Արդյունաբերական խողովակաշարերում թաքնված «գերամուր վահանը». սիլիցիումի կարբիդային մաշվածությանը դիմացկուն խողովակաշարերի գաղտնիքը

Երբ հանքի պոչամբարային խառնուրդը մեծ արագությամբ հարվածում է խողովակաշարին, երբ մետաղագործական արտադրամասում բարձր ջերմաստիճանի խարամը շարունակում է լվանալ ներքին պատը, և երբ քիմիական արտադրամասում ուժեղ թթվային լուծույթը օրեցօր քայքայում է խողովակի պատը՝ սովորական մետաղական խողովակաշարերը հաճախ արտահոսում են ընդամենը մի քանի ամիս անց։ Սակայն կա խողովակաշարի մի տեսակ, որը կարող է անվնաս գոյատևել նման «արդյունաբերական քավարանում», և դա...սիլիցիումի կարբիդից պատրաստված մաշվածության դիմացկուն խողովակաշարորպես հիմնական նյութ։ Ի՞նչ տեսակի նյութական հետախուզություն է թաքցնում այս թվացյալ սովորական արդյունաբերական բաղադրիչը։
Ավելի համառ նյութական կոդ, քան պողպատը
Սիլիցիումի կարբիդի պատմությունը սկսվել է 19-րդ դարի վերջին, երբ գիտնականները պատահաբար հայտնաբերեցին այս կարծր միացությունը՝ փորձելով արտադրել սինթետիկ ադամանդ: Այն բնույթով չափազանց հազվագյուտ է և հայտնի է որպես «մոիսանիտ», մինչդեռ այսօր արդյունաբերության մեջ օգտագործվող սիլիցիումի կարբիդը գրեթե ամբողջությամբ արհեստական սինթեզի արդյունք է:
Սիլիցիումի կարբիդային խողովակները այդքան «արտադրությանը դիմացկուն» դարձնելու գաղտնիքը կայանում է դրանց յուրահատուկ միկրոկառուցվածքի մեջ: Էլեկտրոնային մանրադիտակի տակ սիլիցիումի կարբիդային բյուրեղները ցուցաբերում են ադամանդի նման քառանիստ կառուցվածք, որտեղ սիլիցիումի յուրաքանչյուր ատոմը սերտորեն շրջապատված է չորս ածխածնի ատոմներով՝ ձևավորելով անխզելի կովալենտային կապերի ցանց: Այս կառուցվածքը նրան տալիս է ադամանդից հետո երկրորդ կարծրություն՝ Մոհսի կարծրություն 9.5, ինչը նշանակում է, որ նույնիսկ քվարցային ավազի անընդհատ էրոզիան (Մոհսի կարծրություն 7) դժվար է հետքեր թողնել:
Ավելի հազվադեպ է այն, որ սիլիցիումի կարբիդը ոչ միայն կարծր է, այլև բարձր ջերմաստիճանների նկատմամբ բարձր դիմադրողականություն ունի: 1400 ℃ բարձր ջերմաստիճանում այն դեռևս կարող է պահպանել կայուն մեխանիկական հատկություններ, ինչը նրան լավ է դարձնում բարձր ջերմաստիճանային պայմաններում, ինչպիսիք են ածխի փոշու տեղափոխումը պողպատե մետալուրգիայի դոմնային վառարաններում և կաթսայի խարամի արտանետումը ջերմային էներգիայի արտադրության մեջ: Միևնույն ժամանակ, այն «անձեռնմխելի» է թթուների և ալկալիների մեծ մասի էրոզիայից, և այս կոռոզիոն դիմադրությունը հատկապես արժեքավոր է քիմիական արդյունաբերության ուժեղ թթվային փոխանցման խողովակաշարերում:

Նախագծման փիլիսոփայությունը՝ խողովակաշարի կյանքի տևողությունը տասնապատկելու համար
Պարզ կարծրությունը բավարար չէ բարդ արդյունաբերական միջավայրերին դիմակայելու համար: Ժամանակակից սիլիցիումի կարբիդային մաշվածությանը դիմացկուն խողովակաշարերն օգտագործում են ավելի խելացի կոմպոզիտային կառուցվածքներ. սովորաբար արտաքին շերտը սովորական ածխածնային պողպատ է, որը ապահովում է կառուցվածքային հենարան, ներքին շերտը՝ սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական ծածկույթ, իսկ որոշ խողովակաշարեր արտաքինից նաև ապակեպլաստե են փաթաթում՝ ընդհանուր ամրությունը բարձրացնելու համար: Այս դիզայնը ոչ միայն օգտագործում է սիլիցիումի կարբիդի մաշվածությանը դիմացկունության առավելությունը, այլև փոխհատուցում է կերամիկական նյութերի փխրունությունը:
Ինժեներները նաև կիրականացնեն «դիֆերենցված նախագծում»՝ հիմնվելով խողովակաշարի տարբեր մասերի մաշվածության աստիճանի վրա: Օրինակ, եթե արմունկի արտաքին աղեղն ամենաշատն է մաշված, կօգտագործվի ավելի հաստ սիլիցիումային կարբիդային ծածկույթ. եթե ներքին աղեղի մաշվածությունը համեմատաբար թույլ է, այն պետք է համապատասխանաբար նոսրացվի՝ ամրությունն ապահովելու և նյութական վատնումից խուսափելու համար:
Ռեակցիոն սինտերացման տեխնոլոգիայի կիրառումը սիլիցիումի կարբիդային խողովակաշարերը դարձնում է ավելի կատարյալ: Ջերմաստիճանի և հումքի հարաբերակցության ճշգրիտ կառավարման միջոցով նյութը կարող է հասնել խիտ վիճակի՝ գրեթե զրոյական ծակոտկենությամբ, միաժամանակ ներմուծելով գրաֆիտային բաղադրիչներ՝ ձևավորելով ինքնաքսուքավոր շերտ: Երբ հեղուկը լվացվում է խողովակաշարով, գրաֆիտային շերտը ձևավորում է պաշտպանիչ թաղանթ, որն էլ ավելի է նվազեցնում շփման գործակիցը, ինչպես խողովակաշարի վրա «քսուքավոր զրահ» դնելը:
Արդյունաբերական արյունակցությունից մինչև կանաչ ապագա
Ծանր արդյունաբերություններում, ինչպիսիք են ջերմային էներգիան, հանքարդյունաբերությունը, մետալուրգիան և քիմիական ճարտարագիտությունը, խողովակաշարային համակարգերը նման են «արդյունաբերական արյան», և դրանց հուսալիությունը ուղղակիորեն կապված է արտադրության անվտանգության և արդյունավետության հետ: Ավանդական մետաղական խողովակները հաճախ անհրաժեշտ է փոխարինել 3 ամսվա ընթացքում ուժեղ մաշվածության պայմաններում, մինչդեռ սիլիցիումի կարբիդային մաշվածությանը դիմացկուն խողովակների ծառայության ժամկետը կարող է երկարացվել ավելի քան 10 անգամ, ինչը զգալիորեն կրճատում է սպասարկման անսարքությունների հաճախականությունը:
Այս երկարատև բնութագիրը նաև զգալի բնապահպանական օգուտներ է բերում: Խողովակաշարերի փոխարինման կրճատումը նշանակում է պողպատի սպառման կրճատում, իսկ արտադրական գործընթացում օգտագործվող առաջադեմ հալեցման տեխնոլոգիաները (օրինակ՝ ESK մեթոդը) կարող են վերականգնել թափոնային գազը էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար՝ 20%-ով ավելացնելով էներգիայի օգտագործումը: Լիթիումային մարտկոցների արտադրության և շրջակա միջավայրի պաշտպանության սարքավորումների նման զարգացող ոլորտներում սիլիցիումի կարբիդային խողովակների կոռոզիոն և մաշվածության դիմադրությունը նույնպես կարևոր դեր են խաղում:
Երբ խոսում ենք արդյունաբերական առաջընթացի մասին, մենք հաճախ կենտրոնանում ենք այդ շլացուցիչ բարձր տեխնոլոգիական արտադրանքի վրա, բայց հեշտությամբ անտեսում ենք «կուլիսներից այն կողմ գտնվող հերոսներին», ինչպիսիք են սիլիցիումի կարբիդային մաշվածությանը դիմացկուն խողովակները: Հենց այս նորարարությունն է, որը մաքսիմալացնում է հիմնական նյութերի հատկությունները, որոնք աջակցում են ժամանակակից արդյունաբերության արդյունավետ գործունեությանը: Հանքերից մինչև գործարաններ, բարձր ջերմաստիճանի վառարաններից մինչև քիմիական արհեստանոցներ, այս լուռ «գերկարծր վահանները» իրենց ձևով նպաստում են արդյունաբերական արտադրության անվտանգությանը և կայունությանը: