CN110923512A - 一种抗高温腐蚀的合金机芯、生产工艺及电磁加热回转窑 - Google Patents

一种抗高温腐蚀的合金机芯、生产工艺及电磁加热回转窑 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗高温腐蚀的合金机芯、生产工艺及电磁加热回转窑，属于回转窑技术领域。包括机芯管，机芯管的组份按重量计：10～30份的铬、30～60份的镍、10～18份的钼、2～8份的钨、5～15份的铁、0.5～2.0份的混合稀土RE和0.5～2.0份的硅，其中，混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.3～6.8％铈、8.3～8.8％钕、5.2～5.5％钷、6.0～6.3％钐、余量为镧，进而制得机芯管，在机芯管内表面上熔覆抗元素贫化阻隔层的涂层进一步提高机芯的抗高温腐蚀的性能，实现较长使用寿命和轻量化设计，从而使电磁加热回转窑具有更大范围角度和转速的调节能力。

Description

一种抗高温腐蚀的合金机芯、生产工艺及电磁加热回转窑
技术领域
本发明属于回转窑的技术领域，具体的涉及一种抗高温腐蚀的合金机芯、生产工艺及电磁加热回转窑。
背景技术
对冶金尘泥中重金属元素及有害元素的分离回收利用，通常采用回转窑来处理。冶金尘泥在回转窑内焙烧，并发生高温氯化还原反应，使其中的重金属元素及有害元素反应生成易升华的氯化物或单质气体，与冶金尘泥本体分离，进入尾气排出，实现分离回收。现有回转窑大多使用普通钢材料作为外壳层，在外壳层内壁上堆砌耐火砖形成窑体，冶金尘泥在窑体内完成高温氯化反应，实现冶金尘泥本体与重金属元素及有害元素的分离、回收利用。此类回转窑重量较大，高达200-600吨位，配套使用的传动电机和支撑装置的成本也随之加大，全套设备系统成本高达上亿元人民币。同时由于耐火砖长期处于超过1000-1200℃的高温和腐蚀性环境下工作，耐火砖在经过持续使用，大多数在3-6个月后，在表面易出现结块现象严重影响冶金尘泥的分离、回收流程，往往需要重新堆砌耐火砖，回转窑才能正常实现良好地运行，此类维修时间将多达半月甚至1月，停产维修对用户造成巨大的直接经济损失。
发明内容
本发明所要解决现有技术中的不足，故此提出一种抗高温腐蚀的合金机芯、生产工艺及电磁加热回转窑，耐高温腐蚀实现较长使用寿命和轻量化设计，还具有更大范围角度和转速的调节能力。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案：
一种抗高温腐蚀的合金机芯，包括机芯管，所述机芯管的材质组份包括按(重量计)：10～30份的铬、30～60份的镍、10～18份的钼、2～8份的钨、5～15份的铁、0.5～2.0份的混合稀土RE和0.5～2.0份的硅，其中，混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.3～6.8％铈、8.3～8.8％钕、5.2～5.5％钷、6.0～6.3％钐、余量为镧。
进一步的，所述机芯的原料包括按重量计的组份：18份的铬、48份的镍、13份的钼、7份的钨、12份的铁、1.5份的混合稀土RE和0.5份的硅，其中，所述混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.3％铈、8.4％钕、5.5％钷、6.2％钐、余量为镧。
进一步的，所述机芯的原料包括按重量计的组份：27份的铬、43份的镍、10份的钼、4份的钨、14份的铁、0.8份的混合稀土RE和1.2份的硅，其中，所述混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.5％铈、8.8％钕、5.3％钷、6.3％钐、余量为镧。
进一步的，所述机芯的原料包括按重量计的组份：12份的铬、56份的镍、16份的钼、8份的钨、6份的铁、1.0份的混合稀土RE和1.0份的硅，其中，所述混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.8％铈、8.2％钕、5.2％钷、6.0％钐、余量为镧。
本发明还公开了一种抗高温腐蚀的合金机芯的生产工艺，包括以下步骤，
S1、机芯管制作：将所有机芯原料按比例混合后冶炼，并经过离心浇铸方式铸造成型，随后进行固溶热处理：1150℃-1200℃持续3.5h至5h，后水淬，使组织成为单相固溶体达到组织均匀化，后自然冷却至室温得到机芯管，机芯管的内表面经机械加工至光整；
S2、熔覆抗元素贫化阻隔层：将抗元素贫化阻隔层粉末混合均匀并至熔融，后经均匀喷射至机芯管内表面，熔融的抗元素贫化阻隔层与机芯管的内表面熔合形成玻璃光泽的整体，待冷却至室温，再经修复表面至光整得到机芯。
进一步的，所述抗元素贫化阻隔层的厚度为0.1-1.0mm。
进一步的，所述抗元素贫化阻隔层的原料按重量百分比组成包括42％-63％的硅钡酸盐玻璃、33％-45％的和余量为黏土，其中黏土中至少含有30％三氧化二铝。
进一步的，所述抗元素贫化阻隔层的原料按重量百分比组成包括55％的硅钡酸盐玻璃、40％的三氧化二铬和5％的黏土，其中黏土中含有35％的三氧化二铝。
进一步的，所述抗元素贫化阻隔层的原料按重量百分比组成包括48％的硅钡酸盐玻璃、45％的三氧化二铬和7％的黏土，其中黏土中含有33％的三氧化二铝。
本发明还公开了一种基于抗高温腐蚀的合金机芯及生产工艺制得的电磁加热回转窑，包括多段抗高温腐蚀的机芯，所述机芯各段间为可拆卸连接，所述机芯的外侧设有绝热材料层，所述绝热材料层由内至外依次包括耐火红泥、纳米陶瓷隔热棉、耐热纤维带和耐热涂料，其中所述耐火红泥包括85％-88％的三氧化二铝、4.0％-5.0％的氧化钙、1.5％-2.0％的二氧化钛、1.0％-2.0％的三氧化二铁以及余量的二氧化硅。
与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：
本发明通过按比例配置机芯原料，根据合金化原理和各元素对抗腐蚀能的贡献进行成分调整得到提升抗高温下活化氯离子的侵蚀能力，形成一种既在高温下具有足够强度的高温强度，又具有良好的抗氧化性能以及极佳的抗活化氯离子侵蚀的特种合金材料，即为多元素(铬-镍-钼-钨-铁-硅)合金系机芯管，它对各种氧化性氯化物(氯化铁、氯化钙、氯化镁、氯化铅等)具有极好地耐腐蚀性。经权威测试单位测定，在沸腾的含37％氯化钠水溶液中腐蚀速度仅为0.620mm左右/年，并且还具有良好地力学性能，室温下，其抗拉强度可达1076MPa左右，延展率达38％左右，还有良好地高温强度：实验温度1200℃左右时，高温抗拉强度达47.1MPa左右，延展率达86.6％左右。为提高机芯使用寿命在内表层熔覆一层抗元素贫化阻隔层，利用涂层和机芯管在接触面形成较高地结合力，并有良好的耐热性、抗热腐蚀性和抗激冷激热、抗热振性，从而进一步改善机芯表层的元素贫化，使其具有较长地使用寿命，同时冶金尘泥不易于机芯内表层出现结块。通过利用此类机芯省去了大量的耐火材料进而将回转窑的质量大大降低至30-50吨位级别，使其安装和维修工作也会大大降低，配套的一系列设备成本也随之大大降低，也提高了回转窑的复杂工况下(倾斜角度、转速等)的可调节能力。采用多层不同材质的绝热材料组合的保温结构，利用界面热阻原理，最大程度的提高其保温效果。具体措施是在紧贴机芯管壁外涂一层耐热温度高的红泥，然后包扎上纳米陶瓷纤维绝热棉作为主要隔热层，然后在外面再包扎一层有较高强度的耐热纤维带，并刷上一层耐热涂料，烘干后形成有一定强度的硬壳，以提高绝热层的耐用性。通过生产实践的应用表明，这样的隔热保温措施，有效达到隔热保温的目的，在机芯温度长期保持在1150℃的工况下，保温层的外表面温度达到低于100℃的效果。与此同时，大幅度的降低了能耗，在机芯温度长期保持在1150℃的工况下，能耗比原用石棉保温时降低了45％。
附图说明
图1为为本发明具体配比及更性能参数表。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种抗高温腐蚀的合金机芯，包括机芯管，机芯管的原料包括按重量计的组份：10～30份的铬、30～60份的镍、10～18份的钼、2～8份的钨、5～15份的铁、0.5～2.0份的混合稀土RE和0.5～2.0份的硅，其中其中，混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.3～6.8％铈、8.3～8.8％钕、5.2～5.5％钷、6.0～6.3％钐、余量为镧。通过各组分混合后通过相应的熔炼加工，根据合金化原理和各元素对抗腐蚀能的贡献进行成分调整得到提升抗高温下活化氯离子的侵蚀能力，形成一种既在高温下具有足够强度的高温强度，又具有良好的抗氧化性能以及极佳的抗活化氯离子侵蚀的特种合金材料，即为多元素(铬-镍-钼-钨-铁-硅)合金系机芯管，它对各种氧化性氯化物(氯化铁、氯化钙、氯化镁、氯化铅等)具有极好地耐腐蚀性。
实施例1：
机芯的原料按重量计的组份具体包括：18份的铬、48份的镍、13份的钼、7份的钨、12份的铁、1.5份的混合稀土RE和0.5份的硅，其中，混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.3％铈、8.4％钕、5.5％钷、6.2％钐、余量为镧。经权威测试单位测定，在沸腾的含37％氯化钠水溶液中腐蚀速度仅为9.72mm/年，在93℃下的饱和氯气+20％氯化钠水溶液的腐蚀速度仅为0.628mm/年，并且还具有良好地力学性能，室温下，其抗拉强度可达1075.4MPa左右，延展率达37.9％左右，还有良好地高温强度：实验温度1200℃左右时，高温抗拉强度达47.4MPa左右，延展率达86.8％左右。
实施例2：
与实施例1不同的是，机芯的原料按重量计的组份具体包括27份的铬、43份的镍、10份的钼、4份的钨、14份的铁、0.8份的混合稀土RE和1.2份的硅，其中，混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.5％铈、8.8％钕、5.3％钷、6.3％钐、余量为镧。经权威测试单位测定，在沸腾的含37％氯化钠水溶液中腐蚀速度仅为9.61mm/年，在93℃下的饱和氯气+20％氯化钠水溶液的腐蚀速度仅为0.625mm/年，并且还具有良好地力学性能，室温下，其抗拉强度可达1078.1MPa，延展率达38.4％，还有良好地高温强度：实验温度1200℃左右时，高温抗拉强度达47.8MPa，延展率达87.2％。
实施例3：
与实施例1不同的是，机芯的原料按重量计的组份具体包括：12份的铬、56份的镍、16份的钼、8份的钨、6份的铁、1.0份的混合稀土RE和1.0份的硅，其中，混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.8％铈、8.2％钕、5.2％钷、6.0％钐、余量为镧。经权威测试单位测定，在沸腾的含37％氯化钠水溶液中腐蚀速度仅为9.61mm/年，在93℃下的饱和氯气+20％氯化钠水溶液的腐蚀速度仅为0.621mm/年，并且还具有良好地力学性能，室温下，其抗拉强度可达1081.7MPa左右，延展率达40.1％；还有良好地高温强度：实验温度1200℃左右时，高温抗拉强度达48.2MPa，延展率达87.9％。
实施例4：
一种抗高温腐蚀的合金机芯的生产工艺，包括以下步骤，
S1、机芯管制作：将所有机芯原料按比例混合后熔炼，并经过离心浇铸方法铸造成型，随后进行固溶热处理：1180℃持续4h，后水淬，使组织成为单向固溶体达到组织均匀化，后自然冷却至室温得到机芯管，再对机芯管的内表面经机械加工至光整；
S2、熔覆抗元素贫化阻隔层：将抗元素贫化阻隔层粉末混合均匀并至熔融，后经2.5m/s的转速且均匀喷射至机芯管内表面，熔融的抗元素贫化阻隔层与机芯管的内表面熔合形成玻璃光泽的整体(利用二者成份中的金属基有效地结合)，待冷却至室温，再经修复表面至光整得到机芯。
更为具体地方案，抗元素贫化阻隔层的厚度为0.1-1.0mm，优选地厚度为0.5mm。
更为具体地方案，抗元素贫化阻隔层的原料按重量百分比组成包括55％的硅钡酸盐玻璃、40％的三氧化二铬和5％的黏土，其中黏土中含有35％的三氧化二铝。利用涂层和机芯管在接触面形成较高地结合力，并有良好的耐热性、抗热腐蚀性和抗激冷激热、抗热振性，从而进一步改善机芯表层的元素贫化，相比不涂有涂层的机芯管的使用寿命大大提高了1/5左右，同时冶金尘泥不易于机芯内表层出现粘连结块。通过利用此类机芯省去了大量的耐火材料进而将回转窑的质量大幅度降低至30-50吨位级别，使其安装和维修工作也会大大降低，配套的一系列设备成本也随之大大降低，也提高了回转窑的复杂工况下的可调节(角度和转速)能力。
实施例5：
与实施例4不同的是，其中优选地方案，更为具体地组份配比为：抗元素贫化阻隔层的原料按重量百分比组成包括48％的硅钡酸盐玻璃、45％的三氧化二铬和7％的黏土，其中黏土中含有33％的三氧化二铝，结合力相对实施例4有所增强，良好的耐热性、抗热腐蚀性和抗激冷激热、抗热振性与实施例4达到的效果基本相同，但使用寿命相比未涂有涂层的寿命达到1/6左右。
实施例6：
一种基于抗高温腐蚀的合金机芯及生产工艺制得的电磁加热回转窑，包括多段抗高温腐蚀的机芯，机芯各段间的连接采用卡箍紧固的方式(即在机芯段的二端铸出二个法兰，采用高温合金锻制的半圆卡箍用螺栓紧固)，组装成的机芯组件放置在水冷托辊上，机芯的外侧设有绝热材料层，绝热材料层由内至外依次包括耐火红泥、纳米陶瓷隔热棉、耐热纤维带和耐热涂料，其中耐火红泥包括87％的三氧化二铝、4.5％的氧化钙、1.8的二氧化钛、1.7％的三氧化二铁以及余量的二氧化硅。
机芯隔热保温措施采用多层不同材质的绝热材料组合的保温结构，利用界面热阻原理，最大程度的提高其保温效果。具体措施是在紧贴机芯管壁外涂一层耐热温度高的红泥，然后包扎上纳米陶瓷纤维绝热棉作为主要隔热层，然后在外面再包扎一层有湖州德清生产的型号为奥卡AK-23的耐热纤维带，并刷上一层由北京志盛公司生产型号为ZS-1的耐热涂料，烘干后形成有一定强度的硬壳，以提高绝热层的耐用性。
通过生产实践的应用表明，这样的隔热保温措施，有效达到隔热保温的目的，在机芯温度长期保持在1150℃的工况下，保温层的外表面温度达到低于100℃的效果。与此同时，大幅度的降低了能耗，在机芯温度长期保持在1150℃的工况下，能耗比原用石棉保温时降低了45％。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
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 (10)

1.一种抗高温腐蚀的合金机芯，其特征在于，包括机芯管，所述机芯管的材质组份包括按(重量计)：10～30份的铬、30～60份的镍、10～18份的钼、2～8份的钨、5～15份的铁、0.5～2.0份的混合稀土RE和0.5～2.0份的硅，其中，混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.3～6.8％铈、8.3～8.8％钕、5.2～5.5％钷、6.0～6.3％钐、余量为镧。
2.根据权利要求1所述的一种抗高温腐蚀的合金机芯，其特征在于，所述机芯的原料包括按重量计的组份：18份的铬、48份的镍、13份的钼、7份的钨、12份的铁、1.5份的混合稀土RE和0.5份的硅，其中，所述混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.3％铈、8.4％钕、5.5％钷、6.2％钐、余量为镧。
3.根据权利要求1所述的一种抗高温腐蚀的合金机芯，其特征在于，所述机芯的原料包括按重量计的组份：27份的铬、43份的镍、10份的钼、4份的钨、14份的铁、0.8份的混合稀土RE和1.2份的硅，其中，所述混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.5％铈、8.8％钕、5.3％钷、6.3％钐、余量为镧。
4.根据权利要求1所述的一种抗高温腐蚀的合金机芯，其特征在于，所述机芯的原料包括按重量计的组份：12份的铬、56份的镍、16份的钼、8份的钨、6份的铁、1.0份的混合稀土RE和1.0份的硅，其中，所述混合稀土RE按重量百分比包含以下组分：6.8％铈、8.2％钕、5.2％钷、6.0％钐、余量为镧。
5.根据权利要求1所述的一种抗高温腐蚀的合金机芯的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤，
S1、机芯管制作：将所有机芯原料按比例混合后冶炼，并经过离心浇铸方式铸造成型，随后进行固溶热处理：1150℃-1200℃持续3.5h至5h，后水淬，使组织成为单相固溶体达到组织均匀化，后自然冷却至室温得到机芯管，机芯管的内表面经机械加工至光整；
S2、熔覆抗元素贫化阻隔层：将抗元素贫化阻隔层粉末混合均匀并至熔融，后经均匀喷射至机芯管内表面，熔融的抗元素贫化阻隔层与机芯管的内表面熔合形成玻璃光泽的整体，待冷却至室温，再经修复表面至光整得到机芯。
6.根据权利要求5所述的一种抗高温腐蚀的合金机芯的生产工艺，其特征在于，所述抗元素贫化阻隔层的厚度为0.1-1.0mm。
7.根据权利要求5或6任一项所述的一种抗高温腐蚀的合金机芯的生产工艺，其特征在于，所述抗元素贫化阻隔层的原料按重量百分比组成包括42％-63％的硅钡酸盐玻璃、33％-45％的三氧化二铬和余量为黏土，其中黏土中至少含有30％三氧化二铝。
8.根据权利要求7所述的一种抗高温腐蚀的合金机芯的生产工艺，其特征在于，所述抗元素贫化阻隔层的原料按重量百分比组成包括55％的硅钡酸盐玻璃、40％的三氧化二铬和5％的黏土，其中黏土中含有35％的三氧化二铝。
9.根据权利要求8所述的一种抗高温腐蚀的合金机芯的生产工艺，其特征在于，所述抗元素贫化阻隔层的原料按重量百分比组成包括48％的硅钡酸盐玻璃、45％的三氧化二铬和7％的黏土，其中黏土中含有33％的三氧化二铝。
10.一种基于抗高温腐蚀的合金机芯及生产工艺制得的电磁加热回转窑，其特征在于，包括多段抗高温腐蚀的机芯，所述机芯各段间为可拆卸连接，所述机芯的外侧设有绝热材料层，所述绝热材料层由内至外依次包括耐火红泥、纳米陶瓷隔热棉、耐热纤维带和耐热涂料，其中所述耐火红泥包括85％-88％的三氧化二铝、4.0％-5.0％的氧化钙、1.5％-2.0％的二氧化钛、1.0％-2.0％的三氧化二铁以及余量的二氧化硅。
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