专利名称：高温耐磨钢陶复合炉烟管道的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钢瓷复合管道，尤其是一种用于热电厂的高温耐磨钢陶复合炉烟管道。
背景技术：
随着褐煤资源的开发，燃烧褐煤的电厂相继建立。由于褐煤水份大，不易干燥研磨，又因其挥发份高，煤粉极易自燃爆炸，其制粉系统不宜采用仓储式，而是普遍采用风扇磨直吹系统。这种系统的干噪介质一般由‘高温炉烟+热风、高温炉烟+低温炉烟+热风、高温炉烟+放风+冷风’三种方式组成。由于炉烟的介入，能有效地对煤质进行充分干噪，有利于研磨。同时使制粉系统中惰性气体含量增加，含氧量降低，防止了煤粉的自燃、自爆，极适合褐煤煤粉制备。
作为输送干燥剂通道的高温炉烟管道是该煤粉锅炉制粉系统中的重要组成部分，其设计结构的合理性和可靠性直接关系到机组运行的平稳和安全，所以一直是各电厂和电力设计部门非常关注的问题，但一直未能得到有效地解决，耐高温及耐磨性能不能满足长期使用的要求。
针对上述现有技术相对不足，提出本实用新型。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高温耐磨钢陶复合炉烟管道，使其耐热耐磨性能更高，使用寿命更长。
为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是一种高温耐磨钢陶复合炉烟管道，包括外管和内衬层，所述外管为1Cr25Ni20Si2耐热钢母材，所述内衬层包括贴合于1Cr25Ni20Si2耐热钢母材内壁上、带内螺纹及中心孔的工程陶瓷贴片，该工程陶瓷贴片的心孔中在其内螺纹的下部，其中置有外周与工程陶瓷贴片的中心孔相匹配的焊接专用钢碗，在焊接专用钢碗上端压紧有瓷堵，该瓷堵上具有与工程陶瓷贴片的内螺纹相匹配的外螺纹而构成与工程陶瓷贴片的螺纹连接。
所述焊接专用钢碗的中部设有底孔，在该底孔处与1Cr25Ni20Si2耐热钢母材电焊连接。
所述焊接专用钢碗的高度b为3-10毫米。
所述具有外螺纹的瓷堵的外端面上设有一贯通的长槽。
所述瓷堵的下端与焊接专用钢碗间的空间中设有耐热填料。
采用上述方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果本实用新型高温耐磨钢陶复合炉烟管道的外管由于选用了1Cr25Ni20Si2耐热钢母材，其耐高温、耐腐蚀及耐磨性能显著提高，并且由于陶瓷的良好隔热性能和本实用新型的特殊连接结构，使得本实用新型炉烟管道不会影响耐热钢的热膨胀，防止因高温产生的管道劣化现象的产生，从而大大延长的本实用新型的使用寿命。
由于高温炉烟是煤燃烧的产物，成分十分复杂，其含有少量的O、CO2、CO、S及S的氧化物与大气中的NaCl的发应产物Na2SO4等。CO树渗碳性气体，CO含量高时，在高温情况下不断的提高金属表面的含炭量，严重的可引起表面的石墨化；S与氧类似可与金属性形成硫化物膜，但硫化膜非常不致密，且部分硫化物熔点非常低，其挥发造成了严重的材料腐蚀；Na2SO4的高温腐蚀更是严重，金属表面大部分的氧化膜都可以被破坏，进而继续腐蚀内部的金属。普通钢对高温腐蚀和磨损可以说是无能为力，而含有铬、镍、硅元素的1Cr25Ni20Si2钢具有良好的高温抗腐蚀和抗磨损性能。
铬是耐热耐磨及合金中极重要的合金元素。当钢中Cr含量足够高时能在其表面形成一层致密的Cr2O3膜。这种氧化膜可阻止钢进一步的氧化。Cr同时也可提高材料的高温强度。硅与铬具有类似的性能，高温下形成致密的SiO2薄膜，防止氧化。镍是扩大γ区元素，只有含有一定量的镍，在温室下才能得到全部的奥氏体组织。这些合金元素同时具有优良的抗碳化、硫化，因此选择高铬、镍含量的耐热钢是解决高温服役条件下材料问题的有效途径。
1Cr25Ni20Si2(或1Cr23Ni8)钢属于奥氏体型耐热不锈钢，具有较优异的抗氧化、抗渗碳性能和良好的抗腐蚀性能。该钢最高使用温度可达1200℃，连续使用的最高温度为1170℃，因此，其广泛用于制造加热炉的各种耐热构件，如热电厂的烟道，合成氨设备的高温炉管，高温加热炉管，连续炉的炉辊等。用作外管的1Cr25Ni20Si2(或1Cr23Ni8)钢与传统铸造材料的性能比较具有良好的焊接和成型加工性能，材料本身不存在冶金铸造所难以避免的多种降低了材料在热应力作用下开裂的可能性。同时该材料具有优良的抗硫化、碳化及高温氧化性能，在1070℃下它还有很好的抗氧化及硫化性能。而采用型材制备管道，可以最大程序地增加单根管道的长度，大大减少了高空焊接焊口数量，对提高焊接质量有很大的帮助。其次根据前期实验表明，该材料的焊接质量非常可靠，高温断裂不会发生在焊口部位。
本实用新型高温耐磨钢陶瓷复合烟道的内衬层采用了工程陶瓷贴片，其耐磨、耐热、耐蚀性能大大提高。由于高温烟气中还存在大量的烟尘，管道的耐磨性也是必须考虑的一个方面。在1Cr25Ni20Si2钢管的内衬层采用本申请人的专利技术，或进行同材质焊接固定Al2O3具有优良的耐磨、耐热、耐湿性能，其熔点2050℃，莫氏硬度可高达9(金刚石为10)，并具有良好的隔热性能。与耐火砖相比，该陶瓷层Al2O3含量高达95％，硬度高达1100-1500HV。由于MgO的存在，更提高了材料的耐蚀性，而陶瓷层同时也起到了隔离烟气对钢材的腐蚀的作用。陶瓷层在管道内壁采用与耐热钢母材相同成分的焊条焊接或采用焊网高压内喷涂工艺，再加以表面密封工艺，经1200℃氧化试验，没有发现脱落及内部氧化现象。
因此1Cr25Ni20Si2钢的选择，从理论上可满足高温炉烟管道的高温服役条件的要求；Al2O3陶瓷内衬层能保证管道的高温条件下的良好耐磨性能，从而带来了更长的使用寿命。为进一步说明本实用新型高温耐磨钢陶复合炉烟管道的效果，对其高温腐蚀及热冲击试验结果如表1所示。
表1试样腐蚀增中及单位面积的增重
表1展示了试样的腐蚀增重。可以看出，虽时间延长，材料重量在逐渐增加，但增加速度非常缓慢，100小时每平方毫米最多的试样仅增加1.2*10-5g/mm2，说明1Cr25Ni20Si2钢非常好的耐热抗氧化、耐高温腐蚀的性能。
另外，从1Cr25Ni20Si2钢原始组织及氧化后的组织分析，该钢的抗高温氧化腐蚀性能非常优良。从热冲击50次及100次的扫描结果来分析，该材料抗热循环的能力非常好，能满足高温炉管道的服役条件。
对1Cr25Ni20Si2钢及焊缝的力学性能测试结果如表2所示。
表2 1Cr25Ni20Si2钢及焊缝的力学性能
表2为1Cr25Ni20Si2钢及焊缝的力学性能。可以看出固溶处理和未固溶处理的性能没有明显的差别。并且焊缝强度高于母材，抗冷弯性能无论是焊缝还是母材均合格。材料在800℃没有明显的晶间腐蚀。
对于工程陶瓷性能，以Al2O3的95陶瓷为例，其耐磨性与M2高速钢相比较工程陶瓷的硬度非常高，200g载荷的显微硬度为1200-1300HV200。抗热冲击从1050℃快速淬至室温的水中，12次产生裂纹。以上为95陶瓷还是高速钢耐磨，磨损体积均在增加。但在底载荷条件下95陶瓷比高速钢耐磨性能强，并且Al2O3在1400℃可维持原有强度。高温炉烟管道中，飞行颗粒对管壁形成的载荷不会太大，这种底载荷的磨损，Al2O3陶瓷内衬是提高耐高温和耐磨性能的最佳选择。
以下为实际使用的试验①陶瓷片最高耐温≤1400℃。
②耐热钢最高耐温≤1050℃。
③复合后的材料性能A.陶瓷表面耐温1400℃，耐磨性不变，HRC≥80；B.由于陶瓷层的融热作用，陶瓷层表面温度在1400℃时，耐热钢温度＜900℃；陶瓷层表面温度在1200℃时，耐热钢温度＜700℃；陶瓷层表面温度在1000℃时，耐热钢温度＜500℃。
C.复合材料使用寿命理论上是原热钢的3-5倍。
结论如果陶瓷层表面温度在1000℃以下时，母材及钢碗和焊条可以使用一般结构钢，这样价格则大大低于耐热钢(＜15％-25％)；如果陶瓷层表面温度在1000℃以上时，母材需用耐热钢，这样价格只略高于纯耐热钢(＞5％-15％)。
总之，钢陶复合耐热耐磨材料的各项性能及经济实用方面均大大优于纯耐热钢，是一种最新型、使用寿命更长、更加使用可靠的替代产品，此产品应用于高温炉内壁、高温炉烟用管道等。
经济效果分析由于内衬采用了陶瓷耐磨材料，所以可大大减薄耐热钢的厚度，工程陶瓷耐磨材料的成本又大大低于耐热钢，所以本复合材料成本比原纯高温钢可以降低10％-30％。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细地描述。
图1为本实用新型高温耐磨钢陶复合炉烟管道结构示意图；图2为本实用新型高温耐磨钢陶复合炉烟管道结构的工程陶瓷贴片示意图；
图3为本实用新型高温耐磨钢陶复合炉烟管道结构的焊接专用钢碗示意图；图4为本实用新型高温耐磨钢陶复合炉烟管道结构的瓷堵示意图。
具体实施方式
如图1-图4所示，本实用新型高温耐磨钢陶复合炉烟管道的结构，包括外管和内衬层，所述外管为1Cr25Ni20Si2耐热钢母材1，也可采用1Cr23Ni18耐热钢母材。所述内衬层包括贴合于1Cr25Ni20Si2耐热钢母材1内壁上、带内螺纹2及中心孔3的工程陶瓷贴片4，该工程陶瓷贴片4的中心孔3在其内螺纹2的下部，其中置有焊接专用钢碗5，其外周与工程陶瓷贴片4的中心孔3相匹配，其中部设有底孔6，并在该底孔6处与1Cr25Ni20Si2耐热钢母材1用焊条电焊连接，该焊接专用钢碗5的高度b为3-10mm，所用焊条与耐热钢母材1的成分相同，也可采用热喷涂(焊)连接。在所述焊接专用钢碗5的上端压紧有瓷堵7，该瓷堵7上具有与工程陶瓷贴片4的内螺纹2相匹配的外螺纹8，而构成与工程陶瓷贴片4的螺纹连接。所述具有外螺纹8的瓷堵7的外端面上设有一贯通的长槽9，该具有外螺纹8的瓷堵7的下端与焊接专用钢碗5间的空间设有耐热填料10。
本实用新型高温耐磨钢陶复合炉烟管道的结构具有比现有技术更高的、更良好的耐高温、耐腐蚀、高强度与耐磨性能，因而使用寿命也更长，应用范围更广，不但适用于热电厂的高温烟道，还适用于其他类似工矿条件的技术领域，其科技实用性将使其具有广阔的发展与应用前景。
权利要求1.一种高温耐磨钢陶复合炉烟管道，包括外管和内衬层，其特征在于所述外管为1Cr25Ni20Si2耐热钢母材，所述内衬层包括贴合于1Cr25Ni20Si2耐热钢母材内壁上、带内螺纹及中心孔的工程陶瓷贴片，该工程陶瓷贴片的中心孔在其内螺纹的下部，其中置有外周与工程陶瓷贴片的中心孔相匹配的焊接专用钢碗，在焊接专用钢碗上端压紧有瓷堵，该瓷堵上具有与工程陶瓷贴片的内螺纹相匹配的外螺纹而构成与工程陶瓷贴片的螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温耐磨钢陶复合炉烟管道，其特征在于所述焊接专用钢碗的中部设有底孔，在该底孔处与1Cr25Ni20Si2耐热钢母材电焊连接。
3.根据权利要求1所述的一种高温耐磨钢陶复合炉烟管道，其特征在于所述焊接专用钢碗的高度b为3-10毫米。
4.根据权利要求1所述的一种高温耐磨钢陶复合炉烟管道，其特征在于所述具有外螺纹的瓷堵的外端面上设有一贯通的长槽。
5.根据权利要求1所述的一种高温耐磨钢陶复合炉烟管道，其特征在于所述瓷堵的下端与焊接专用钢碗间的空间中设有耐热填料。
专利摘要本实用新型公开了一种用于热电厂的高温耐磨钢陶复合炉烟管道，其结构包括外管和内衬层，该外管为1Cr25Ni2O Si2耐热钢母材，其内衬层包括贴合于该耐热钢母材内壁上的工程陶瓷贴片，其中心孔中配有焊接专用钢碗，该焊接专用钢碗与耐热钢材焊接为一体，焊接专用钢碗上端压紧有瓷堵，瓷堵与工程陶瓷贴片螺纹连接，其下端与焊接专用钢碗间的空间设有耐热填料。本实用新型高温耐磨钢陶复合炉烟管道具有比现有技术更高的、更良好的耐高温、耐腐蚀、高强度与耐磨性能，因而使用寿命也更长。
文档编号F16L57/04GK2713269SQ20042008451
公开日2005年7月27日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者杨桂森 申请人:杨桂森