ИСТИНА

В настоящее время теплоизоляция таких элементов электростанций как парогазовые турбины, котлы и бойлеры, паропроводы котлов, теплогенераторы, двери водогрейных и паровых котлов, котлы утилизаторы, натриевые трубы выполнены из теплоизоляции на основе минеральных и базальтовых волокон. Температура применения таких материалов ограничена 600 °С. В условиях эксплуатации при более высоких температурах (что особенно актуально при введении в эксплуатацию все большего числа эффективных газотурбинных установок) в минеральных волокнах начинается процесс кристаллизации, происходит усадка материалов и теплопроводность увеличивается в 3-4 раза. Частичным решением этой проблемы является применение теплоизоляции на основе керамических волокон. Однако, эти материалы быстро разрушаются при воздействии вибрации, которая зачастую присутствует на элементах тепловых установок. Другим подходом является использование базальтовых энергетических матов с пониженным модулем кислотности, однако стоимость таких материалов в 1,5-2 раза больше минеральных. Систематические исследование процессов, протекающих в минеральных волокнах при нагревании проводятся только группой проф. Y. Yue (университет Альборга, Дания) при поддержке корпорации Rockwool (Дания). Однако опубликованные результаты, вследствие коммерческой тайны, носят выборочный характер. Подробно процесс кристаллизации был рассмотрен только для минеральных стекол с позиции изучения геологических явлений. Характер кристаллизации при повышенных вибрациях не изучен вообще. В данной работе предполагается установление механизма кристаллизации минеральных волокон при высокой температуре и вибрации, разработка подходов ингибирования этого процесса и создание новых теплоизоляционных материалов с повышенной стойкостью к вибрации с температурой применения до 900 °С.

Получены минеральные волокна с разным содержанием оксидов железа. Образцы волокон были отожжены при различной температуре и разном времени выдержки в окислительной, инертной и восстановительной атмосферах. Методами мессбауэровской спектроскопии, рентгенофазового и дифференциального термического анализа установлен механизм процесса кристаллизации в минеральных волокнах и показано, что при нагревании в температурном интервале 600-700 °С происходит процесс ликвации, далее при температуре 700 – 850 °С происходит окисление катионов Fe2+ кислородом воздуха, сопровождающееся диффузией двухвалентных катионов кальция, магния и железа на поверхность волокна с последующим образованием кристаллов железосодержащей шпинельной фазы. Для ингибирования этого процесса было предложено использовать предварительное глубокое восстановление катионов железа в расплаве углеродом. В результате использования такого подхода нижний предел температурного интервала кристаллизации увеличен на 100 °. Работа в рамках заявленного проекта выполнена в полном объеме.