Lapisan tahan panas pada tungku gas merupakan penghalang antara lingkungan pembakaran dengan suhu lebih dari 1000°C dan cangkang baja yang harus tetap berada di bawah sekitar 80°C untuk menjaga integritas strukturalnya dan melindungi personel. Serat keramik — juga disebut serat keramik tahan panas (RCF) atau serat aluminosilikat — telah menjadi material pelapis dominan untuk tungku perlakuan panas industri karena konduktivitas termalnya yang rendah, penyimpanan panas yang rendah, dan kemudahan pemasangannya.
MONTE INTELLIGENCE menentukan spesifikasi dan memasang lapisan serat keramik pada produk tungku gas kami. Artikel ini membahas keputusan teknik, praktik pemasangan, dan perhitungan termal yang menentukan kinerja dan masa pakai lapisan tersebut.
Serat keramik diproduksi dengan melelehkan campuran alumina (Al2O3) dan silika (SiO2) dalam tungku busur listrik dan kemudian memfiberisasi aliran lelehan tersebut — baik dengan meniup menggunakan udara bertekanan atau dengan memutar dari roda yang berputar. Serat yang dihasilkan, biasanya berdiameter 2-4 mikrometer dan panjang hingga 250 mm, dibentuk menjadi lembaran, papan, atau bentuk yang dibentuk dengan vakum. Komposisi kimia serat menentukan suhu penggunaan maksimum: serat standar (45-50% Al2O3, 50-55% SiO2) dirancang untuk suhu 1260°C; serat alumina tinggi (55-60% Al2O3) untuk suhu 1400°C; dan serat yang mengandung zirkonia untuk suhu 1430°C.
Selimut serat keramik adalah bentuk bahan baku — berupa tikar serat fleksibel yang ditusuk jarum, biasanya dipasok dalam gulungan sepanjang 7,2 meter dan lebar 0,6 meter, dengan ketebalan 13 mm hingga 50 mm, dan kepadatan 64 hingga 128 kg/m³. Selimut ini merupakan bentuk isolasi serat keramik dengan biaya terendah. Pemasangannya dilakukan dalam beberapa lapisan untuk mencapai ketebalan total yang dibutuhkan, dengan lapisan-lapisan tersebut disusun berselang-seling sehingga sambungan antar bagian yang berdekatan tidak sejajar — hal ini mencegah celah langsung yang memungkinkan panas memancar langsung ke dinding.
Modul serat keramik adalah blok selimut terlipat yang telah dirakit sebelumnya, dikompresi hingga kepadatan yang lebih tinggi (biasanya 160-220 kg/m3) dan ditahan dalam keadaan terkompresi oleh rangka logam atau tali pengikat yang dipotong setelah pemasangan. Ketika tali pengikat dipotong, selimut yang terkompresi mengembang untuk mengisi sambungan antar modul, menciptakan segel yang rapat tanpa sambungan tembus yang menjadi masalah pada instalasi selimut berlapis. Modul dipasang ke cangkang baja menggunakan jangkar baja tahan karat — biasanya baja tahan karat 304 atau 310 — yang dilas ke cangkang dengan pola kisi yang sesuai dengan dimensi modul, biasanya 300 mm × 300 mm.
Desain lapisan dimulai dengan perhitungan aliran panas. Aliran panas melalui dinding bidang adalah: Q = k × A × (T_panas - T_dingin) / t, di mana k adalah konduktivitas termal (W/m·K), A adalah luas, T_panas dan T_dingin adalah suhu permukaan panas dan dingin, dan t adalah ketebalan. Untuk serat keramik pada suhu rata-rata 1000°C, k kira-kira 0,15-0,25 W/m·K tergantung pada densitas. Untuk lapisan setebal 300 mm dengan T_panas = 1000°C dan T_dingin = 80°C, fluks panasnya sekitar 0,2 × 920 / 0,3 ≈ 613 W/m2 — yang merupakan kehilangan panas desain yang harus diperhitungkan dalam neraca energi tungku.
Lapisan pelapis biasanya menggunakan beberapa lapisan material berbeda untuk menyeimbangkan biaya dan kinerja. Lapisan permukaan panas—yang terpapar suhu tertinggi—menggunakan serat berkualitas tinggi yang sesuai dengan suhu maksimum tungku. Di belakang permukaan panas, lapisan pendukung berbiaya rendah dari serat suhu rendah atau wol mineral dapat digunakan karena lapisan permukaan panas menurunkan suhu secara signifikan. Suhu antarmuka antar lapisan dihitung dari resistansi termal: jika permukaan panas adalah serat 1260°C setebal 200 mm (k = 0,18) dan lapisan pendukung adalah wol mineral setebal 100 mm (k = 0,08), suhu antarmuka dihitung sebagai T_antarmuka = T_panas - Q × (t_permukaanpanas / k_permukaanpanas). Peringkat suhu lapisan pendukung harus melebihi suhu antarmuka ini.
Desain sistem pengikat harus memperhitungkan pemuaian termal. Cangkang baja memuai saat dipanaskan — sekitar 1,2 mm per meter per kenaikan suhu 100°C. Lapisan serat keramik memuai jauh lebih sedikit — sekitar 0,5 mm per meter per 100°C. Perbedaan pemuaian antara cangkang dan lapisan menciptakan tegangan geser pada titik pengikatan. Sistem jangkar harus mengakomodasi pergerakan diferensial ini tanpa merobek modul serat. Lubang jangkar berlubang atau desain jangkar fleksibel digunakan untuk tujuan ini.
Kualitas pemasangan menentukan apakah kinerja termal yang dihitung benar-benar tercapai dalam penggunaan. Celah antar modul — akibat pemasangan yang buruk, kerusakan selama pemasangan, atau kegagalan jangkar — adalah penyebab paling umum dari titik panas pada cangkang tungku. Celah 3 mm pada satu meter persegi lapisan dapat meningkatkan kehilangan panas lokal hingga 5-10 kali lipat. Kontrol kualitas selama pemasangan meliputi pemeriksaan pemasangan modul (celah maksimum yang diizinkan biasanya 2-3 mm), verifikasi integritas las jangkar (uji tarik sampel jangkar), dan pemeriksaan modul yang tertekan atau rusak yang tidak akan mengembang dengan benar saat dipanaskan.
Perawatan lapisan selama pengoperasian tungku terdiri dari inspeksi visual rutin pada bagian luar cangkang untuk mencari titik panas — yang ditunjukkan oleh perubahan warna cat, suhu permukaan di atas 80°C yang diukur dengan termometer inframerah, atau pijaran yang terlihat di malam hari. Titik panas harus dipetakan dan dipantau. Titik panas yang stabil pada suhu 100-120°C mungkin dapat diterima untuk pengoperasian berkelanjutan hingga penghentian terjadwal berikutnya. Titik panas yang suhunya meningkat atau melebihi 150°C harus diselidiki dan diperbaiki pada kesempatan berikutnya.
Pelapis tungku MONTE INTELLIGENCE dirancang untuk masa pakai 5-8 tahun dalam kondisi operasi normal. Kami menyediakan layanan pengawasan instalasi, perhitungan termal, dan inspeksi pelapis.
Untuk desain pelapis serat keramik atau pelapisan ulang tungku Anda yang sudah ada, hubungi helenxu@cnlymonte.com.
