Hướng Dẫn Các Cấp Độ Than Chì Carbon: Ý Nghĩa Mã Ngâm Tẩm và Cách Lựa Chọn Cấp Độ Theo Điều Kiện Sử Dụng

1. Cách xây dựng một cấp độ than chì carbon

Một cấp độ than chì carbon thường gồm hai phần: graphite cơ bản và mã ngâm tẩm. Lấy ví dụ M106D: M106 là graphite than chì hạt mịn cơ bản, D nghĩa là ngâm tẩm antimony. Graphite đã nung ra lò có độ xốp 10%-20% và phải được ngâm tẩm để bịt kín lỗ rỗng (dưới 2% sau ngâm tẩm) trước khi trở thành vòng đệm — do đó chất ngâm tẩm quyết định phần lớn nhiệt độ làm việc, khả năng chống ăn mòn và cấp độ cường độ.

Quy tắc mã ngâm tẩm của Huahao Sealing:

• F = nhựa phenolic: khả năng chống ăn mòn chung, chi phí thấp nhất, chịu nhiệt khoảng 180°C
• H = nhựa epoxy: cùng cấp với phenolic, chống nước, dầu, axit/bazo yếu, chịu nhiệt khoảng 180°C
• K = nhựa furan: khả năng chống axit/bazo rộng hơn; các cấp ngâm tẩm nhựa đạt chuẩn thực phẩm (như M106K) dùng cho dịch vụ vệ sinh theo FDA, chịu nhiệt khoảng 220°C
• D = antimony: ngâm tẩm kim loại, chịu nhiệt đến 500°C, với cường độ và độ cứng cao hơn rõ rệt

Cùng một cơ bản nhưng ngâm tẩm khác nhau tạo ra các cấp độ khác nhau: sự khác biệt giữa M106H và M106D không phải ở graphite mà là vật liệu lấp đầy lỗ rỗng.

2. Các cấp độ thực tế và dữ liệu hiệu suất

Dữ liệu sau đây lấy từ bảng thông số kỹ thuật của Huahao Sealing và có thể dùng trực tiếp để so sánh lựa chọn.

2.1 M106H (Ngâm tẩm nhựa epoxy)

• 180°C, áp suất môi chất tối đa 1,5 MPa, tốc độ vòng ngoài tối đa 25 m/s
• Cường độ nén 92 MPa, uốn 38 MPa, độ dẫn nhiệt 45 W/(m·K)
• Ứng dụng: vòng đệm và bạc lót đệm kín cơ khí cho bơm ly tâm, bơm hóa chất và bơm nước sạch trong nước, dầu và axit/bazo yếu dưới 180°C

2.2 M106D (Ngâm tẩm antimony)

• 500°C, áp suất môi chất tối đa 2,0 MPa, tốc độ vòng ngoài tối đa 25 m/s
• Mật độ đo được 2,20 g/cm³, cường độ nén 190 MPa, uốn 72 MPa, độ cứng Shore 92 HS (kiểm tra bởi bên thứ ba), độ dẫn nhiệt 70 W/(m·K)
• Ứng dụng: bơm dầu nhiệt độ cao, bơm muối nóng chảy, van hơi, bạc lót băng tải lò nhiệt độ cao, dịch vụ 220-500°C

2.3 M106K (Ngâm tẩm nhựa đạt chuẩn thực phẩm)

• 220°C, áp suất môi chất tối đa 1,5 MPa, tốc độ vòng ngoài tối đa 20 m/s
• Cường độ nén 90 MPa, uốn 36 MPa, độ dẫn nhiệt 42 W/(m·K)
• Tuân thủ FDA và EU về tiếp xúc thực phẩm, tự bôi trơn hoàn toàn không dầu; dùng trong máy trộn socola, máy đóng gói và trục khuấy dược phẩm

2.4 M191T (Carbon hóa)

• 600°C, áp suất môi chất tối đa 2,5 MPa, tốc độ vòng ngoài tối đa 20 m/s
• Cường độ nén 100 MPa, uốn 40 MPa, độ dẫn nhiệt 55 W/(m·K)
• Hoạt động ở 500-600°C không cần ngâm tẩm kim loại; dùng cho bơm muối nóng chảy năng lượng mặt trời và bạc lót lò luyện kim

2.5 204B và 59U

• 204B: ngâm tẩm đặc biệt chống ăn mòn, chống ăn mòn điện hóa trong nước biển, được chứng nhận DNV, chịu 200°C và 95 MPa nén, dùng cho vòng đệm trục lái tàu biển và bạc lót bơm làm mát nước biển
• 59U: cấu trúc inlay babbitt bù trục lệch, 180°C, 88 MPa nén, tốc độ tối đa 15 m/s, dùng cho vòng đệm bơm hóa chất và máy khuấy chịu dao động áp suất

Tham khảo chung về graphite than chì cơ bản: hàm lượng carbon 99,9%, mật độ khối 1,75-1,85 g/cm³, độ cứng Shore 78-82 HS, tro 0,002%, hệ số giãn nở nhiệt 4,0-5,0×10⁻⁶/°C, độ xốp trước ngâm tẩm 10-15%, chịu 600°C trong môi trường trơ.

3. Phương pháp chọn cấp độ theo điều kiện dịch vụ gồm bốn bước

3.1 Bước 1: Tương thích hóa học với môi chất

Trước tiên loại trừ các môi chất tấn công cả chất ngâm tẩm và graphite: môi chất oxy hóa mạnh (axit nitric đậm đặc, axit crôm, axit sunfuric bốc khói) loại trừ các cấp ngâm tẩm nhựa và kim loại thông thường. Nước biển và môi chất chứa chloride dùng 204B. Trong khí hydrocarbon chứa H₂S, graphite cơ bản không bị ảnh hưởng, nhưng chất ngâm tẩm phải kiểm tra từng thành phần. Bề mặt tiếp xúc thực phẩm và dược phẩm dùng các cấp đạt chuẩn thực phẩm như M106K.

3.2 Bước 2: Giới hạn nhiệt độ

• Dưới 180°C: dùng M106H
• 180-220°C: M106K hoặc các cấp ngâm tẩm chống ăn mòn
• 220-500°C: M106D
• 500-600°C: M191T
• Phân biệt dịch vụ trong không khí và môi trường trơ: than chì carbon bắt đầu bị oxy hóa trong không khí từ khoảng 450°C, và nhiệt độ chịu được của cấp độ dựa trên môi chất không oxy hóa hoặc khí bảo vệ

3.3 Bước 3: Áp suất môi chất và cấu trúc

Áp suất môi chất tối đa của cấp độ (1,0-2,5 MPa) là giá trị giới hạn tính toán theo tải mặt tiếp xúc. Trên 1,5 MPa nên dùng đệm kín cơ khí cân bằng để giảm áp suất mặt tiếp xúc; với áp suất cao hơn hoặc dao động áp suất mạnh (máy khuấy, máy nén tịnh tiến), ưu tiên cấu trúc inlay như 59U để bù trục lệch.

3.4 Bước 4: Kiểm tra giá trị P-V

Tích của áp suất mặt tiếp xúc P (MPa) và tốc độ trượt V (m/s) xác định tải nhiệt ma sát. Tốc độ tối đa 15-25 m/s và áp suất tối đa của cấp độ là các giới hạn liên quan — không thể đạt tối đa cả hai cùng lúc. Với tải nhiệt cao, ưu tiên cấp độ có độ dẫn nhiệt cao hơn: M106D với 70 W/(m·K) vượt trội so với M106H 45 W/(m·K), thường dùng kèm với hệ thống xả hoặc làm mát.

4. Tóm tắt

Chìa khóa để đọc một cấp độ là nửa sau: mã ngâm tẩm xác định nhiệt độ và lớp chống ăn mòn. Nhóm nhựa F/H/K bao phủ dịch vụ hóa chất chung dưới 180-220°C, D (antimony) cho dịch vụ nhiệt độ cao và cường độ cao 220-500°C, và các xử lý đặc biệt (carbon hóa M191T, ngâm tẩm chống nước biển 204B) khép kín hai đầu: nhiệt độ cực đoan 600°C và chống ăn mòn biển. Thứ tự chọn là cố định: môi chất, sau đó nhiệt độ, rồi áp suất, cuối cùng giá trị P-V — một cấp độ chỉ đủ điều kiện khi vượt qua cả bốn bước. Bảng cấp độ cho giá trị điển hình; với dự án thực tế, gửi bảng thành phần môi chất, nhiệt độ, áp suất, đường kính trục và tốc độ cho nhà sản xuất xem xét — đáng tin cậy hơn là chỉ đối chiếu số liệu trong bảng.