CN110541137B - 感应重熔与喷射一体化制备垃圾焚烧发电锅炉管复合涂层的方法 - Google Patents

感应重熔与喷射一体化制备垃圾焚烧发电锅炉管复合涂层的方法 Download PDF

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Abstract

为解决锅炉四管面临的日益严重的高温腐蚀问题，本发明提供一种感应重熔与喷射一体化制备垃圾焚烧发电锅炉管复合涂层的方法，其利用温度可控的高频感应重熔过程中的宽频热区效应，即在管排刚移出高频线圈重熔区后但仍处于红热状态下，采用特殊结构的超音速等离子喷枪进行喷涂面层材料。由于高频感应重熔的高温既能使涂层密度达到最高，又能使双界面间材料得以双向充分扩散，再加上超音速等离子喷涂的高冲击能量的辅助作用，从而实现了近无界面涂层‑‑也就是扩散型冶金结合。

Description

感应重熔与喷射一体化制备垃圾焚烧发电锅炉管复合涂层的 方法
背景技术
随着国家发展新能源战略的加快实施，国内垃圾焚烧发电产业近年发展迅速。目前制约垃圾焚烧发电的技术发展的瓶颈问题就是锅炉四管由于高温腐蚀严重，爆管(管内的高压高温水及水蒸气喷出)现象频发。
而且，近年来国际癌症研究中心已将二噁英列为人类一级致癌物，为防止垃圾焚烧过程低温下二噁英二次污染的产生，新设计的生物质锅炉国家标准现在已把锅炉管排耐温要求提高到700℃，且使用寿命达到6年以上。此要求下，位于锅炉内最高温处的再热器管和过热器管烟气侧工作温度在800℃以上，进一步加重了管壁的剧烈腐蚀问题。
目前现有技术的解决办法是：一般只对水冷壁管排表面进行防护，对再热器管和过热器管有些直接使用TP347不锈钢，但是TP347不锈钢不仅成本居高不下，且耐温仍低于750℃。
从理论上说，如果使用高档不锈钢加厚管材，基本可以满足此要求，美国等少数发达国家正是这么做的，但价格昂贵不符合我国国情，仅少数重要的热力锅炉可以做到；如使用普通不锈钢如316L、310S等管材，在高温下的使用寿命比锅炉管专用钢如20G等稍长但很有限。
国内目前普遍通过在合金钢锅炉管受热面也称膜式壁表面，堆焊不锈钢或高温合金如625合金来提高其耐腐蚀性，延长管排的使用寿命。普通不锈钢的耐温低于500℃，625合金的最大问题是温度到达450℃将出现敏化现象，即只要超过此温度，该材料的耐腐蚀性能快速下降，一旦使用温度超过700℃其实际服役寿命只有设计寿命的50％，一般不超过三年。
由上可知，针对锅炉四管面临的日益严重的高温腐蚀问题，目前国内外的技术手段只能解决700℃以下的防护问题，而对高温腐蚀防护问题束手无策。显然，开发能耐700℃-1000℃的高温防腐涂层技术已迫在眉睫。
发明内容
为解决锅炉管由于高温腐蚀严重，爆管现象频发的技术问题，本发明提供一种感应重熔与喷射一体化制备垃圾焚烧发电锅炉管复合涂层，通过开发先进的高温涂层技术，提升了锅炉管的自身质量。
一种感应重熔与喷射一体化制备垃圾焚烧发电锅炉管复合涂层的技术方案如下：
首先:感应重熔与超音速制备高温复合涂层技术：
步骤1，在管表面用火焰喷涂的方法喷涂自熔合金(即以Ni、Cr、Mo、Ti、Fe、Cu、B、Si等元素为主的合金材料)制备底层；
步骤2，用高频感应重熔的方法对底层进行重熔，在重熔的过程中同时制备面层：
利用温度可控的高频感应重熔(约1000℃)过程中的宽频热区效应，即在管排刚移出高频线圈重熔区后但仍处于红热(约900℃)状态下，采用特殊结构的超音速等离子喷枪进行喷涂面层材料(氧化物陶瓷粉与金属陶瓷粉)，所谓特殊结构就是其送粉系统为双通道、双温区系统，即将氧化物陶瓷粉与金属陶瓷粉分别在各自的通道内加热到各自的熔点后再混合喷在底层表面。采用镍基自熔合金粉末做底层材料，采用金属陶瓷粉末做面层材料。
由于高频感应重熔的高温既能使涂层密度达到最高，又能使双界面间材料得以双向充分扩散，再加上超音速等离子喷涂的高冲击能量的辅助作用，从而实现了近无界面涂层--也就是扩散型冶金结合。
其中，涂层为底层(约0.5mm)和面层(约0.2mm)组成的复合涂层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
1、采用自熔合金-金属陶瓷材料配方体系
采用镍基自熔合金粉末做底层材料，采用金属陶瓷粉末做面层材料。
2、自动喷砂机对管排表面进行喷砂粗化处理。
3、火焰喷涂制备自熔合金底层。
4、高频感应熔覆工艺
确定高频感应熔覆的工艺参数：电源频率7-15KHZ,加热功率150-400KW,加热启动时间4-8秒，管排移动速度1.5-3.5mm/秒。
5、面层制备工艺
采用专用工装控制管排变形。确定超音速喷涂工艺参数：超音速等离子喷枪与高频感应线圈的距离200-800mm,喷枪与喷涂表面的距离90-180mm,喷枪与工件垂直线夹角25-45°,两把喷枪之间的夹角50-90°,喷枪扫描速度20-70m/分。
由于在超音速等离子喷涂过程中借助高频感应重熔余温的双重加热作用，所以涂层结合强度好，密度高，可实现涂层界面间的扩散型冶金结合；由于超音速等离子喷涂射流速度高，在感应重熔的基础上，晶粒细化致使涂层的塑性和韧性都较好；由于是利用高频感应重熔余温加热的同时进行超音速等离子喷涂，余温存续的时间较短，所以面层厚度仅为0.2mm。也正是由于涂层总厚度<0.7mm(底层0.5mm+面层0.2mm)，比传统堆焊(约1.5mm)或单纯重熔(约1mm)涂层减薄30％-50％，从而使涂层制备的总成本大大降低。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种感应重熔与喷射一体化制备垃圾焚烧发电锅炉管复合涂层的方法，其特征在于，利用感应重熔与超音速等离子喷涂一体化制备高温复合涂层；具体包括以下内容：
（1）、采用自熔合金-金属陶瓷材料配方体系；
采用镍基自熔合金粉末做底层材料，采用金属陶瓷粉末做面层材料；
（2）、自动喷砂机对管排表面进行喷砂粗化处理；
（3）、火焰喷涂制备自熔合金底层；
（4）、高频感应熔覆工艺；
确定高频感应熔覆的工艺参数：电源频率7-15KHz ,加热功率150-400kW ,加热启动时间4-8秒，管排移动速度1.5-3.5mm/秒；
（5）、面层制备工艺；
确定超音等离子速喷涂工艺参数：利用两把超音速等离子喷枪进行喷涂，且每个超音速等离子喷枪与高频感应线圈的距离为200-800mm,与喷涂表面的距离为90-180mm,与工件垂直线夹角为25-45°；其中所述两把超音速等离子喷枪之间的夹角50-90°,且每把超音速等离子喷枪的扫描速度为20-70m/分；
由于在超音速等离子喷涂过程中借助高频感应重熔余温的双重加热作用，所以涂层结合强度好，密度高，可实现涂层界面间的扩散型冶金结合；由于超音速等离子喷涂射流速度高，在感应重熔的基础上，晶粒细化致使涂层的塑性和韧性都较好；由于是利用高频感应重熔余温加热的同时进行超音速等离子喷涂，余温存续的时间较短，所以面层厚度仅为0.2mm，底层仅为0.5mm。
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