DE3821896A1

DE3821896A1 - Pulverfoermiger metallhaltiger werkstoff und verfahren dazu

Info

Publication number: DE3821896A1
Application number: DE3821896A
Authority: DE
Inventors: Hans-Theo Steine; Christopher Wasserman
Original assignee: Castolin SA
Current assignee: ECG Immobilier SA
Priority date: 1988-06-25
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1989-12-28
Also published as: DE3821896C2

Description

Die Erfindung betrifft einen pulverförmigen metallischen Werkstoff. Zudem erfaßt die Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 10.

In Großfeuerungsanlagen - beispielsweise in thermischen Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen od.dgl. - treten an den Rohrbündeln der Vorwärmer und Ekonomiser ein mehr oder weniger starker Korrosionsangriff sowie ein hoher Erosionsverschleiß durch Rauchgase auf. Letzterer ent steht durch die hohen Anteile an Flugasche, die sich in der Hauptsache aus Al₂O₃, Si₂O₂, Fe₂O₃ und CaO zusam mensetzt.

Im Hinblick auf den starken Verschleiß sind die Betrei ber solcher Anlagen gezwungen, eingesetzte Rohre in einem bestimmten Zyklus gegen neue auszutauschen. Um diese relativ hohen Kosten und die Stillstandzeiten her abzusetzen, wurde bereits versucht, die Rohre durch Halbschalen aus Stahl zu schützen, die an der dem An griff ausgesetzten Seite angeschraubt oder angeschweißt werden.

Versuche, die Rohre mit Legierungen unmittelbar zu be schichten, blieben erfolglos, da die verwendeten Le gierungen nicht beständig gegen Erosion waren und sich ablösten.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die Standzeiten von Rohren oder anderen angegriffenen Teilen in derartigen Kesselanlagen od. dgl. durch Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und des Erosionswiderstandes gegen Angriffe durch Rauch gase zu erhöhen.

Bei der Suche nach einer Lösung wurde überraschenderwei se gefunden, daß thermisch gespritzte Schichten unter Einsatz pulverförmiger Werkstoffe asphärischer Form auf der Basis von Ni, Fe und/oder Co-Legierungen, welche die Elemente Cr und/oder Mo im Bereich von 0% bis 35% Cr und/oder 0% bis 25% Mo enthalten sowie einen Anteil von Al und/oder Ti aufweisen, zu guten Ergebnissen in den Standzeiten führen; die Werkstoffe bieten eine höhere Energieaufnahme des Partikels bei der Flammenpas sage an. Der Auftrag des Werkstoffes - der bevorzugten Kornverteilung zwischen 37 µm und 150 µm - erfolgt vor teilhafterweise mit einem autogenen Flammspritzgerät oder einem Plasmaspritzgerät.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der pulverförmige Werkstoff aus einer Fe-Basis-Legierung mit den folgenden Anteilen:

Cr 15% bis 35%, bevorzugt 15% bis 30%,
Mn 0,05% bis 5%, bevorzugt 0,05% bis 2%,
C 0,01% bis 3%, bevorzugt 0,1% bis 2%,
Si 0,1% bis 3%, bevorzugt 0,2% bis 2%,
Mo 0,1% bis 8%, bevorzugt 0,5% bis 5%,
Al 2% bis 15%, bevorzugt 3% bis 13%,
Rest Eisen.

Eine besonders günstige Ni-Basis-Legierung zeichnet sich durch folgende Bestandteile aus:

Cr unter 26%, bevorzugt 0% bis 15%,
C unter 0,5%, bevorzugt unter 0,3%,
Mo 2% bis 25%,
Al unter 16%, bevorzugt 0,1% bis 13%,
Si 0,1% bis 3%, bevorzugt 0,2% bis 3%,
Fe unter 31%, bevorzugt 5% bis 25%,
W unter 7%,
Ti 0% bis 15%,
Rest Nickel.

Weitere erfindungsgemäße Zusammensetzungen auf Ni-Basis sind die folgenden:

Cr 5% bis 15%,
C unter 0,3%, bevorzugt unter 0,2%,
Mo 2% bis 10%, bevorzugt 3% bis 8%,
Al 5% bis 15%, bevorzugt 8% bis 12%,
Si 0,1% bis 1,5%, bevorzugt 0,2% bis 1%,
Fe 5% bis 15%, bevorzugt 5% bis 10%,
Rest Nickel,

oder

C <0,3%, bevorzugt unter 0,2%,
Mo 10% bis 25%, bevorzugt 15% bis 24%,
Si 0,5% bis 3%, bevorzugt 1% bis 2,5%,
Fe 10% bis 25%, bevorzugt 15% bis 24%,
W 0% bis 6%, bevorzugt 2% bis 6%,
Ti 5% bis 15%, bevorzugt 8% bis 15%,
Rest Nickel.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfin dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 einen Steilrohrkessel im Querschnitt;

Fig. 2 eine schematisierte Wiedergabe des Steilrohrkessels.

Ein Steilrohrkessel 10 für Kohlefeuerung weist über einem Entascher 12 einen Feuerraum 14 mit Brenner 15 und eine Vielzahl von Wasserrohren 16 an den Kesselwänden 17 auf. Mit 18 sind Schottenüberhitzer unterhalb einer Kes seltrommel 20 bezeichnet, mit 22 Berührungsüberhitzer und mit 24 Speisewasservorwärmer oder Ekonomiser. Zwischen den Speisewasservorwärmern 24 - in welchen mit den Abgasen der Kesselanlage das Speisewasser unter Ein sparung von Brennstoff und Verringerung der Wärmespan nungen im Kessel vorgewärmt wird - sind an der rechten Flanke der Fig. 1 Luftvorwärmer 26 angeordnet. In jenen Überhitzern 18, 22 wird Sattdampf ohne Drucksteigerung auf eine höhere Temperatur gebracht, d.h. überhitzt.

Die Fig. 2 zeigt typische Belastungszonen für Korrosion (Index k) und Erosion (Index a). Korrosionen sind vor nehmlich am Brenner 15 _k, an der Kesselwand 17 _k und an den Schottenüberhitzern 18 _k zu finden, die Erosionser scheinungen hingegen unterhalb des Feuerraums 14 bei 13 _a, an der Kesselwand bei 17 _a, am Rußbläser 19 _a des Schottenüberhitzers 18, an den in Strömungsrichtung x ersten Berührungsüberhitzern 22 _a sowie am Vorwärmer 24 _a. Zudem gibt es Erosionen an einer oberen Zugangsöff nung 30 _a.

Die Temperaturen in dem korrosions- und oxidationsbelas teten Feuerraum liegen etwa zwischen 1000° und 1200°C (Zone A), in Zone B bei etwa 700°C sowie im Bereich der Vorwärmer 24, 26 bei etwa 400°C (Zone C).

Die erfindungsgemäßen pulverförmigen Werkstoffe werden auf Rohre der Vorwärmer 26 auf dem Wege des thermischen Spritzens aufgetragen.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele mit er findungswesentlichen Merkmalen beschrieben.

Beispiel 1

Eine in der Zeichnung nicht gezeigte Halbschale aus Stahl, die an einem Rohr eines bei 350°C in einem Kohlenkraftwerk arbeitenden Vorwärmers als Verschleiß- Schutz angebracht war, mußte wegen hohen Erosionsver schleißes nach einer Standzeit von sechs Monaten ausge baut werden. Nach der Abnahme der Halbschale wurde auf der dem Verschleiß ausgesetzten Seite die Oberfläche des Rohres vor Ort, also ohne Ausbau, durch Strahlen mit Korund vorbereitet und anschließend mit der Legierung nach Anspruch 4 0,6 mm stark durch autogenes Flamm spritzen mit einer Spritzdistanz von 150 cm beschichtet.

Nach einer weiteren Standzeit wurde das beschichtete Rohr geprüft und dabei festgestellt, daß die Schicht noch eine Schichtstärke von 0,4 mm aufwies. Die an dem Nebenrohr zur gleicher Zeit angebrachte Halbschale aus Stahl zeigte einen Verschleiß von 0,6 mm, d.h. die auf gespritzte Schicht wies im Vergleich zu der Halbschale eine wesentlich bessere Verschleißbeständigkeit auf, wodurch die Standzeit für das beschichtete Rohr um das Doppelte bis zur nächsten Beschichtung verlängert wurde.

Beispiel 2

An einem weiteren Rohr des in Beispiel 1 beschriebenen Vorwärmers wurde auch die Legierung nach Anspruch 7 mit der gleichen Schichtstärke und dem gleichen Verfahren getestet. Auch bei dieser Legierung wurde im Vergleich zu der Halbschale eine dreifach verbesserte Standzeit festgestellt.

Beispiel 3

Am gleichen Vorwärmer wie in Beispiel 1 wurde noch ein weiteres Rohr mit der Legierung nach Anspruch 10 unter den gleichen Bedingungen mit der gleichen Schichtstärke getestet. Bei der Kontrolle wurde auch hier eine vier fach bessere Standzeit ermittelt.

Claims

1. Pulverförmiger metallhaltiger Werkstoff, dadurch ge kennzeichnet, daß er aus einer Fe-Basis-Legierung besteht, mit Cr 15% bis 35%, Mn 0.05% bis 5%, C 0.01% bis 3%, Si 0.1% bis 3%, Mo 0.1% bis 8%, Al 3% bis 15%, Rest Fe.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverförmige Werkstoff aus einer Fe-Basis legierung besteht mit Cr 15% bis 30%, Mn 0.05% bis 2%, C 0.1% bis 2%, Si 0,2% bis 2%, Mo 0,5% bis 5%, Al 3% bis 13%, Rest Fe.

3. Pulverförmiger metallhaltiger Werkstoff, dadurch ge kennzeichnet, daß er aus einer Ni-Basis-Legierung besteht, mit Cr<26%, C<0,5%, Mo 2% bis 25%, Al unter 16%, Si 0,1% bis 3%, Fe<31%, W<7%, Ti<16%, Rest Ni.

4. Werkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverförmige Werkstoff aus einer Ni-Basis- Legierung besteht mit Cr 0% bis 15%, C<0,3%, Mo 2% bis 25%, Al 0,1% bis 13%, Si 0,2% bis 3%, Fe 5% bis 25%, W 0% bis 6%, Ti 0% bis 15%, Rest Ni.

5. Pulverförmiger metallhaltiger Werkstoff, dadurch ge kennzeichnet, daß er aus einer Ni-Basis-Legierung besteht mit Cr 5% bis 15%, C<0,3%, Mo 2% bis 10%, Al 5% bis 15%, Si 0,1% bis 1,5%, Fe 5% bis 15%, Rest Ni.

6. Werkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverförmige Werkstoff aus einer Ni-Basis- Legierung besteht mit Cr 5% bis 15%, C<0,2%, Mo 3% bis 8%, Al 8% bis 12%, Si 0,2% bis 1%, Fe 5% bis 10%, Rest Ni.

7. Pulverförmiger metallhaltiger Werkstoff, dadurch ge kennzeichnet, daß er aus einer Ni-Basis-Legierung besteht mit C<0,3%, Mo 10% bis 25%, Si 0,5% bis 3%, Fe 10% bis 25%, W 0% bis 6%, Ti 5% bis 15%, Rest Ni.

8. Werkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverförmige Werkstoff aus einer Ni-Basis- Legierung besteht mit C<0,2%, Mo 15% bis 24%, Si 1% bis 2,5%, Fe 15% bis 24%, W 2% bis 6%, Ti 8% bis 15%, Rest Ni.

9. Werkstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine asphärische Kornform.

10. Verfahren zum Herstellen von Schutzschichten an Roh ren für Vorwärmer und Ekonomiser, die in einem Tem peraturbereich unter 400°C in Großfeuerungsanlagen eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverförmiger Werkstoff für die Beschichtung aus einer Ni Fe und/oder Co-Basis-Legierung auf dem Weg des thermischen Spritzens aufgetragen wird, der min destens einer der Elemente Cr und/oder Mo im Be reich von 0% bis 35% Cr oder 0% bis 25% Mo ent hält, wobei die Legierung Al und/oder Ti im Bereich von 0% bis 15% aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ei ne Kornverteilung des pulverförmigen Werkstoffes zwischen 37 µm und 150 µm.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch den Einsatz eines metallischen Werkstoffes nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11.