循環(huán)硫化床鍋爐熱噴涂耐磨涂層可行性使用報告

一、引言
硫化床鍋爐的磨損與高溫腐蝕是電力行業(yè)人所共知之事，廣州三鑫金屬科技有限公司研制了SX-801，超音速電弧噴涂新材料，主要針對硫化床鍋爐嚴重磨損與高溫腐蝕而開發(fā)的，同時也適用于其它類似的工況條件。

SX-801材料的噴涂涂層具有優(yōu)異的抗沖蝕，抗磨粒磨損及抗高溫氧化性能。涂層的致密性，導熱性與熱脹系數(shù)均達到最優(yōu)化，經實踐證明完全符合CFB的運轉要求。

二．循環(huán)硫化床鍋爐受熱面的磨損分析

循環(huán)硫化床鍋爐內存在不同方向、不同角度、不同是顆粒濃度的氣流，以各種形式射流至工作表面上，形成復雜的磨損過程。這是一種磨粒磨損與沖擊腐蝕磨損的過程。磨粒磨損是一種硬表面或含有硬質點的軟表面，以滑動的形式作用于更軟的表面上，而硬面或硬質點的突出部分在軟面上沖刷，加上煤矸石顆粒磨粒，不斷對軟面進行磨損的過程。

硫化床鍋爐在正常運行時，夾帶于氣流或液化流中的固體顆粒煤矸石，以高的速度撞擊到基體表面時，即產生沖蝕磨損。其實質上也是一種磨粒磨損，磨粒磨損主要是在外力的作用下磨粒（煤矸石）沿表面的移動，不斷的沖刷磨損，使管壁減薄，其結果使表面產生微小塑性變形或者微裂紋，直至爆管。這種情況下，鍋爐管表面的韌性耐磨性更為重要。硫化床鍋爐的受熱面，除上述磨損外，還存在有微振磨損及高溫腐蝕氣體等，實際過程更復雜。

三．硫化床鍋爐熱噴涂技術工藝的選擇

對于硫化床鍋爐受熱面的金屬表面抗磨損、抗高溫腐蝕，熱噴涂技術在近年來受到重視并取得很大成就。因為熱噴涂方法和材料有充分的選擇余地，生產效率高，施工成本低，可在現(xiàn)場爐內施工。

熱噴涂技術是一種工件表面強化和保護的工藝方法，它以氣、液態(tài)、燃料、電弧或等離子作熱源，將噴涂材料加熱到熔化或塑態(tài)，借助于壓縮空氣或火焰推力將之噴射到預處理工件表面上，形成各種性能的涂層。由于噴涂材料是合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料等各種工程材料，其涂層具有耐磨、耐蝕、抗高溫、隔熱、絕緣等各種功能。根據不同的熱源，熱噴涂可分氧乙炔火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、高速火焰噴涂（HVOF）等。

表1：各種熱噴涂技術特點：

表1中列出了各種熱噴涂方法的最基本的特性，涂層性能在很大程度上取決于噴涂材料及噴涂工藝的選擇。表中列出的噴涂方法都可以用來

噴涂硫化床鍋爐受熱面的耐磨涂層，具體分析如下：
1.火焰粉末或絲材噴涂，由于工藝自身的局限，可供選取的噴涂材料有限，涂層性能差，難以取得理想結果?；鹧鎳姾窷i基自熔合金粉，涂層經重熔，才能達到很好的耐磨效果，噴焊時加熱，溫度達1000℃左右，工件長時間在高溫中，使金屬內部組織結構發(fā)生變化，有些元素被燒毀，如C在長時間的高溫下產生脫C或者流失，噴焊工效低，工件易變形，在鍋爐防磨、防腐噴涂中，絕不能采用噴焊工藝方法。

2．等離子噴涂（包括真空等離子噴涂）：能獲得很好耐磨涂層，但成本高，不能現(xiàn)場施工，一般不采用。

3．高速火焰噴涂（HVOF）：此方法噴涂NiCr-Cr3C2涂層的工作壽命可達10個月到一年。（一般煤粉爐的磨損30~40μm）。HVOF噴涂已在日本、

韓國、美國、法國、俄羅斯等國家采用，不足的是，噴涂成本過高，材料昂貴，涂層沉積率低，僅為30%左右，在我國難以推廣。

4．超音速電弧噴涂技術：操作成本低，施工方便，生產效率高，是我國目前電廠鍋爐進行噴涂的主要工藝方法。

四．超音速電弧噴涂技術的簡介

超音速電弧噴涂技術是一種新型的電弧噴涂技術，該噴涂技術的優(yōu)點：熔滴射速高，粒子霧化效果好，在距噴涂槍噴嘴軸向80mm范圍內，氣流速度達600m/s，粒子飛行速度150~315m/s，涂層的結合強度達50MPa 以上，涂層致密，涂層孔隙≤5%，涂層沉積率為74.8%，噴涂工作效率每小時噴涂各種材料都達到15kg以上。超音速電弧噴涂24小時可連續(xù)地工作，也為電廠在檢修贏得時間保證。

五．SX-801涂層基本特點

（1）具有足夠高的涂層硬度及與之相配合的韌性。磨損機理的分析表明，硬度不夠高的涂層不具備經受磨損所必需的條件，但僅有硬度容易產生疲勞而失效。涂層系統(tǒng)中應具備硬度和韌性兩種特性，而且它們之間的搭配形式與組合，以及構成涂層的晶型與結構，是構成SX-801具有抗磨性最重要的特征。在某種程度上說，構成涂層(或噴涂材料)的化學成份并不足以提供耐磨性能，而涂層的相、晶型及微觀結構則是更重要的要素。

（2）SX-801對爐管基體有很高的結合強度，不會在工作中經物理或化學的作用而脫落，即使出現(xiàn)意外情況，例如出現(xiàn)漏水而驟然冷卻也不會。

（3）對基本材料有大體一致的熱膨脹系數(shù)，不會由于熱沖等工況導致涂層因熱脹系數(shù)差異產生應力而脫落。

（4）涂層的導熱性良好，不會給爐管的熱傳導產生不良影響。

（5）涂層不會損害爐管基體，因為噴涂時基體溫度不會超過一定界線
(通常 200℃)。

六．SX-801涂層的基本特性

SX-801材料形成的涂層具有以下重要特性：

1、涂層硬度HV0.3為1015（相當于HRC70）
2、涂層結合強度：60.5Mpa
3、涂層孔隙率：＜1%
4、涂層耐沖蝕磨損達到HVOF噴NiCr-Cr3C2涂層水平，而其耐磨粒磨損性則是HVOF噴NiCr-Cr3C2涂層的2倍。
5、耐高溫性能：當沖蝕角為25o時，即使到1000℃其抗沖蝕性能不會下降，當沖蝕角為90o時，只有超過800℃時才開始下降。

七．超音速電弧噴涂技術工藝參數(shù)。

由于普通電弧噴涂與超音速電弧噴涂設備的性能基本相同，以下列出超音速電弧噴涂工藝參數(shù)。

電弧電壓：28-36V
工作電流：200-300A
噴涂移運速度：10-15cm/秒
噴涂角度：45-90℃。
噴涂距離：120±25
風壓： 6 kg/cm2

噴涂時采用分片多遍噴涂原則（涂層厚度必須在1mm以上，至少噴10-12遍）。

八．超音速電弧噴涂工藝流程

1．表面處理

噴砂是為了更好的提高涂層與基體的粘接強度，經研究試驗和多年來現(xiàn)場施工經驗總結，噴砂分為兩步進行。一是用石英砂，除去基體表

面銹污，二是用剛玉砂，（棕色氧化鋁砂子），目數(shù)16-24目混合砂；噴砂，是提高基體表面的粗糙度毛化和表面活化度，使涂層與基體具有很

高的結合強度。

2．噴涂打底

進一步提高涂層與基體粘接強度，必須噴涂過渡層涂層，材料選NiCrA1Fe，這是放熱性材料，能大大的提高涂層與基體粘接強度。

3．噴涂工作涂層

工作涂層是鍋爐防磨損、防高溫腐蝕主要涂層，噴涂材料是延長涂層使用壽命之本。工作涂層材料是我校與北工大研制的高硬度、高耐磨

、抗高溫氧化耐蝕性的復合粉芯絲。GY-60、NiCr-Cr3C2的金屬陶瓷，多年來一直在電廠使用。工作涂層的厚度一定要噴涂到1mm以上，材料用

量每11-13kg/m2。

4．涂層封孔

為徹底消除涂層的孔隙，防止二氧化硫及硫化氫進入涂層孔隙，對涂層必須進行封孔，封孔選用我司SX-3封孔劑，是一種無機耐高溫封孔

劑，其在760~800℃時發(fā)生反應生成玻璃相，對涂層起到保護作用。涂刷封孔劑時將涂層表面的粉塵用高壓空氣吹凈，涂刷兩遍。

九．超音速電弧噴涂的技術指標。

1．涂層的結合強度：經北京625研究所測定，平行6組數(shù)據，依次為：61.5、60.7、59.2、61.3、60.7(Mpa ) 平均為60.5Mpa。

2．涂層硬度：經北京625所測定，平行10組數(shù)據，依次為HV0.3 1031、1027、984、870、1168、1192、880、844、1210、945，平均值HV0.3

1015(相當于HRc70)。

3．涂層孔隙率： 1%(北京礦冶研究院測試)

4．涂層厚度：可噴涂較厚涂層，即使達2㎜，其結合強度并無顯著變化

十．在超音速電弧噴涂硫化床鍋爐使用效果。

針對國外一些著明的耐磨涂層材料，采用不同的工藝方法(HVOF、電弧噴涂、噴焊、激光熔敷導)，以及不同溫度(25℃、315℃)和不同角

度( 25°、90°)，對SX-801涂層做了對比試驗，從中可得出：

1、耐沖蝕性能：SX-801涂層大體是45號鋼、Fe21Cr8Ni3.2Mo合金鋼，F(xiàn)e29Cr高鉻鋼，F(xiàn)e14Cr4.5Ni不銹鋼等涂層材料的10-17倍，與HVOF噴WC-

Ni涂層、激光熔敷WC-NiCr焊層相當。

2、耐磨粒磨損性能：膠輪干砂磨損大體是不銹鋼涂層的24倍，是21Cr8Ni合金鋼涂層的21倍，與HVOF噴WC-Ni相當。

3、粉爐沖灰器及火嘴周圍的水冷壁、過熱器和省煤器等相關部位
煤粉爐通常因交變溫度熱沖、氧化及氣體腐蝕導致爐管失效，但對省煤器，因煤粉到達此處已呈燒焦狀態(tài)，質地堅硬、且夾帶氣流飛速高

，致使該部位磨損嚴重。在這種情況下，噴涂SX-801 0.8㎜厚，可延長工作壽命3倍上下。
吹灰器則是氣流中固體顆粒以高速沖擊爐膛工作面，在吹掃灰渣的同時，對爐管產生磨損。實踐表明，噴涂SX-801對吹掃區(qū)的工作壽命有

顯著的改善，最長工作壽命達七年。

4、CFB鍋爐金屬受熱面：
大量SX-801涂層被用于CFB受熱面的噴涂。實踐表明，由于煤質組成及爐型的差異，以及爐子運轉制度及部位的不同，磨損情況不盡相同，

應用效果也有差異。但涂層大體能延長工件工作壽命2-3倍。

5、鋼鐵廠高爐的荒煤氣管，因含有高濃度的鐵礦石粉，對導出管道，特別是彎頭及S彎處，造成嚴重磨損。通常8㎜厚的無縫鋼管只堅持40天，

20㎜厚的16Mn鋼板厚補只用4個月，噴涂SX-801涂層可使用8個月左右。

6、冶金團礦車間強力風機葉片，噴涂SX-801 0.5㎜厚，可延長風機工作成壽命2倍。

7、電廠風機葉片噴涂SX-801 涂層0.5-0.8㎜厚，可延長引風機工作壽命3-4年，排風機可達1.5年以上。

8、水泥廠鼓風機葉輪，工作20天即被報廢，電弧噴SX-801 0.8mm可延長工作壽命達一年。

9、陶瓷制品廠液壓機栓塞，噴涂SX-801 1-2mm，栓塞工作壽命由3個月延至一年。