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隨著工(gōng)業生產的迅速發展,社(shè)會對環境保護的要求不斷提高。電除塵(chén)器作為一種治理大氣粉塵汙染的設備,已廣泛應用於工業生產。
電除塵器所處(chù)的工作環境通常較為惡劣,服役一段時間後除塵效果明顯下降。某廠電除塵器中使用的極線是鋸齒線(結構如圖1所示),服役2年後電除塵器極線(xiàn)發生嚴(yán)重的氧(yǎng)化(huà)腐蝕,腐蝕產物大量剝落(luò),極線變(biàn)薄(báo)失效。據了解,該極(jí)線所處的工作環境為煤氣、CO2、O2、氧化(huà)鐵粉塵等(děng),溫度(dù)為150℃以上。

圖1 電除塵器極線(xiàn)結構示意圖
試驗方法
1
宏觀檢查
宏觀檢查發現,電除塵器極線發生(shēng)嚴重的氧化腐蝕,呈深(shēn)褐色和紅棕(zōng)色,腐(fǔ)蝕產物剝落(見圖2),極(jí)線的寬度、齒(chǐ)高和厚度發生明顯變化。

圖2 電除塵器極線宏(hóng)觀形貌
2
材(cái)質分析
電除塵器極線的化學成分分析結果表明,該極線的成分(fèn)符合德(dé)國DIN標準對耐熱鋼X10CrAl7的要求(見表1)。
表1 極線的化學成分分析結(jié)果和X10CrAl7的成分標準

3腐蝕產物(wù)分(fèn)析
將(jiāng)電(diàn)除塵器極線截麵拋光處(chù)理後在(zài)掃描(miáo)電鏡下觀察發現,極線表麵存在(zài)氧(yǎng)化腐蝕層,厚度約(yuē)為0.030mm。另外還有一條向內部擴展的裂紋,深度約為0.060mm。
對級線上的腐蝕產物進行能譜分析,分析位置和結果如圖3和表2所示。能譜(pǔ)分析結果表明,氧化腐蝕層中存在氧、氯等氧化腐蝕性元素。
元素的麵掃描分(fèn)析結果如圖4所示,由結果可見:裂紋(wén)中富集氧元(yuán)素;緊靠基體表麵主要含鉻、鐵的氧化物,相對較均勻;外麵一層富集氯、鉀元(yuán)素;好表麵存在分布不連續的(de)含鉻、鐵氧化物(見圖4)。
表(biǎo)2 電除塵器極線表麵氧化腐(fǔ)蝕處的能譜成分分析結果





圖3能譜分析位置示意圖
(a)分析部位3;(b)分析(xī)部位4;(c)分析(xī)部位5






圖4 電除塵器極線截麵的元素麵分布
(a)電子像;(b)氧元素麵分布;(c)鉻元素麵分布;
(d)鐵元素麵分布;(e)氯元素麵分布;(f)鉀元素麵分(fèn)布
4金相檢驗
金(jīn)相檢驗結果發現,電(diàn)除塵器極線中的非金屬夾雜物含量為:A0,B0,C0,D2;顯微組織為奧氏體,奧氏(shì)體晶粒粗大(大於1級);極線表麵存在沿奧氏體(tǐ)晶界向內(nèi)擴展的裂紋。

圖5 極線截麵拋光態形貌

圖6 極線截麵腐蝕態形貌
分析與討論
一般來說,奧氏體晶粒在較高溫度下會長大,由於晶粒長大,晶(jīng)界也變得相對較粗大。從(cóng)實驗結果來看,電除塵器極線服役現場(chǎng)的溫度可能相當高。
失效的電除塵器極線所使用的材料為X10CrAl7耐熱不鏽(xiù)鋼,含鉻不鏽鋼的(de)氧化是首(shǒu)先在金屬表麵生成較致密的Fe(Fe2-x)CrxO4,然後在外層形成Fe3O4和Fe2O3。隨(suí)著氧化腐蝕層厚度的增加,腐蝕介質擴散(傳送)到(dào)金屬(shǔ)表麵和腐(fǔ)蝕產物朝(cháo)相反方向的擴散(sàn)比(bǐ)較困(kùn)難,引起腐蝕作用的阻(zǔ)滯。
但是(shì),由於電除塵(chén)器極線的氧化腐(fǔ)蝕產物中存在Cl元(yuán)素,而Cl-會破壞腐蝕產物膜在(zài)試樣表麵的覆蓋,加速活性區金屬溶解,同時釋放出(chū)氣態的氯。釋(shì)放出的氣態氯能擴散到氧勢較低的氧化膜-基體界麵處,與基體反應生(shēng)成易揮發(fā)的金屬(shǔ)氯化物。
在通過氧(yǎng)化膜內的缺陷向外擴散的過(guò)程中,該氯(lǜ)化物隨氧(yǎng)勢的升高又重(chóng)新向氧化(huà)物轉變(biàn),這種轉變會在氧化膜(mó)內產(chǎn)生應力,破(pò)壞氧化膜的致密性及與基體的黏附性,進(jìn)一步的加速腐蝕。氯化物向氧化物轉變時釋(shì)放出的部分Cl2將重新返回到基體表麵繼續參與反應,直到氯鹽被消耗盡。
在此過程中,Cl2起到一種自催化作用,因而電(diàn)除塵器極線外層的氧化產物遭到嚴重破壞,造成氧化(huà)皮剝落,而內層較(jiào)致密的氧化膜尚未受到破壞,這時腐蝕阻滯作用降低,氧化腐(fǔ)蝕速度加快(kuài),結果導致電除塵器(qì)極線不斷變薄。
結 論
1.氯離子對氧化腐蝕產物造成破壞,降低腐蝕的阻(zǔ)滯作用,加(jiā)快氧化腐蝕速度,結果導致電除塵器(qì)極線表麵發生嚴重的氧化腐蝕,極線不斷變薄。
2.極線材料中的奧氏體晶粒長大,晶界也相對較粗,在氧化腐蝕氣氛中容(róng)易發生開裂。
措施與建議
1.查明電除塵器(qì)現場環境中氯離子的來源,采取合適的措施排除(chú)或控製氯離子的(de)破壞作用,延長極(jí)線的使用壽命。
2.鉻鋼(gāng)中的含鉻量在4~6%(質量(liàng)分數,下同)時(shí),其在空氣中的耐熱溫度高為650℃,而要耐1050~1100℃的高溫,鉻含量則需(xū)要達到27%,因(yīn)此需要了解實(shí)際工況(kuàng)溫度,選擇合適的極線材(cái)料(liào)。
3.Fe—Cr合金經預氧化處理,其表麵會生成一層致(zhì)密(mì)的(de)Cr2O3氧化膜(mó),能(néng)明顯改善(shàn)抗高溫氧化性能,因此可考慮對電除塵器(qì)極線采用(yòng)預氧化處理,延緩其氧化腐(fǔ)蝕進程。

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