CN104004984B - 一种提高锅炉受热面涂层耐磨防腐性能的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高锅炉受热面防腐耐磨涂层的方法，采用喷丸工艺对金属涂层或金属陶瓷涂层进喷丸处理以获得致密的涂层，降低孔隙率，降低腐蚀性气氛的渗透率，提高涂层的结合强度、抗腐蚀及抗磨损性能。具体步骤如下：采用压缩气体对喷涂了涂层的锅炉受热面进行清灰处理，保持涂层表面的清洁。采用钢丸通过喷砂机对涂层表面进行预喷丸处理，去除表面因喷涂过程中雾化效果差而造成的弱结合大颗粒；通过喷砂机对涂层表面进行喷丸处理，对涂层进行致密化；本发明喷涂方法具有工艺简单、性能提高显著等特点。通过本发明处理后的金属涂层或金属陶瓷涂层与传统电弧喷涂涂层相比具有更低的空隙率、更高的结合强度，涂层的防腐耐磨性能得到提高。

Description

一种提高锅炉受热面涂层耐磨防腐性能的方法

技术领域

本发明涉及锅炉受热面耐磨防腐涂层技术领域，具体涉及一种提高锅炉受热面耐磨防腐涂层性能的方法。

背景技术

燃煤电厂锅炉所用的燃料主要是煤，炉膛中的烟气和飞灰中的有害成份会与锅炉管金属发生化学反应，产生腐蚀，使管壁变薄，强度降低。在炉膛火焰中，矿物质中的钠挥发、升华，非挥发性硅酸铝中的钾通过置换反应，被释放出来，钠、钾与烟气中SO₃反应生成硫酸钠和硫酸钾凝结在管壁上。冷凝在管壁上的碱金属氧化物与周围烟气中的SO₃气体发生反应生成硫酸盐。随着时间的延长，硫酸盐层增厚，热阻加大，表面温度升高，灰渣融化，硫酸盐融化时会放出SO₃，SO₃会穿过疏松的渣层向内扩散与金属保护膜Fe₂O₃发生反应生成(Na或K)₃Fe(SO4)₃，与铁反应产生高温硫酸盐腐蚀。碱金属硫酸盐的熔点低，在通常壁温下呈熔融状态。若在灰渣附着层中存在焦硫酸盐时会形成反应速度更快的硫酸盐腐蚀。硫酸盐腐蚀是导致锅炉受热面过热器、再热器管腐蚀的重要原因。除了高温硫酸盐腐蚀，在还原气氛中，还会发生高温硫化腐蚀。在还原性氛围，硫分很高，金属与硫反应从而造成硫化腐蚀，常见于水冷壁管表面。另一方面，燃烧产生的烟气中携带的飞灰颗粒将对受热面金属壁面产生冲击以及切削作用，形成受热面磨损。锅炉受热面的磨损主要有以下四种形式：冲击磨损、切削磨损、接触疲劳磨损、综合磨损。

近年来，由于电煤供应趋于紧张，劣质燃煤的掺烧比例不断加大，燃烧劣质煤使锅炉“四管”(水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管)遭受腐蚀、冲蚀磨损、积灰和结渣等一系列严重问题。不少锅炉运行较短时间就发生因锅炉受热面腐蚀、磨损导致爆管而停炉。磨损与腐蚀使锅炉管发生失效破坏，引起锅炉严重的安全问题。

国内外的一些大型表面涂层技术公司开发了各种抗高温硫化腐蚀的涂层。美国TAFA公司研制了牌号为45CT(Ni43Cr1Ti)的材料作为锅炉管高温含硫气氛中的耐蚀防护涂层，该涂层除了具有抗硫化腐蚀性能外还具有良好的抗磨损性能。英国在80年代也开始进行热喷涂涂层防治锅炉管的冲蚀和受热面腐蚀的小规模工业实验，采用等离子喷75Cr₃C₂/CrNi作为受热面耐腐蚀防护涂层。瑞典综合运用电弧+火焰丝材喷涂技术在80年代中期先后对过热器管道喷涂Kantlal M(Fe22Cr6A1)合金，其耐高温硫酸盐腐蚀和抗冲蚀性能优于Metco(Fe27.5Cr6Al)多层涂层。国内也有采用电弧喷涂高铬NiCr丝材等，在一定程度上降低了锅炉受热面的磨损程度。清华大学机械工程系开发的一种耐腐蚀及冲蚀磨损的双层涂层，里层为燃烧电弧喷涂的镍铬合金625涂层(Ni21Cr9Mo3.5Nb层)，厚400～470μm，在高硫及高氯环境中具有良好的耐蚀性；外层是高速火焰喷涂的CRC—269涂层(Cr₃C₂/TiC-25NiCr层)，厚120μm，具有良好的冲蚀磨损性能，高速电弧喷涂FeCrAl涂层和高镍铬合金涂层也具有较高耐高温腐蚀性能和磨损性能，获得一些应用。从以上国内外的应用情况可以发现，目前在燃煤机组锅炉受热面广泛采用的抗腐蚀磨损材料主要以高Cr材料为主，通过Cr在高温下形成的氧化膜来进行提高锅炉受热面的防腐耐磨性能。广泛采用的工艺技术为电弧喷涂。

目前广泛采用的锅炉受热面防腐耐磨涂层的制备方法为电弧喷涂，这种喷涂工艺制备的涂层内部含有大量缺陷，包括孔隙、裂纹，由于锅炉炉膛中的腐蚀介质通常以气体或蒸汽的方式存在，容易通过涂层表层和内部的孔隙和裂纹渗透至涂层与基体界面，使界面以及涂层内部发生腐蚀，导致涂层脱落。目前广泛采用的是涂刷有机封孔剂，将孔隙和裂纹进行封堵；封孔剂以环氧树脂为主，在锅炉炉膛的高温环境中，容易分解，同时其抗磨损性能较低，在服役过程中不能起到良好的封堵防护作用。

因此，为提高燃用高硫煤机组锅炉受热面防腐耐磨涂层的性能，需要一种提高涂层致密度的方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高锅炉受热面耐磨防腐涂层性能的方法，尤其是燃用高硫煤的锅炉，具有工艺简单且提高涂层致密度及性能的特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种提高锅炉受热面耐磨防腐涂层性能的方法，包括如下步骤：

步骤1：采用压缩气体对喷涂了涂层的锅炉受热面进行清灰处理，保持涂层表面的清洁；

步骤2：采用直径为0.5-1mm的钢丸，通过喷砂机对涂层表面进行预喷丸处理，气体流量控制在200-800SLM，压力控制在0.1-0.3MPa；此时喷丸的目的为去除涂层表面因喷涂过程中雾化效果差而造成的弱结合大颗粒；

步骤3：采用直径为0.1-0.3mm的钢丸和6-8mm的喷嘴，通过喷砂机对涂层表面进行喷丸处理，气体流量控制在1500-4000SLM，压力控制在0.5-0.8MPa；此时喷丸的目的为对涂层进行致密化；喷丸过程中喷枪行走速度为50-300mm/s；

步骤2和步骤3所述的喷丸过程在涂层喷涂完毕后，表面温度降至低于60℃之前进行，否则通过高能火焰枪加热至高于60℃度后再进行喷丸。

所述的钢丸为球形或近球形，当为近球形时，其中短轴与长轴之比小于0.8的椭圆形或破裂的钢丸含量总和不超过钢丸总含量的0.8％。

所述方法应用的涂层为金属涂层或金属陶瓷涂层，若为金属陶瓷涂层，则金属陶瓷涂层中的陶瓷相含量不应超过总含量的50％。

本发明和现有封孔技术相比，具有如下优点：

1、本发明采用的喷丸对涂层的整体致密度提高显著，在提高致密度的同时也提高了涂层的结合强度、抗腐蚀和磨损性能。

2、本发明方法对涂层处理后，在高温环境中涂层的组织结构不发生变化。

3、本发明方法过程简单，操作灵活，适合现场以及车间内施工。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明作进一步详细说明。

采用电弧喷涂在20g钢表面喷涂45CT涂层，涂层厚度0.28mm，喷涂完成后，通过金相分析，孔隙率为2.47％。通过拉伸测试平均结合强度为51.3±7.4MPa。在700℃，O₂-1.5％(SO₂+SO₃)气氛中，表面存在(0.9Na,0.1K)₂SO₄盐膜条件下经腐蚀100h后，单位面积失重率为9.24mg/cm²。经过45g，100M棕刚玉90°冲蚀测试，涂层平均失重为0.0376±0.0012g，涂层表面存在喷涂过程中因液滴雾化效果差而产生的粗糙表面。采用平均直径为0.63mm的钢丸进行预喷丸，喷丸气体压力为0.3MPa，气体流量为800SLM/min，喷丸机构为射吸式喷枪，对表面经过预喷丸去除弱结合凝固液滴后，采用平均直径为0.21mm的钢丸，对涂层表面进行喷丸，喷丸压力为0.75MPa，气体流量为2800SLM。喷丸后，经检测，涂层孔隙率为0.73％，拉伸法测试结合强度为67.9±9.1MPa。在700℃，O₂-1.5％(SO₂+SO₃)气氛中，表面存在(0.9Na,0.1K)₂SO₄盐膜条件下经腐蚀100h后，单位面积失重率为2.97mg/cm²。经过45g，100M棕刚玉90°冲蚀测试，涂层平均失重为0.0129±0.0007g。通过本实施例对比结果，可以看出，采用本发明方法处理后的涂层与喷丸前相比，其抗冲蚀、高温硫酸盐腐蚀性能均得到提高。

Claims (3)

1.一种提高锅炉受热面耐磨防腐涂层性能的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：采用压缩气体对喷涂了涂层的锅炉受热面进行清灰处理，保持涂层表面的清洁；

步骤2：采用直径为0.5-1mm的钢丸，通过喷砂机对涂层表面进行预喷丸处理，气体流量控制在200-800SLM，压力控制在0.1-0.3MPa；

步骤3：采用直径为0.1-0.3mm的钢丸和6-8mm的喷嘴，通过喷砂机对涂层表面进行喷丸处理，气体流量控制在1500-4000SLM，压力控制在0.5-0.8MPa；喷丸过程中喷枪行走速度为50-300mm/s；

步骤2和步骤3所述的喷丸过程在涂层喷涂完毕后，表面温度降至低于60℃之前进行，否则通过高能火焰枪加热至高于60℃度后再进行喷丸。

2.根据权利要求1所述的一种提高锅炉受热面耐磨防腐涂层性能的方法，其特征在于：所述的钢丸为球形或近球形，当为近球形时，其中短轴与长轴之比小于0.8的椭圆形或破裂的钢丸含量总和不超过钢丸总含量的0.8％。

3.根据权利要求1所述的一种提高锅炉受热面耐磨防腐涂层性能的方法，其特征在于：所述方法应用的涂层为金属涂层或金属陶瓷涂层，若为金属陶瓷涂层，则金属陶瓷涂层中的陶瓷相含量不应超过总含量的50％。