CN114032490B - 一种aod炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热喷涂材料，具体涉及一种AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，属于防腐抗磨材料技术领域。该丝材中的粉芯按质量百分比范围包括如下化学成分：Cr粉：20‑30%、Al2O3粉15‑18%、Mn粉：1.0‑2.0%、硅粉：12‑18%、Ni粉：3‑8%、Mo粉：3.0‑6.0%、B粉：6.0‑10.0%、稀土氧化物：0.8‑2.0%、Cr2O3：余量。本发明所制备涂层有极好的结合强度，外观细腻光滑，且具有高温防腐抗磨性能，是AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐专用电弧喷涂丝材，可大大提升AOD余热回收系统炉管抗高温应力腐蚀和氧化能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种热喷涂材料，具体涉及一种AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，属于防腐抗磨材料技术领域。
背景技术
AOD炉法（即氩氧脱碳法）是精炼不锈钢较先进的技术。因其具有设备简单、操作方便、适应性强、投资省、生产成本低等优点而被广泛采用，AOD工艺原理是“脱碳保铬”，整个冶炼过程大体分为氧化期和还原期。
具体工艺是将高炉铁水和中频炉上熔化的合金，经钢包注入AOD炉，冶炼时吹入O2、Ar或N2混合气体，对钢水脱碳，同时由加料系统加入还原剂、脱硫剂、铁合金或冷却剂等调整钢水成分和温度，冶炼出合格的不锈钢水供下个连铸工序。
AOD 精炼炉炉气一般采用完全燃烧方式，冶炼时产生的含 CO 的烟气在炉口与吸入的空气混合燃烧后，产生的烟气温度约为 1450 ℃其在吹氧冶炼期间，烟气量最大，烟气温度最高可以达到 1850 ℃。由于烟气温度高、烟温波动大、含尘量高，过去比较普遍的做法是采用水冷烟道对高温烟气进行降温，通过专用循环水冷却系统将高温烟气降低到250℃ 左右送入后续的布袋除尘器，这样烟气余热没有得到充分利用，浪费了大量的高温余热资源，于是大部分AOD生产单位都采用余热锅炉（汽化冷却锅炉）来回收大部分烟气余热。
目前主流AOD余热汽化冷却锅炉是选用列管式对流管束水管锅炉结构，换热面采用模块结构，具有传热能力大，传热效率高的特点。针对 AOD 炉烟气温度大幅波动及周期性、含尘量大、换热管周期性热胀冷缩的特征，换热管采用 Z 型、直段与倾斜段呈 30°布置的结构型式。烟气余热回收产生的蒸汽，驱动汽轮机发电，可有效降低炼钢精炼工序的生产成本，通常 AOD 炉吨钢可回收 2.45MPa、220℃的蒸汽 180～200kg。
AOD炉汽化冷却余热锅炉系统在运转的过程当中, 因为AOD炉生产有一定的周期性, 在短时间内会发生温度急剧的变化，一旦进行吹炼时, 汽化冷却锅炉烟道内部的热量负荷就会大幅度的上升, 导致管壁的整体温度上升，如果吹炼停止, 那么汽化冷却锅炉中的热量负荷整体就会下降, 从而管壁整体的介质温度也会下降。汽化冷却锅炉烟道在反复冷热的交替过程当中,烟道换热管内就会产生交变应力，时间一长将导致管道出现裂纹,严重时就会引起爆管， 使汽化冷却锅炉的寿命减少，还严重威胁着使用企业的安全生产。
锅炉烟道一些未热处理的焊缝的金属组织的晶粒较粗大,存在较高的应力,脆性增加,温度变化引起的交变应力对焊缝金属的作用，叠加烟道环境的高温氧化、烟气粉尘冲蚀，更容易使焊缝及管道产生裂纹，综合表现为材料高温腐蚀失效。
发明内容
本发明目的在于提供一种AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，本发明专用丝材所制备涂层有极好的结合强度且具有高温防腐性能和抗磨性能，可大大提升AOD炉汽化冷却锅炉换热管抗应力腐蚀和高温氧化、抗磨损能力。
电弧热喷涂技术是一种制备防腐抗磨涂层的有效方法。电弧喷涂具有快速加热、快速冷却并可以现场大面积施工、成本低、涂层性能稳定、结合强度高等特点，可广泛应用于锅炉炉管换热面防护领域，特别适用于现场检修过程中对汽化冷却锅炉烟道管束进行表面防护施工。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，该丝材中的粉芯按质量百分比范围包括如下化学成分：Cr粉：20-30%、Al2O3 粉15-18%、Mn粉：1.0-2.0%、硅粉：12-18%、Ni粉：3-8%、 Mo粉：3.0-6.0%、 B粉：6.0-10.0%、稀土氧化物：0.8-2.0%、Cr2O3：余量。
进一步的，所述Cr粉为超细铬粉，该Cr粉的颗粒平均粒度为5μm ，即D50=5μm。
进一步的，所述稀土氧化物为氧化铈。
进一步的，硅粉为铸造级硅粉，导热系数高、高绝缘、低膨胀。
进一步的，该丝材外皮采用铁素体430不锈钢带。
进一步的，该丝材所混合粉芯的颗粒目数：400-2500。
进一步的，该丝材中的粉芯占丝材的质量百分比为32-40％。
本发明的有益效果：
1、使用本发明研制的专用粉芯丝材在经过喷砂粗化表面处理后的汽化冷却余热锅炉炉管金属基体上，按照现有技术标准中的电弧喷涂工艺参数进行施工，得到厚度0.4-0.6毫米的涂层，涂层组织均匀细腻，孔隙率<4.0%；且涂层与锅炉管具有较高的接合强度（在常温下测试高于35MPa），本发明涂层属于金属涂层和金属氧化物涂层构建的复合涂层，加上粉芯颗粒合理级配，形成的涂层表面光滑，能有效遮蔽修补材料因应力集中而出现的细微裂纹，特别是在一些焊接部位没有彻底消除应力的区域，预防在使用过程交变应力产生微裂纹扩展而引发的应力腐蚀。
2、涂层兼具优良的防腐性能和抗磨性能，本发明涂层属于金属涂层和金属氧化物涂层构建的复合涂层，在工作状态随炉升温后，以氧化铬和氧化铝为主的新形成组织结构类似陶瓷涂层，加上硼化物坚硬并且致密，能有效延缓炉管高温氧化进程，同时可以阻挡汽化烟道余热锅炉烟气粉尘带来的的冲刷磨损。
3、使用本发明研制的专用粉芯丝材的防护涂层，加进特定的稀土元素，涂层与基体结合后，可以在结合面有效提高基体金属抗应力疲劳的性能，提升汽化冷却锅炉管防应力腐蚀能力。
4、使用本发明研制的专用粉芯丝材的防护涂层具有非常优良的导热特性，高温状态的导热系数比20G炉管更高，有利于强化汽化冷却锅炉换热面的热交换，可避免烟道局部过热引发的管材基体损伤。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
取含上述发明成分：按质量百分比含量为Cr粉：25%、Al2O3 粉17%、Mn粉：1.5%、硅粉：15%、Ni粉：6%、 Mo粉：4%、 B粉：8%、稀土氧化物1.5%、Cr2O3：余量。放入混粉机内混合50分钟，然后将混合粉末加入430不锈钢的U形槽中；将U型槽合口，使药粉包裹其中，然后通过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使其直径达到规定值2.0mm的电弧喷涂丝材。
进一步的，所述Cr粉为超细铬粉，该Cr粉的颗粒平均粒度为5μm ，即D50=5μm。
进一步的，所述稀土氧化物为氧化铈。
进一步的，硅粉为铸造级硅粉，导热系数高、高绝缘、低膨胀。
进一步的，该丝材外皮采用铁素体430不锈钢带。
进一步的，该丝材所混合粉芯的颗粒目数：400-2500。
进一步的，该丝材中的粉芯占丝材的质量百分比为32-40％。
实施例2
取含上述发明成分：按质量百分比含量为Cr粉： 30%、Al2O3 粉15%、Mn粉：1%、硅粉：12%、Ni粉：3%、 Mo粉：3%、 B粉：6%、稀土氧化物：0.8%、Cr2O3：余量。放入混粉机内混合50分钟，然后将混合粉末加入430不锈钢的U形槽中；将U型槽合口，使药粉包裹其中，然后通过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使其直径达到规定值2.0mm的电弧喷涂丝材。
进一步的，所述Cr粉为超细铬粉，该Cr粉的颗粒平均粒度为5μm ，即D50=5μm。
进一步的，所述稀土氧化物为氧化铈。
进一步的，硅粉为铸造级硅粉，导热系数高、高绝缘、低膨胀。
进一步的，该丝材外皮采用铁素体430不锈钢带。
进一步的，该丝材所混合粉芯的颗粒目数：400-2500。
进一步的，该丝材中的粉芯占丝材的质量百分比为32-40％。
实施例3
取含上述发明成分：按质量百分比含量为Cr粉：20%、Al2O3 粉18%、Mn粉： 2%、硅粉： 18%、Ni粉： 8%、 Mo粉： 6%、 B粉： 10%、稀土氧化物： 2%、Cr2O3：余量。放入混粉机内混合50分钟，然后将混合粉末加入430不锈钢的U形槽中；将U型槽合口，使药粉包裹其中，然后通过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使其直径达到规定值2.0mm的电弧喷涂丝材。
进一步的，所述Cr粉为超细铬粉，该Cr粉的颗粒平均粒度为5μm ，即D50=5μm。
进一步的，所述稀土氧化物为氧化铈。
进一步的，硅粉为铸造级硅粉，导热系数高、高绝缘、低膨胀。
进一步的，该丝材外皮采用铁素体430不锈钢带。
进一步的，该丝材所混合粉芯的颗粒目数：400-2500。
进一步的，该丝材中的粉芯占丝材的质量百分比为32-40％。
本发明的制作工艺示例如下：
1、首先将厚0.35mm×宽16.5mm的430铁素体不锈钢带轧成U形，再向U形槽中加入占喷涂粉芯丝材总重量32-40％的含上述发明成分的混合粉末；
2、将U形槽合口为O型，把粉末包裹其中，然后通过拉丝机逐道拉拔、减径，最后粉芯丝材的直径达到规定值2mm，从而得到本发明的产品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于：该丝材中的粉芯按质量百分比范围包括如下化学成分：Cr粉：20-30%、Al2O3 粉15-18%、Mn粉：1.0-2.0%、硅粉：12-18%、Ni粉：3-8%、 Mo粉：3.0-6.0%、 B粉：6.0-10.0%、稀土氧化物：1.2-3.5%、Cr2O3：余量。
2.根据权利要求1所述的AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于：所述Cr粉为超细铬粉，该Cr粉的颗粒平均粒度为5μm。
3.根据权利要求1所述的AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于：所述稀土氧化物为氧化铈。
4.根据权利要求1所述的AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于：所述硅粉为铸造级硅粉。
5.根据权利要求1所述的AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于：该丝材外皮采用铁素体430不锈钢带。
6.根据权利要求1所述的AOD炉汽化冷却锅炉高温防腐抗磨电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于：该丝材中的粉芯占丝材的质量百分比为32-40％。
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