1800℃耐火磚 軍艦動力的「護心鏡」

原標題：1800℃耐火磚 軍艦動力的「護心鏡」

國產航母001A採用4台國產蒸汽輪機作為動力系統，蒸汽輪機動力來源於鍋爐，鍋爐燒的好，戰艦才有好的戰鬥能力，而耐火磚是鍋爐保持戰鬥力的重要組成部分。

（艦艇蒸汽輪機主動力裝置工作原理圖：1. 鍋爐2．過熱器 3．主蒸汽管路 4．高壓汽輪機 5．低壓汽輪機 6．減速齒輪 7．螺旋槳 8．冷凝器 9．冷卻水循環泵 10．凝水泵 11．給水泵 12．給水預熱器；其中鍋爐產生的高溫高壓蒸汽通過蒸汽輪機的渦輪傳動系統，帶動螺旋槳旋轉，推動艦艇運動。蒸汽在高、低壓蒸汽輪機中作功後，排入冷凝器凝結成水，經給水泵回到鍋爐中，形成一個閉式的汽水循環。）

爐溫1800℃

艦用燃油鍋爐使用比普通的高溫工業更加嚴苛的軍用耐火磚。鍋爐產生蒸汽，到輪機渦輪轉動輸出功，完成整個循環的過程，被稱為郎肯循環，這種循環效率的提高需要，升高進氣口蒸汽溫度或者降低排氣口溫度兩點來保證；排氣口溫度的降低依靠冷凝器實現，對於熱機效率提升可操作空間有限，所以主要靠儘可能的提高蒸汽壓力和溫度來保證高的效率。這就對耐火磚有很高的要求。

（郎肯熱力循環）

大型水面艦艇一般採用重油作為燃料，燃料持續燃燒後，爐內溫度超過1800℃，有時甚至高達兩千度。爐內燃燒產生的熱量通過傳導、輻射和對流的方式將鍋爐內的水加熱變成高溫高壓的蒸汽。既要保證爐內穩定高溫來保證輪機的效率，又要讓爐內高溫不往外蔓延破壞鍋爐壁，艦船鍋爐的耐火磚厚度不過10厘米左右，但要保證迎火面的溫度接近2000℃的情況下，背火面的溫度低於300℃，不然鍋爐的鋼鐵外殼就可能發軟變形，鍋爐就會報廢甚至爆炸，因此耐火裝也被成為軍艦動力的「護心鏡」。

耐火磚的中國配方

耐火磚是這一保障體系中的重要一環。耐火磚是一種常見的定型耐火材料，是高溫工業中必不可少的基礎材料。高溫工業使用中要求耐火磚的耐火溫度不低於1580℃，而耐火磚之所以能夠承受如此高溫而不失效則主要是因為生產耐火磚的原料和工藝決定的。耐火磚是一類無機非金屬材料，生產製造所用原料一般是天然礦石，本身耐火度就很高，如鋁礬土（主要成分氧化鋁）、硅石（主要成分二氧化硅）、菱鎂礦（主要成分氧化鎂）等。

（耐火磚）

決定耐火磚品質的首要是其化學配方，決定了材料的耐高溫抵抗能力；其次是其燒結後的緻密性，緻密性好的耐火磚有強度高的特點，能夠被用於存在極端機械應力、化學應力及熱應力的使用環境，但其導熱性也強，保溫效果不好。當耐火磚的使用溫度超過其極限之後，就可能會產生變形，而使用環境中的應力、振動等也會引起其破壞。

中國在耐火材料原料選擇上，因為菱鎂礦、鋁硅系方面儲量豐富，以著名耐火材料專家鍾香崇院士為首的研究人員，根據中國資源特點，開發了具有中國特色的鎂鋁耐火磚和高鋁耐火磚，在平爐、電爐、高爐有廣泛應用，處於當時的世界領先地位。

鍋爐由燃燒設備、燃燒室爐膛及煙道組成。燃燒室和煙道則通過爐牆圍成，是鍋爐本體的重要組成部分，爐牆的內側受到火焰的高溫輻射，就只能通過耐高溫的耐火磚來砌成。而爐膛的耐火磚一旦受損坍塌，其外的保溫層和鍋爐外殼就無法承受高溫而被破壞，就會使得戰艦喪失全部動力。不管是使用蒸汽或是核動力，都需要良好質量的耐火磚。

（D型鍋爐結構和爐膛內壁結構）

耐火磚的納米小孔

以往我軍艦用鍋爐採用硅酸鋁質耐火纖維材料，耐火磚遇到衝擊和振動會發生坍塌，而且耐火溫度有限，工作壽命短，需要頻繁更換，影響了艦艇機動性和在航率的同時，也產生大量維修成本。

為研製高性能耐火磚，避免了重點武器裝備受制於人。海軍工程大學的楊自春團隊，採用了新型陶瓷複合材料作為新的解決方案，其中加入了20多種其他材料，以保證耐火磚具備耐熱性好、使用壽命長的特點的同時，還具備相當的強度和韌性。

雖然陶瓷材料雖然耐熱性好，但傳熱性能也好，很難做到耐火的同時隔熱。傳統的做法是在耐火磚中造孔，因為空氣是熱的不良導體，通過在材料中做出大量微孔的結構來實現隔熱。以往的研究中認為孔結構越大、氣孔密度越大的材料，隔熱效果越好。但楊自春研究中卻發現一定範圍內氣孔直徑小的比直徑大的隔熱效果好，並以此做出的納米孔超級絕熱材料在常溫和設定的溫度下有比空氣更低的絕熱係數。

（多孔材料優異的隔熱性能）

隨著中國工業發展水平不斷提高，對耐火材料的需求越來越大，在市場需求的拉動下，中國耐火材料工業發展迅速，生產工藝技術和裝備水平不斷提升，如今中國的耐火材料質量與品種都得到很大的提高與發展，耐火材料技術水平也在迅速接近國際先進水平，耐火材料產量和出口量都穩居世界第一。

來源：了不起的中國製造

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