论文部分内容阅读
摘 要：垃圾焚烧是当前处理生活垃圾的有效方法，但垃圾在焚烧过程中对锅炉受热面的腐蚀相当严重，使锅炉受热面使用寿命大大缩减。在锅炉管外壁进行喷涂防腐，能够很好的解决该问题。
Abstract： Waste incineration is an effective method for the treatment of domestic waste， but the corrosion of waste on the heated surface of the boiler during incineration is quite serious， which greatly reduces the service life of the heated surface of the boiler. Spray corrosion protection on the outer wall of boiler pipe can solve the problem well.
关键词：垃圾焚烧锅炉蛇形管 喷涂工艺
Keywords： Waste incineration boiler serpentine tube Spray process
0前言
锅炉运行场所环境比较恶劣，在高温高压作用下，锅炉水冷壁、省煤器等部位的钢管因长时间受到烟气所含的颗粒冲刷，盐电池腐蚀、水体中的氧腐蚀，管壁逐渐变薄，易导致受热面爆管，给锅炉正常运行造成很大负面影响。而采用喷涂技术可以解决锅炉受热面快速磨损、爆管的难题，这种技术是在金属表面涂上致密、高强度的耐磨涂层，形成一层保护膜，使金属与这些介质隔开。因其具有极高的抗磨、耐高温、耐腐蚀性能，并且可以修复受热面管材表面的创伤，能够延长锅炉的使用寿命，故受到普遍运用。
下面以400t/d异重循环流化床垃圾焚烧锅炉高温过热器蛇形管组、中温过热器蛇形管组Ⅰ喷涂制作工艺流程为例对喷涂技术进行介绍。
1需进行喷涂的蛇形管管组
锅炉过热器中的中温过热器I和高温过热器蛇形管需要防腐喷涂总面积638平方，其位于水冷包墙第Ⅱ烟室， 管径φ42x5，材质12Cr1MoVG，弯管半径R70/R140，出头部分弯管半径R75，涂层要求抗高温氧化、抗HCl腐蚀、涂层与基材结合强度≥60MPa、厚度不低于0.5mm、使用寿命>3年，产品图1阴影部分需进行喷涂处理。
2蛇形管管组喷涂主要加工工序
蛇形管管组喷涂工艺流程：排料、下料直管----热喷涂（预留弯管局部）---弯管（加工）---组焊、探伤---补喷（弯管部位）--焊接支撑钢板---补全（焊接部位）---水压—油漆包装。
蛇形管管子在进过排料、下料、倒角清理、去毛刺后，要求对管子原材料进行喷砂预处理，喷砂后表面应不低于sa21/2级，后进行喷涂处理。喷涂按图纸及技术要求进行防腐喷涂，保证使用寿命不低于3年，喷涂时注意预留弯管、待焊接区域局部不喷。对需补喷表面，仍需进行喷砂处理，喷砂后表面也应不低于sa21/2级，同时注意要求将着色剂、焊接飞溅等清理干净，按图纸及技术要求对弯管、焊接部位及缺损部位进行补喷，防磨盖板处后续要焊接，喷涂时须保护，在进过通球、水压试验、通海绵球、最终检验后，对未喷涂区域进行油漆。
3蛇形管管组喷涂特殊过程控制
为了确保喷涂层的均匀，及管子不发生变形，喷涂分三次进行。喷涂的管子先以直管先喷，预留弯头及焊接部位暂不喷涂以防止焊接材料与喷涂材料间的化学作用，喷涂直管时，直管一头夹在车床上匀速旋转（如图2所示），喷涂完的管子整片焊接完成后再对弯头部分、焊接处进行补喷。弯头喷涂前需要对弯头部分再进行喷砂处理，清除氧化皮，提高涂层结合强度，防磨盖板处后续要焊接，喷涂时须保护，对每片当中的支持钢板的焊缝进行补喷。由于位置比较狭小，需用小喷枪进行补喷，用温火进行重熔。
喷涂材料采用镍基合金粉末，硬度HRC55～HRC62，涂层厚度大于0.5mm ，喷焊层表面均匀光滑、平整、致密、无麻面、起皮、开裂、脱落等现象，涂层结合牢固不发生因喷焊层和工件膨胀特性不一致而造成脱落，喷涂工件不变形、不损伤，施工采用镍基合金热喷涂工艺，选用火焰喷涂工艺方法。合金粉末表面喷焊是一种新的表面防护和强化工艺，通过加入不同配比的合金粉末，使工件表面获得高耐磨性、耐蚀性或耐热抗氧化的保护层，从而提高产品的使用寿命。热喷焊工艺制得的涂层较厚，结构致密，与工件呈冶金结合，如图3所示：
喷焊材料的选择，氧乙炔焰温度低，要求喷焊材料有较低的熔點。喷焊粉末粒度范围较窄，尽量不使用过细粉末，在喷焊时粉末有较强的放热效果。喷焊材料镍基合金粉末，其主要成分见表1：
粒度范围：-150+280目/英寸 涂层厚度：≥0.5mm 涂层硬度：HRC55～62
喷焊工艺采用两步法进行，即喷焊和重熔烧结两个工艺过程分别进行。这样可根据两个工艺不同特点，使用不同的工艺和设备，从而大大提高生产效率和喷焊质量。具体工艺过程如下：
（1）表面制备
首先对工件表面进行净化处理，表面处理一般采取喷砂处理。喷砂加工有着非常大的作用，会直接影响涂抹层的附着能力和外观，以及涂抹层的耐潮和耐腐蚀。并且如果前期处理不好的话，绣的腐蚀就会不断地向下面延伸，并且会导致涂抹层的脱落。喷砂前要把物体表面进行清洗处理，将待喷涂表面及邻近区域进行除油，去污，去锈，使工件表面呈金属光泽，喷砂使工件表面形成一定的残余压应力，提高涂层的结合强度，有利于提高工件的疲劳强度。同时增大金属表面晶粒的塑性变形，并造成晶格缺陷，使表面活化提高，有助于喷涂颗粒与基体间的物理化学结合的进行。喷砂粒度应与工作要求相适应，一般在十至二十号之间适用，砂子应保持干燥、不含油、石块或其他杂物。较小颗粒的砂粒适用于单位时间内处理较大的基体表面，较大颗粒的砂粒可迅速从基体表面除掉不需要的物质，并获得较粗糙的表面。金属基体喷砂完成清理的表面应当是一种带有灰白色物质的金属表面，同时无油，无锈，无污物等。喷砂后的工件应尽快进行喷涂，时间越短，表面活化效果越好。砂子采用带菱角的破碎轴承钢砂。 （2）基体预热
在喷涂过程中，喷涂粒子在基体表面凝固时，会产生不同类型的应力，这些应力会影响涂层的自身强度和结合强度。无论喷涂何种材料，基体表面进行合理预热，都有利于提高涂层的结合强度，使涂层不易产生裂纹、使表面活化，有利于涂层与基体的结合，以及控制基体相对涂层的膨胀。对于一些薄壁管件，可减小喷涂后冷却时由零件和涂层的收缩不一致性而造成的应力，从而有利于涂层与基体的结合。
控制基体温度，从理论上讲，基体温度越高，活化程度越高，从而有利于喷涂颗粒与其产生冶金作用。但实际上受到限制，因为对于一般钢材而言，当温度高于150℃时，表面将迅速氧化，而氧化膜的形成有碍颗粒与基体结合。因此预热温度一般不超过150℃，这样既能避免基体氧化，又能提高涂层结合强度，同时降低喷涂过程中的热应力，使涂层中的碳化物相充分析出，提高涂层的耐磨性。喷涂前预热还可以使零件喷涂后涂层的抗疲劳强度下降量减少，提高涂层的使用寿命。最佳的预热温度可以提高涂层工作寿命2倍～5倍。
（3）喷粉
当工件预热到一定温度后立即喷涂合金粉末。喷涂时，被涂物须完全接地，以增加粉末涂装的喷着效率。喷嘴垂直于工件表面，喷枪距工件表面距离为100～150mm，喷枪的移动要均匀一致。直管段采用自动喷，弯头部分用手工补喷。
（4）重熔
采用重熔枪对喷粉后的表面进行重熔处理，喷枪距工件表面距离20～30mm，喷枪与工件表面夹角为60～75°，重熔速度要快，否则易产生过熔和氧化。重熔温度一般凭经验控制，当重熔表面出现镜面反光时，说明粉末已熔化完全，达到了重熔温度。在重熔过程中自熔性合金在熔融状态时有强烈的还原脱氧作用和良好的造渣除气性能，致使重熔冷却后的喷焊层消除了喷涂层中的气孔和氧化物夹渣，当涂层充分熔化并完全润湿金属基体表面时便会发生涂层合金与基体之间的互溶及扩散，使喷焊层与基体间形成牢固的冶金结合，从而大幅度提高了结合强度。喷涂后成品如图4所示：
4检查和验收
除按标准要求规定的检查和验收外，还需对涂层进行专项验收，喷涂层表面必须均匀光滑、平整、致密、无麻面、起皮、开裂、脱落等现象;喷涂厚度≥0.5mm;涂层成分中Ni含量≥60%;涂层与基材结合强度≥60Mpa。
5结束语
喷涂加工工艺，在垃圾焚烧炉防止受热面高温腐蚀方面，能够很好地提高机组寿命，值得垃圾焚烧锅炉受热面进行大面积配置和使用。
参考文献
[1] GB 11374-89 热喷涂涂层厚度的无损测量方法[S].
[2] GB 8642-88 热喷涂涂层结合强度的测定[S].
[3] GB 8641-88 热喷涂涂层抗拉强度的测定[S].
[4] GB 8640-88 金属热喷涂涂层表面洛氏硬度的试验方法[S].
[5] GB 8642-88 热喷涂涂层结合强度的测定[S].
[6] GB 11373-89 热喷涂金属预处理通则[S].
[7] GB 8923-88 涂装前表面锈蚀等级和除锈等级[S].
作者简介：
张佳，1986.11.14，女，汉，江苏南通，2008年毕业于南通大学机械制造及其自动化专业，工程师，在南通万达锅炉有限公司管理部从事质量管理工作。
顾新，1982.5.25，男，漢，江苏南通，2004年毕业于南通航运职业技术学院机械工程及自动化专业，工程师，在南通万达锅炉有限公司管理部从事质量检验工作。
李双双，1985.10.18，男，汉，江苏南通，2008年毕业于南通大学机械制造及其自动化专业，工程师，在南通万达锅炉有限公司管理部从事质量管理工作。
Abstract： Waste incineration is an effective method for the treatment of domestic waste， but the corrosion of waste on the heated surface of the boiler during incineration is quite serious， which greatly reduces the service life of the heated surface of the boiler. Spray corrosion protection on the outer wall of boiler pipe can solve the problem well.
关键词：垃圾焚烧锅炉蛇形管 喷涂工艺
Keywords： Waste incineration boiler serpentine tube Spray process
0前言
锅炉运行场所环境比较恶劣，在高温高压作用下，锅炉水冷壁、省煤器等部位的钢管因长时间受到烟气所含的颗粒冲刷，盐电池腐蚀、水体中的氧腐蚀，管壁逐渐变薄，易导致受热面爆管，给锅炉正常运行造成很大负面影响。而采用喷涂技术可以解决锅炉受热面快速磨损、爆管的难题，这种技术是在金属表面涂上致密、高强度的耐磨涂层，形成一层保护膜，使金属与这些介质隔开。因其具有极高的抗磨、耐高温、耐腐蚀性能，并且可以修复受热面管材表面的创伤，能够延长锅炉的使用寿命，故受到普遍运用。
下面以400t/d异重循环流化床垃圾焚烧锅炉高温过热器蛇形管组、中温过热器蛇形管组Ⅰ喷涂制作工艺流程为例对喷涂技术进行介绍。
1需进行喷涂的蛇形管管组
锅炉过热器中的中温过热器I和高温过热器蛇形管需要防腐喷涂总面积638平方，其位于水冷包墙第Ⅱ烟室， 管径φ42x5，材质12Cr1MoVG，弯管半径R70/R140，出头部分弯管半径R75，涂层要求抗高温氧化、抗HCl腐蚀、涂层与基材结合强度≥60MPa、厚度不低于0.5mm、使用寿命>3年，产品图1阴影部分需进行喷涂处理。
2蛇形管管组喷涂主要加工工序
蛇形管管组喷涂工艺流程：排料、下料直管----热喷涂（预留弯管局部）---弯管（加工）---组焊、探伤---补喷（弯管部位）--焊接支撑钢板---补全（焊接部位）---水压—油漆包装。
蛇形管管子在进过排料、下料、倒角清理、去毛刺后，要求对管子原材料进行喷砂预处理，喷砂后表面应不低于sa21/2级，后进行喷涂处理。喷涂按图纸及技术要求进行防腐喷涂，保证使用寿命不低于3年，喷涂时注意预留弯管、待焊接区域局部不喷。对需补喷表面，仍需进行喷砂处理，喷砂后表面也应不低于sa21/2级，同时注意要求将着色剂、焊接飞溅等清理干净，按图纸及技术要求对弯管、焊接部位及缺损部位进行补喷，防磨盖板处后续要焊接，喷涂时须保护，在进过通球、水压试验、通海绵球、最终检验后，对未喷涂区域进行油漆。
3蛇形管管组喷涂特殊过程控制
为了确保喷涂层的均匀，及管子不发生变形，喷涂分三次进行。喷涂的管子先以直管先喷，预留弯头及焊接部位暂不喷涂以防止焊接材料与喷涂材料间的化学作用，喷涂直管时，直管一头夹在车床上匀速旋转（如图2所示），喷涂完的管子整片焊接完成后再对弯头部分、焊接处进行补喷。弯头喷涂前需要对弯头部分再进行喷砂处理，清除氧化皮，提高涂层结合强度，防磨盖板处后续要焊接，喷涂时须保护，对每片当中的支持钢板的焊缝进行补喷。由于位置比较狭小，需用小喷枪进行补喷，用温火进行重熔。
喷涂材料采用镍基合金粉末，硬度HRC55～HRC62，涂层厚度大于0.5mm ，喷焊层表面均匀光滑、平整、致密、无麻面、起皮、开裂、脱落等现象，涂层结合牢固不发生因喷焊层和工件膨胀特性不一致而造成脱落，喷涂工件不变形、不损伤，施工采用镍基合金热喷涂工艺，选用火焰喷涂工艺方法。合金粉末表面喷焊是一种新的表面防护和强化工艺，通过加入不同配比的合金粉末，使工件表面获得高耐磨性、耐蚀性或耐热抗氧化的保护层，从而提高产品的使用寿命。热喷焊工艺制得的涂层较厚，结构致密，与工件呈冶金结合，如图3所示：
喷焊材料的选择，氧乙炔焰温度低，要求喷焊材料有较低的熔點。喷焊粉末粒度范围较窄，尽量不使用过细粉末，在喷焊时粉末有较强的放热效果。喷焊材料镍基合金粉末，其主要成分见表1：
粒度范围：-150+280目/英寸 涂层厚度：≥0.5mm 涂层硬度：HRC55～62
喷焊工艺采用两步法进行，即喷焊和重熔烧结两个工艺过程分别进行。这样可根据两个工艺不同特点，使用不同的工艺和设备，从而大大提高生产效率和喷焊质量。具体工艺过程如下：
（1）表面制备
首先对工件表面进行净化处理，表面处理一般采取喷砂处理。喷砂加工有着非常大的作用，会直接影响涂抹层的附着能力和外观，以及涂抹层的耐潮和耐腐蚀。并且如果前期处理不好的话，绣的腐蚀就会不断地向下面延伸，并且会导致涂抹层的脱落。喷砂前要把物体表面进行清洗处理，将待喷涂表面及邻近区域进行除油，去污，去锈，使工件表面呈金属光泽，喷砂使工件表面形成一定的残余压应力，提高涂层的结合强度，有利于提高工件的疲劳强度。同时增大金属表面晶粒的塑性变形，并造成晶格缺陷，使表面活化提高，有助于喷涂颗粒与基体间的物理化学结合的进行。喷砂粒度应与工作要求相适应，一般在十至二十号之间适用，砂子应保持干燥、不含油、石块或其他杂物。较小颗粒的砂粒适用于单位时间内处理较大的基体表面，较大颗粒的砂粒可迅速从基体表面除掉不需要的物质，并获得较粗糙的表面。金属基体喷砂完成清理的表面应当是一种带有灰白色物质的金属表面，同时无油，无锈，无污物等。喷砂后的工件应尽快进行喷涂，时间越短，表面活化效果越好。砂子采用带菱角的破碎轴承钢砂。 （2）基体预热
在喷涂过程中，喷涂粒子在基体表面凝固时，会产生不同类型的应力，这些应力会影响涂层的自身强度和结合强度。无论喷涂何种材料，基体表面进行合理预热，都有利于提高涂层的结合强度，使涂层不易产生裂纹、使表面活化，有利于涂层与基体的结合，以及控制基体相对涂层的膨胀。对于一些薄壁管件，可减小喷涂后冷却时由零件和涂层的收缩不一致性而造成的应力，从而有利于涂层与基体的结合。
控制基体温度，从理论上讲，基体温度越高，活化程度越高，从而有利于喷涂颗粒与其产生冶金作用。但实际上受到限制，因为对于一般钢材而言，当温度高于150℃时，表面将迅速氧化，而氧化膜的形成有碍颗粒与基体结合。因此预热温度一般不超过150℃，这样既能避免基体氧化，又能提高涂层结合强度，同时降低喷涂过程中的热应力，使涂层中的碳化物相充分析出，提高涂层的耐磨性。喷涂前预热还可以使零件喷涂后涂层的抗疲劳强度下降量减少，提高涂层的使用寿命。最佳的预热温度可以提高涂层工作寿命2倍～5倍。
（3）喷粉
当工件预热到一定温度后立即喷涂合金粉末。喷涂时，被涂物须完全接地，以增加粉末涂装的喷着效率。喷嘴垂直于工件表面，喷枪距工件表面距离为100～150mm，喷枪的移动要均匀一致。直管段采用自动喷，弯头部分用手工补喷。
（4）重熔
采用重熔枪对喷粉后的表面进行重熔处理，喷枪距工件表面距离20～30mm，喷枪与工件表面夹角为60～75°，重熔速度要快，否则易产生过熔和氧化。重熔温度一般凭经验控制，当重熔表面出现镜面反光时，说明粉末已熔化完全，达到了重熔温度。在重熔过程中自熔性合金在熔融状态时有强烈的还原脱氧作用和良好的造渣除气性能，致使重熔冷却后的喷焊层消除了喷涂层中的气孔和氧化物夹渣，当涂层充分熔化并完全润湿金属基体表面时便会发生涂层合金与基体之间的互溶及扩散，使喷焊层与基体间形成牢固的冶金结合，从而大幅度提高了结合强度。喷涂后成品如图4所示：
4检查和验收
除按标准要求规定的检查和验收外，还需对涂层进行专项验收，喷涂层表面必须均匀光滑、平整、致密、无麻面、起皮、开裂、脱落等现象;喷涂厚度≥0.5mm;涂层成分中Ni含量≥60%;涂层与基材结合强度≥60Mpa。
5结束语
喷涂加工工艺，在垃圾焚烧炉防止受热面高温腐蚀方面，能够很好地提高机组寿命，值得垃圾焚烧锅炉受热面进行大面积配置和使用。
参考文献
[1] GB 11374-89 热喷涂涂层厚度的无损测量方法[S].
[2] GB 8642-88 热喷涂涂层结合强度的测定[S].
[3] GB 8641-88 热喷涂涂层抗拉强度的测定[S].
[4] GB 8640-88 金属热喷涂涂层表面洛氏硬度的试验方法[S].
[5] GB 8642-88 热喷涂涂层结合强度的测定[S].
[6] GB 11373-89 热喷涂金属预处理通则[S].
[7] GB 8923-88 涂装前表面锈蚀等级和除锈等级[S].
作者简介：
张佳，1986.11.14，女，汉，江苏南通，2008年毕业于南通大学机械制造及其自动化专业，工程师，在南通万达锅炉有限公司管理部从事质量管理工作。
顾新，1982.5.25，男，漢，江苏南通，2004年毕业于南通航运职业技术学院机械工程及自动化专业，工程师，在南通万达锅炉有限公司管理部从事质量检验工作。
李双双，1985.10.18，男，汉，江苏南通，2008年毕业于南通大学机械制造及其自动化专业，工程师，在南通万达锅炉有限公司管理部从事质量管理工作。