Bốn dạng hỏng tấm ghi: nóng chảy bám xỉ, ôxy hóa bong lớp, nứt nhiệt và cháy thủng

Khi một mặt ghi sinh khối phải thay cả bộ tấm ghi trong chưa đầy một năm, người mua thường chỉ so giá, và đúng kiểu hỏng đó quay lại vào năm sau. Bốn dạng hư hỏng dưới đây trông rất giống nhau trên ảnh nhưng nguyên nhân hoàn toàn khác. Xác định đúng dạng mới biết nên đổi vật liệu, đổi cách phân bố gió, đổi nhiên liệu hay đổi cách vận hành.

1. Nóng chảy và bám xỉ

Đặc điểm là mất kim loại ở mặt trên, nhưng mất theo kiểu tròn nhẵn chứ không sần sùi: cạnh bị bo tròn, bề mặt có lớp men thủy tinh, trong rãnh có thể đọng chất màu nâu xanh. Cắt ngang tấm ghi loại này thấy ba lớp: lớp bám giàu kali và clo ở ngoài, lớp ôxít sắt xốp ở giữa, và lớp nền thiếu crôm bị ôxy hóa bên trong ở dưới.

Cơ chế không phải chỉ là quá nhiệt. Clo tạo clorua kim loại bay hơi tại mặt phân cách ôxít–kim loại, clorua đó bị ôxy hóa lại và nhả clo ra để tiếp tục phản ứng, nên màng ôxít bảo vệ không bao giờ khép kín. Đồng thời kali phản ứng với tro silica tạo kali silicat nóng chảy thấp, ở nhiệt độ làm việc của ghi tồn tại ở dạng lỏng hoặc bán lỏng, đóng vai trò chất trợ dung, hòa tan và xuyên qua màng ôxít. Cuối cùng xỉ nóng chảy bị dòng liệu cuốn đi. Rơm, rơm lúa mì, rơm lúa và buồng quả cọ đều thuộc nhóm này vì tro có nhiệt độ nóng chảy thấp. Bối cảnh xem ở bài nhiên liệu nào làm tấm ghi bị thiêu kết, kết xỉ.

Cách thay đổi kết quả: giữ nhiệt độ bề mặt tấm dưới nhiệt độ mềm của tro; dùng phân bố gió, tốc độ ghi và độ dày lớp liệu để khống chế vị trí vùng cháy chính; tăng crôm ở vị trí không thể tránh kết xỉ. Thêm gió không giải quyết được, vì vùng cục bộ nóng hơn và ôxy hóa mạnh hơn chỉ làm chuỗi phản ứng chạy nhanh hơn.

2. Ôxy hóa và bong lớp

Ở dạng này kim loại mất đều và thành lớp: từng vảy ôxít bong khỏi mặt, bề mặt có rỗ tổ ong, cả tiết diện mỏng đi chứ không có chỗ nào chảy lõm. Đây là hình thái của tấm chạy vượt trần nhiệt độ của mác trong thời gian dài, trong môi trường ôxy hóa.

Hệ gang có trần 1100℃ theo hệ tiêu chuẩn, và khi tính cả chu kỳ nhiệt thì giới hạn thực tế còn thấp hơn. Vượt qua đó, lớp ôxít lớn nhanh, bong ra, mọc lại, mỗi vòng ăn một lớp kim loại. Cùng nhiệt độ mà không khí dư càng cao thì càng nhanh, vì áp suất riêng phần ôxy ở bề mặt cao hơn; vòi đốt hoặc tia gió thổi thẳng vào tấm cũng gây hiệu ứng cục bộ tương tự.

Cách thay đổi kết quả: xác minh nhiệt độ bề mặt tấm chứ không phải nhiệt độ buồng lửa; hạ không khí dư về giới hạn cho phép của quá trình cháy; chọn mác có nhiệt độ làm việc cao hơn chế độ. Năm mác thường dùng và căn cứ nhiệt độ của từng mác được so sánh trong bài chọn mác theo nhiệt độ làm việc.

3. Nứt do nhiệt và mỏi nhiệt

Vết nứt chạy ngang tấm chứ không chạy dọc, thường bắt đầu ở chỗ tiết diện thay đổi, ở lỗ chốt, ở chân răng ăn khớp hoặc ở mép lỗ thông gió. Mạng nứt tế vi dày trên mặt nóng là giai đoạn đầu, nứt xuyên là giai đoạn cuối. Tấm bị nứt thường vẫn còn đủ chiều dày, và đây là điểm phân biệt với hai dạng trên.

Yếu tố chi phối là số lần và biên độ chu kỳ nhiệt, không phải nhiệt độ đỉnh. Khởi động và dừng máy nhiều, gió lạnh tràn vào tấm đang nóng khi dừng lò hoặc khi chạy non tải, làm mát bằng nước hoặc hơi bị ngắt quãng, lớp liệu lúc phủ lúc hở một vùng — tất cả đều tích lũy hư hỏng. Mặt có lỗ càng dễ hỏng hơn: mỗi mép lỗ là một điểm tập trung ứng suất và phần kim loại giữa các lỗ nóng hơn mặt xung quanh.

Cách thay đổi kết quả: giảm số lần khởi động dừng máy; sấy nóng trước khi khởi động lại; tránh sốc gió lạnh; chọn mác có hàm lượng niken cao hơn khi hỏng chủ yếu do nứt, vì niken tăng độ dẻo và khả năng chống mỏi nhiệt. Không hàn vá lặp lại trên tấm đã nứt: vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn chính là điểm khởi nứt tiếp theo.

4. Cháy thủng và điểm nóng cục bộ

Đặc điểm là một lỗ bị chảy hoặc bị dòng khí khoét thủng ở một vị trí, phần còn lại của tấm vẫn tốt. Vị trí đó gần như luôn là đường gió thoát tốc độ cao: khe giữa hai tấm rộng ra, mất tấm hoặc tấm xô lệch, làm kín bên hở, tấm bị vênh hất tấm bên cạnh, hoặc lỗ bố trí ngay trên vách ngăn khoang khiến toàn bộ gió của khoang đó đi qua một diện tích nhỏ.

Quá trình rất nhanh. Khi tia gió cục bộ hình thành, kim loại quanh đó mỏng đi trong vài tuần, khe càng rộng, gió thoát càng nhiều, rồi tấm hỏng. Đây là lỗi phân bố gió chứ không phải lỗi vật liệu, nên mác đắt hơn không chặn được.

Cách thay đổi kết quả: kiểm soát khe ở mỗi kỳ đại tu; thay tấm vênh hoặc xô lệch thay vì nắn lại; giữ làm kín bên luôn áp sát; đặt vị trí lỗ khớp với các khoang buồng gió. Danh mục đánh giá tấm đã quá hạn thay hay chưa xem ở bài làm sao biết tấm ghi cần thay.

5. Bảng phân biệt bốn dạng

Dạng hỏng	Vị trí xuất hiện	Kiểu mất kim loại	Nguyên nhân nhiều khả năng nhất	Cần thay đổi gì
Nóng chảy bám xỉ	Mặt trên vùng cháy chính, nặng nhất ở các hàng nóng nhất	Tròn nhẵn, bóng, có cặn thủy tinh trong rãnh	Tro nóng chảy thấp do kali và clo, bề mặt cao hơn nhiệt độ mềm của tro	Phân bố gió, tốc độ ghi, độ dày lớp liệu; tăng crôm ở vùng cháy chính
Ôxy hóa bong lớp	Toàn mặt nóng, khá đều dọc mặt ghi	Mỏng đều, ôxít thành lớp và rỗ	Nhiệt độ bề mặt vượt trần mác, không khí dư cao	Mác có nhiệt độ làm việc cao hơn, giảm không khí dư
Nứt do nhiệt	Chỗ đổi tiết diện, lỗ chốt, chân răng, mép lỗ	Gần như không mất kim loại trước khi hỏng	Quá nhiều chu kỳ nhiệt, sốc gió lạnh, tập trung ứng suất	Giảm chu kỳ, sấy nóng, mác nhiều niken, không hàn vá lặp lại
Cháy thủng	Một điểm, thường ở chỗ gió thoát	Một lỗ cục bộ, phần còn lại nguyên	Khe rộng ra, tấm xô lệch, làm kín hỏng, lỗ nằm trên vách ngăn khoang	Kiểm soát khe và làm kín, thay tấm biến dạng, bố trí lại lỗ

6. Vì sao đốt rơm không trụ nổi một năm

Ba tác động chồng lên nhau với rơm. Tro nhiên liệu giàu kali, clo và silic nên vừa ăn mòn mạnh vừa nóng chảy thấp. Vùng cháy chính nóng hơn hẳn vùng sấy và vùng cháy kiệt, nên cùng một mác dùng được ở đuôi ghi lại hỏng ở giữa. Than cốc từ rơm nhỏ và nhẹ, nên vận hành hay đi theo hướng lớp liệu mỏng và nhiều gió để giữ cháy, đúng là cách đẩy nhiệt độ bề mặt của mấy hàng nóng nhất lên cao hơn nữa.

Vì vậy cách làm thực tế thường không phải đổi vật liệu cho cả mặt ghi, mà chọn vật liệu theo vùng: giữ nguyên biên dạng và kích thước thiết kế, đưa các hàng vùng cháy chính sang thép đúc chịu nhiệt như Cr25Ni20 (310S), đưa nhiệt độ làm việc vượt trần 1100℃ của gang và có niken để chống mỏi nhiệt; vùng sấy và vùng cháy kiệt giữ mác rẻ hơn như Cr26Ni12 hoặc RTCr20. Dùng một mác cao cho cả bộ thì tiền đổ vào phần đuôi mà không thu được gì.

Một lưu ý: dùng mác khác nhau cho các hàng liền kề thì được, với điều kiện biên dạng, bước chia và chiều cao giống hệt nhau. Trộn hai kiểu hình học, hoặc trộn tấm có lỗ với tấm không lỗ để tiết kiệm, thì không, lý do xem ở bài tấm ghi có lỗ thông gió có lắp vừa ghi hiện hữu không.

7. Cần ghi lại gì trước lần đặt hàng sau

Chụp ảnh cả bộ lúc tháo ra, và đánh dấu vị trí từng tấm hỏng trên sơ đồ mặt ghi. Mỗi vùng đo chiều dày còn lại ở chỗ mỏng nhất của ba tấm. Ghi lại bộ này đã chạy bao nhiêu giờ và trong thời gian đó khởi động bao nhiêu lần. Ghi lại thành phần nhiên liệu cùng kỳ, gồm tỷ lệ rơm, độ ẩm và việc có đổi nhiên liệu ngay trước khi hỏng hay không. Bốn ghi chép này đủ để phân biệt bốn dạng trên mà không cần phòng thí nghiệm, và là căn cứ để nhà cung cấp báo mác chứ không chỉ báo giá.

Chúng tôi cung cấp tấm động, tấm tĩnh, làm kín bên và phụ tùng đi kèm cho ghi khứ hồi đốt sinh khối, hàng do nhà máy đối tác giao theo các mác nêu trên, kích thước và vật liệu đối chiếu theo bản vẽ hoặc theo mẫu đo.