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陶瓷復(fù)合鋼管性能介紹
●性能簡(jiǎn)介 運(yùn)用范圍
●的耐磨性能 火力發(fā)電廠
●良好的耐腐蝕性能 金屬礦山
●的耐高溫性能 冶金
●可靠的防結(jié)垢性能 煤炭洗選廠
●高度的抗機(jī)械沖擊性能 水泥廠
●較小的運(yùn)行阻力 石化
近些年電廠的新建和技改項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)已注重這一點(diǎn)，對(duì)有關(guān)管道的耐磨性提出了較高的要求，目的在于延長(zhǎng)管道壽命，保證電廠運(yùn)行、并降低生產(chǎn)成本。目前陶瓷復(fù)合鋼管已成為耐磨管的產(chǎn)品。
耐磨管的革新分為4個(gè)階段：
1.人們?cè)趥鹘y(tǒng)的普通碳素鋼管的基礎(chǔ)上，努力研制各種耐磨管道。作為代耐磨管道，雖改善了管道的耐磨性并提高了管道的壽命，但由于增加了負(fù)荷，提高了管道的工程造價(jià)，且當(dāng)管系應(yīng)力變化時(shí)鑄石難以不被破壞，在電廠鑄石鋼管焊裂的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。
2.為此，產(chǎn)生了第二代耐磨管道—耐磨白口鐵管道，這種管道的整體性能雖優(yōu)于鑄石鋼管，但由于其硬脆性和不可焊接性給工程施工、安裝和生產(chǎn)維修帶來(lái)了難以避免的困難和事故。
3.接著又產(chǎn)生了耐磨鑄鋼管道，但其存在鑄造方面目前難以克服的鑄造缺陷，以及技術(shù)條件要求的不完善，20多毫米厚的鑄鋼彎頭經(jīng)風(fēng)壓試驗(yàn)出現(xiàn)泄漏以及試用時(shí)漏粉等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，且工程造價(jià)過(guò)高。
4.一種借助于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)批量生產(chǎn)的鋼管作為母材、采用鋁熱離心工藝生產(chǎn)的陶瓷復(fù)合鋼管及管件產(chǎn)品，作為新一代耐磨管道便應(yīng)運(yùn)而生。
陶瓷復(fù)合鋼管與傳統(tǒng)的鋼管、耐磨合金鑄鋼管、鑄石管以及鋼塑、鋼橡管等有著本質(zhì)性區(qū)別。陶瓷鋼管外層是鋼管，內(nèi)層是剛玉。剛玉層維氏硬度高達(dá)1100—1500（洛氏硬度為90-98），相當(dāng)于鎢鈷硬金。耐磨性比碳鋼管高20倍以上，它比通常粘接而成的剛玉砂輪性能得多?，F(xiàn)在剛玉砂輪仍是各種磨床削淬火鋼主要砂輪。陶瓷鋼管中剛玉層可把剛玉砂輪磨損掉。陶瓷鋼管抗磨損主要是靠?jī)?nèi)層幾毫米厚的剛玉層,其莫氏硬度為9,僅次于金剛石和碳化硅，在所有氧化物中，它的硬度是高的。而鑄石管成分中只有20%左右是剛玉，大部分為SiO2,SiO2莫氏硬度為7。高鉻或稀土耐磨合金管，維氏硬度400左右（洛氏硬度為50左右）；不足剛玉硬度的三分之一。所以耐磨合金鑄鋼管，鑄石管抗磨既靠成分和組織，又靠厚度，陶瓷鋼管抗磨能力與它們相比，有了質(zhì)的飛躍。
陶瓷復(fù)合鋼管是采用自蔓延高溫合成——離心法制造的，陶瓷鋼管中剛玉熔點(diǎn)為2045°C，剛玉層與鋼層由于工藝原因結(jié)構(gòu)特殊，應(yīng)力場(chǎng)也特殊。在常溫下陶瓷層受壓應(yīng)力，鋼層受到拉應(yīng)力，二者對(duì)立統(tǒng)一，成一個(gè)平衡的整體。只有溫度升高到400°C以上，由于二者熱膨脹系數(shù)不一樣，熱膨脹產(chǎn)生的新應(yīng)力場(chǎng)和使陶瓷鋼管中原來(lái)存在的應(yīng)力場(chǎng)相互抵消，使陶瓷層與鋼鐵層兩者處于自由平衡狀態(tài)。當(dāng)溫度升高到900℃把陶瓷復(fù)合鋼管放入泠水內(nèi)，反復(fù)浸泡多次，復(fù)合層不裂縫或崩裂，表現(xiàn)出普通陶瓷的抗熱沖擊性能。這一性能在工程施工中大有用處，由于其外層是鋼鐵，加之內(nèi)層升溫也不崩裂，在施工中，對(duì)法蘭、吹掃口、防爆門等能進(jìn)行焊接，也可用直接焊接方法進(jìn)行連接，這比耐磨鑄石管、耐磨鑄鋼管、稀土耐磨鋼管、雙金屬?gòu)?fù)合管、鋼塑管、鋼橡管在施工中不易焊接或不能焊接勝一籌。陶瓷復(fù)合鋼管抗機(jī)械沖擊性能也好，在運(yùn)輸、安裝敲打以及兩支架間自重彎曲變形時(shí)，復(fù)合層均不破裂脫落。
目前，使用遠(yuǎn)達(dá)特種材料有限公司陶瓷復(fù)合鋼管的數(shù)十家火電廠實(shí)踐表明：陶瓷復(fù)合鋼管抗磨損能力高，抗流體沖刷能力強(qiáng)。在一次風(fēng)管中，彎管磨損快，陶瓷復(fù)合鋼管彎管的耐磨性比厚壁的耐磨鑄鋼彎管提高5倍以上。
在實(shí)踐中，陶瓷復(fù)合鋼管使用1-2年后打開觀察并測(cè)量，復(fù)合層均無(wú)明顯的磨損或脫落，在相同規(guī)格和單位長(zhǎng)度的管道方面，陶瓷復(fù)合鋼管重量只有耐磨鑄鋼管或雙金屬?gòu)?fù)合管的1/2左右，其每米工程造價(jià)降低30-40%，只有鑄石管和稀土耐磨鋼管重量的2/5左右，每米工程造價(jià)降低20%以上。在腐蝕或高溫場(chǎng)所下使用的陶瓷復(fù)合鋼管，其價(jià)格只有不銹鋼管、鎳鈦管的幾分之一。
流體管道輸送不僅應(yīng)用于電力行業(yè)、而且遍及冶金、煤炭、石油、化工、建材、機(jī)械等行業(yè)。當(dāng)管道內(nèi)輸送磨削性大的物料時(shí)（如灰渣、煤粉、礦精粉、尾礦水泥等），都存在一個(gè)管道磨損快的問(wèn)題，尤其是彎管磨損快；當(dāng)管道內(nèi)輸送具有強(qiáng)烈腐蝕性氣體、液體或固體時(shí)，都存在管道被腐蝕從而被很快破壞的問(wèn)題；當(dāng)管道內(nèi)輸送具有較高溫度的物料時(shí)，存在著使用耐熱鋼管價(jià)格十分昂貴等問(wèn)題。陶瓷復(fù)合鋼管的面市，這些問(wèn)題均迎刃而解。
陶瓷復(fù)合鋼管除應(yīng)用于燃煤電廠外，還廣泛用于以下行業(yè)：
1、礦山：
1.1煤炭工業(yè)中水煤漿、洗煤泥、礦山充填料、礦煤粉
1.2金屬礦山：精礦和尾礦的管道輸送。
2、冶金：
2.1鋼鐵廠的煉鐵的高爐噴煤、輸渣等管道。
2.2煉鋼的輸送鐵合金、爐外精煉等優(yōu)選的管道。
3、水泥廠：
旋窯濕法生產(chǎn)線的生料漿輸送、煤粉輸送、提升機(jī)的下料、混凝土輸送管道。
陶瓷復(fù)合鋼管的抗磨、防腐、防結(jié)垢等綜合性能優(yōu)良，能延長(zhǎng)管道的使用壽命，該產(chǎn)品已被列入863新材料科技項(xiàng)目之中。
表一 陶瓷內(nèi)襯鋼管與無(wú)縫鋼管磨損對(duì)比
性能
磨損前重(g) 磨損后重(g) 磨損時(shí)間(min) 平均磨擦力矩kg/cm 磨損力
材料
20#無(wú)縫鋼管 226.5100 225.4775 5.15 10.02 0.2005
陶瓷內(nèi)襯鋼管 256.7100 256.5000 30 10.96 0.0070
表二 陶瓷內(nèi)襯鋼管物理機(jī)械性能
性能
壓潰強(qiáng)度（Mpa） 陶瓷密度 (結(jié)合強(qiáng)度) 抗機(jī)械沖擊性（50J）
g/cm3 抗剪切強(qiáng)度(Mpa) 產(chǎn)生裂紋時(shí)的沖擊次數(shù)
硬度(HV)
陶瓷內(nèi)襯
1100-1450 330-400 3.85-4.9 15-22
鋼 管
碳鋼管 130-150 400-450 ——
復(fù)合層線膨脹系數(shù)（>400℃時(shí)）：8.75×10—6 k—1
20#碳鋼管膨脹系數(shù)（>400℃時(shí)）：14.5×10—6 k—1
表三 陶瓷內(nèi)襯鋼管耐磨對(duì)比測(cè)試
性能 30%SiO2泥漿沖刷對(duì)比實(shí)驗(yàn)體積減少 噴砂對(duì)比試驗(yàn)（SiC砂）
材料 （cm3） 體積減少（cm3）
陶瓷復(fù)合鋼管 3 0.0022
45號(hào)鋼 25 /
97%氧化鋁瓷管 / 0.0025
表四 電廠送粉管路不同材質(zhì)彎管對(duì)比試驗(yàn)
| 材 料 | 規(guī) 格 | 工 況 | 使用情況 |
| 20#碳鋼管 | Dn300×10 | 10萬(wàn)Kw機(jī)組使用煤碳灰份達(dá)40%，每管每小時(shí)送粉38噸 | 3個(gè)月磨穿 |
| 高鉻合金鑄鋼管 | Dn300×25 | 12個(gè)月磨穿 | |
| 夾套式鑄石管 | Dn300×50 | 24個(gè)月磨穿 | |
| 陶瓷復(fù)合鋼管 | Dn300×14 | 已用24個(gè)月，只磨損掉0.2mm |
表五 電廠氣力除灰管路不同材料彎管對(duì)比試驗(yàn)
| 材 料 | 規(guī) 格 | 工 況 | 使用情況 |
| 20#碳鋼管 | Dn150×10 |
氣力輸送干灰，60 噸/小時(shí)，流速20m/s，濃度26%，位置在進(jìn)灰?guī)旃諒澨帯?/td> | 3個(gè)月磨穿 |
| 高鉻合金鑄鋼管 | Dn150×18 | 12個(gè)月磨穿 | |
| 夾套式鑄石管 | Dn150×45 | 24個(gè)月磨穿 | |
| 陶瓷復(fù)合鋼管 | Dn150×12 |
已用24個(gè)月， 只磨損掉0.2mm |
表六 陶瓷復(fù)合鋼管耐熱沖擊性。
|
耐 熱 沖 擊 性 |
條件 |
600℃ /15次 |
700℃ /5次 |
800℃ /5次 |
900℃ /3次 |
1000℃/2次 | 備 注 |
|
實(shí)驗(yàn) 結(jié)果 |
復(fù)合層完整無(wú)裂縫和 剝落 |
復(fù)合層完整無(wú)裂縫和 剝落 |
復(fù)合層完整無(wú)裂縫和剝落 |
復(fù)合層開始出現(xiàn)小裂 紋 |
復(fù)合層出現(xiàn)裂紋和剝 落 |
該實(shí)驗(yàn)是在給定溫度下保溫15分鐘后水淬再加熱再水淬 |
表七、金屬礦山輸送石英灰耐磨對(duì)比試驗(yàn)
| 材料 | 時(shí)間 | 使用情況 | 平均年磨率mm/a | 性能比 |
| 陶瓷復(fù)合鋼管Dn190×15 | 1998年3月-2001年5月 | 3年零2個(gè)月時(shí)間共磨2.2mm（僅磨損復(fù)合層44%） | 0.7 |
結(jié)論 陶瓷復(fù)合鋼管的使用壽命是合金耐磨鋼管的4倍以上。 |
| 合金耐磨鋼管Dn190×26 | 1995年11月-1998年1月 | 2年零2個(gè)月共磨損26mm（磨穿） | 12 |
注：1、該礦重選車間管道，礦石粒度2-13mm。
2、輸送方式為氣力濃相輸送，速度25m/s。
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