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船用锅炉硅酸铝耐火纤维的失效模式及失效机理分析

文章来源:mobile.28365365.com 发布日期: 2018-09-14 16:14:27    阅读量(185)    作者:

船用主锅炉炉膛用硅酸铝耐火纤维在使用中存在大量问题:耐火纤维表面涂层全部龟裂,风口砖附近及锅炉炉膛侧壁底部耐火纤维剥离脱落严重,某些锅炉炉膛耐火砖小面积坍塌,金属锚固件熔化侵蚀,几乎每台炉子在小修期内均进行过多次局部修补,多半以上的舰艇在小修期内进行过至少一次主锅炉耐火材料的全部更新。耐火纤维材料使用一段时间后失效的典型表观如图1、图2所示。

图1炉膛风口的耐火纤维严重剥离脱落(使用440h后)

图2耐火纤维材料粉化剥离坍塌(使用1260h后)

经过对运行一段时间以后的主锅炉用耐火纤维材料进行多舰、多炉分别取样观察,发现纤维毡中粉化现象严重。在表面1~4mm处取样研究晶相变化,并进行显微对比分析,如图3、图4所示。

使用1260h后耐火纤维的材料组分及粉化粒度

图3未使用过的纤维毡的SEM照片

图4使用过的纤维毡的SEM照片

经XRD分析和激光粒度分析(LMS),结果如图5、图6所示。

图5XRD分析图谱

图6激光粒度分析(LMS)图谱

通过以上分析,锅炉用耐火纤维材料的失效机理可归纳如下:

(1) 硅酸铝质耐火纤维材料的长期安全使用温度为1000℃,最高使用温度1100℃。但在舰船中锅炉的实际工作环境下,硅酸铝质耐火纤维的工作温度为1100℃,而在工作温度超过980℃时硅酸铝质耐火纤维就会析出莫来石晶体,莫来石晶粒长大,从而导致纤维缩颈断裂,纤维粉化,发生纤维脱落。

(2)耐火纤维毡外层是厚度为2~5mm的耐火涂料层,由于耐火涂层相比于内部耐火纤维毡,比重较大,热导率较大,从而受热后线收缩率较小,因而在结合面部位热应力较大,在热震或机械振动的作用下,耐火涂层和耐火纤维毡极易开裂、剥离脱落。

(3)耐火纤维毡强度很低,常温耐压强度只有0.3~0.5MPa,高温耐压强度(1100℃)仅有0.06MPa,高温纤维粉化后,强度将更低。可以想象,现用耐火材料如此低的强度,根本无法在船用锅炉恶劣使用环境下长期稳定、可靠地工作。

除上述原因之外,重油中的杂质经燃烧后形成的烟气、灰分对耐火纤维的失效也起到了一定的加速作用。

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