Шахтаның қалдық шламы құбырға жоғары жылдамдықпен соқтығысқанда, металлургиялық цехтағы жоғары температуралы шлак ішкі қабырғаны жууды жалғастырғанда, химиялық цехтағы күшті қышқыл ерітіндісі құбыр қабырғасын күннен-күнге тот басқанда – қарапайым металл құбырлар бірнеше айдан кейін ғана ағып кетеді. Бірақ мұндай «өндірістік тазалауда» еш зиянсыз өмір сүре алатын құбырдың бір түрі бар және бұлкремний карбидінен жасалған тозуға төзімді құбыржолнегізгі материал ретінде. Бұл қарапайым болып көрінетін өнеркәсіптік компонент қандай материалдық интеллект жасырады?
Болатқа қарағанда қыңыр материал коды
Кремний карбидінің тарихы 19 ғасырдың аяғында ғалымдар синтетикалық алмаз өндіруге әрекет жасаған кезде бұл қатты қосылысты кездейсоқ тапқан кезде басталды. Ол табиғатта өте сирек кездеседі және «муассанит» ретінде белгілі, ал бүгінде өнеркәсіпте қолданылатын кремний карбиді толығымен дерлік жасанды синтездің өнімі болып табылады.
Кремний карбидті құбырларды «өндіріске төзімді» жасаудың құпиясы олардың бірегей микроқұрылымында жатыр. Электрондық микроскоп астында кремний карбидінің кристалдары алмазға ұқсас тетраэдрлік құрылымды көрсетеді, әрбір кремний атомы төрт көміртек атомымен тығыз қоршалған, үзілмейтін коваленттік байланыс желісін құрайды. Бұл құрылым оған гауһардан кейінгі қаттылық береді, Мох қаттылығы 9,5, бұл кварц құмының үздіксіз эрозиясының (Мох қаттылығы 7) із қалдыру қиын екенін білдіреді.
Одан да сирек кездесетіні, кремний карбиді қатты ғана емес, сонымен қатар жоғары температураға өте төзімді. 1400 ℃ жоғары температурада ол әлі де тұрақты механикалық қасиеттерді сақтай алады, бұл оны болат металлургиясының домна пештерінде көмір ұнтағын тасымалдау және жылу энергиясын өндіруде қазандық шлактарын ағызу сияқты жоғары температуралық сценарийлерде жақсы жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ол көптеген қышқылдар мен сілтілердің эрозиясына «иммунитет» болып табылады және бұл коррозияға төзімділік әсіресе химия өнеркәсібіндегі күшті қышқылды тасымалдау құбырларында өте маңызды.
Құбырдың қызмет ету мерзімін он есе ұлғайту үшін дизайн философиясы
Күрделі өнеркәсіптік ортаны жеңу үшін қарапайым қаттылық жеткіліксіз. Заманауи кремний карбиді тозуға төзімді құбыр желілері ақылды композициялық құрылымдарды қабылдайды: әдетте сыртқы қабат құрылымдық тіректерді қамтамасыз ететін қарапайым көміртекті болат, ішкі қабат кремний карбиді керамикалық төсем, ал кейбір құбыр желілері жалпы беріктігін арттыру үшін сыртынан шыны талшықты орап алады. Бұл дизайн кремний карбидінің тозуға төзімділік артықшылығын пайдаланып қана қоймайды, сонымен қатар керамикалық материалдардың сынғыштығын өтейді.
Сондай-ақ инженерлер құбырдың әртүрлі бөліктерінің тозу дәрежесіне негізделген «сараланған дизайнды» жүзеге асырады. Мысалы, егер шынтақтың сыртқы доғасы қатты тозған болса, кремний карбидінің қалың қабаты қолданылады; Ішкі доғаның тозуы салыстырмалы түрде жеңіл болса, беріктігін қамтамасыз ету және материалды ысырап етпеу үшін оны тиісті түрде жұқарту керек.
Реакциялық агломерациялық технологияны қолдану кремний карбиді құбырларын мінсіз етеді. Температура мен шикізат қатынасын дәл бақылай отырып, материал өздігінен майланатын қабат қалыптастыру үшін графит компоненттерін енгізе отырып, кеуектілігі нөлге жуық тығыз күйге қол жеткізе алады. Сұйықтық құбырды шайып тастаған кезде, графит қабаты құбырға «майлау броньын» қою сияқты үйкеліс коэффициентін одан әрі төмендететін қорғаныс қабығын құрайды.
Өнеркәсіптік қаннан жасыл болашаққа
Жылу энергетикасы, тау-кен өнеркәсібі, металлургия және химия өнеркәсібі сияқты ауыр өнеркәсіп салаларында құбыр жүйесі «өнеркәсіптік қан тамыры» сияқты және олардың сенімділігі өндіріс қауіпсіздігі мен тиімділігіне тікелей байланысты. Дәстүрлі металл құбырларды тозуға төзімді орталарда жиі 3 ай ішінде ауыстыру қажет, ал кремний карбиді тозуға төзімді құбырлардың қызмет ету мерзімін 10 еседен астам ұзартуға болады, бұл тоқтап тұрған техникалық қызмет көрсету жиілігін айтарлықтай азайтады.
Бұл ұзаққа созылатын қасиет қоршаған ортаға айтарлықтай пайда әкеледі. Құбырларды ауыстыруды қысқарту болат шығынын азайтуды білдіреді және өндіріс процесінде қолданылатын балқытудың озық технологиялары (ESK әдісі сияқты) энергияны пайдалануды 20% арттыра отырып, электр энергиясын өндіру үшін қалдық газды қалпына келтіре алады. Литий батареяларын өндіру және қоршаған ортаны қорғау жабдықтары сияқты дамып келе жатқан салаларда кремний карбиді құбырларының коррозияға және тозуға төзімділігі де маңызды рөл атқарады.
Өнеркәсіптік прогресс туралы айтатын болсақ, біз көбінесе жоғары технологиялық өнімдерге назар аударамыз, бірақ кремний карбиді тозуға төзімді құбырлар сияқты «сахна артындағы кейіпкерлерді» елемейміз. Дәл осы инновация негізгі материалдардың қасиеттерін барынша арттырып, заманауи өнеркәсіптің тиімді жұмысын қамтамасыз етеді. Шахталардан зауыттарға, жоғары температуралы пештерден химиялық цехтарға дейін бұл үнсіз «өте қатты қалқандар» өнеркәсіптік өндірістің қауіпсіздігі мен тұрақтылығына өзінше үлес қосуда.
Хабарлама уақыты: 30 шілде 2025 ж