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威尔朗科技?
电厂用耐磨、耐热件
    20年来我国电力工业取得长足的进步,平均每年新增装机容量超过10000MW, 2001年全国投产发电装机17130MW,全国发电装机容量达到338 000MW,全国发电量完成1 478×109 kW 0h,其中绝大部分为火力发电。2001年全国火力发电燃煤超过5×108t,产生灰渣约2×108t。将5×108t煤磨成煤粉,喷到锅炉中燃烧掉,产生的2×108t灰渣要输送出去,估计每年要消耗耐磨件、耐热件约3× 105t左右。
    中央经济工作会议要求“推进垄断行业改革,通过政企分开和企业重组,打破行业垄断,形成适度竞争”。目前我国除有5个发电公司、2个电网公司和4个辅业公司外,还有和香港及国外公司合资或独资建设的新电厂,并要求深化“厂网分家,竞价上网”的改革。除煤炭外,耐磨件和耐热件是火电厂的大宗消耗品,直接影响着发电成本。打破行业垄断后,形成适度市场竞争,使得各电力公司及各个电厂要合理地、科学地使用价格适中、性能优良的耐磨件、耐热件,以降低发电成本,增加上网销售电价的市场竞争力。
    国内生产耐磨件、耐热件的生产厂家数以千计,其产品质量良荞不齐。多年来耐磨件、耐热件的国家标准不多,而电力行业就没有标准,直至1997年电力部下达编制标准的计划,于1999年8月经国家经贸委批准,两项中国电力行业标准DL/T681 -1999《磨煤机耐磨件技术条件》和DL/T680-1999《耐磨管道技术条件》开始实施,使供应电厂的生产厂家有了生产标准,也给电厂提供了选材和验收的依据。
    1.燃煤电厂用耐磨件
    1.1磨损工况简介
    (1)球磨机衬板和磨球。在球磨机旋转时,磨球和煤被带动,上部的磨球和煤抛落下来,磨球冲击煤,使其破碎,白身和衬板也受到冲击;磨机下部的磨球和煤,在旋 转上升时出现相对滑动,而产生研磨作用。因而对磨球来说不仅要求其耐磨,而且在承受冲击时,破碎率不可太高;对衬板来说,除要求其耐磨性要好之外,也要求其韧性要好,不得断裂。
    (2)中速磨磨辊和磨盘瓦。中速磨在运转时,磨辊碾压磨盘瓦上的煤,当煤中有石块或铁块时,磨辊虽可跳过,但也受到冲击。因而对磨辊和磨盘瓦要求其耐磨性好,也要有一定的冲击韧性。
    (3)风扇磨冲击板和护甲。风扇磨在高速旋转中,冲击板把煤打碎,护甲把煤反弹回来,冲击板继续对其冲击,直至粉碎。因而对冲击板的要求,首先是韧性好,不可断裂破碎,其次是耐磨性要好;对护甲来说,韧性的要求可稍低一些。
    (4)煤粉和除灰管道。其磨损机理属于冲刷磨损,当电厂正常运行和煤质一定的情况下,主要是冲击角影响其使用寿命,弯头磨损快,直管磨损慢;除灰管道还要能承受一定的压力。
    (5)灰浆泵和阀门过流配件。承受冲刷磨损和气蚀,还有一定的腐蚀。
    (6)其他设备配件。引风机叶片主要受到冲刷磨损;斗轮机的铲斗,给煤机配件主要受到煤的切削和凿削;碎渣机和捞渣机配件主要受到切削、凿削,还有腐蚀。
    1.2 耐磨材料
    1.2.1合金元素对耐磨铸铁的作用
    C:含量增加使白口铸铁中碳化物增加,而使其硬度增加,从而具有良好的耐磨性,但脆性也增加。如C含量高时,Si含量应低一些。
    Si:含量在白口铸铁中一般不应过高,以免影响冷硬深度,生成珠光体,但在Mo,Ni, Mn, Cr有足够含量时,Si含量增加可提高合金铸铁的Ms点,有利于提高马氏体总量和硬度。
    Mn和S:应一起考虑,他们单独存在会增加冷硬深度,共同存在则相反,但一般S含量较少,所以过量的Mn可增加硬度,是因Ni可以细化组织,形成高硬度马氏体一碳化物结构。但Mn量大于1.5%时,马氏体铸铁强度、韧性下降,耐磨性也下降。
    P:除在高磷铸铁中之外,其他铸铁P含量都应较低。
    Cr:是形成碳化物元素,使白口铸铁硬度增加,耐磨性提高。
    Ni:几乎全部在奥氏体和它的转变产物中,它促进石墨的形成,但在白口铸铁中,这种作用一般会被加入的Cr抵消。当Ni量在4.5%以下时,空冷即可获得马氏体组织。
    Cu:可抑制珠光体的形成,还可增加白口铸铁的耐腐蚀性。
    Mo:可有效地抑制珠光体的形成,可增加淬火深度,而对奥氏体没有明显地稳定作用,提高白口铸铁耐磨性。
    V:是强力的碳化物形成元素,并可细化晶粒,增加铸铁的冷硬深度。
    1.2.2合金元素对耐磨钢的作用
    C:含量增加可提高钢的强度和硬度,当C的质量分数为0.6%时,马氏体硬度达到最高值,增加C量可提高钢的淬透性。在高锰钢中与Mn配合,Mn/ C的质量分数为8-11时,使钢具有加工硬化能力,提高耐磨性。
    Mn:能大大提高钢的淬透性,有助于提高正火的效果。在高锰钢中,使钢生成奥氏体而韧性提高,C配合使钢具有加工硬化能力,而提高耐磨性。
    Si:降低临界冷却速度,促使钢生成马氏体。在高锰钢中降低钢的耐磨性。
    Cr:能提高钢的淬透性,提高强度、硬度和耐磨性,但铬钢韧性差,回火脆性敏感。加入高锰钢中可提高耐磨性。
    Ni:可改善低温韧性和提高淬透性,和Cr, Mo同时使用则效果更好。
    Mo:可提高淬透性,Mo的质量分数为0.15%一0.3%时,可使钢的回火脆性的敏感性降至最低。
    V:可抑制钢在热处理时晶粒长大,V的质量分数在0 .05%以下时可提高钢的淬透性。
    Ti:可细化钢的晶粒。
    B:提高钢的淬透性,比Cr,Ni, Mo都强得多。
    2.燃煤电厂用耐热件
    耐热钢广泛应用于冶金、电力、建材、航空等行业,如电厂锅炉的火嘴,工作在1000℃左右的温度下,受到煤粉的冲刷磨损,还有炉气的腐蚀,要求长期使用不变形、耐磨损、抗氧化。
    2.1耐热钢的性能要求
    耐热钢的耐热性能包括高温抗氧化性和高温力学性能。高温抗氧化性用增重法来测定其氧化速度。高温力学性能包括瞬时性能和持久性能,因持久性能测试成本高、时间长,所以一般仅测试高温瞬时力学性能。
    耐热钢的焊接性能十分重要,因许多耐热件在现场是用焊接的方法进行装配的,珠光体和马氏体耐热钢焊接性能不好,而铁素体和奥氏体耐热钢焊接性能很好。
    2.2合金元素在耐热钢中的作用
    C:扩大奥氏体区元素,可以强化基体,提高常温强度,也可增加高温强度,但其是碳化物形成元素,在高温下长期使用会使固溶体中析出较多碳化物,造成固溶体中合金元素贫化,降低强化作用,碳化物周围出现贫铬现象,降低高温抗氧化性,同时碳化物不断聚集长大,降低抗蠕变能力,所以含C量不宜太高。
    Cr:提高钢的抗氧化性及耐蚀性,也起固溶强化作用。随含Cr量的增加,抗氧化性也逐步提高,但当含Cr的质量分数 >24%时,抗氧化性的提高趋于平缓。当Cr的质量分数 >12%,抗电化学腐蚀能力有明显提高。当Cr的质量分数=2%时,对铁素体强化作用显著,当Cr的质量分数=3%-10%时热强性反而降低,当Cr的质量分数  >10%时,热强性又有增加。
    Ni:扩大奥氏体区,提高钢的耐热性及热强性,当Ni达到一定含量时,可获得奥氏体耐热钢。Ni可增加钢的耐蚀性。当Ni和Cr配合使用时,可获得更好的效果。
    Si:可形成钝化膜而提高抗氧化性,当Si的质量分数<2%时,减少氧化损失显著。Si还可提高在硫气氛中的抗蚀能力。Si可代替部分Cr。Si量高时使热加工性能变差,一般Si的质量分数在2%左右。
    Mn:扩大奥氏体区,可提高溶解碳的能力,避免碳化物的出现。Mn对热强性和抗氧化性影响不大,但Mn含量过高时,有损于抗氧化性。
    Mo:有显著的固溶强化作用,提高抗蠕变能力,提高钢的热强性。
    W:作用和Mo相似,但比Mo弱,和Mo配合使用效果好。
    A1:与Cr, Si复合使用,在高温下形成致密的钝化膜而提高抗氧化性,但易使蠕变抗力降低,不利于热强性。A1量过多,使钢水流动性降低,夹杂物增加,造成韧性下降,一般A1量控制在3%以下。
    V, Ti, Nb, Zr:是强烈形成碳化物元素,与钢中的Cr, N化合,形成稳定的碳化物和氮化物,并弥散分布于基体中,可提高钢的热强性,同时使Cr, Mo, W不易形成碳化物,更多的进入基体,发挥固溶强化作用。Nb和Ti还可细化晶粒,提高耐蚀性,Ti还可提高抗氧化性。
    N:扩大奥氏体区,N和Mn配合使用可代替部分Ni。 N可细化晶粒,增加高温强度,但N含量高易形成气孔和夹杂物,一般控制在0.3%以下。
    RE:微量RE可提高钝化膜的稳定性,因而可提高抗氧化性,同时可细化晶粒,净化晶界,改善合金的组织和性能;增加抗蠕变能力和热强性,但RE加入量应严格控制以免增加钢中的夹杂物。
    3.结束语
    我国在耐磨、耐热材料的科研方面具有国际先进水平,但在耐磨件、耐热件的生产方面,因人才、管理、工艺等因素的影响,产品质量和国外产品尚有差距。过去每个省都有一家电力修造企业生产耐磨件,因管理体制和市场竞争力弱等原因,目前电力修造企业生产耐磨件、耐热件的已不多。通过体制改革,各电厂纷纷在白己的三产企业生产耐磨件、耐热件,但因缺乏技术人才、缺乏管理经验,造成在生产工艺、产品质量、产品的技术含量方面都存在一些问题,有能力参与国内市场竞争的厂家更少。
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