CN2575111Y - 用超音速电弧喷涂设备喷涂复合涂层的省煤器管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用超音速电弧喷涂设备喷涂复合涂层的省煤器管，包括#20碳钢管基体(1)，其特征是钢管上有0.05－0.15mm NiAl结合底涂层(2)、0.10－0.30mmNiCrFe－Cr₃C₂功能涂层(3)和硅铝树脂封孔涂层(4)。它用在电站锅炉的省煤器上，具有优良的抗高温腐蚀和耐磨性能，大大延长了管道使用寿命。

Description

用超音速电弧喷涂设备喷涂复合涂层的省煤器管

技术领域

本实用新型涉及一种用超音速电弧喷涂设备喷涂复合涂层的省煤器管。

背景技术

目前电站锅炉运行中常用在省煤器管上加装防护瓦的方法来防御烟气的冲刷，但存在以下两个问题：(1)降低了省煤器管的传热系数。由于防护瓦与炉管之间存在一层静止的热空气层，导热系数极低的热空气层相当于一层隔热层使得此处的温度有一极陡的下降趋势，也使得基体的温度较其它的相对低些，据资料介绍，加装防护瓦的炉管传热系数比未保护的炉管降低了21.8％，这使它的传热量降低了3.3％，由此产生较大的经济损失。(2)加装防护瓦虽可保护所在管子，但却导致该位置的烟气流通面积减少，而防护瓦运行过程中产生的变形又使该处流通面积进一步减少，再加上防磨瓦变形不均、管排节距不均以及烟温偏高的综合影响，从而导致入口部位烟速普遍提高，使得后几排管受到加速后的烟气的冲刷，磨损很快，造成省煤器爆管。

西安交通大学发明的“一种抗热尘冲蚀的省煤器(专利号：95211050.4)”中的省煤器管存在以下不足：(1)采用氧—乙炔喷焊的方法，重熔温度过高，对管子的热输入量大，由于省煤器管壁厚较小(一般不超过5mm)，容易导致管子变形，大面积使用有困难；(2)喷焊层厚度大，要求0.5-2mm，降低了管子的传热系数，且使得喷焊层残余应力增大。(3)只有喷焊一种涂层，没有底层和封孔层，易因腐蚀性气氛的侵蚀而导致涂层失效。

发明的内容

本实用新型的目的是为了克服现有省煤器管采用氧—乙炔喷焊容易导致管子变形、喷焊层厚度大，降低了管子的传热系数，且使得喷焊层残余应力增大，只有喷焊一种涂层，没有底层和封孔层，易因腐蚀性气氛的侵蚀而导致涂层失效的缺点，提供一种用超音速电弧喷涂设备喷涂复合涂层的省煤器管，它具有良好导热性、耐磨性、抗腐蚀和高温氧化性能，使用寿命长，热交换效率高，降低煤耗，能提高锅炉运行的可靠性和经济性。

本实用新型的技术方案：一种用超音速电弧喷涂设备喷涂复合涂层的省煤器管，包括#20碳钢管基体，其特征是钢管上有0.05-0.15mm NiAl结合底涂层、0.10-0.30mmNiCrFe-Cr₃C₂功能涂层和硅铝树脂封孔涂层。

所述NiAl结合底涂层(过渡层)成份为Ni 94-96％、Al 4-6％及少量喷涂过程中形成的Al₂O₃(Ni、Al的含量％是以忽略不计少量喷涂过程中形成的Al₂O₃为基础的)。它是采用φ2mm基本成分为Ni 94-96％，Al 4-6％的NiAl实芯丝材喷涂而成。喷涂NiAl底层是为了有效提高复合涂层的结合强度，保证锅炉省煤器管壁在高温工作时涂层和基体的良好结合。

所述NiCrFe-Cr₃C₂功能涂层的化学成分和含量为

材料名称        Fe      Ni    Cr      Al     Mo     Cr₃C₂

含量(重量％)  48-60    5-10   5-10    2-3    2-3    27-30它是采用与现有技术不同配方的、由铁皮包络着NiCrFe-Cr₃C₂粉末，类似于药芯焊丝的管状丝材喷涂而成。

所述硅铝树脂封孔层，共刷涂1-4道，厚度0.018-0.05mm。采用北京廊桥技贸有限公司销售的硅铝树脂封孔剂刷涂而成。硅铝树脂封孔剂是一种空气干燥型的含片状铝粉的硅树脂，在抗氧化气氛中较为耐高温，可有效地填充涂层中的孔隙，防止腐蚀性气体进入涂层。

本实用新型的制造工艺过程如下：

1.用喷砂处理的方法去除待喷涂管表面的油脂污垢、氧化皮、铁锈等附着物。

2.在喷砂后三个小时内喷涂涂层，首先，用超音速电弧喷涂设备喷涂0.05-0.15mm NiAl底涂层。

3.用超音速电弧喷涂设备喷涂NiCrFe-Cr₃C₂功能涂层0.10-0.30mm，作为耐冲蚀磨损功能层。

4.用手工涂刷封孔涂层，加以封孔处理，共刷涂1-4道，厚度0.018-0.05mm。封孔剂采用北京廊桥技贸有限公司销售的硅铝树脂封孔剂。本实用新型的优点和积极效果

1.从涂层金相分析可以看出，由于NiAl丝材喷涂过程中放热反应，NiAl底涂层和#20碳钢管基体界面上有明显扩散现象，产生了部分冶金结合，因此，NiAl结合底涂层可有效提高复合涂层的结合强度；另外，NiAl涂层在省煤器管工作温度(400℃)时的线膨胀系数为12.8×10-6，和#20碳钢管(省煤器用钢)的线膨胀系数11.3×10-6比较接近，保证了锅炉省煤器管壁在高温工作时涂层和基体的良好结合。

2.NiCrFe-Cr₃C₂功能层采用与现有技术不同配方的金属陶瓷型丝材制备而成，涂层中含有较多Cr和Fe的硬质相化合物，而且非常致密。涂层结合强度可达到30Mpa以上，涂层硬度也可达到HRC55以上，具有优良的抗高温腐蚀和耐磨性能。

3.封孔层可有效地填充涂层中的孔隙，防止腐蚀性气体进入涂层削弱涂层的结合强度。

4.超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂相比，具有更高的粒子飞行速度、更高的结合强度、更低的孔隙率、涂层均匀度高、致密性好，且喷涂工件不变形，可获得高质量的涂层，涂层寿命高，管道使用寿命更有效地延长。

图面说明

附图为用超音速电弧喷涂设备喷涂复合涂层的省煤器管的横截面结构示意图。

具体实施的方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本实用新型，但对本实用新型不构成限制。

显示在附图的省煤器管包括#20钢管基体1、0.06mm NiAl底涂层2、0.22mmNiCrFe-Cr₃C₂功能涂层3和硅铝树脂封孔涂层4。所用材料如上面所述。

制造工艺过程如下：

1.用喷砂处理的方法去除待喷涂管表面的油脂污垢、氧化皮、铁锈等附着物。

                   表1喷砂设备与工艺参数设备类型    载气种类    载气压力  砂粒种类  砂粒粒度    喷砂距离射吸式喷枪  压缩空气    6-7Mpa    棕刚玉砂    20目       70-100mm

2.在喷砂后三个小时内喷涂涂层，首先，用超音速电弧喷涂设备喷涂0.06mmNiAl底涂层。喷涂设备：美国UniqueCoat公司生产的超音速活性电弧喷涂系统(简称HVAA)，型号为：MODEL SB-50。

3.用超音速电弧喷涂设备喷涂NiCrFe-Cr₃C₂层0.22mm，作为耐冲蚀磨损功能层，NiCrFe-Cr₃C₂喷涂材料的化学成分和含量为材料名称       Fe    Ni    Cr     Al    Mo    Cr₃C₂含量(重量％)    55    5      8     2     2        28

            表2超音速活性电弧喷涂工艺规范表

编号         打底          功能层

              层喷涂丝材材质     NiAl       NiCrFe-Cr₃C₂

                            丝材喷涂电流(A)       180           189喷涂电压(V)       40            42空气压力            85           85(Psi)燃气压力            85           85(Psi)涂层厚度(mm)        0.06         0.22

4.用手工涂刷封孔涂层，加以封孔处理，共刷涂2道，厚度0.03mm。封孔剂

采用北京廊桥技贸有限公司销售的硅铝树脂封孔剂

所制备的省煤器管安装在50MW机组的锅炉(省煤器处烟温约300-500℃，烟速约10m/s，烟气中夹带大量的粉煤灰颗粒，以低冲击速度高温冲蚀磨损为主)上，经过10000多小时的使用，涂层与基体结合良好，无开裂、脱落和明显磨损腐蚀现象。

将上述底涂层和NiCrFe-Cr₃C₂功能涂层的厚度分别改为0.10和0.20mm，制备工艺同上。所制备的6根省煤器管安装在200MW机组的省煤器上，运行情况良好，涂层与基体结合良好，无开裂、脱落和明显磨损腐蚀现象。

Claims (4)

1.一种用超音速电弧喷涂设备喷涂复合涂层的省煤器管，包括#20碳钢管基体(1)，其特征是钢管上有0.05-0.15mm NiAl结合底涂层(2)、0.10-0.30mm NiCrFe-Cr₃C₂功能涂层(3)和硅铝树脂封孔涂层(4)。

2.根据权利要求1中所述的省煤器管，其特征为NiAl结合底涂层成份为Ni 94-96％、Al 4-6％及少量喷涂过程中形成的Al₂O₃(Ni、Al的含量％是以忽略不计少量喷涂过程中形成的Al₂O₃为基础的)。

3.根据权利要求1中所述的省煤器管，其特征为NiCrFe-Cr₃C₂功能涂层的化学成分和含量为

材料名称         Fe      Ni     Cr      Al     Mo     Cr₃C₂

含量(重量％)   48-60    5-10    5-10    2-3    2-3    27-30

4.根据权利要求1-3中任何一种省煤器管，其特征为硅铝树脂封孔层，共刷涂1-4道，厚度0.018-0.05mm。

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