對硅酸鋁纖維具有侵蝕作用的幾種化學物質包括:氟、氟化物、釩及其他重金屬、磷酸、強堿等。

(1)氟和氟化物。毫無疑問,氟對硅酸鋁纖維的腐蝕性最強。在100℃以下,氟和水與硅酸鋁纖維的反應將對纖維結構產生極大的破壞。即便是在較低的濃度下,氫氟酸也會首先與氧化鋁反應,形成AIF,AIF3,H20,導致纖維結構的嚴重破壞。氫氟酸最容易與SiO2反應。在較低的溫度下(980℃以下),富氟的環境有可能促使低溫重結晶,進而導致纖維結構的輕微破壞。在出現大量重結晶的溫度下,氟有可能在纖維表面形成反應物,從而引起纖維結構的變化并在纖維的表面明顯形成一個薄的硬殼層。氟與所有的硅酸鋁材料反應,包括與莫來石反應。在與氟反應后,反應物常常氣化,使得硅酸鋁纖維損毀的原因很難確定。

陶瓷纖維異形件

(2)釩與其他重金屬。劣質燃油中存在的釩和其他重金屬在燃燒時會侵蝕硅酸鋁纖維。這種腐蝕物質來自于五氧化二釩(V203),這種物質在常溫下是固體,但在約690℃時熔化。這種液體渣吸附于纖維的孔隙結構中并與纖維中的硅酸鋁產生反應。反應過后,在纖維襯的熱面將形成一硬化殼。一段時間以后,硬化殼會從纖維毯的未反應纖維層上脫落,化學反應會繼續在暴露的新鮮纖維表面上進行。反應速率取決于以下因素,如:重金屬濃度、時間,材料的氣孔率以及溫度。并沒有一個界定反應產生與否的明確的濃度界線。通常,是長時間較高的重金屬濃度使得耐火材料的壽命縮短。五氧化二釩在溫度高于690℃時會與纖維發生反應,但反應速度受以上因素的影響。隨著化學反應的不斷進行,定期更換熱面材料是有必要的。特別要注意的是,五氧化二釩對纖維造成侵蝕,但以堿性化合物存在的釩會在很低的溫度下形成更高腐蝕性的渣,導致硅酸鋁纖維更快降級。通常情況下,重金屬含量高的燃料也同時含堿。

(3)硫和硫酸。硅酸鋁纖維具有良好的抗硫酸侵蝕能力,但在極少數情況下也會產生某些微小的化學反應,較典型的反應產物為硫酸鋁(Al2(SiO4)3)或硫酸鋁水化物。一般來說,這種反應不會造成纖維的損毀。事實上,金屬鉚固件的腐蝕是需要特別關注的。應當采用瀝青涂層或不銹鋼膜以保護金屬鉚固件,或確保金屬鉚固件所處溫度高于硫酸的露點溫度,一般為121~177℃。硅酸鋁纖維在鐵(Fe) 和硫酸(H2S04) 共存的情況下,會產生氧化鐵-氧化鋁-氧化硅復合硫酸鹽,這種化合物將會“溶解”鉚固件和爐殼,使鉚固件變成類似灰色巖石狀的物質。通常情況下,纖維與硫接觸后會變黃,一般認為硫在纖維表面的沉積會對在980℃左右的纖維結晶過程產生影響。

硅酸鋁陶瓷纖維毯
硅酸鋁陶瓷纖維毯

硫與硅酸鋁纖維的反應,一般以不連續狀分布于纖維襯表面,這種反應被認為使得纖維表面形成均勻粉化層,在機械力(如振動)或氣流沖刷的情況下,導致纖維襯熱面爐襯材料的脫落。這些從熱面逐漸損失的材料將使得新表面暴露出來,新的表面很容易被進一步侵蝕,從而使前述反應過程自我重復。只有在長時間使用后,這些反應才會對爐襯整體產生實質性破壞。對于層鋪結構的纖維襯來說,定期更換處于熱面的纖維毯可能是必須的。如采用的是纖維組件,則可考慮在纖維表面噴一層陶瓷涂層材料。

(4)堿侵蝕。堿對硅酸鋁纖維的侵蝕被認為主要取決于時間和溫度兩個因素。堿金屬與纖維反應形成低熔化合物使纖維產生收縮或燒結,最終導致纖維襯的損毀?;瘜W物質如V203、SO3等的存在會加快這種損毀行為,更早地導致爐襯損壞。堿侵蝕一般出現在纖維襯的熱表面,反應后形成硬殼或“渣”層。隨著反應的深入,纖維表層被破壞而失去作用,新的表面暴露后又開始承受持續的化學侵蝕。

(5) 其他酸侵蝕。硅酸鋁纖維一般被認為對鹽酸(HCl)、醋酸(CH3COOH)和硝酸具有良好的抵抗性能,低溫下能抵抗磷酸的侵蝕。然而,當高溫下磷酸鋁形成時,纖維會產生明顯的收縮。在溫度高于540℃的情況下,盡量避免硅酸鋁纖維與磷酸接觸。