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碳化铬涂层在循环流化床锅炉上的应用
2006年7月24日 9:2  
 

摘要 本文对NiCr/Cr3C2涂层的性能、结构及组成做了简介,并介绍了这种涂层材料在循环流化锅炉上的应用及其使用效果。
关键词 循环流化床锅炉 超音速电弧喷涂 涂层 应用

1、前言

我国火电厂锅炉和工业锅炉以燃煤为主。其中循环流化床锅炉普遍燃用劣质煤,含灰量和含硫量均较高,锅炉“四管”(水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管——简称锅炉“四管”)工作在高温高压及受烟气腐蚀和冲蚀的恶劣环境中,极易产生高温腐蚀及磨损,致使管壁减薄。锅炉管壁因高温腐蚀和磨损,每年减薄量约1.5mm左右。锅炉“四管”减薄后的直接危害是导致锅炉“四管”泄露爆管事故。据调查,我国火力发电厂100MW以上机组由于腐蚀和冲蚀使锅炉管壁减薄,导致锅炉爆管事故而造成的停机抢修时间约占整个机组非计划停用时间的40%左右,占锅炉设备本身非计划停用时间的70%以上。锅炉的突发性爆管事故一方面直接严重危害电厂安全及稳定发电,另一方面给电厂造成极大的经济损失,已成为锅炉安全运行中一个急待解决的问题。

为了减缓锅炉的高温腐蚀和磨损,随着表面工程技术的发展,各种先进涂层防护技术不断被开发并逐步运用到锅炉管上,使锅炉“四管”的防腐耐磨技术进入了实用化阶段,锅炉“四管”喷涂技术得到了广泛应用。

目前超音速电弧喷涂是锅炉“四管”耐磨防护最先进的现场喷涂技术,涂层材料主要有FeCrAl合金、NiCr合金、NiCrTi合金及NiCr/Cr3C2金属陶瓷材料。本文主要介绍NiCr/Cr3C2金属材料及其在循环流化床锅炉上的实际应用。

2、涂层的主要性能

NiCr/Cr3C2金属材料由两种不同性能的组分构成:其中NiCr合金具有良好的耐热耐蚀性,常用的成分是80%Ni/20%Cr;而Cr3C2是Cr-C系中最常见与最重要的一种化合物,熔化温度为1810℃,在金属碳化物中它的抗氧化能力最强,在空气中只有在1100℃~1400℃才开始显著氧化,在高温条件下仍然保持相当高硬度。Cr3C2还具有很强的耐蚀性和耐磨性,在稀硫酸溶液中是1Crl8Ni9Ti不锈钢耐蚀性的30倍,而在蒸汽中则是Co-WC合金的50倍。用NiCr/Cr3C2金属陶瓷材料喷涂循环流化床锅炉管,管壁磨损量由1.5~2.0mm/年(喷涂前管子母材)减少到约0.2mm/年(喷涂后涂层)。通常用NiCr作为耐热合金粘结组与Cr3C2硬质相经超音速涂层工艺形成涂层,就构成了优良的抗高温耐磨材料。

作为喷涂层材料,NiCr/Cr3C2有不同的结构与组成。在结构上,分为混合型与覆型。混合型是NiCr与Cr3C2各作为一个组分按一定粒度及重量的要求混合而成,这种形式的NiCr/Cr3C2已应用多年,至今仍占据重要地位。包覆型是利用化学及冶金方法将NiCr和Cr3C2两种组分包覆在一起,成为一种复合材料,这种材料在喷涂时减少了失C的可能性,并使涂层均质化程度高,质地均匀。NiCr/Cr3C2的组成,主要是指两组分之间的比例。对NiCr合金本身,通常选用80%Ni/20%Cr,而NiCr合金的含量可由0增至50%,随着NiCr合金含量的增大,涂层的韧性加大,但硬度降低,耐磨性变差,只有二者比例恰到好处,涂层的抗高温性、耐磨性和耐蚀性才能达到综合最佳值,一般以NiCr占20~25%为宜(即Cr3C2占75~80%)。

3、涂层的应用

3.1喷涂工艺

采用目前国际上最先进的超音速电弧喷涂技术,施工过程主要由两部分组成:首先进行表面预处理,然后进行耐磨防护喷涂。

涂层材料为NiCr/Cr3C2金属陶瓷粉芯丝材,规格φ2.0mm。

表面预处理采用喷砂除锈的方式,喷砂材料选用质坚有棱角、粒径为2~4mm的精致石英砂,杂质含量低于5%,含水量小于1%。喷砂前调整好风压及喷砂量,喷砂气压为0.5~0.6Mpa,砂流量5~8kg/min,喷枪与工作表面成75°,喷砂速度为5~8m2/h。对施工部位全面细致地除锈和表面粗化, 表面质量达到Sa3级, 表面粗糙度达到50~80μm。

喷砂除锈粗化后,应及时进行喷涂。喷涂应分至少10次完成,使涂层厚度最终达到0.6mm以上(涂层边缘除外)。

3.2 涂层质量

施工完的喷涂层表面均匀光滑,无麻面、起皮、开裂、脱落等现象,涂层边沿与锅炉平滑过度。

具体性能指示如下表所示:

3.3 应用效果

近几年来,超音速电弧喷涂技术先后在几十家电厂的循环流化床锅炉上使用,均达到了预期耐磨防腐效果。下表列举了部分电厂采用超音速喷涂的使用情况。

4、结语

1)NiCr/Cr3C2金属陶瓷材料既具有陶瓷的高温稳定性和高温硬度,又具有金属强度和韧性,以这种组合的材料,其综合性能远比单一涂层材料优越,因而与其它防护方法相比,在循环流化床锅炉上采用超音速电弧喷涂NiCr/Cr3C2金属陶瓷涂层防护后将具有更优良的抗高温腐蚀和耐磨性能。

2)在NiCr/Cr3C2涂层中,当NiCr质量分数占20~25%(即Cr3C2占75~80%)时涂层具有优良的抗热腐蚀和耐磨损的综合性能,特别使用与锅炉“四管”的防护。
 
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