गैस भट्टी की दुर्दम्य परत 1000°C से अधिक के दहन वातावरण और स्टील के खोल के बीच अवरोधक का काम करती है, जिसका तापमान संरचनात्मक अखंडता बनाए रखने और कर्मचारियों की सुरक्षा के लिए लगभग 80°C से नीचे रहना आवश्यक है। सिरेमिक फाइबर - जिसे दुर्दम्य सिरेमिक फाइबर (RCF) या एल्युमिनोसिलिकेट फाइबर भी कहा जाता है - अपनी कम तापीय चालकता, कम ऊष्मा भंडारण क्षमता और अपेक्षाकृत आसान स्थापना के कारण औद्योगिक ताप उपचार भट्टियों के लिए प्रमुख परत सामग्री बन गया है।
मोंटे इंटेलिजेंस अपने गैस फर्नेस उत्पादों में सिरेमिक फाइबर लाइनिंग का विनिर्देशन और स्थापना करती है। यह लेख लाइनिंग के प्रदर्शन और सेवा जीवन को निर्धारित करने वाले इंजीनियरिंग निर्णयों, स्थापना प्रक्रियाओं और थर्मल गणनाओं को शामिल करता है।
सिरेमिक फाइबर का निर्माण एल्यूमिना (Al2O3) और सिलिका (SiO2) के मिश्रण को इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में पिघलाकर और फिर पिघले हुए द्रव को संपीड़ित हवा से उड़ाकर या घूर्णनशील पहिये से घुमाकर फाइबर में परिवर्तित करके किया जाता है। परिणामी फाइबर, जिनका व्यास आमतौर पर 2-4 माइक्रोमीटर और लंबाई 250 मिमी तक होती है, को कंबल, बोर्ड या वैक्यूम-फॉर्मेड आकृतियों में ढाला जाता है। फाइबर की रासायनिक संरचना अधिकतम उपयोग तापमान निर्धारित करती है: मानक फाइबर (45-50% Al2O3, 50-55% SiO2) 1260°C के लिए उपयुक्त होते हैं; उच्च-एल्यूमिना फाइबर (55-60% Al2O3) 1400°C के लिए; और ज़िरकोनिया युक्त फाइबर 1430°C के लिए उपयुक्त होते हैं।
सिरेमिक फाइबर ब्लैंकेट कच्चे माल का एक रूप है - यह फाइबर की एक लचीली, सुई-छिद्रित चटाई होती है, जो आमतौर पर 7.2 मीटर लंबी और 0.6 मीटर चौड़ी रोल में 13 मिमी से 50 मिमी की मोटाई और 64 से 128 किलोग्राम/मीटर³ के घनत्व में उपलब्ध होती है। ब्लैंकेट सिरेमिक फाइबर इन्सुलेशन का सबसे कम लागत वाला रूप है। आवश्यक कुल मोटाई प्राप्त करने के लिए इसे कई परतों में लगाया जाता है, और परतों को इस तरह से व्यवस्थित किया जाता है कि आसन्न टुकड़ों के बीच के जोड़ एक सीध में न हों - इससे सीधे अंतराल नहीं बनते हैं जो ऊष्मा को सीधे बाहरी आवरण तक विकीर्ण होने से रोकते हैं।
सिरेमिक फाइबर मॉड्यूल, मुड़े हुए कंबल के पूर्व-संयोजित ब्लॉक होते हैं, जिन्हें उच्च घनत्व (आमतौर पर 160-220 kg/m³) तक संपीड़ित किया जाता है और धातु के फ्रेम या बैंडिंग स्ट्रैप द्वारा संपीड़ित रखा जाता है, जिन्हें स्थापना के बाद काट दिया जाता है। स्ट्रैप काटने पर, संपीड़ित कंबल मॉड्यूल-से-मॉड्यूल जोड़ों को भरने के लिए फैलता है, जिससे परतदार कंबल स्थापनाओं में आने वाले अनम्य जोड़ों के बिना एक मजबूत सील बन जाती है। मॉड्यूल को स्टेनलेस स्टील एंकरों (आमतौर पर 304 या 310 स्टेनलेस स्टील) का उपयोग करके स्टील शेल से जोड़ा जाता है, जिन्हें मॉड्यूल के आयामों (आमतौर पर 300 मिमी × 300 मिमी) के अनुरूप ग्रिड पैटर्न में शेल पर स्टड-वेल्ड किया जाता है।
लाइनिंग डिज़ाइन की शुरुआत ऊष्मा प्रवाह की गणना से होती है। एक समतल दीवार से होकर ऊष्मा प्रवाह का सूत्र है: Q = k × A × (T_hot - T_cold) / t, जहाँ k तापीय चालकता (W/m·K) है, A क्षेत्रफल है, T_hot और T_cold क्रमशः गर्म और ठंडी सतहों का तापमान हैं, और t मोटाई है। 1000°C औसत तापमान वाले सिरेमिक फाइबर के लिए, घनत्व के आधार पर k का मान लगभग 0.15-0.25 W/m·K होता है। 300 mm मोटी लाइनिंग के लिए, जहाँ T_hot = 1000°C और T_cold = 80°C है, ऊष्मा प्रवाह लगभग 0.2 × 920 / 0.3 ≈ 613 W/m² होता है — जो डिज़ाइन ऊष्मा हानि है जिसे भट्टी के ऊर्जा संतुलन में शामिल किया जाना चाहिए।
अस्तर में आमतौर पर लागत और कार्यक्षमता के बीच संतुलन बनाए रखने के लिए विभिन्न सामग्रियों की कई परतें उपयोग की जाती हैं। सबसे गर्म परत (जो उच्चतम तापमान के संपर्क में होती है) में भट्टी के अधिकतम तापमान के लिए उपयुक्त उच्चतम श्रेणी के रेशे का उपयोग किया जाता है। इस परत के पीछे कम तापमान वाले रेशे या खनिज ऊन की कम लागत वाली सहायक परत का उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि यह परत तापमान को काफी कम कर देती है। परतों के बीच का इंटरफ़ेस तापमान तापीय प्रतिरोधों से गणना किया जाता है: यदि गर्म परत 200 मिमी मोटी 1260°C रेशे (k = 0.18) की है और सहायक परत 100 मिमी मोटी खनिज ऊन (k = 0.08) की है, तो इंटरफ़ेस तापमान की गणना T_interface = T_hot - Q × (t_hotface / k_hotface) के रूप में की जाती है। सहायक परत का तापमान इस इंटरफ़ेस तापमान से अधिक होना चाहिए।
अटैचमेंट सिस्टम के डिज़ाइन में ऊष्मीय विस्तार का ध्यान रखना आवश्यक है। स्टील का खोल गर्म होने पर फैलता है—लगभग 100°C तापमान वृद्धि पर प्रति मीटर 1.2 मिमी। सिरेमिक फाइबर लाइनिंग बहुत कम फैलती है—लगभग 100°C तापमान पर प्रति मीटर 0.5 मिमी। खोल और लाइनिंग के बीच विस्तार में अंतर अटैचमेंट बिंदुओं पर अपरूपण तनाव उत्पन्न करता है। एंकर सिस्टम को फाइबर मॉड्यूल को फाड़े बिना इस भिन्न गति को समायोजित करना होगा। इसके लिए स्लॉटेड एंकर होल या लचीले एंकर डिज़ाइन का उपयोग किया जाता है।
स्थापना की गुणवत्ता यह निर्धारित करती है कि गणना की गई तापीय दक्षता वास्तव में कार्य के दौरान प्राप्त होती है या नहीं। मॉड्यूल के बीच अंतराल - खराब फिटिंग, स्थापना के दौरान क्षति, या एंकर की विफलता के कारण - भट्टी के बाहरी आवरण पर गर्म स्थानों का सबसे आम कारण है। एक वर्ग मीटर लाइनिंग पर 3 मिमी का अंतराल स्थानीय ऊष्मा हानि को 5-10 गुना तक बढ़ा सकता है। स्थापना के दौरान गुणवत्ता नियंत्रण में मॉड्यूल की फिटिंग की जाँच (अधिकतम स्वीकार्य अंतराल आमतौर पर 2-3 मिमी), एंकर वेल्ड की अखंडता का सत्यापन (एंकर के एक नमूने का पुल-टेस्ट), और संपीड़ित या क्षतिग्रस्त मॉड्यूल का निरीक्षण करना शामिल है जो गर्म होने पर ठीक से नहीं फैलते हैं।
भट्टी के संचालन के दौरान लाइनिंग के रखरखाव में बाहरी आवरण का नियमित रूप से दृश्य निरीक्षण करना शामिल है ताकि गर्म स्थानों का पता लगाया जा सके। गर्म स्थानों का संकेत पेंट के रंग में बदलाव, इन्फ्रारेड थर्मामीटर से मापा गया 80°C से अधिक सतह का तापमान, या रात में दिखाई देने वाली चमक से मिलता है। गर्म स्थानों का मानचित्रण और निगरानी की जानी चाहिए। 100-120°C पर स्थिर गर्म स्थान अगले निर्धारित शटडाउन तक संचालन जारी रखने के लिए स्वीकार्य हो सकता है। तापमान में वृद्धि या 150°C से अधिक तापमान वाले गर्म स्थान की जांच की जानी चाहिए और जल्द से जल्द उसकी मरम्मत की जानी चाहिए।
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