelucrat purtătoare de sulf pot introduce compuși de sulf în atmosfera cuptorului. Sulful provoacă coroziunea la cald (sulfidarea) a altora pe bază de nichel și fier la temperaturi peste aproximativ 650 de gradul C , accelerând dramatic pierderile de metal. Aliajele cu conținut ridicat de crom (peste 25% în greutate) oferă cea mai bună rezistență la sulfurare.

Atmosfera de suprafață interioară (partea gazului de combustie)

Gazele de ardere care curg în interiorul tubului radiant sunt în principal CO2, H2O, N2 și excesul de O2 în cazul arderii slabe sau CO, H2 și N2 în zonele bogate de ardere. Suprafața interioară este expusă unui mediu oxidant în regiunile de ardere slabă și unui mediu de reducere sau cementare în zonele bogate în combustibil, în apropierea duzei arzătorului. Arderea bogată local în apropierea vârfului arzătorului poate produce o zonă de reducere care promovează carburarea suprafeței interioare a tubului chiar și atunci când raportul general aer-combustibil este aproape stoichiometric.

Ghid de selecție a altora în funcție de atmosferă

Pasul trei: Selectați gradul de altele

Cu temperatura de funcționare și compatibilitatea atmosferei definite, gradul de funcționare poate fi selectat din familiile standard utilizate în fabricarea tuburilor radiante industriale. Fiecare familie are puncte forte și limitări specifice care determină adecvarea ei pentru anumite aplicații.

HK40: Calul de lucru pentru uz general

HK40 (Fe-25Cr-20Ni-0,4C) este cel mai utilizat aliaj turnat centrifug pentru tuburi radiante în intervalul de temperatură de 900 până la 1.050 de grad C . Compoziția sa relativ echilibrată oferă rezistență la oxidare bună din conținutul de crom, rezistență adecvată la fluaj de la nivelul de carbon de 0,4% (care precipită carburile de crom care împiedică mișcarea de dislocare a temperaturii ridicate) eficiența din punct de vedere al costurilor conținutului său mai scăzut de nichel în comparație cu clasele mai mari. HK40 este prima alegere potrivită pentru cuptoarele de cementare și întărire neutră, unde temperatura de funcționare este în intervalul său de capacitate.

Limitările HK40 devin evidente peste aproximativ 1.050 de gradul C, unde rezistența la fluaj scade brusc și în atmosferă cu cementare severă, unde conținutul mai scăzut de nichel (20%) în comparație cu altele de calitate HP îl face mai susceptibil la absorbția carbonului, ceea ce duce la fragilizarea în fază după sigma o utilizare prelungită.

Alte modificate HP: rezistență mai mare la temperatură și carburare

Aliajele modificate cu HP (Fe-25Cr-35Ni-0,4C cu adaosuri de Nb, W, Ti sau combinații) extind plafonul temperaturii de funcționare la 1.100 până la 1.150 de grad C și oferă o valoare semnificativă mai bună decât HK40 rezistență carburanților lor mai mare de nichel. Adăugările de niobiu în clasele HP-Nb precipită carburi NbC stabile care rezistă la dizolvare și mențin rezistența la fluaj a altora în timpul serviciului prelungit. Calități modificate HP sunt alegerea standard pentru cuptoarele de cementare cu gaz, cuptoarele de recunoaștere a temperaturii înaltă și orice aplicație în care temperatura peretelui tubului este de așteptat să depășească 1.050 de grad C în funcționare.

Aliaje cu conținut ridicat de nichel (aliaj 602CA, HR160, 253MA)

Pentru cele mai solicitante aplicații — temperaturi de peste 1.100 de grade C, atmosferă cu cementare sau sulfurare severă sau aplicații care necesită o rezistență excepțională la oboseală termică — altele cu conținut ridicat de nichel cu conținut de nichel de 55 până la 75% în greutate oferă performanțe pe care alte ele pe bază de fier nu le pot egală. Aceste materiale sunt semnificative mai scumpe decât clasele HK40 sau HP, dar în aplicații în care altele sunt pe baza de fier eșuează în decurs de 12 până la 18 luni și altele cu conținut ridicat de nichel asigură 4 până la 7 ani de funcționare, economia favorizează puternic alte persoane premium, în costul său inițial mai ridicat.

Tuburi radiante din carbură de siliciu (SiC): performanță maximă la temperatură

Tuburile radiante ceramice cu carbură de siliciu funcționează la temperaturi care depășesc capacitatea oricărui altor metalice - până la 1.350 până la 1.400 de grad C temperatura peretelui tubului în serviciu continuu. SiC are o rezistență excepțională la oxidare (formând un strat protector de suprafață de SiO2), o conductivitate termică foarte mare (aproximativ de 3 până la 5 ori mai mare decât altele metalice ), și rezistență excelentă la carburare, nitrurare și sulfurare. Principalele limitări ale tuburilor radiante SiC sunt fragilitatea lor - nu pot rezista la șocuri mecanice sau la încărcare punctuală care ar sparge ceramica - și costul lor mai mare în comparație cu alternativele metalice la dimensiuni echivalente.

Tuburile SiC sunt alegerea standard pentru liniile de recoacere continue la temperatură înaltă, recoacerea strălucitoare a benzilor inoxidabile, prelucrarea oțelului siliconic și orice cuptor în care frecvența de înlocuire a tuburilor metalice a devenit inacceptabil de mare din cauza limitărilor de temperatură.

Fontă și oțel slab aliat: când să nu le folosiți

Tuburile din fontă și oțel cu conținut scăzut de carbon sunt întâlnite ocazional în instalații de cuptoare mai vechi sau cu costuri mai mici, unde temperaturile de funcționare sunt sub. 750 de gradul C iar cerințele de atmosferă sunt minime. Peste această temperatură, oxidarea rapidă și creșterea depunerilor de oxid de fier pe oțel nealiat sau slab aliat face ca aceste materiale să nu fie adecvate pentru orice aplicație de tub radiant unde se preconizează o durată de viață mai mare de 6 până la 12 luni. Dacă specificația unui tub radiant propune oțel nealiat sau slab aliat o temperatură de funcționare peste 750 grade C, specificația pentru a necesita revizuire înainte de a începe instalarea.

Pasul patru: alegeți geometria tubului potrivită

Geometria tubului radiant - forma traseului tubului prin care curg gazele de ardere - afectează direct uniformitatea distribuției căldurii în cuptor, adecvarea tubului pentru diferite configurații de cuptor și aportul de căldură realizabil per tub. Patru geometrii sunt de uz industrial obișnuit, fiecare cu avantaje specifice și aplicații adecvate.

Tuburi drepte

Un tub radiant drept trece prin peretele cuptorului pe o parte, se întinde pe camera cuptorului și iese prin peretele opus. Arzătorul se aprinde de la un capăt, iar gazele de ardere ies de la celălalt. Tuburile drepte asigură o distribuție excelentă a căldurii pe lungimea lor în aplicații orientate orizontal sau vertical și cea mai simplă geometrie de fabricat, instalat și înlocuit. Sunt potrivite pentru cuptoare cu o lățime interioară suficientă pentru a se potrivi pe toată lungimea tubului - de obicei 1.000 până la 3.000 mm de lungime încălzită - și sunt standard în cuptoarele de recunoaștere cu bandă continuă, cuptoarele de recunoaștere cu sârmă și unele cuptoare discontinue.

U-Tubes

Tuburile în U constau din două picioare paralele conectate printr-o curbă de 180 de grad la capătul închis, cu arzătorul și cosul ambele accesibile de pe același perete al cuptorului. Gazul curge de la arzător în jos pe un picior, în jurul cotului în U și înapoi pe piciorul de retur până la ieșirea de fum. Tuburile în U sunt cea mai utilizată geometrie în cuptoarele discontinue, cuptoarele de tratament termic și în orice aplicație în care accesul dintr-o singură parte a cuptorului este practic. Principala provocare de proiectare a tuburilor în U este diferența de temperatură dintre piciorul de retur mai rece - suprafața interioară a curbei în U funcționează la o temperatură semnificativă mai mare decât media picior de retur, creând o regiune solicitată termic care necesită o grosime adecvată a materialului de ardere a prințului și a duratei de viață.

W-Tubes

Tuburile W extind conceptul de tub în U adăugând o a doua curbă în U, creând un traseu al tubului care inversează direcția de două ori în camera cuptorului înainte de a reveni la peretele de foc. Tuburile W oferă o cale mai lungă de încălzire într-o anumită adâncime a camerei cuptorului, producând mai mult aport de căldură per penetrarea peretelui cuptorului decât un tub în U de secțiune transversală similară. Ele sunt folosite în aplicații în care este necesar un aport de căldură specific ridicat - cum ar fi cuptoarele de întărire discontinue de înaltă productivitate - dar geometria lor mai complexă le face mai dificil de fabricat la toleranță dimensională și mai dificil de înlocuit în timpul funcționării.

P-Tubes (Tuburi de tip Pyrex sau Cot)

Tuburile P (numite și tuburi cotate sau tuburi de recirculare cu un singur capăt) găsesc un manșon de recirculare intern în interiorul unui corp exterior de tub. Arzătorul se aprinde în manșonul interior; gazele de ardere se deplasează în jos peșon, inversează direcția capătului închis și curg înapoi în spațiul inelar dintre manșon și tubul exterior până la ieșirea capătului arzătorului. Suprafața terioară a tubului Pr prezenta o distribuție mai uniformă a temperaturii decât un tub în U, deoarece manșonul interior fierbinte preîncălzește gazele de retur înainte de a ieși, reducând diferența de temperatură de-a lungul lungimii tubului exterior. Tuburile sunt din ce în ce mai potrivite în designurile moderne de cupă de înaltă, unde uniformitatea temperaturii în zona încălzită este o cerintă principală.

Dimensiunile tubului: diametrul, grosimea peretelui și distanța dintre picioare

În interiorul tipului de geometrie, tubului și grosimea peretelui sunt parametrii dimensionali primari care trebuie să specificați:

• Diametrul exterior (OD): Diametrul exterior standard al tubului radiant variază de la aproximativ 60 mm până la 200 mm în aliaje metalice și de la 50 mm la 150 mm în SiC. OD determină suprafața radiantă per tub și capacitatea arzătorului pe care o poate găzdui tubul.
• Grosimea peretelui: Grosimea peretelui pentru tuburile metalice turnate centrifug variază de obicei de la 8 mm până la 20 mm . Pereții mai groși cresc rezistența tubului la deformarea prin fluaj, dar reduce viteza răspunsului termic și măresc inerția termică. Grosimea minimă a peretelui este stabilitatea calculului tensiunii de rupere prin fluaj la temperatura de funcționare, greutatea tubului și orice sarcină în consolă ca intrare mecanică.
• Distanța dintre picioarele tubului în U: Distanța centrului dintre cele două picioare ale unui tub în U determină spațiul cuptorului ocupat și accesibilitatea cotului în U pentru inspecție. Distanța standard dintre picioare variază de la 100 mm până la 300 mm în funcție de diametrul exterior al tubului și de designul cuptorului.

Pasul cinci: Evaluați metoda de fabricație - turnare centrifugă vs. turnare statică vs. fabricație

Metoda prin care este fabricat corpul tubului radiant are un impact direct asupra calității metalurgice, preciziei dimensionale și performanței la temperatură ridicată. Trei căi de producție sunt comerciale, fiecare cu caracteristici de calitate specifice.

Turnare centrifuga

Turnarea centrifugă este metoda standard și preferată de fabricație pentru secțiunile drepte și picioarele tubului radiant metalic. Aliajul topit este turnat într-o matriță rotativă; forța centrifugă împinge metalul lichid spre exterior pe peretele matriței și îl menține acolo pe măsură ce se solidifică. Rezultatul este un tub cu a zona exterioară densă, cu granulație fină (unde forța centrifugă este cea mai mare) și o zonă de cereale progresive mai grosieră către orificiul interior. Deoarece suprafața exterioară funcționează la o temperatură mai scăzută adecvată decât gaura interioară într-un tub radiant, acest gradient de structură a granulelor este aliniat în mod ideal cu distribuția tensiunii - zona exterioară densă oferă rezistență la fluaj acolo unde temperatura este mai mică, iar structura interioară este mai mică, iar structura interioară excesivă oferă o structură a zonei de rezistență excesivă. fierbinte.

Tuburile turnate centrifug sunt în mod constant superioare turnărilor statice în serviciul de temperatură înaltă. Cercetare de la Asociația Europeană de Turnătorie (CAEF, Heat Resistant Alloy Casting Performance Data, 2019) a confirmat că tuburile HK40 turnate centrifug au prezentat aproximativ durata de viață la rupere prin fluaj Cu 40 până la 60% mai lung decât turnările state echivalente din aceeași compoziție de alte testate la 1.000 de grade C sub aceleași niveluri de solicitare, datorită microstructurii mai dense și mai uniforme produse de forță centrifugă în timpul solidificării.

Turnare statistică

Turnarea statică (gravitațională) este utilizată pentru secțiunile îndoite în U, componentele cotului și elementele complexe din punct de vedere geometric care nu pot fi produse prin turnare centrifugă. Piesele turnate statice au în mod inerent o microstructură mai grosieră, o porozitate mai mare și o variabilitate microstructurală mai mare decât turnările centrifuge. Ele acceptabile pentru secțiunile de bură care funcționează la o temperatură mai scăzută decât picioarele tubului, dar nu ar trebui să fie folosite pentru secțiunile picioarelor tubului care vor fi expuse la cele mai ridicate temperaturi de funcționare. Atunci când specificați un tub radiant cu tub în U, confirmarea faptului că secțiunile piciorului drept sunt turnate centrifug și numai secțiunea îndoită este turnată statică este o bună practică de inginerie.

Tuburi fabricate (forjate și sudate).

Tuburile radiante forjate și sudate - formate din placă laminată sau tub extrudat cu suduri longitudinale sau circumferențiale - sunt folosite ocazional în aplicații la temperaturi mai scăzute (sub 900 grade C) sau în materiale care nu sunt susceptibile de turnare, cum ar fi unele altele întărite prin dispersie. Sudurile în altele la temperatură înaltă sunt un punct slab potențial, deoarece zona afectată de căldură de sudare are de obicei rezistență la fluaj mai mic decât metalul de bază. În aplicațiile critice cu tuburi radiante peste 900 de grad C, tuburile turnate sunt preferate față de fabricațiile sudate din acest motiv.

Pasul șase: Evaluați configurația cuptorului și compatibilitatea arzătoarelor

Configurația fizică a cuptorului și a sistemului de arzător utilizat constrânge opțiunile de tub radiant disponibil, iar compatibilitatea dintre tub și arzător trebuie verificată înainte de finalizarea comenzii tubului.

Montare orizontală vs. verticală

Montarea orizontală a tubului radiant - cea mai comună configurație în cuptoarele continue și multe cuptoare discontinue - supune tubul la solicitări de încovoiere din propria greutate proprie și greutatea ansamblului arzător. Tensiunea maximă de încovoiere apare la mijlocul unui tub drept sau la joncțiunea îndoită în U a unui tub în U. Pentru deschideri orizontale lungi care depășesc aproximativ 1.500 până la 2.000 mm în material HK40 , un leagăn de sprijin la mijlocul deschiderii sau selectarea unui tub cu pereți mai groși poate fi necesar pentru a limita deformarea fluentului pe durata de viață a temperaturii de funcționare.

Montarea verticală (arderea tubului în jos sau în sus prin podeaua cuptorului sau acoperișul) elimină stresul de încovoiere cauzat de greutatea proprie, dar necesită ca conexiunile de capăt ale tubului și sistemele de flanșă să fie evaluate pentru întreaga putere a tubului în tensiune sau compresie, mai degrabă decât să se bazeze pe structura tubului pentru a suporta. Montarea verticală este utilizată în mod obișnuit în cuptoarele cu clopot, cuptoarele cu oală și unele linii de recoacere continuă a benzii.

Rata de aprindere a arzătorului și încărcarea termică a tubului

Viteza de ardere a arzătorului - exprimată în kW sau MBtu/h - determină fluxul de căldură prin peretele tubului. Depășirea încărcării termice maxime recomandate a tubului determină supraîncălzirea suprafeței interioare deasupra capacităților de fluaj a aliajului, ceea ce duce la slăbirea accelerată și eventuala ruptură. Ca un ghid general, tuburile radiante metalice standard din materiale HK40 sau HP sunt proiectate pentru densități maxime de flux termic de 60 până la 90 kW/m2 a suprafeței exterioare a tubului. Tuburile din SiC pot suporta sarcini termice mai mari datorită conductivității lor termice superioare. Confirmarea că rata de aprindere propusă a arzătorului se află în limita de încărcare termică a tubului pentru diametrul și lungimea specificată este un pas obligatoriu în procesul de selecție.

Conexiunea arzătorului și compatibilitatea flanșei

Tubul radiant trebuie să interfațeze mecanic cu ansamblul arzătorului de la capătul de ardere și cu răcordul de evacuare a capătului de ieșire. Aceste conexiuni sunt de obicei realizate printr-o flanșă de montare care se cuplează cu peretele refractare al cuptorului sau cu panoul. Designul flanșelor tubului radiant variază în funcție de producător și de constructorul cuptorului, iar geometria capătului de conectare a tubului trebuie să se potrivească cu sistemul de montare existent al cuptorului. Atunci când înlocuiți tuburile într-un cuptor existent, obținerea desenului original al tubului sau a unui studiu dimensional al montajului pe perete al cuptorului înainte de a comanda tuburi de înlocuire nepotrivirile dimensionale costisitoare care necesită modificarea cuptorului pentru a se rezolva.

Moduri comune de defectare a tubului radiant și modul în care selecția le împiedică

Înțelegerea celor mai frecvente moduri de defecțiune a tubului radiant - și cauzele lor fundamentale în erorile de selecție sau de aplicare - oferă o perspectivă practică asupra parametrilor de selecție care contează cel mai mult în fiecare context de aplicare.

Creep Sagging and Deformation

Creep-sgging - deformarea progresivă în jos a unui tub orizontal sub greutate proprie la temperatură ridicată - este cel mai frecvent mod de defecțiune în tuburile radiante metalice. Apare atunci când:

• Tubul funcționează peste limita de temperatură recomandată a materialului, reducându-și rezistența la fluaj sub ceea ce este necesar pentru a-și susține propria greutate.
• Peretele tubului este subdimensionat (prea subțire sau un dia prea mic) pentru lungimea travei, creând sau solicitarea excesivă de încovoiere a temperaturii de funcționare.
• Carburarea materialului tubului a fragilizat secțiunea transversală, provocând fluaj accelerat în zonele ductile rămase.

Prevenirea selecției: specificați o marjă de siguranță adecvată asupra tensiunii de rupere prin fluaj la temperatură maximă de funcționare și verificare dacă dimensiunile tubului produc efort de încovoiere acceptabil la temperatură respectivă. Date de fluaj publicat pentru alteele rezistente la incalzire in ASTM A297 si in Manualul de turnare a altora rezistente la incalzire AFS. furnizați valorile tensiunii de rupere prin fluaj necesare pentru acest calcul.

Deteriorarea prin carburare

Carburarea - absorbția carbonului din atmosfera cuptorului în suprafața exterioară a tubului - are loc în toate celelalte fier-crom-nichel într-o anumită măsură în cuptoarele cu atmosferă de cementare. Cementarea severă creează un strat de suprafață cu conținut ridicat de carbon, care este fragil și predispus la crăpare în timpul ciclării termice. În timp, stratul carburat se propagă spre interior, reducând grosimea efectivă a peretelui portant și provocând pierderea progresivă a rezistenței la fluaj. Prevenirea selecției: folosiți tipuri de aliaje modificate cu HP sau cu conținut ridicat de nichel în cuptoarele cu atmosferă de cementare; evitați HK40 unde rezistența la carburare este factorul principal de limitare a vieții.

Oxidare și detartrare

Oxidarea rapidă care duce la formarea excesivă de calcar și subțierea peretelui are loc atunci când un aliaj de tuburi este utilizat peste temperatura sa maximă de oxidare recomandată sau când scara protectoare de cromie sau alumină este perturbată de ciclul termic, deteriorarea mecanică sau atacul chimic. Spalarea scărilor - desprinderea straturilor groase de oxid în timpul răcirii - accelerează pierderea metalului și poate introduce resturi de oxid în atmosfera cuptorului. Prevenirea selecției: confirmați că valoarea maximă a temperaturii de oxidare continuă a altora depășește temperatura peretelui tubului cu o marjă de cel puțin. 50 de grade C .

Fisura prin oboseala termica

Fisurile de oboseală termică – de obicei inițiate la suprafața exterioară și care se propagă spre interior – rezultă din tensiunile ciclice de tracțiune și compresiune generate de încălzire și răcire repetată. Acestea sunt cele mai severe în apropierea concentrațiilor de tensiuni geometrice, cum ar fi degetele de sudură, joncțiunile îndoite în U și punctele de atașare a flanșelor. Aplicațiile cu cicluri mari cu mai multe cicluri de căldură-răcire pe schimb acumulează daune provocate de oboseală mai mult decât aplicațiile cu cicluri reduse. Prevenirea selecției: în aplicații cu cicluri mari, utilizări altele cu nichel mai mare sau tuburi ceramice SiC cu rezistență superioară la oboseală termică; evitați secțiunile de curbură turnate statice în regim de ciclism ridicat.

Sulfurare și coroziune la cald

Atacul de sulfurare - caracterizat prin formarea rapidă a depunerilor cu o structură stratificată de sulfură-oxid și pierderea accelerată a metalului - are loc în cuptoarele care prelucrează piese de prelucrat cu sulf sau care gaze combustibil care conține sulf. Este unul dintre cele mai rapide și mai distructive moduri de eroare pentru tuburile radiante; un tub care se defectează prin sulfidare poate pierde 2 până la 5 mm grosimea peretelui pe an în comparație cu mai puțin de 0,5 mm pe an în serviciul numai prin oxidare. Prevenirea selecției: identificarea oricărei surse de sulf în procesul înainte de a selecta alte tuburi și specificații altele cu conținut ridicat de crom (peste 25% în greutate) dacă sulful este prezent la orice concentrație semnificativă.

Lista de verificare a selecției tubului radiant: un rezumat practic

Următoarea listă de verificare consolidează procesul de selecție într-o secvență structurată de întrebări la care ar trebui să se răspundă înainte de finalizarea specificației unui tub radiant. Fiecare întrebare face legătura cu parametrii de selecție discutați mai sus.

1. Care este temperatura de referință a cuptorului și care este temperatura estimată a peretelui tubului în zona cea mai fierbinte? Adăugați 100 până la 150 de grade C la de referință al cuptorului pentru a estima temperatură peretelui tubului și selectați un material evaluat cu cel puțin 50 de grade C peste această estimare.
2. Care este atmosfera cuptorului pe suprafața exterioară a tubului? Identificați dacă este de oxidare, cementare, nitrurare, sulfurare sau reducere și confirmați compatibilitatea altora cu tabelul de atmosferă de mai sus.
3. Care este frecvența ciclului termic? Ciclurile multiple pe nevoie de rezistență superioară la oboseală termică - specificați alte ele modificate cu HP sau cu conținut ridicat de nichel, mai degrabă decât HK40 pentru sarcini cu cicluri mari de peste 900 de grad C.
4. Ce geometrie a tubului se potrivește configurației cuptorului? Confirmați dacă accesul la cuptor permite geometria tubului în U, a tubului W, drept sau a tubului P și verificați dacă distribuția de căldură a geometriei propuse se potrivește cu cerințele de uniformitate a cuptorului.
5. Care sunt diametrul exterior al tubului, grosimea peretelui și lungimea încălzită? Verificați dacă dimensiunile selectate produc efort de încovoiere acceptabil la greutatea proprie la temperatură a funcției de utilizare a datelor de fluaj publicate pentru altele propuse.
6. Tubul este turnat centrifug? Confirmați turnarea centrifugă pentru toate secțiunile picioarelor drepte; confirmați că orice secțiuni statice de curbură turnate sunt proiectate și specificate ca elemente cu temperatură scăzută.
7. Este rata de aprindere a arzătorului în limita de încărcare termică a tubului? Verificați dacă fluxul de căldură la viteza de ardere propusă nu depășește 60 până la 90 kW/m2 pentru tuburile metalice sau limita recomandată de producător SiC pentru tuburile ceramice.
8. Dimensiunile de conectare la capătul tubului sunt compatibile cu montarea cuptorului existent? Obțineți desene dimensionale ale montajului cuptorului înainte de a comanda pentru a preveni nepotrivirile flanșelor.
9. Care este durata de viață estimată și costul total pe durata acelei durate de viață justifică un alt premium? Calculați costul anual (costul tubului împărțit la anii de serviciu plus forța de muncă la instalare) pentru fiecare alți candidat pentru a identifica cea mai economică opțiune pe ciclul de întreținere al cuptorului.

The Cadă radiantă Seria fabricată de Casting Huaye acoperă secțiuni drepte turnate centrifug, țevi în U, țevi în și W componente statice de curbură turnate în HK40, calități modificate HP și altele cu conținut ridicat de nichel, cu suport tehnic pentru selecția de materiale și geometrie specifice aplicației pe baza temperaturii cuptorului, atmosferei și datelor atmosferei.

Costul total de proprietate: de ce cel mai ieftin tub este rareori opțiunea cu cel mai mic cost

Deciziile de selecție a tubului radiant luate numai cu privire la costul inițial de asigurat produs în mod constant costuri totale mai mari pe ciclului de întreținere a cuptorului decât cele luate cu privire la costul total de proprietate (TCO). Înțelegerea factorilor de cost din fiecare scenariu este esențială pentru realizarea unui caz de afaceri pentru selecția altora premium atunci când presiunea inițială a costurilor este mare.

Componentele costului deținerii tubului radiant

Costul total de operare a unui sistem de tuburi radiante pe o perioadă de întreținere include:

• Costul inițial de căutare al tubului — cel mai vizibil cost, dar adesea cea mai mică componentă pe o durată de viață a mai mulți ani
• Manopera de instalare — înlocuirea unui set de tuburi radiante într-un cuptor de tratament termic trebuie de obicei 8 până la 24 de ore de muncă de întreținere per cuptor , inclusiv răcirea cuptorului, îndepărtarea tubului, instalarea noului tub și revenirea la temperatura de funcționare
• Costul perioadei de oprire a cuptorului — valoarea producției pierdute în timpul locului de înlocuire a tubului; pentru o linie de tratament termic de înaltă productivitate, costul perioadei de oprire a cuptorului poate ajunge 5.000 - 50.000 USD pe zi în funcție de valoare pieselor care se prelucrează
• Frecvența de înlocuire — un tub care are față de unul care durează 2 ani necesită 2,5 ori mai multe evenimente de înlocuire pe o perioadă de 10 ani, înmulțind în consecință toate componentele de cost de mai sus.
• Deteriorări refractare în timpul înlocuirii — dacă un tub defect determină pătrunderea gazului fierbinte în camera cuptorului, deteriorarea căptușelii cuptorului și a refractarului din zona de încălzire poate necesita reparații care adaugă costuri semnificative și timpi de nefuncționare suplimentare dincolo de înlocuire a tubului în sine.

Un exemplu practic

Luați în considerare un cuptor de cementare în serie care funcționează la 940 de grade C cu 20 de tuburi radiante de tip U. Tuburile HK40 asigură 2 ani de viață în atmosfera de cementare; Tuburile modificate cu HP asigură 5 ani. Dacă costul tuburilor HK40 este de 60% din costul tuburilor modificate HP per set fiecare înlocuire a tuburilor și necesită 16 ore de muncă de întreținere plus 2 zile de oprire a cuptorului la o valoare de producție de 15.000 USD pe zi:

• HK40 peste 10 ani: 5 evenimente de înlocuire x (cost manopera 30.000 USD) = total mare
• Modificat prin HP în decurs de 10 ani: 2 evenimente de înlocuire x (costul tubului cu forță de muncă 30.000 USD timp de nefuncționare) = total semnificativ mai mic, în ciuda costului mai mare al tubului pe set

În majoritatea scenariilor de tratament termic industrial, calculul costului total de proprietate este favorabil selectarea materialului tubului de cea mai înaltă performanță care este adecvată din punct de vedere tehnic pentru condițiile de funcționare, mai degrabă decât opțiunea cu cel mai mic cost, deoarece timpul de nefuncționare și costul forței de muncă ale evenimentelor suplimentare de înlocuire a depășesc cu mult prima de preț inițială a unui material cu durată de viață mai lungă.