为什么RBSiC辐射管在玻璃熔化过程中会产生热分布不均或过早失效

为什么RBSiC辐射管在玻璃熔化过程中会产生热分布不均或过早失效

在为玻璃熔化与调质系统提供支持的十二年间，我们发现一个普遍现象：反应结合型碳化硅辐射管要么无法均匀传热，要么在远早于预期运行周期之前就出现局部变薄。 尽管燃烧器点火正常且管体材质符合要求，但管壁沿长度方向的表面温度仍存在波动，或者管壁在火焰侧优先变薄。其决定性因素在于：该材料的高导热性使得热量传递高效，而表面氧化或碱侵蚀速率则会缓慢侵蚀管壁。.

反应结合碳化硅（RBSiC 或 SiSiC）由残余游离硅粘结而成的连续碳化硅晶粒网络构成。其在工作温度下的热导率通常为 30–50 W/m·K，远高于大多数金属辐射管合金。 这使得材料能够承受更高的热通量，同时避免过大的内部温度梯度，从而使外表面能够有效地向玻璃或燃烧室辐射热量。与此同时，游离硅和SiC表面在空气或燃烧产物中发生氧化，形成一层二氧化硅层。 在玻璃熔炉中，该层还会受到碱蒸气的进一步侵蚀，从而形成低熔点硅酸盐并加速局部材料的损失。由于游离硅在 1410 °C 附近会软化，因此为了保持强度，实际管温通常限制在约 1350–1380 °C 之间。 因此，一旦剩余管壁变薄到足以形成局部热点，管壁变薄不仅会降低结构安全裕度，还会影响传热均匀性。.

在一座采用燃气辐射管供热的玻璃容器前炉中，管表面温度为1280–1320 °C，对两根RBSiC管进行了为期120天的监测。 平均热通量为85 kW/m²。在管身中部火焰侧测得的壁厚从最初的8 mm减少了0.9 mm。在管身另一侧，壁厚损失为0.4 mm。 沿管长方向的表面温度变化幅度保持在 25 °C 以内，未观察到下垂或开裂现象。在相同燃烧器负荷下，一根并行的金属合金管达到了约 40 kW/m² 的最大连续热流密度，随后因蠕变问题而无法进一步增加；其壁厚损失较小，但管体出现了明显的变形。 拆卸后，RBSiC表面呈现出一层薄而连续的二氧化硅氧化皮，仅在火焰侧出现局部富碱斑块。试验结束后，切割样品的质量增加为0.5 %，这表明氧化程度有限。.

因此，通过在游离硅设定的温度限值范围内运行，并监测最热表面的壁厚，可以保持管子的性能。 对于RBSiC辐射管玻璃熔炼工艺，可控变量包括管壁表面温度、燃烧器的化学计量比以及碱蒸气的接触程度。当二氧化硅氧化皮仍能起到保护作用且管壁损失低于设计裕度时，反应结合碳化硅辐射管的使用寿命便会延长。 SiSiC 辐射管玻璃熔炉的运行允许使用比金属管更高的熔剂量，前提是温度保持在游离硅软化范围以下。当传热不均匀或管壁迅速变薄时，可通过局部壁厚测量和表面温度分布曲线来验证。 如前炉比较中所示，通过将管壁表面温度维持在1320 °C或以下，并确保燃烧均匀（表现为火焰侧壁厚损失为0.9 mm且温度分布稳定），既能保持RBSiC辐射管的传热优势，又能维持其结构完整性。.