自蔓燃技术用来生产陶瓷复合管道出现在20世纪的60 年代末, 70年代初, 原苏联对自蔓燃技术进行了大量的基础研究, 这一成就在20 世纪 80 年代引起了各国的注意。我国的自蔓燃技术, 是国家863 高科技计划项目( 863- 715- 21- 03- 01) , 国家九五重点支持和推广的高新技术,目前已有部分新建电厂和老电厂在机组大修时使用了该技术生产的耐磨陶瓷复合管道。
1 陶瓷复合管道的生产工艺
陶瓷复合管道的生产方法是将高纯度的铝粉和氧化剂(主要成分为 Fe2O3 ) 及少量的添加物混合均匀后,填充到钢管中并以一定的速度旋转,物料在离心力的作用下被甩到钢管壁上。当离心力达到一定程度后进行放电点燃物料, 引发自蔓燃高温合成反应,还原出纯铁和生成陶瓷并放出大量的热能,使还原的纯铁与钢管壁形成冶金结合,陶瓷层因密度较铁小而形成致密的衬里层。国内目前可生产直径600mm 以下,单管长度为 6m 的陶瓷复合管道, 陶瓷层的厚度通常为3~ 8mm。
2 陶瓷复合管道的性能
陶瓷复合管道的试样是从某厂的陶瓷复合管道上制取的, 经检测, 陶瓷层的表面维氏硬度为1100HV,密度为 3. 8 g/ cm3, 耐酸度( 按ZCG 94003 86 标准测定) 达98% , 陶瓷层的压溃强度为430MPa。将陶瓷层镶样后抛光,用偏光显微镜拍摄的照片( 由于陶瓷层不反光, 普通光学显微镜不能拍摄) 如图1。由照片可以看出, 在靠近钢管一侧,有明显的纯铁析出。因此陶瓷复合管道的金相组织从里向外依次为陶瓷层, 纯铁层和外层钢管。当析出的纯铁与钢管壁接触时, 在反应热能的作用下,会发生一定的冶金结合。3 陶瓷复合管道的特点
3. 1 耐磨性好
陶瓷复合管道由于内衬层为陶瓷(主要成分为Al 2O3 ) ,它的表面维氏硬度很高,因此在冶金, 电力等输送煤粉, 灰渣等方面比其它的合金管道有更好的效果。
3. 2 工程造价低, 经济效益好
陶瓷复合管道在一般情况下, 陶瓷层与钢管的厚度比为1: 3,因此在相同口径的管道中,陶瓷复合管道比合金铸管的重量要轻, 从而使管道支架, 运输等费用降低。按目前市场定价, 虽然陶瓷复合管道的单价较高,但整个工程的总费用要比一般的耐磨合金管道的低。
3. 3 安装施工方便
由于陶瓷复合管道重量轻,且焊接性能好,因此可以采用焊接,法兰,柔性管接头等多种联接方式,施工安装方便。
3. 4 耐腐蚀, 防结垢
由于该管道的内层为陶瓷(主要成分为Al 2O3 ) ,属于中性物质, 因此具有耐酸碱的腐蚀,同时具有防结垢的特点。
3. 5 温度适应性好
由于该管道陶瓷层为单一稳定的晶态组织, 在- 50 ~ 700 的大范围内可长期正常运行,同时它的线膨胀系数较钢管小50%左右, 因此其耐热冲击性能也优于钢管。
3. 6 龟裂和剥落问题
上面已经提到, 陶瓷复合管道是由陶瓷层, 纯铁层和钢管3 部分组成的,在反应中产生大量的热能, 当反应完成后,首先凝固的是陶瓷层,接下来是纯铁层,因三种材料的膨胀系数不同, 陶瓷层的较小, 钢管的较高,这样, 当陶瓷复合管道冷却到室温后, 陶瓷层在钢管收缩力的作用下,部分发生龟裂,甚至有大块陶瓷层的剥落。目前国内在陶瓷复合管道的生产中,直径小于300mm 的陶瓷复合管道内层龟裂较少,产品质量稳定,随着直径的增大, 收缩应力也增大,管道内层发生龟裂的几率也增大,这一问题还有待进一步的解决。
3. 7 陶瓷层壁厚不均问题
陶瓷复合管道是靠离心力的作用, 将物料甩到钢管壁上的,由于钢管本身的圆度不够,成品中陶瓷层的厚度不可能完全一致。目前一些生产企业在钢管选择上有一定的技术机密,所生产的管道其陶瓷层厚度相对较均, 而有些企业的陶瓷层厚度相差较大,有时达一半以上,甚至有些地方就没有陶瓷层。这方面用户在验收时应格外留意。
4 结束语
陶瓷复合管道,在电力, 冶金行业可用于输送煤粉, 灰渣, 泥浆等管道; 在煤炭行业可用于选煤及长
距离输煤等的湿法输送管道;在矿山行业可用于精矿粉和尾矿运送等矿粉输送管道; 同时该管道还可用于其它要求耐酸, 耐热, 耐蚀等特殊的场合。陶瓷复合管道从技术上说, 比合金管道要耐磨,安装施工又方便, 有一定的优越性。但由于目前技术水平使管道陶瓷层的龟裂问题无法从根本上解决,限制了大直径管道的生产, 因此用户在选择管道时应综合考虑。
