Ізалятар з алюмініевага аксіду: матэрыял, які вытрымаў там, дзе фарфор увесь час правальваўся

На пачатку маштабнага пашырэння буйной фабрыкі керамічнай пліткі інжынерная каманда сутыкнулася з пастаяннай праблемай. Высокавольтные ізалятары, якія падтрымлівалі награвальныя элементы ўнутры ролікавых печаў, выходзілі са строю з трывожнай частатой. Арыгінальныя фарфоравыя ізалятары праслугоўвалі ўсяго ад 8 да 14 месяцаў, перш чым трэскацца або падвяргацца паверхневаму прабіванню ізаляцыі, што выклікала кароткія замыканні і прымушала да непланавых спыненняў. Кожны збой азначаў страты ў вытворчасці і дарагія экстранныя замены. Пасля таго, як мы выпрабавалі некалькі розных гатункаў фарфору без істотнага паляпшэння, мы вырашылі пратэставаць ізалятары з 95-процэнтнай алюмінінай на тых жа секцыях печы.

Ізалятары з алюмінавай керамікі вырабляюцца са сінтэраванага алюмініевага аксіду, звычайна з чыстатой ад 92 да 99,5 працэнтаў. Чым вышэй змест алюмініевага аксіду, тым лепш спалучэнне электрычнай ізаляцыі, механічнай трываласці і ўстойлівасці да высокіх тэмператур. Гэтыя дэталі фарміруюцца шляхам сухога ці ізастатычнага прэсавання і абпальваюцца пры тэмпературы вышэй за 1500 °C. Шчыльная мікраструктура забяспечвае ім выдатную дыэлектрычную трываласць і ўстойлівасць да тэрмічных цыклаў, якія знішчылі б многія іншыя віды керамікі.

Параўнанне на практыцы, якое змяніла спецыфікацыю

Мы ўсталявалі на сумежных зонах адной і той жа печы пары адпаведных набораў з 95 алюмінавых ізалятараў % і высакаякасных фарфоравых ізалятараў. Абодва наборы працавалі ў ідэнтычных умовах: бесперапынная эксплуатацыя пры тэмпературы 1180–1220 °C з частым тэрмічным цыклаваннем падчас пуску і адключэння. Праз 24 месяцы мы зафіксавалі наступныя вынікі:

• Парцалянавыя ізалятары: паказчык адмоў 37 на 1000. Большасць адмоў была выклікана трэшчынамі ад цеплавога ўдару або паверхневым прабіваннем, якое прывяло да прабою. Сярэдні тэрмін службы да замены склаў 11 месяцаў. Некалькі адзінак паказалі бачныя пашкоджанні глазуры і павелічэнне працякання току ўсяго праз 6 месяцаў.
• 95 ізалятараў з алюмініевай керамікі %: 4 выпадкі адмоў %. Нешматлікія адмовы былі выкліканы механічным уздзеяннем падчас тэхнічнага абслугоўвання, а не дэградацыяй матэрыялу. Сярэдні тэрмін службы перавысіў 28 месяцаў, і многія адзінкі па-ранейшаму былі ў выдатным стане, калі мы завяршылі выпрабаванні. Уцечка току заставалася стабільнай, і нават пасля шматразовых тэрмічных цыклаў не назіралася ніякага паверхневага праследавання.

Розніца ў прастоі была значнай. Секцыі печы з алюмінавымі ізалятарамі за перыяд выпрабаванняў запатрабавалі толькі дзвюх запланаваных замен ізалятараў, у той час як керамічныя секцыі — 14 замен. Калі мы разлічылі агульны кошт, уключаючы страты ад вытворчасці, працу па замяшчэнні і запасныя часткі, алюмінавыя ізалятары аказаліся на 63 % таннейшымі ў разліку на месяц эксплуатацыі, нягледзячы на іх больш высокую пачатковую цану.

Чаму алюмінавая кераміка працуе лепш у складаных умовах

Каэфіцыент цеплавой расшырэння алюмініту ніжэйшы і больш стабільны, чым у большасці відаў фарфору, што змяншае ўнутраныя напружанні пры хуткім награванні і ахалоджванні. Яго больш высокая цеплаправоднасць таксама дапамагае рассейваць лакалізаваныя кропкі перагрэву. У электрычным плане 95-працэнтная альміна звычайна мае дыэлектрычную трываласць вышэй за 15 кВ/мм і удзельную рэзістыўнасць значна вышэй за 10¹⁴ Ω·см пры пакаёвай тэмпературы — значэнні, якія застаюцца стабільнымі пры павышаных тэмпературах, калі фарфор пачынае разбурацца.

У іншым праекце, які тычыўся ізалятараў свечак для прамысловых газавых рухавікоў, мы параўналі 99 % алюмінавую кераміку з традыцыйным целам з тальку. Пасля 8000 гадзін бесперапыннай працы пры пікавых тэмпературах каля 850 °C на ізалятарах з алюмінавай керамікі не было зафіксавана значнага зніжэння ўстойлівасці ізаляцыі, у той час як на стэатытавых дэталях з'явіліся мікратрэшчыны і працёк току павялічыўся на 40 %. Рухавікі, абсталяваныя дыэлектрыкамі з алюмінасілікату, таксама працавалі з меншай колькасцю прапускаў запалу і патрабавалі рамонту радзей.

Практычныя меркаванні з рэальных установак

Не кожнаму прымяненню патрабуецца ступень найвышэйшай чысціні. Для многіх відаў прымянення ў печах і выпечных 92–95 % алюміна вызначае найлепшы баланс паміж прадукцыйнасцю і коштам. Пры тэмпературы вышэй за 1300 °C або ў моцна звязальных асяроддзях неабходна выкарыстоўваць 99 % або нават 99.5 % алюміну. Алюміна з'яўляецца крохкай, таму падчас мантажу неабходна старанна з ёй абыходзіцца — падзенне дэталі або няроўны момант зацяжкі мантажных элементаў могуць выклікаць схаваныя трэшчыны, якія з'яўляюцца толькі пазней падчас эксплуатацыі.

Паводле досведу, найбольшыя паляпшэнні дасягаюцца, калі разам з ізаляцыйным матэрыялам пераглядаецца ўся сістэма апор. Правільнае размяркоўванне, пазбяганне кропкавых нагрузак і выкарыстанне эластычных пракладак або спружын часта яшчэ больш падаўжаюць тэрмін службы. Рэгулярны агляд на наяўнасць забруджванняў на паверхні або механічных пашкоджанняў застаецца важным, хоць у высокатэмпературных умовах алюмінаваная кераміка звычайна патрабуе значна менш увагі, чым фарфор.

Ізалятары з алюмініевай керамікі — не самы танны варыянт на рынку, але ў сферах прымянення, дзе надзейнасць непасрэдна ўплывае на вытворчасць або бяспеку, яны пастаянна забяспечваюць больш нізкія агульныя выдаткі на ўласнасць. Прадпрыемствы, якія адсочваюць фактычны тэрмін службы і рэжымы адмоў, а не толькі першапачатковую цану, у выніку стандартызуюць выкарыстанне алюмінакіслых ізалятараў для сваіх самых крытычных патрэб у электраізаляцыі. Калі ўмовы эксплуатацыі прадугледжваюць паўторныя тэрмічныя цыклы, высокую напружанасць і доўгія інтэрвалы паміж рамонтамі, алюмінакіслаты неаднаразова даказвалі сваю здольнасць падтрымліваць працу сістэм, а не станавіцца наступнай галаўным болем для службы тэхнічнага абслугоўвання.