GuangZhou SANXIN Metal S&T Co., Ltd
1.圖片
鋼鐵廠 轉爐煙罩
2.應用范圍
分析了轉爐余熱鍋爐煙罩產(chǎn)生破裂漏水的原因；設計及采用新的亞音速火焰噴涂工藝制備了煙罩管涂層。實際使用結果表明：采用熱噴涂層保護的煙罩使用壽命能得到顯著提高。
材料
鋼廠40t、60t、80t、150 t 轉爐煙罩漏水問題曾經(jīng)很突出，特別是下部煙罩、裙罩的水冷壁水管燒損、開裂、漏水嚴重，有的新煙罩
在使用約半年后便出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，不僅增加了檢修工作量，不利于安全生產(chǎn)，而且增加了煉鋼成本，制約了煉鋼產(chǎn)量。根據(jù)不同鋼廠自身實際情況，應用效率高、成本低、工件受熱小、可選擇噴涂材料
種類多、孔隙率低、結合強度較高、涂層質量優(yōu)、操作更方便的電弧噴涂技術，有針對性地在該廠轉爐煙罩水冷壁的易損表面噴涂一定厚度的特殊合金涂層，以解決煙罩漏水問題，延長煙罩的使用壽命。轉爐煙罩
工況分析
轉爐煙罩是轉爐煉鋼的重要設備之一。根據(jù)冷卻方式不同，分為水冷煙罩、汽化冷卻煙罩和廢熱鍋爐等。梅山煉鋼廠轉爐煙罩為循環(huán)水冷卻型，煙罩在轉爐爐口的上方，主要由上部煙罩、下部煙罩、裙罩及升降機構、臺車行走機構等組成，該煙罩的水冷壁由20G 無縫鋼管拼焊而成。轉爐吹煉生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生含大量CO、CO2、N2、O2、H2、P2O5、MgO、SiO2、CaO、S、FeO、Fe2O3 等物質的高溫爐氣、粉塵，常造成煙罩
水冷壁的磨損、侵蝕。煙罩水管內循環(huán)水流速偏低時，易造成水管局部過熱，引起水管內壁的高溫氧化腐蝕，降低水管導熱性，最終形成爆管。濺渣護爐工藝使一些高溫液態(tài)渣和少量鋼水噴濺到煙罩靠近爐口的水冷壁表面，產(chǎn)生黏渣燒蝕，易造成局部過熱、變形、熱疲勞、侵蝕減薄、開裂等故障。煙罩事故主要是水冷壁水管的漏水。當煙罩內輕微漏水時，產(chǎn)生的水蒸氣使轉爐煙氣中的各種成分對冷卻水管的侵蝕加劇；當煙罩內漏水嚴重時，水進入吹煉溫度達1 600℃以上的轉爐內，與高溫液態(tài)熔渣混合易發(fā)生爆炸。煙罩漏水影響了轉爐的正常生產(chǎn)。針對煙罩冷卻水管的磨損、侵蝕、燒損、裂紋、焊縫拉裂等缺陷，采用焊補、局部換管、悶頭等方法可以治理煙罩漏水。隨著煙罩使用壽命的延長，其修補量也相應增大，當水冷壁大面積燒損而無法修補時，煙罩便報廢。
轉爐煙罩 噴涂方案
鎳鉻合金是適合轉爐煙罩水冷壁防護的較理想的噴涂材料，鎳鉻合金涂層含有大量合金元素，其耐磨、耐侵蝕、耐黏渣燒蝕、抗熱疲勞等性能很好,且其熱膨脹系數(shù)與碳鋼接近。所設計的工作涂層為GP-99 鎳鉻基合金,厚度為0.50mm。用電弧噴涂技術在轉爐煙罩水冷壁的工作表面噴涂性能優(yōu)良的合金涂層，能有效提高水冷壁的綜合性能、延長煙罩的使用壽命。其水冷壁表面應選擇性噴涂，裙罩和下部煙罩靠近工況惡劣的轉爐爐口，其水冷壁工作面宜全部噴涂；上部煙罩煙罩因遠離爐口，工況相對較好一些，一般只需對加料口、氧槍口和副槍口的周圍及煙罩
下部進行噴涂。
經(jīng)濟效益
鋼廠的45 t 轉爐煙罩，每套需要電弧噴涂合金涂層保護的水冷壁面積總計約100 m2，一般連續(xù)噴砂、噴涂、后處理的施工時間約7 天。經(jīng)電弧噴涂處理后，轉爐煙罩水冷壁的耐磨性、耐蝕性、耐濺渣燒蝕性能都顯著提高，噴涂后可確保使用兩個爐役。目前，轉爐煙罩水冷壁均針對性地采用了此電弧噴涂合金保護涂層，在延長轉爐煙罩的使用壽命、減少維修工作量、提高轉爐爐齡、充分發(fā)揮轉爐產(chǎn)能方面效果明顯。
其次還易受到高溫氧化和硫酸鹽及硫、硫化物的熱腐蝕。水冷壁管具備了高溫氧化和高溫腐蝕條件，其煙氣溫度高，且是富氧燃燒，實踐證明，在300℃以上，管外表溫度每升高50℃，腐蝕速度增加1倍。鍋爐在運行過程中受熱面管表面首先發(fā)生高溫氧化，表面生成Fe2O3，其次燃料灰中的Na2O和K2O與煙氣中的SO3化合生成硫酸鹽，其捕捉飛灰形成結渣和流渣，此時煙氣中SO3與M2SO4同管壁上的Fe2O3反應生成復合硫酸鹽MFe（SO4）2或M3Fe（SO4）3，此復合硫酸鹽受高溫又分解為疏松狀氧化鐵和硫酸鹽沉積層，易被飛灰氣流沖蝕帶走，氧化腐蝕繼續(xù)向管壁縱深進行；另外燃料中硫份，經(jīng)燃燒生成的S和H2S也對管壁會產(chǎn)生強烈的腐蝕，與Fe反應生成FeS。在上述多種因素作用下，導致受熱面管壁逐漸因為磨蝕而變薄，當局部不能承受管內水汽壓力時即造成爆漏而失效。
重因素共同作用下，受熱面管從外向內不斷地被吹損、沖刷磨損和氧化、腐蝕，使之逐漸減薄，當局部承受不了管內水汽壓力時即造成爆漏而失效。
二、防護施工設計：
（1）防護范圍，用超音速金屬噴涂技術來修復。
（2）采取二次噴砂工藝對吹薄的管子表面進行噴砂處理,除去表面的油和銹,使其表面呈現(xiàn)金屬本色,達到完全清潔和粗糙，即先用石英砂對表面進行清潔，再用金剛砂對基體表面進行糙化處理，執(zhí)行ISO8501-1《噴砂后表面清潔度標準》要求。噴砂處理后,用干燥的壓縮空氣吹去基體表面的砂塵。
（3）噴涂前用丙酮溶液對絲材進行表面除油。為了保證涂層質量,必須選定好工藝參數(shù),并嚴格加以控制。
（4）采用超音速電弧噴涂技術，鍋爐受熱面選用硬度特別高、耐吹損和沖刷磨損性能優(yōu)異，同時具備抗高溫氧化和熱腐蝕性能良好的合金陶瓷耐沖蝕芯材，作為噴涂材料，所用材料必須有檢驗合格證，并經(jīng)過現(xiàn)場檢測合格，涂層厚度不低于0.5mm,表面硬度不小于HRC45,結合強度不低于55MPa，涂層組織均勻、致密，孔隙率不超過1%。
（5）涂層表面采用高溫耐磨防腐專用封孔劑封孔。
由此制得的金屬噴涂涂層進行防護，能滿足防護要求。
三、涂層技術指標：
1、合金陶瓷耐沖蝕芯材涂層
涂層厚度（封孔前測量）：不低于0.5mm
噴涂質點速度：≥380m/s
結合強度不低于55MPa
硬度：≥HRC45
粒子沉積率：≥95％
噴涂時控制基體溫度＜120℃
噴涂后投入使用涂層年減薄量≤0.1mm
抗高溫氧化性：+12.16mg/cm2（750℃氧化250h）
孔隙率：不超過2%
熱膨脹系數(shù)：9.5×10-6/k
傳熱系數(shù)：45—55w/m.k
基體溫度≤100℃
工件變形性：不變形
2、HY型高溫耐磨防腐專用封孔層
主要成份：納米氧化鋯、納米氧化鋁、氧化鋁微粉、氮化硼微粉等
厚 度：0.05-0.1mm
工作溫度：≥1000℃
結合強度：≥6 MPa
四、合金陶瓷耐沖蝕芯材說明：
涂層應用HY-500超音速電弧噴涂系統(tǒng)，是一種高性能的抗腐蝕涂層，專門用于電廠鍋爐高溫環(huán)境中硫腐蝕和氧化腐蝕保護。 應用合金陶瓷耐沖蝕芯材涂層能使用戶達到以下目標：
● 消除非計劃停爐
● 縮短停爐時間
● 延長鍋爐大修周期
● 增加鍋爐管服務年限
主要成分是鎳鉻合金的合金陶瓷耐沖蝕芯材是優(yōu)異的耐腐蝕耐磨涂層，在高溫環(huán)境中，防磨抗腐蝕能力比一般碳鋼高60多倍，這一結果早被大量的實驗和實際應用所證實。
合金陶瓷耐沖蝕芯材是預合金化的涂層材料
，這一點至關重要，因為如果絲材不預合金化，涂層中就會存在富Ni區(qū)既貧Cr區(qū)，這就很容易形成S侵蝕該區(qū)域并進一步腐蝕鍋爐管壁。同時非預合金化的材料
也使涂層容易剝落。能保證Ni、Cr金屬在合金中高度均勻分布，從而確保了涂層具有優(yōu)異的保護性能。
合金陶瓷耐沖蝕芯材涂層的優(yōu)越性：
● 孔隙率：<1％
● 氧化率：5 — 10％
● 結合強度：45Mp
● 噴涂距離彈性：約5厘米
● 質點速度：300-400米／秒
● 最高表面溫度：135 ℃
五、ST型高溫耐磨抗蝕專用封孔劑說明：
HY型高溫耐磨抗蝕專用封孔劑采用超硬新材料
，應用合成新工藝，以及粒子的配級等技術精心加工配制而成，在常溫下可快速固化，高溫下形成堅硬的陶瓷體。其高溫耐磨性好，導熱系數(shù)大，抗蝕性強，與金屬表面粘結具有極強的吸附性和熱震穩(wěn)定性，不脫落、不出現(xiàn)裂紋等特點。用其對金屬熱噴涂涂層表面進行封孔，能有效滲透、浸濕涂層孔隙，并在高溫下逐漸陶瓷化，使整個涂層更致密，阻止介質中的有害成份通過微小的涂層隙進入涂層內部，能獲得有效封閉毛細孔的效果。
六、噴砂設備及應用說明：
(1) 設備說明
HY控制系統(tǒng)噴砂設備其PCS遙控系統(tǒng)氣動型控制系統(tǒng)，由RCM控制器（噴嘴處）、RIV進氣閥、ROV排氣閥、OF過濾器、控制氣管和接頭等組成，并配有貯沙罐等。在非工作狀態(tài)時，RCM控制器手柄被彈簧頂起，RIV進氣閥旋塞打開。工作時，壓下RCM手柄，控制氣流經(jīng)另一根控制氣管到達RIV進氣閥和ROV排報導閥頂部，使進氣閥打開，排氣閥關閉，磨料桶內壓力升高，噴丸作業(yè)開始。
(2) 噴砂對基體表面的作用
① 凈化表面：去除被噴表面的各種污雜物，特別是油脂、污垢、氧化皮、鐵銹、油漆涂層等，表面顯示均勻的金屬光澤，以利于熔融粉末與基體表面的粘合吸附（分子的溶解和擴散）。工作面清潔度達到GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》中規(guī)定的Sa3.0級。
② 粗化表面：熱噴涂涂層與基體的結合以機械結合為主，這就要求基體前處理不僅要除油除銹，還要粗化表面，使用面具有一定的粗糙度。采取二次噴砂工藝對防磨部位進行表面糙化，即先選用16-20目優(yōu)質石英砂對表面進行清潔，再用14-18目棕剛玉金剛砂對防磨表面進行糙化處理，其表面粗糙度達到ISO8501-1《噴砂后表面清潔度標準》要求。
粗化處理的目的
a增大噴涂層與基體的接觸面積，提高結合面的粘合吸附力。
b增加涂層材料
與基體表面的填塞嵌合，錨合咬合作用，以加強涂層與基體的附著力。
③ 活化表面
噴砂使被噴涂表面形成活化能力：如晶格缺陷、塑性變形，產(chǎn)生一定的應力狀態(tài)，以利于增加噴涂粒子與基體表面化吸附力，提高噴涂顆粒與基體的冶金結合能力?；罨Ч治鋈缦拢?/p>
A 噴砂使工件表面在經(jīng)過砂粒的反復打擊后形成一定的殘余壓應力，盡管該應力數(shù)值極小，但對于松馳工件在噴涂過程中涂層熱應力，對提高涂層的結合強度有利，同時也可以提高工件的抗疲勞強度。
B 噴砂可除去工件表面上的有機污雜物和氧化層，并能增大金屬表面晶粒的塑性變形和造成晶格缺陷，使基體表面處于容易發(fā)生化學反應的狀態(tài)，有助于噴涂顆粒與基體表面間的物理化學結合進行。
所以工件噴涂前進行噴砂處理是極為必要的，而且噴砂后的工件應盡快進行噴涂，時間越短表面活化效果越好，涂層質量越高。
七、超音速電弧噴涂設備與技術簡介：
（1）設備簡介
SX-600電弧噴涂設備是一種以各種實心線材和特殊粉芯線材為原料，廣泛應用于各種表面的抗腐蝕和耐磨損處理的電弧噴涂系統(tǒng)，其粉芯線材經(jīng)過特殊熔化。由于客戶所需要的實芯線材不同，所以各種模具也有所不同。高能密度和特殊加工的電弧使SX-600能夠充分熔化金屬管及其內部的粉芯。SX-600可以實現(xiàn)傻瓜式自動噴涂，這個電弧噴涂系統(tǒng)符合CE-standard標準，并且包括以下模塊。
①攜式電源
②可以旋轉的送絲裝置
③手動噴涂設備
④管線集成件包括絕緣導向管
（2）技術簡介
超音速電弧噴涂是我公司通過引進先進設備和技術開發(fā)的金屬熱噴涂新技術，被美國、日本等發(fā)達國家列為二十一世紀表面工程關鍵技術。該噴涂技術采用燃燒于絲材端部的電弧將均勻送進的絲材熔化，經(jīng)拉伐爾噴嘴加速后的超音速氣流將熔化的絲材霧化為粒度細小、分布均勻的粒子，噴向工件形成涂層。與普通電弧噴涂和火焰噴涂相比，超音速電弧噴涂具有更高的粒子飛行速度、更強的結合強度、更低的孔隙率、涂層均勻度高、致密性好、且噴涂工件不變形，可獲得高質量的涂層。
八、施工條件：
為了作好施工準備工作，其施工需要具備以下條件：
（1）電源： 380V 20KW 三相交流電
（2）氣源： 氣壓＞5kgf 流量＞5m3/min
（3）平臺： 長4m（最少3m） 寬2m（最少1.5m）
（4）噴涂工件的位置離主機放置位置的距離不超過15m
（5）施工部位所需的腳手架
九、施工具體情況：
1、噴涂工作、工藝及其前期準備工作包括表面處理等均由乙方進行，并由乙方自備噴涂所用設備、工具、材料。
2、甲方負責提供電源，安排場地。本工程的用水和用電我公司將按照我公司的外包工程管理辦法向施工單位收取費用，施工單位在施工前準備好用電計量和用水計量的裝置，便于統(tǒng)計和計量（費用包含在整個工程的報價中）。
3、乙方在施工前應將噴涂工藝細則提供給甲方，經(jīng)同意后方可施工，乙方需將施工安全技術措施、施工進度表交付甲方。
十、施工技術規(guī)范：
1、施工準備：
① 根據(jù)實際需要搭好腳手架。
② 清除受熱面上的雜物等。
③ 對管壁需實施噴涂的部位進行全面的質量檢查，如發(fā)現(xiàn)需要修整補強的部位應及時向甲方提出。
④ 利用現(xiàn)場已有條件進行設備就位、電氣接線、氣源管線連接及磨料回收帆布鋪設工作。
2、表面預處理：表面預處理按照GB11373-89《熱噴涂金屬件表面預處理通則》進行，并執(zhí)行ISO8501-1《噴砂后表面清潔度標準》，達到其處理的好壞直接影響噴涂層的結合強度。
①涂層表面要致密、均勻，涂層不允許有起皮、鼓包、顆粒粗大、裂紋、掉塊、漏噴及其它影響涂層使用的缺陷。防止在噴涂過程中產(chǎn)生局部溫度過高，防止噴涂熱變形；
②在每個施工區(qū)域或每天施工區(qū)域交界處應設計出過渡層，在過渡層處涂層厚度由厚到薄設明顯標記。涂層與水冷壁管的過渡區(qū)域平滑過渡,無明顯凹凸臺階現(xiàn)象。
③噴砂前，對非有效表面采用遮蔽帶、硬木板或橡膠等物進行遮蔽保護。并預留過渡區(qū)域，以保證涂層邊緣光滑過渡。在過渡區(qū)內涂層由厚到薄應均勻過渡(過渡區(qū)域范圍1OOmm).
④ 磨料選擇及使用：噴砂材料應選用質堅有棱角的特級金剛砂，使用前應經(jīng)篩選，砂內粘土及細粉塵含量不應大于5%,不得含有油污。噴砂前要晾曬干燥，含水量應不大于1%,并存放干燥，防止受潮、雨淋、砂內混入雜質。所用砂粒必須清潔、干燥，噴砂區(qū)域設圍護及其它回收措施，確保不污染周圍環(huán)境，經(jīng)質量工程師確認后方可進行噴砂。
⑤噴砂裝置：采用壓力式噴砂設備
⑥ 壓縮空氣：利用現(xiàn)場氣源或自備空壓機，空氣壓力范圍為0.5—0.6Mpa，氣體流量控制在6m3/min左右。
⑦ 操作方法：噴砂距離100—300mm；噴砂角度：與基體60—80度；每次噴砂5-6m2。
除銹應從下至上進行，將凹凸不平的受熱面打磨光滑平整后立即噴砂。表面清理度達到Sa3.0級，即完全去除鋼材表面的銹、氧化皮、油污等附著物，并露出灰白色金屬光澤，其粗糙度達到RZ40-80μm。
⑧在噴砂后應檢查預處理的表面，采用TR100袖珍式表面粗糙度測試儀進行檢測，發(fā)現(xiàn)有銹蝕或不合格的部位應重新進行處理，合格后再用超聲波測厚儀對管壁進行第一次測厚δ1。噴砂完工后設備表面不得受潮、氧化及污染，在8小時內必須進行電弧噴涂，以保持被噴表面較高的活化度。
除銹后經(jīng)有關人員驗收合格后方可進行噴涂施工。
3、噴涂：超音速電弧噴涂按照GB11375-1989《熱噴涂操作安全》執(zhí)行。
①使用超音速電弧噴涂技術進行噴涂。噴砂及前處理工藝完成后，通知甲方驗收合格后方可噴涂。噴涂應盡快進行，其間隔時間越短越好，間隔時間不超過2小時。噴涂必須在如下條件下實施：環(huán)境大氣溫高于5℃或基體金屬的溫度至少比大氣露點高3℃。熱噴涂防腐、防磨表面層控制在7～8遍以達到規(guī)定的厚度要求。噴涂后表面不得存在裂紋、夾層，不脫落，表面均勻光滑，變形量符合要求值。
②噴涂前，在表面預處理和噴涂工序之間需中間停留時，應對經(jīng)預處理的有效表面采用干凈牛皮紙或塑料膜等進行覆蓋保護。
3.功能涂層
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