热喷涂技术在炼钢120t转炉烟罩上的应用

摘 要 炼钢120t转炉烟罩内壁采用超音速电弧热喷涂技术，形成优异的抗冲刷磨损和耐高温腐蚀性能复合防护层。能延长烟罩使用寿命，减少生产误时，提高转炉的作业率，解决烟罩结渣和腐蚀穿漏问题。

关键词 转炉烟罩；热喷涂；防护层；使用寿命

中图分类号TF7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）81-0176-03

The Application of Thermal Spraying Technology in 120t Steelmaking

Converter Hoods

YU Jiadong

Sichuan Dazhou Iron & Steel Group Co.， Ltd Equipment Department Sichuan， Dazhou 635002，China

Abstract The 120t steelmaking converter hoods lining was sprayed by using the supersonic arc thermal spraying technology， which help the lining form a superior functional protective layer that can resist erosion and high temperature corrosion. This kind of technology can help extend the service life of the hoods， reduce time wasting in production， increase the work rate of the converter， and dispose of the slagging problems as well as the corrosive leakage of the hoods.

Keywords converter hoods；thermal spray technology；protective layer；service life

0引言

炼钢转炉OG系统汽化冷却烟罩分为固定烟道和活动烟罩两部分，它是收集、输导及冷却烟气的设备，是由无缝钢管围焊接成筒形构件。由于120t转炉炉口段和活动烟罩受热面壁部位长期受到高温高速含尘烟气的不均匀冲刷磨损和腐蚀，同时在冶炼的时候，会形成钢渣喷溅，这种钢渣喷溅主要集中在炉口的位置，并且处在受热面上。这些钢渣喷溅聚集在一起就形成了结渣，所造成的后果主要是导致受热不均匀或者局部热量过高，进而造成损坏。我们在清理结渣的时候，如果不有效避免受热管的机械损伤，受热面壁很快会被磨损和腐蚀减薄，使设备使用寿命大大缩短，且在使用寿命期限内很容易出现事故，为后续的维修带来严重的影响，使钢产量大大降低，并且对设备的安全运行造成巨大的伤害。

采用超音速电弧热喷涂技术对转炉烟罩内壁进行喷涂的优点：

1）喷涂所构成的复合防护层，具有优异的抗冲刷磨损和耐高温腐蚀性能，能满足防护要求；

2）提高了烟罩的抗氧化、抗腐蚀和耐磨性，延长了烟罩使用寿命，减少生产误时，降低生产成本；

3）提高转炉的作业率，降低员工的劳动强度，解决与转炉炉龄同步和烟罩结渣的问题；

4）安全性得到提高，消除了频繁漏水的安全隐患。

鉴于以上优点，炼钢厂决定采用热喷涂技术分别对其3座转炉活动烟罩进行喷涂处理，从2010年5月喷涂使用后到目前还未出现烟罩磨损等故障，效果明显。

1 转炉烟罩热喷涂前的使用情况和存在的问题

炼钢转炉烟罩由于运行工况条件极为恶劣，长期受到高温（1700℃以上）、高压（2.25MPa）及氧化性气体（CO、CO2）、腐蚀性气体（SO2）、金属粉尘的高速冲刷，对烟罩使用造成如下影响：

1）壁厚4mm的冷却水管受热面壁很快被磨损和腐蚀，钢管壁迅速减薄；水冷壁管被磨损和腐蚀速度每年高达3.5mm；

2）在冶炼时候残留的钢渣会喷溅在炉口的位置，并且恰好处于受热面，由此会带来受热不均匀现象的发生，由受热不均匀会带来局部过热造成一定程度的损坏，在清理钢渣的时候必须要注意保护受热管，避免受热管出现机械损伤；

3）内外壁温差大，时冷时热造成的应力等多种因素的综合破坏使转炉烟罩引起失效，烟罩的使用寿命只有12个月；

4）一般情况下，新烟罩使用3～5个月就出现腐蚀、磨损变簿现象、开始漏水，必须进行焊补；

5）维修人员进入烟罩内焊补安全隐患大，生产误时频繁，给生产造成很大影响，既影响钢产量，又影响生产的安全运行；

6）烟罩使用寿命不能与转炉炉龄同步。

炼钢转炉炼钢转炉烟罩附图如下：活动烟罩固定烟罩。

2 本项目采用的技术方案

2.1 部件或工序的作用、相互关系

汽化冷却烟罩是收集、冷却、输送烟气、粉尘的设备。其中活动烟罩套在固定烟罩外面可以升降，转炉吹炼时下降到转炉炉口上方，转炉烟气和粉尘通过汽化冷却烟罩收集、冷却、输送到一次除尘设施，通过喷淋水降温后由煤气回收风机吸到煤气回收装置进行回收。

2.2 失效分析

炼钢转炉烟罩受热面失效的主要原因是受到高速高温含尘烟气的不均匀冲刷磨损，其次，伴有高温含尘烟气一定的氧化和高温腐蚀。

由于烟罩烟气温度高、含尘量高、颗粒大、硬度大、流速快，因而对烟罩壁磨损大。而面壁的磨损量是与气流的速度、烟气含尘浓度、颗粒的特性和流道几何形状等密切相关。据有关研究资料表明，磨损量与气流速度的3.6次方成正比。在活动烟罩部位首先在于受到炉内灰尘的磨损而带来一定程度的冲刷，并且炉内气体中所含的氧化铁粉尘质地坚硬，数量众多，这些气体流速很快，会对烟罩进行冲刷磨损使之减薄失效；其次在于受到钢渣喷溅后聚结的影响，在冶炼时候残留的钢渣会喷溅在炉口的位置，并且恰好处于受热面，由此会带来受热不均匀现象的发生，由受热不均匀会带来局部过热造成一定程度的损坏，在清理钢渣的时候必须要注意保护受热管，避免受热管出现机械损伤。第三，在于转炉烟气的氧化和高温热腐蚀。除此还因受到周期变热应力而造成烟罩冷却管热疲劳破坏，上述多种因素的综合破坏使转炉烟罩引起失效，缩短了其使用寿命。在上述多重因素共同作用下，受热面壁不断地被冲刷磨损和氧化、腐蚀，使之逐渐减薄直至失效。

2.3 喷涂防护层的具体方法分析

对上以上分析的具体情况，要想避免对设备造成磨损和服饰，我们应选用超音速电弧喷涂技术，形成由双层涂层构成的复合防护层，即选用硬度特别高、耐吹损和冲刷磨损性能优异，同时具备抗高温氧化和热腐蚀性能良好的HDS-930金属合金丝材制作工作层，面层则采用抗高温氧化和热腐蚀性能优异的HDS-255金属合金丝材制作涂层，涂层表面采用KM型高温耐磨防腐专用封孔剂进行封孔，由此制得复合涂层结合强度高，且具有优异的抗冲刷磨损和耐高温腐蚀性能，能满足防护要求。

2.4 选用材料的技术指标

1） HDS-930金属合金丝材涂层

主要成份： Cr3C2、Fe3B、Ni、Cr、Mo、Al、Re等

厚度：0.4mm左右

粒子速度：386m/s

结合强度：≥55MPa

硬度：HRC900-1200HV0.1（相当于HRC70）

抗高温氧化性：+6.35mg/cm2（750℃氧化250h）

线膨胀系数：9.5-11.5×10-6·K-1

热导率：45-55 W·m-1·K-1

孔间的缝隙率：≤0.9%

喷涂时所保持的温度：< 120℃

工件变形性的控制和特性：不变形，和理化性能。

2）HDS-255金属合金丝材涂层

主要成份：Cr、Ni、Ti等

整个层面厚度：0.1mm左右

粒子飞跃的速度：386m/s

结合时候的总体强度：≥60MPa

抗高温氧化性能特征分析：+1.08mg/cm2（750℃氧化250h）

孔间的缝隙率：≤0.9%

喷涂时所保持的温度：< 120℃

工件变形性的控制和特性：不变形，和理化性能。

3） 高温耐磨抗蚀专用封孔层

主要成份：纳米氧化锆、纳米氧化铝、氧化铝微粉、氮化硼微粉等

厚度：0.05mm～0.1mm

工作温度：>1000℃

耐磨性：≤10mg/1000r

结合强度：≥68kgf/cm2

2.5 采用的技术方案

为了提高烟罩寿命、防止氧化、磨损、热应力引起的失效漏水。从以下几方面进行强化改善。

2.5.1 对烟罩内壁实行保护措施

内壁喷涂耐高温、高压、耐腐蚀、耐磨损的复合材料保护膜。前先进行表面预处理；然后进行喷涂；喷涂结束后进行封孔；再喷涂耐高温防氧化材料。

1）表面预处理：用喷砂设备对烟罩内壁进行喷砂作业，对表面进行清洁操作，主要要清除油脂、氧化皮等杂质和不必要的油漆涂层，直到表面显示光泽为主，这样才能保证熔融的粉末与表面有效粘合。对于这种清洁操作主要应参照GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》进行，并且达到Sa3.0级。其次使表面粗化，使喷涂面具有一定的粗糙度，提高结合面的粘合吸附力。还要活化表面，喷砂使被喷涂表面形成活化能力，可以便于喷涂的物质与表面增加粘结性，使彭图物质更好的粘结在金属上；

2）喷涂：用超音速电弧喷涂设备对已进行喷砂后的表面进行喷涂，喷涂过程中基体处于冷态。采用NiCr合金复合粉（45%Ni、38%Cr，2%Mo、6%Al、余量Fe）进行喷涂，涂层具有良好的结合强度和耐腐蚀性，年腐蚀速度为0.025mm，涂层厚度为0.35mm，这就意味着工作寿命超过十年。镍铬基合金的最大特点是在高温下的耐磨性十分突出，抗气蚀性能好，喷涂的时候主要使用井型的方式，并且要有效的分成层面和区域来做，保证被喷涂区域完全达标之后方可对下一区域进行喷涂，确保喷涂层的厚度均匀及结合力，防止；

3）涂层封孔：喷涂结束后4h～8h内，对涂层进行重熔处理（即采用喷焊工艺）是有效的封孔方法，经重熔处理后就形成无气孔的涂层，并与基体表面层形成冶金结合层

4）再用α-氧化铝进行进行等离子喷涂耐高温防氧化材料。喷涂层厚度为0.15mm，与金属涂层一起形成复合涂层。α-氧化铝在高温氧化气氛中是稳定的，如果不喷涂保护层。氧化性气体介质可能通过喷涂层侵入基体。如果喷涂层材料不是抗氧化的，则会因基体、喷涂层的氧化造成涂层的脱落，对此，必须在烟罩内表面先喷一层镍铬耐热合金作为中间层，再喷涂α-氧化铝隔热层。采用中间层还有一个作用，即选择与基体有更好结合能力的材料使之与基体先得到一层良好的结合层，从而使工作层结合得更牢。

电弧喷涂的主要原理分析：

喷涂的时候主要使用井型的方式，并且要有效的分成层面和区域来做，保证被喷涂区域完全达标之后方可对下一区域进行喷涂，确保喷涂层的厚度均匀及结合力，防止出现漏喷现象。

喷涂施工中

喷涂完毕后，应进行涂层质量检验，并测量厚度δ2，若δ2-δ1≥0.5mm，判定合格，可进入下一道工序，否则对不合格部位应进行补喷涂。

2.5.2 烟罩外壁采用耐高温的轻质保温棉隔热用金属网包轧

2.5.3 采用软化水并进行除氧，以防水垢的生成和减少氧对钢管内壁金属的腐蚀

3 质量状况

3.1 表面预处理

1）我们应该采用石英砂去除掉管壁的杂质，石英砂以16-20目为主，清理目标是管壁呈现金属色，表面的光洁度必须达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定，并且必须满足Sa3.0级；

2）我们应该采用棕刚玉增加管壁的粗糙度，石英砂以14-16目为主，目标是管壁呈现粗糙化处理，表面的粗糙度必须达到GB11373-89《热喷涂金属表面预处理通则》的规定，必须满足指标RZ50-90μm。

3.2 超音速电弧喷涂质量

3.2.1 涂层外观：满足均匀的要求，不能有漏喷、掉漆的现象

3.2.2 涂层厚度

在涂层厚度的把握上有如下措施：

在对金属表面进行了喷砂处理后，先用便携式涂层测厚仪进行较大量的取点测厚δ1，而后再在热喷涂完毕封孔前对管壁取点测厚δ2，并对数字进行微量修正，两平均数值之差即为涂层厚度，涂层厚度选用0.5mm。

4 结论

公司3座转炉炉口段和活动烟罩实施超音速电弧热喷涂后，延长了炉口段和活动烟罩的使用寿命，提高了转炉设备作业率和完好率，减少了生产误时，降低了员工的劳动强度。

1）炉口段和活动烟罩的使用寿命可延长18个月；

2）烟罩使用寿命延长后，减少了更换安装费用；

3）延迟更换炉口段和活动烟罩的检修时间，减少了生产误时，提高了钢产量。

参考文献

[1]中冶华天120t炼钢转炉基本设计.

[2]苏州海陆重工股份有限公司汽化冷却烟道方案图（QC50/1450-30-2.45），图号：52HL483-0-0.

[3]江西恒大高新技术股份有限公司《金属喷涂防磨防腐工程技术》.