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陶瓷復(fù)合鋼管性能介紹

●性能簡介　　　　　　　　　　　　　　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。現(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內(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、雙金屬復(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)合層均無明顯的磨損或脫落，在相同規(guī)格和單位長度的管道方面，陶瓷復(fù)合鋼管重量只有耐磨鑄鋼管或雙金屬復(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)格十分昂貴等問題。陶瓷復(fù)合鋼管的面市，這些問題均迎刃而解。 

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)
 

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