ท่อ Radiant คืออะไร และเหตุใดจึงเป็นทางเลือกในการทำความร้อนในเตาอุตสาหกรรม?

A หลอดรังสี เป็นท่อปิดที่ใช้แก๊สหรือให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าที่ติดตั้งภายในเตาเผาอุตสาหกรรมซึ่งถ่ายเทความร้อนไปยังชิ้นงานผ่านการแผ่รังสีความร้อนโดยเฉพาะ โดยไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างก๊าซที่เผาไหม้และบรรยากาศของเตาเผาหรือวัสดุที่กำลังแปรรูป การออกแบบการให้ความร้อนทางอ้อมนี้เป็นโซลูชันทางเทคนิคขั้นพื้นฐานสำหรับการใช้งานเตาเผาที่ควบคุมบรรยากาศ เช่น การหลอมอย่างต่อเนื่อง การชุบแข็งด้วยความสว่าง การทำให้คาร์บูไรซิ่ง และการชุบสังกะสี ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ (CO₂, H₂O, NOₓ) จะไปออกซิไดซ์ การแยกคาร์บูไรซ์ หรือมิฉะนั้น จะปนเปื้อนพื้นผิวโลหะหากปล่อยให้เข้าไปในห้องเตาเผา ตามที่ สมาคมอุปกรณ์ทำความร้อนอุตสาหกรรม (IHEA, 2023) , หลอดรังสีs มีการติดตั้งประมาณ 65% ของเตาเผาแบบต่อเนื่องและแบบต่อเนื่องที่ควบคุมบรรยากาศทั้งหมด ทั่วโลก โดยมียอดขายต่อปีมากกว่า 420 ล้านเหรียญสหรัฐเฉพาะในส่วนการประกอบเตาและท่อเท่านั้น เข้าใจอะไร ก หลอดรังสี วิธีการทำงาน การกำหนดค่าที่มีอยู่ และวิธีการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับอุณหภูมิในการทำงานของคุณเป็นความรู้ที่จำเป็นสำหรับวิศวกรเตาเผา นักออกแบบกระบวนการทางโลหะวิทยา และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดการพลังงาน

หลอด Radiant ทำงานอย่างไร?

A หลอดรังสี ทำงานโดยจำกัดเปลวไฟจากการเผาไหม้ให้อยู่ภายในท่อทั้งหมด โดยให้ความร้อนแก่ผนังท่อจนถึงอุณหภูมิ 900°C ถึง 1,150°ซ (1,652°F ถึง 2,102°F) จากนั้นจึงแผ่ความร้อนออกไปด้านนอกเป็นพลังงานอินฟราเรดไปยังโหลดของเตาเผา โดยทั้งหมดนี้ไม่มีผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เข้าไปในบรรยากาศของเตาเผาเลย หลักการทำงานเป็นไปตามกฎการแผ่รังสีความร้อนของ Stefan-Boltzmann: ฟลักซ์ความร้อนที่ปล่อยออกมาต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิวท่อเป็นสัดส่วนกับกำลังสี่ของความแตกต่างของอุณหภูมิสัมบูรณ์ระหว่างพื้นผิวท่อและพื้นผิวโหลด ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวท่อเป็นตัวแปรหลักในประสิทธิภาพการทำความร้อนแบบแผ่รังสี

ลำดับการทำงานที่สมบูรณ์ของการใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง หลอดรังสี ระบบมีดังนี้:

1. การผสมเชื้อเพลิงและอากาศ: ก๊าซธรรมชาติหรือโพรเพนผสมกับอากาศที่เผาไหม้ — ที่อัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์คงที่ในหัวเผาแบบธรรมดา หรือที่อัตราส่วนพรีมิกซ์แบบบางในหัวเผาที่มี NOₓ ต่ำ — และฉีดเข้าไปในปลายหัวเผาของท่อ อากาศที่เผาไหม้มักจะถูกอุ่นโดยเครื่องนำความร้อนกลับคืนโดยใช้พลังงานก๊าซไอเสีย โดยนำความร้อนจากไอเสียที่มีอยู่กลับมาได้ 25–45% และเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของระบบจากประมาณ 35–45% (อากาศเย็น) เป็น 55–70% (อากาศอุ่น) ต่อ แนวทางการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ในอุตสาหกรรมพลังงานของกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE, 2022) .
2. การเผาไหม้ภายในท่อ: เปลวไฟแพร่กระจายไปตามด้านในของท่อจากปลายหัวเผาไปยังขากลับหรือปลายท่อไอเสีย ในการกำหนดค่าท่อ U และท่อ W เปลวไฟและก๊าซเผาไหม้ร้อนจะเคลื่อนที่ไปตลอดความยาวท่อ และถ่ายเทความร้อนอย่างต่อเนื่องไปยังผนังท่อตลอดเส้นทาง โดยทั่วไปอุณหภูมิเปลวไฟภายในท่อจะสูงถึง 1,400–1,600°C (2,552–2,912°F) ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิผนังท่ออย่างมาก ส่งผลให้การถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีออกไปด้านนอก
3. การถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีไปยังโหลด: ผนังท่อให้ความร้อนจะปล่อยรังสีอินฟราเรดตามสัดส่วนกับอุณหภูมิพื้นผิวและความสามารถในการแผ่รังสี โลหะผสมส่วนใหญ่ หลอดรังสีs มีค่าการแผ่รังสีที่พื้นผิว 0.80–0.90 ในสภาวะออกซิไดซ์ ซึ่งใกล้เคียงกับพฤติกรรมของวัตถุดำในอุดมคติ ทำให้เป็นหม้อน้ำที่มีประสิทธิภาพสูง โหลด (แถบเหล็ก การตีขึ้นรูป การหล่อ) ดูดซับรังสีนี้และให้ความร้อนสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิวที่หันหน้าไปทางอาร์เรย์ของท่อ
4. การกู้คืนก๊าซไอเสีย: ผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้จะออกจากช่องระบายไอเสียของท่อ (แยกออกจากบรรยากาศเตาเผาด้วยผนังท่อ) และผ่านเครื่องพักฟื้นเพื่ออุ่นอากาศที่เผาไหม้เข้ามาก่อนที่จะระบายผ่านปล่อง ในระบบที่มีประสิทธิภาพสูง อุณหภูมิของก๊าซไอเสียที่ออกจากเครื่องพักฟื้นสามารถลดลงเหลือ 150–250°C (302–482°F) จากอุณหภูมิเริ่มต้นที่ 900–1,050°ซ (1,652–1,922°F) ซึ่งแสดงถึงการนำความร้อนกลับมาใช้ที่ 60–75% ของเอนทาลปีของก๊าซไอเสียที่มีอยู่

การกำหนดค่า Radiant Tube ประเภทหลักคืออะไร?

หลอดเรืองแสง ผลิตขึ้นในรูปแบบเรขาคณิตหลายรูปแบบ โดยแต่ละรูปแบบนำเสนอความยาวเส้นทางการเผาไหม้ โปรไฟล์ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ พื้นที่ในการติดตั้ง และคุณลักษณะการเข้าถึงการบำรุงรักษาที่แตกต่างกัน การเลือกการกำหนดค่าจะกำหนดรูปแบบการกระจายความร้อนของท่อทั่วทั้งเตาเผาและความเหมาะสมสำหรับรูปทรงเฉพาะของเตาเผา

1. ท่อเรเดียนท์แบบตรง (ผ่านครั้งเดียว)

ทางตรงหรือทางเดียว หลอดรังสี เป็นการกำหนดค่าที่ง่ายที่สุด - ท่อเดียวเปิดที่ปลายหัวเผาและท่อระบายออกที่ปลายด้านตรงข้าม โดยส่วนใหญ่จะใช้ในเตาเผาขนาดเล็ก เตาเผาแบบเผา และการใช้งานที่สามารถเข้าถึงการเปลี่ยนท่อได้จากทั้งสองด้านของผนังเตาเผา ข้อจำกัดหลักคือการไล่ระดับอุณหภูมิที่เด่นชัดจากหัวเผาไปยังปลายท่อไอเสีย: ปลายหัวเผาจะร้อนกว่าปลายท่อไอเสียอย่างมาก ทำให้เกิดฟลักซ์ความร้อนไม่สม่ำเสมอตลอดความยาวของท่อ ความแตกต่างของอุณหภูมิโดยทั่วไประหว่างปลายหัวเผาและปลายไอเสียคือ 80–150°C (176–302°F) ภายใต้สภาวะการทำงานมาตรฐาน ซึ่งอาจส่งผลให้ผลิตภัณฑ์แถบกว้างหรือแผ่นเพลทได้รับความร้อนไม่สม่ำเสมอ หากระยะห่างของท่อไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างระมัดระวัง

2.ท่อ U-Tube Radiant

ท่อยู หลอดรังสี — หรือเรียกอีกอย่างว่าท่อสองทาง — มีส่วนโค้งกลับ 180 องศาที่ปลายสุดของเตาเผา โดยมีการเชื่อมต่อทั้งหัวเผาและไอเสียอยู่ที่ผนังเตาเผาเดียวกัน ก๊าซที่เผาไหม้จะเคลื่อนที่ออกไปจนสุดความยาวท่อ หมุนที่ส่วนโค้งรูปตัว U และกลับตามขาขนานไปยังช่องไอเสีย ก๊าซร้อนที่ไหลย้อนกลับจะอุ่นการไหลที่เข้ามาก่อนถึงโค้งรูปตัวยู ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อน การกำหนดค่าท่อ U ให้ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิได้ดีกว่าท่อตรง — ส่วนต่างของอุณหภูมิแบบ end-to-end โดยทั่วไปจะลดลงเป็น 40–80°C (104–176°F) — และช่วยให้สามารถบำรุงรักษาหัวเผาและเปลี่ยนท่อได้จากด้านเข้าถึงด้านเดียว ท่อรูปตัวยูเป็นรูปแบบที่ได้รับการติดตั้งอย่างกว้างขวางที่สุดในเตาหลอมแบบต่อเนื่อง ท่อชุบสังกะสี และเตาหลอมแบบชุดการรักษาความร้อนทั่วโลก

3. W-Tube (ดับเบิ้ลรีเทิร์น) Radiant Tube

หลอด W หลอดรังสี ขยายแนวความคิดของท่อรูปตัวยูด้วยการคืนกลับ 180 องศาครั้งที่สอง ทำให้เกิดเส้นทางการเผาไหม้สี่รอบภายในชุดประกอบเดียว เส้นทางการเผาไหม้ที่ยาวขึ้นช่วยให้สามารถดึงความร้อนออกจากเปลวไฟได้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น และสร้างความสม่ำเสมอของอุณหภูมิที่ดีที่สุดสำหรับการกำหนดค่ามาตรฐานทั้งหมด - ส่วนต่างจากต้นทางถึงปลายทางต่ำที่สุด 20–40°ซ (68–104°F) สามารถทำได้ ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพเชิงความร้อนของท่อ W ทำให้น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับเตาเผาที่ต้นทุนเชื้อเพลิงเป็นค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานหลัก และความกว้างของเตาจำกัดความยาวของท่อที่ทำได้ โดยทั่วไปแล้ว ท่อ W จะถูกระบุไว้สำหรับเตาหลอมเหล็กแถบยานยนต์และสายการผลิตเหล็กซิลิกอน โดยที่ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิกระบวนการที่ ±5°C ตลอดความกว้างของแถบเป็นข้อกำหนดด้านคุณภาพ

4. P-Tube (Single-Ended Recuperative) Radiant Tube

ท่อ P (หรือที่เรียกว่าท่อพักฟื้นปลายเดียวหรือท่อ SER) เป็นการจัดเรียงแบบรวมศูนย์โดยที่หัวเผาจะยิงเข้าไปในท่อด้านในส่วนกลาง ก๊าซที่เผาไหม้จะเคลื่อนที่ไปยังปลายปิด ทิศทางย้อนกลับในช่องว่างระหว่างท่อด้านในและผนังท่อด้านนอก และกลับไปยังจุดเชื่อมต่อไอเสีย - ทั้งหมดนี้อยู่ที่ปลายด้านเดียวกับหัวเผาในชุดประกอบเดี่ยวที่ปิดสนิท การออกแบบนี้กำจัดข้อต่อท่อทั้งหมดภายในเตาเผา ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนในบรรยากาศจากการรั่วไหลของข้อต่อท่อได้อย่างมาก ตัวพักฟื้นภายในเส้นทางกลับเป็นรูปวงแหวนจะอุ่นอากาศที่เผาไหม้ไว้ที่ 300–600°C (572–1,112°F) โดยใช้ความร้อนเหลือทิ้งของก๊าซไอเสีย เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของ 65–75% — สูงกว่าระบบการพักฟื้นภายนอกอย่างมาก (ที่มา: Associates Engineering Associates, การทบทวนเทคโนโลยี Radiant Tube, 2022 ). ท่อ P เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 1,050°C (1,922°F) และสำหรับการใช้งานทั้งหมดที่ความสมบูรณ์ของบรรยากาศเป็นข้อกังวลหลัก

5. หลอดรังสีไฟฟ้า

ไฟฟ้า หลอดรังสีs ใช้องค์ประกอบความร้อนแบบต้านทาน (SiC, MoSi₂ หรือองค์ประกอบโลหะผสม) ที่อยู่ภายในท่อเซรามิกหรือโลหะป้องกัน พวกเขาให้การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำที่สุด หลอดรังสี ประเภท — ±2°C (±3.6°F) เทียบกับ ±10–20°C สำหรับระบบที่ใช้แก๊ส — และผลิตผลพลอยได้จากการเผาไหม้เป็นศูนย์ ทำให้เหมาะสำหรับเตาเผาบรรยากาศที่สะอาดเป็นพิเศษในการประมวลผลส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ แก้วแสงที่มีความแม่นยำ และโลหะผสมชนิดพิเศษ ข้อจำกัดหลักคือต้นทุนพลังงาน: โดยทั่วไปแล้วการทำความร้อนด้วยไฟฟ้าจะมีราคาต่อหน่วยความร้อนที่จ่ายมากกว่าระบบที่ใช้แก๊สเป็นเชื้อเพลิงในตลาดอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ประมาณ 2.5–4 เท่าต่อหน่วย โดยจำกัดการใช้งานไว้เฉพาะกับการใช้งานที่คุณภาพของกระบวนการเหมาะสมกับคุณภาพระดับพรีเมียม (ที่มา: พลังงานการผลิตและรอยเท้าคาร์บอนของ DOE ของสหรัฐอเมริกา ปี 2022 ).

คุณควรเลือกการกำหนดค่า Radiant Tube แบบใด การเปรียบเทียบโดยตรง

การเลือกสิ่งที่ถูกต้อง หลอดรังสี การกำหนดค่าต้องมีความสมดุลของอุณหภูมิที่สม่ำเสมอ ประสิทธิภาพเชิงความร้อน พื้นที่ในการติดตั้ง การเข้าถึงการบำรุงรักษา และต้นทุนเงินทุน ตารางด้านล่างเปรียบเทียบการกำหนดค่าทั้งห้าแบบตามเกณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับข้อกำหนดเฉพาะของเตาเผาอุตสาหกรรมมากที่สุด:

ตารางที่ 1: การเปรียบเทียบการกำหนดค่าท่อส่งรังสีหลักทั้งห้าแบบตามจำนวนรอบการผ่าน ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ ประสิทธิภาพเชิงความร้อน อุณหภูมิท่อสูงสุด และการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่แนะนำ แหล่งที่มา: IHEA (2023), Combustion Engineering Associates (2022), DOE (2022)

ท่อ Radiant ทำจากวัสดุอะไร?

การเลือกใช้วัสดุสำหรับก หลอดรังสี เป็นการตัดสินใจด้านข้อมูลจำเพาะที่เป็นผลสืบเนื่องมากที่สุดโครงการเดียวในโครงการเตาเผาใดๆ โดยจะกำหนดอุณหภูมิการทำงานสูงสุด ความต้านทานการคืบ อายุการใช้งานของออกซิเดชัน ความต้านทานการเกิดคาร์บูไรเซชัน และต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของตลอดอายุการใช้งานของท่อ วัสดุหลักสี่ประเภทที่ใช้ในการผลิตท่อส่งรังสีแต่ละประเภทได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมกับช่วงอุณหภูมิและสภาพบรรยากาศที่เฉพาะเจาะจง:

โลหะผสมหล่อทนความร้อน (HK, HT, HP)

หล่อโลหะผสมทนความร้อนที่เป็นไปตามมาตรฐาน ASTM A297 เกรด HK (25Cr-20Ni), HT (15Cr-35Ni) และ HP (25Cr-35Ni Nb) ล้วนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง หลอดรังสี การผลิตสำหรับอุณหภูมิบริการสูงถึง 1,050°C (1,922°F) . โลหะผสมเหล่านี้พัฒนาระดับโครเมียมป้องกัน (Cr₂O₃) บนพื้นผิวด้านนอกซึ่งจะจำกัดการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติมที่อุณหภูมิ โลหะผสมของ HP ที่เติมไนโอเบียมแสดงให้เห็นถึงความแข็งแรงของการแตกจากการคืบได้ดีกว่า HP พื้นฐานอย่างมาก ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับท่อที่รองรับน้ำหนักของตัวเองในการติดตั้งในแนวนอนที่อุณหภูมิสูง อายุการใช้งานเฉลี่ยของโลหะผสม HP-Nb หลอดรังสีs ในเตาหลอมแบบต่อเนื่องที่อุณหภูมิ 950°C (1,742°F) 5 ถึง 8 ปี ต่อข้อมูลบริการอุตสาหกรรมที่รวบรวมโดย คณะกรรมการทบทวนโลหะผสม ASTM A297 (2021) .

โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียมดัด (โลหะผสม 601, 602CA)

โลหะผสมดัดเช่นโลหะผสม 601 (60Ni-23Cr-1.4Al) และโลหะผสม 602CA (62Ni-25Cr-2.3Al) ใช้สำหรับ หลอดรังสีs ต้องใช้อุณหภูมิในการให้บริการที่ 1,050–1,150°C (1,922–2,102°F) มีความต้านทานออกซิเดชันแบบไซคลิกที่เหนือกว่า การเติมอะลูมิเนียมในโลหะผสมเหล่านี้ช่วยส่งเสริมการก่อตัวของสเกลอลูมินา Al₂O₃ ที่เติบโตช้า แทนที่จะเป็นสเกลโครเมียมที่อุณหภูมิสูงสุด ให้การป้องกันการเกิดออกซิเดชันได้นานกว่าโลหะผสมที่ขึ้นรูปโครเมียม 3-5 เท่าภายใต้สภาวะการให้ความร้อนแบบวนรอบ (ที่มา: โลหะผสมอุณหภูมิสูงสำหรับเตาอุตสาหกรรม, รายงานทางเทคนิคของ Special Metals Corporation, 2020 ). โลหะผสมเหล่านี้ถูกกำหนดไว้สำหรับเตาเผาแบบรอบเร็วที่ใช้ในการอบชุบชิ้นส่วนยานยนต์ โดยที่การหมุนเวียนของอุณหภูมิบ่อยครั้งจาก 20°C ถึง 1,100°C (68°F ถึง 2,012°F) เป็นกลไกการย่อยสลายเบื้องต้น

หลอดเรืองแสงเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)

ซิลิคอนคาร์ไบด์ หลอดรังสีs เป็นโซลูชั่นมาตรฐานสำหรับการใช้งานเตาเผาที่ต้องการอุณหภูมิการบริการที่ต่อเนื่องสูงกว่า 1,150°C (2,102°F) สูงสุดถึงประมาณ 1,400°C (2,552°F) . เซรามิก SiC มีค่าการนำความร้อนสูงกว่าโลหะผสมโลหะทนความร้อนประมาณ 3-4 เท่า ช่วยให้สามารถถ่ายเทความร้อนจากก๊าซเผาไหม้ไปยังพื้นผิวผนังด้านนอกของท่อต่อหน่วยความแตกต่างของอุณหภูมิได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ข้อจำกัดหลักของหลอด SiC คือความเปราะบาง (ต้องใช้ความระมัดระวังและการหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันในระหว่างการสตาร์ท) และความสามารถที่จำกัดเพื่อรองรับภาระการดัดงอ — หลอด SiC ไม่สามารถใช้งานได้ในรูปแบบ U หรือ W หากไม่มีข้อต่อเซรามิกที่มีความเสี่ยงต่อการรั่วไหล ดังนั้น โดยทั่วไปแล้วหลอด SiC จะจัดจำหน่ายในรูปแบบท่อตรงเท่านั้น ต่อ ข้อมูลความต้านทานแรงดัดงอ ASTM C1161 ตัวอย่างหลอดรังสี SiC ที่ตกผลึกใหม่มีความต้านทานแรงดัดงอเฉลี่ย 170–220 MPa ที่อุณหภูมิห้อง ลดลงเหลือ 150–190 MPa ที่ 1,200°C ซึ่งเพียงพอสำหรับการโหลดน้ำหนักตัวเอง แต่ต้องมีการออกแบบการรองรับอย่างระมัดระวังในการติดตั้งแนวนอนขนาดยาว

โลหะผสมออกไซด์-กระจายตัวเข้มแข็ง (ODS)

โลหะผสม ODS — โลหะผสมของเหล็ก-โครเมียม-อลูมิเนียมที่มีดิสเพอร์ซอยด์อิตเทรีย (Y₂O₃) ที่ถูกอัลลอยด์ในเมทริกซ์เชิงกลไก — แสดงถึงขอบเขตของโลหะ หลอดรังสี เทคโนโลยีวัสดุที่นำเสนออุณหภูมิการให้บริการของ 1,200–1,300°C (2,192–2,372°F) ผสมผสานกับความต้านทานความล้าจากความร้อนได้ดีเยี่ยม ท่อ ODS ประสบความสำเร็จในการติดตั้งในเตาเผาอุโมงค์เซรามิกที่ใช้ไฟโดยตรงและเตาหลอมแก้วบรรยากาศพิเศษ ซึ่งโลหะผสมนิกเกิลทั่วไปจะล้มเหลวโดยการคืบคลานภายในไม่กี่เดือนที่อุณหภูมิใช้งาน ต้นทุนปัจจุบันที่สูง (ประมาณ 4–6 เท่าของราคาต่อกิโลกรัมของโลหะผสม HP-Nb) จำกัดการใช้งานกับการใช้งานที่มีมูลค่าสูงเฉพาะกลุ่ม แต่เมื่อขนาดการผลิตเพิ่มขึ้น การนำอุตสาหกรรมไปใช้ในวงกว้างมากขึ้นก็ถูกคาดการณ์ไว้ต่อ วารสารนานาชาติเรื่องโลหะทนไฟและวัสดุแข็ง (2022) .

คู่มือการเลือกวัสดุท่อ Radiant ตามอุณหภูมิในการทำงาน

ที่ถูกต้อง หลอดรังสี ต้องระบุวัสดุจากอุณหภูมิในการทำงานขึ้นไป ไม่ใช่ลดลงจากต้นทุน วัสดุท่อที่ไม่ได้ระบุไว้สำหรับอุณหภูมิในการทำงานเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวของท่อก่อนกำหนดในเตาเผาอุตสาหกรรม ตารางด้านล่างนี้ให้คำแนะนำการเลือกขั้นสุดท้าย:

ตารางที่ 2: คู่มือการเลือกวัสดุท่อ Radiant โดยพิจารณาจากอุณหภูมิการทำงานต่อเนื่องสูงสุด ความต้านทานต่อวงจร อายุการใช้งานโดยทั่วไป ต้นทุนสัมพัทธ์ และการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่ดีที่สุด แหล่งที่มา: ASTM A297 (2021), Special Metals Corporation (2020), International Journal of Refractory Metals (2022)

หลอด Radiant ใช้ที่ไหน? การใช้งานทางอุตสาหกรรมที่สำคัญ

หลอดเรืองแสง ถูกนำมาใช้ทุกที่ที่ต้องใช้ความร้อนจากก๊าซทางอ้อมเพื่อรักษาบรรยากาศการป้องกันหรือปฏิกิริยาที่ควบคุมภายในเตาเผาในขณะที่ยังคงได้รับความร้อนที่มีประสิทธิภาพ อุตสาหกรรมและกระบวนการต่อไปนี้เป็นตัวแทนของภาคการใช้งานหลัก:

• การหลอมเหล็กแผ่นต่อเนื่อง: แอปพลิเคชั่นเดียวที่ใหญ่ที่สุดของ หลอดรังสีs ทั่วโลก เส้นการอบอ่อนแบบต่อเนื่องจะแปรรูปแถบเหล็กรีดเย็นด้วยความเร็ว 100–600 เมตรต่อนาทีผ่านเตาเผาที่มีความยาว 60–150 เมตร โดยคงไว้ซึ่งบรรยากาศในการป้องกันไฮโดรเจน-ไนโตรเจนที่ป้องกันการเกิดออกซิเดชันและทำให้ได้พื้นผิวที่ผ่านการอบอ่อนที่สดใส โดยทั่วไปจะใช้สายการหลอมต่อเนื่องเพียงเส้นเดียว ชุดประกอบท่อเรเดียน 200–600 ชิ้น เรียงกันเป็นตลิ่งตามผนังเตาหลอมและหลังคา (ที่มา: เทคโนโลยีเหล็กและเหล็กกล้าของ AIST, 2022 ).
• เส้นชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน: ใช้ส่วนเตาชุบสังกะสี (ส่วนการอบอ่อนและส่วนลดก่อนอ่างสังกะสี) หลอดรังสีs เพื่อให้ความร้อนแถบเหล็กในบรรยากาศไฮโดรเจน-ไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 750–850°C (1,382–1,562°F) เพื่อลดออกไซด์ของเหล็กบนพื้นผิวก่อนการจุ่มสังกะสี ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการยึดเกาะของสังกะสีและคุณภาพการเคลือบที่เพียงพอ แย่ หลอดรังสี การบำรุงรักษาเป็นสาเหตุหลักที่ไม่เกี่ยวข้องกับคุณภาพของข้อบกพร่องที่พื้นผิวแถบบนเส้นชุบสังกะสี การตรวจสอบคุณภาพสายชุบสังกะสีของ ILZRO (2021) .
• ก๊าซคาร์บูไรซิ่งและคาร์โบไนไตรด์: การใช้เตาชุบแข็งแบบเคส หลอดรังสีs เพื่อให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนเหล็กในบรรยากาศดูดความร้อนที่มีคาร์บอนสูง (โดยทั่วไปคือ 40% CO, 40% H₂, 20% N₂) ถึง 900–960°C (1,652–1,760°F) เพื่อกระจายคาร์บอนเข้าสู่ชั้นผิว การออกแบบท่อปิดผนึกป้องกันไม่ให้บรรยากาศที่สมบูรณ์สัมผัสกับเปลวไฟของหัวเผา ซึ่งจะจุดติดไฟและทำลายศักยภาพของคาร์บอนที่ได้รับการดูแลอย่างระมัดระวัง
• การแข็งตัวของเหล็กกล้าเครื่องมือและเหล็กกล้าไร้สนิมอย่างชัดเจน: ส่วนประกอบที่ต้องการพื้นผิวที่สว่างและปราศจากออกไซด์หลังจากการชุบแข็งจะถูกประมวลผลในเตาเผาบรรยากาศที่ได้รับความร้อนจาก หลอดรังสีs ภายใต้บรรยากาศไฮโดรเจนหรือไนโตรเจนบริสุทธิ์ การชุบแข็งแบบสว่างช่วยลดขั้นตอนการกำจัดตะกรัน (การยิงระเบิด การดอง) ที่จำเป็นหลังจากการชุบแข็งด้วยเปลวไฟแบบธรรมดา ซึ่งช่วยลดต้นทุนการประมวลผลทั้งหมดลง 15–25% ต่อชิ้นส่วน
• การเผาส่วนประกอบโลหะที่เป็นผง: ชิ้นส่วนโลหะที่เป็นผง (เกียร์ แบริ่ง ส่วนประกอบโครงสร้าง) จะถูกเผาในสายพานตาข่ายแบบต่อเนื่องหรือเตาแบบดันที่อุณหภูมิ 1,100–1,300°C (2,012–2,372°F) ภายใต้บรรยากาศแอมโมเนียที่แยกตัวออก (25% N₂ / 75% H₂) หลอดเรืองแสง ให้ความร้อนทางอ้อมซึ่งรักษาทั้งอุณหภูมิสูงและบรรยากาศที่ลดลงไปพร้อมๆ กัน ซึ่งจำเป็นสำหรับการได้รับความหนาแน่นเต็มที่โดยไม่มีการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิวของชิ้นส่วนที่ถูกเผา
• การแปรรูปโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก: เตาหลอมอลูมิเนียม, สายการหลอมลวดทองแดง และการแปรรูปแถบนิกเกิล ล้วนแต่ใช้กัน หลอดรังสีs ในบรรยากาศการป้องกันเพื่อให้ได้การบำบัดความร้อนที่ควบคุมได้ โดยไม่มีการปนเปื้อนบนพื้นผิวที่อาจส่งผลต่อการนำไฟฟ้า ความต้านทานการกัดกร่อน หรือการขึ้นรูป

วิธีเพิ่มอายุการใช้งานและประสิทธิภาพของท่อ Radiant ให้สูงสุด

คลอดก่อนกำหนด หลอดรังสี ความล้มเหลวเป็นหนึ่งในเหตุการณ์การบำรุงรักษาโดยไม่ได้วางแผนซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงที่สุดในเตาแปรรูปแบบต่อเนื่อง ซึ่งต้องปิดเตาหลอม การล้างบรรยากาศ การเปลี่ยนท่อ และการสร้างบรรยากาศใหม่ ซึ่งเป็นลำดับที่อาจทำให้เสียค่าใช้จ่าย 50,000–300,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อกิจกรรม ในการสูญเสียแรงงานในการผลิตและการบำรุงรักษาในสายการอบอ่อนแบบแถบปริมาณมาก แนวทางปฏิบัติเจ็ดประการช่วยยืดอายุการใช้งานของท่อและรักษาประสิทธิภาพของระบบอย่างต่อเนื่อง:

• ควบคุมอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงการเผาไหม้ได้อย่างแม่นยำ: การทำงานที่อากาศส่วนเกินมากกว่า 10% เหนือปริมาณสัมพันธ์ทำให้เกิดสภาวะออกซิไดซ์ภายในท่อ ซึ่งเร่งให้เกิดขนาดภายในและการกัดกร่อนจากความร้อนของรูท่อ การทำงานที่ต่ำกว่าปริมาณสัมพันธ์ (ประหยัดเชื้อเพลิง) จะสร้างสภาวะที่ลดลงซึ่งส่งเสริมการเกิดคาร์บูไรเซชันของท่อโลหะ ซึ่งเป็นโหมดการโจมตีที่แตกต่างแต่ก็สร้างความเสียหายได้พอๆ กัน ติดตั้งระบบควบคุม O₂ ที่รักษาการเผาไหม้ที่อากาศส่วนเกิน 2–5% อย่างต่อเนื่อง
• หลีกเลี่ยงการช็อกจากความร้อนระหว่างการเริ่มต้นและการปิดเครื่อง: อุณหภูมิเตาทางลาดสูงสุด 100°C ต่อชั่วโมง (180°F/ชม.) ระหว่างสตาร์ทเครื่องจากสภาวะเย็น การกระแทกจากความร้อนจากท่อเซรามิกที่มีรอยแตกร้าวซึ่งได้รับความร้อนอย่างรวดเร็ว ทำให้ท่อโลหะบิดเบี้ยวเกินความเค้นครากที่อุณหภูมิ และเร่งให้เกิดการแตกร้าวเมื่อยล้าที่ข้อต่อเชื่อมเมื่อโค้งกลับ มากที่สุด หลอดรังสี การรับประกันของผู้ผลิตจะถือเป็นโมฆะหากมีการบันทึกเหตุการณ์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน
• ตรวจสอบอุณหภูมิผนังท่อด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด: การถ่ายภาพความร้อนเป็นประจำของอาร์เรย์ท่อระหว่างการทำงานจะระบุจุดร้อน (บ่งชี้ถึงถ่านโค้กภายใน เปลวไฟปะทะ หรือการเผาไหม้ที่ไม่สม่ำเสมอ) ก่อนที่จุดดังกล่าวจะลุกลามไปสู่ความล้มเหลวของท่อ ส่วนท่อใดๆ ที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 50°C เหนือเพื่อนบ้านในโซนเดียวกันควรได้รับการตรวจสอบทันทีว่ามีหัวเผาทำงานผิดปกติหรือไม่
• ตรวจสอบการรั่วไหลของบรรยากาศที่ซีลท่อทุกไตรมาส: แม้แต่การรั่วของรูเข็มที่ซีลระหว่างท่อกับผนังก็ทำให้บรรยากาศของเตาเผา (ไฮโดรเจนในเตาหลอม) เข้าไปในท่อหรือก๊าซที่เผาไหม้เพื่อเข้าไปในเตาเผา ทั้งสองสถานการณ์เป็นอันตรายทันทีและทำให้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ลดลง ใช้เครื่องตรวจจับ H₂ หรือ O₂ แบบพกพาในแต่ละการเจาะท่อทุกไตรมาส และเปลี่ยนซีลไฟเบอร์เซรามิกเมื่อสัญญาณแรกของการเสื่อมสภาพ
• หมุนตำแหน่งท่อในการเปลี่ยนแต่ละครั้ง: ในอาร์เรย์ของเตาเผาแบบหลายท่อ การสัมผัสความร้อนของท่อจะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญตามตำแหน่ง (ตรงกลางกับขอบของเตา พื้นกับหลังคา) การหมุนท่อระหว่างตำแหน่งตามกำหนดเวลาการเปลี่ยนจะช่วยลดความเสียหายจากการคืบสะสมและยืดอายุการผลิตของสินค้าคงคลังหลอดทั้งหมด 15–25%
• ทำความสะอาดคราบโค้กภายในเป็นประจำทุกปี: การเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาติในสภาวะที่อุดมด้วยเชื้อเพลิงจะสะสมคาร์บอน (โค้ก) ไว้ภายในรูท่อ ซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวนลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน การตรวจสอบประจำปีและการทำความสะอาดสารเคมี (การเผาไหม้ของอากาศร้อนในสภาวะควบคุม) ของท่อที่แสดงถ่านโค้กจะช่วยคืนประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน และลดอุณหภูมิผนังท่อเพื่อให้ความร้อนที่จ่ายเท่ากัน
• ติดตามการยืดตัวของคืบบนท่อแนวนอน: เมทัลลิค หลอดรังสีs ติดตั้งในแนวนอนให้ยาวขึ้นตามน้ำหนักของตัวเองเมื่อเวลาผ่านไปที่อุณหภูมิสูง — กระบวนการที่เรียกว่าการคืบคลาน วัดการโก่งตัวของเส้นกึ่งกลางท่อทุกปี การโก่งตัวเกิน ความยาวท่อ 10 มม. ต่อ เมตร ระบุว่าท่อใกล้ถึงขีดจำกัดอายุการคืบที่ใช้งานได้ และควรกำหนดเวลาเปลี่ยนใหม่เมื่อไฟฟ้าดับตามแผนครั้งถัดไป

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับหลอด Radiant