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陶瓷复合钢管性能介绍

文章发布日期:2016-06-04 17:26

●性能简介              运用范围

●卓越的耐磨性能           火力发电厂

●良好的耐腐蚀性能          金属矿山

●优异的耐高温性能          冶金

●可靠的防结垢性能          煤炭洗选厂

●高度的抗机械冲击性能        水泥厂

●较小的运行阻力           石化

 

近些年电厂的新建和技改项目在设计时已非常注重这一点,对有关管道的耐磨性提出了较高的要求,目的在于延长管道寿命,保证电厂安全运行、并降低生产成本。目前陶瓷复合钢管已成为耐磨管的首选产品。

耐磨管的革新分为4个阶段:

1.人们在传统的普通碳素钢管的基础上,努力研制各种耐磨管道。作为代耐磨管道,虽改善了管道的耐磨性并提高了管道的寿命,但由于增加了负荷,提高了管道的工程造价,且当管系应力变化时铸石难以不被破坏,在电厂铸石钢管焊裂的现象时常发生。

2.为此,产生了第二代耐磨管道—耐磨白口铁管道,这种管道的整体性能虽优于铸石钢管,但由于其硬脆性和不可焊接性给工程施工、安装和生产维修带来了难以避免的困难和事故。

3.接着又产生了耐磨铸钢管道,但其存在铸造方面目前难以克服的铸造缺陷,以及技术条件要求的不完善,20多毫米厚的铸钢弯头经风压试验出现泄漏以及试用时漏粉等现象时有发生,且工程造价过高。

4.一种借助于工业标准批量生产的钢管作为母材、采用铝热离心工艺生产的陶瓷复合钢管及管件产品,作为新一代耐磨管道便应运而生。

陶瓷复合钢管与传统的钢管、耐磨合金铸钢管、铸石管以及钢塑、钢橡管等有着本质性区别。陶瓷钢管外层是钢管,内层是刚玉。刚玉层维氏硬度高达1100—1500(洛氏硬度为90-98),相当于钨钴硬金。耐磨性比碳钢管高20倍以上,它比通常粘接而成的刚玉砂轮性能优越得多。现在刚玉砂轮仍是各种磨床削淬火钢主要砂轮。陶瓷钢管中刚玉层可把刚玉砂轮磨损掉。陶瓷钢管抗磨损主要是靠内层几毫米厚的刚玉层,其莫氏硬度为9,仅次于金刚石和碳化硅,在所有氧化物中,它的硬度是高的。而铸石管成分中只有20%左右是刚玉,大部分为SiO2,SiO2莫氏硬度为7。高铬或稀土耐磨合金管,维氏硬度400左右(洛氏硬度为50左右);不足刚玉硬度的三分之一。所以耐磨合金铸钢管,铸石管抗磨既靠成分和组织,又靠厚度,陶瓷钢管抗磨能力与它们相比,有了质的飞跃。

陶瓷复合钢管是采用自蔓延高温合成——离心法制造的,陶瓷钢管中刚玉熔点为2045°C,刚玉层与钢层由于工艺原因结构特殊,应力场也特殊。在常温下陶瓷层受压应力,钢层受到拉应力,二者对立统一,成一个平衡的整体。只有温度升高到400°C以上,由于二者热膨胀系数不一样,热膨胀产生的新应力场和使陶瓷钢管中原来存在的应力场相互抵消,使陶瓷层与钢铁层两者处于自由平衡状态。当温度升高到900℃把陶瓷复合钢管放入泠水内,反复浸泡多次,复合层不裂缝或崩裂,表现出普通陶瓷无可比拟的抗热冲击性能。这一性能在工程施工中大有用处,由于其外层是钢铁,加之内层升温也不崩裂,在施工中,对法兰、吹扫口、防爆门等能进行焊接,也可用直接焊接方法进行连接,这比耐磨铸石管、耐磨铸钢管、稀土耐磨钢管、双金属复合管、钢塑管、钢橡管在施工中不易焊接或不能焊接更胜一筹。陶瓷复合钢管抗机械冲击性能也好,在运输、安装敲打以及两支架间自重弯曲变形时,复合层均不破裂脱落。

目前,使用远达特种材料有限公司陶瓷复合钢管的数十家火电厂实践表明:陶瓷复合钢管抗磨损能力高,抗流体冲刷能力强。在一次风管中,弯管磨损快,陶瓷复合钢管弯管的耐磨性比厚壁的耐磨铸钢弯管提高5倍以上。

在实践中,陶瓷复合钢管使用1-2年后打开观察并测量,复合层均无明显的磨损或脱落,在相同规格和单位长度的管道方面,陶瓷复合钢管重量只有耐磨铸钢管或双金属复合管的1/2左右,其每米工程造价降低30-40%,只有铸石管和稀土耐磨钢管重量的2/5左右,每米工程造价降低20%以上。在腐蚀或高温场所下使用的陶瓷复合钢管,其价格只有不锈钢管、镍钛管的几分之一。

流体管道输送不仅应用于电力行业、而且遍及冶金、煤炭、石油、化工、建材、机械等行业。当管道内输送磨削性大的物料时(如灰渣、煤粉、矿精粉、尾矿水泥等),都存在一个管道磨损快的问题,尤其是弯管磨损快;当管道内输送具有强烈腐蚀性气体、液体或固体时,都存在管道被腐蚀从而被很快破坏的问题;当管道内输送具有较高温度的物料时,存在着使用耐热钢管价格十分昂贵等问题。陶瓷复合钢管的面市,这些问题均迎刃而解。 

陶瓷复合钢管除应用于燃煤电厂外,还广泛用于以下行业:

1、矿山:

1.1煤炭工业中水煤浆、洗煤泥、矿山充填料、矿煤粉

1.2金属矿山:精矿和尾矿的管道输送。

2、冶金:

2.1钢铁厂的炼铁的高炉喷煤、输渣等管道。

2.2炼钢的输送铁合金、炉外精炼等优选的管道。

3、水泥厂:

旋窑湿法生产线的生料浆输送、煤粉输送、提升机的下料、混凝土输送管道。

陶瓷复合钢管的抗磨、防腐、防结垢等综合性能优良,能延长管道的使用寿命,该产品已被列入863新材料科技项目之中。 
表一 陶瓷内衬钢管与无缝钢管磨损对比
性能
磨损前重(g)  磨损后重(g)  磨损时间(min)  平均磨擦力矩kg/cm 磨损力
材料
20#无缝钢管    226.5100   225.4775     5.15       10.02     0.2005
陶瓷内衬钢管    256.7100   256.5000      30        10.96     0.0070
表二 陶瓷内衬钢管物理机械性能
性能
压溃强度(Mpa)   陶瓷密度    (结合强度)     抗机械冲击性(50J)
g/cm3    抗剪切强度(Mpa)   产生裂纹时的冲击次数
硬度(HV)
陶瓷内衬
1100-1450     330-400     3.85-4.9        15-22
钢   管 
碳钢管      130-150     400-450      —— 
 
复合层线膨胀系数(>400℃时):8.75×10—6 k—1
20#碳钢管膨胀系数(>400℃时):14.5×10—6 k—1
表三  陶瓷内衬钢管耐磨对比测试
性能      30%SiO2泥浆冲刷对比实验体积减少      喷砂对比试验(SiC砂)
材料                (cm3)              体积减少(cm3
陶瓷复合钢管             3                  0.0022
45号钢               25                   /
97%氧化铝瓷管            /                  0.0025
表四 电厂送粉管路不同材质弯管对比试验
 

材  料 规   格 工  况 使用情况
20#碳钢管 Dn300×10 10万Kw机组使用煤碳灰份达40%,每管每小时送粉38吨 3个月磨穿
高铬合金铸钢管 Dn300×25 12个月磨穿
夹套式铸石管 Dn300×50 24个月磨穿
陶瓷复合钢管 Dn300×14 已用24个月,只磨损掉0.2mm

表五  电厂气力除灰管路不同材料弯管对比试验

材   料 规   格 工   况 使用情况
20#碳钢管 Dn150×10 气力输送干灰,60
吨/小时,流速20m/s,浓度26%,位置在进灰库拐弯处。
3个月磨穿
高铬合金铸钢管 Dn150×18 12个月磨穿
夹套式铸石管 Dn150×45 24个月磨穿
陶瓷复合钢管 Dn150×12 已用24个月,
只磨损掉0.2mm

表六  陶瓷复合钢管耐热冲击性。





条件 600℃
/15次
700℃
/5次
800℃
/5次
900℃
/3次
1000℃/2次 备  注
实验
结果
复合层完整无裂缝和
剥落
复合层完整无裂缝和
剥落
复合层完整无裂缝和剥落 复合层开始出现小裂
复合层出现裂纹和剥
该实验是在给定温度下保温15分钟后水淬再加热再水淬

表七、金属矿山输送石英灰耐磨对比试验

材料 时间 使用情况 平均年磨率mm/a 性能比
陶瓷复合钢管Dn190×15 1998年3月-2001年5月 3年零2个月时间共磨2.2mm(仅磨损复合层44%) 0.7 结论
陶瓷复合钢管的使用寿命是合金耐磨钢管的4倍以上。
合金耐磨钢管Dn190×26 1995年11月-1998年1月 2年零2个月共磨损26mm(磨穿) 12

注:1、该矿重选车间管道,矿石粒度2-13mm。
    2、输送方式为气力浓相输送,速度25m/s。

 

陶瓷复合钢管说明

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