自蔓燃技術用來生產陶瓷復合管道出現在20世紀的60 年代末, 70年代初, 原蘇聯對自蔓燃技術進行了大量的基礎研究, 這一成就在20 世紀 80 年代引起了各國的注意。我國的自蔓燃技術, 是國家863 高科技計劃項目( 863- 715- 21- 03- 01) , 國家九五重點支持和推廣的高新技術,目前已有部分新建電廠和老電廠在機組大修時使用了該技術生產的耐磨陶瓷復合管道。
1 陶瓷復合管道的生產工藝
陶瓷復合管道的生產方法是將高純度的鋁粉和氧化劑(主要成分為 Fe2O3 ) 及少量的添加物混合均勻后,填充到鋼管中并以一定的速度旋轉,物料在離心力的作用下被甩到鋼管壁上。當離心力達到一定程度后進行放電點燃物料, 引發自蔓燃高溫合成反應,還原出純鐵和生成陶瓷并放出大量的熱能,使還原的純鐵與鋼管壁形成冶金結合,陶瓷層因密度較鐵小而形成致密的襯里層。國內目前可生產直徑600mm 以下,單管長度為 6m 的陶瓷復合管道, 陶瓷層的厚度通常為3~ 8mm。
2 陶瓷復合管道的性能
陶瓷復合管道的試樣是從某廠的陶瓷復合管道上制取的, 經檢測, 陶瓷層的表面維氏硬度為1100HV,密度為 3. 8 g/ cm3, 耐酸度( 按ZCG 94003 86 標準測定) 達98% , 陶瓷層的壓潰強度為430MPa。將陶瓷層鑲樣后拋光,用偏光顯微鏡拍攝的照片( 由于陶瓷層不反光, 普通光學顯微鏡不能拍攝) 如圖1。由照片可以看出, 在靠近鋼管一側,有明顯的純鐵析出。因此陶瓷復合管道的金相組織從里向外依次為陶瓷層, 純鐵層和外層鋼管。當析出的純鐵與鋼管壁接觸時, 在反應熱能的作用下,會發生一定的冶金結合。3 陶瓷復合管道的特點
3. 1 耐磨性好
陶瓷復合管道由于內襯層為陶瓷(主要成分為Al 2O3 ) ,它的表面維氏硬度很高,因此在冶金, 電力等輸送煤粉, 灰渣等方面比其它的合金管道有更好的效果。
3. 2 工程造價低, 經濟效益好
陶瓷復合管道在一般情況下, 陶瓷層與鋼管的厚度比為1: 3,因此在相同口徑的管道中,陶瓷復合管道比合金鑄管的重量要輕, 從而使管道支架, 運輸等費用降低。按目前市場定價, 雖然陶瓷復合管道的單價較高,但整個工程的總費用要比一般的耐磨合金管道的低。
3. 3 安裝施工方便
由于陶瓷復合管道重量輕,且焊接性能好,因此可以采用焊接,法蘭,柔性管接頭等多種聯接方式,施工安裝方便。
3. 4 耐腐蝕, 防結垢
由于該管道的內層為陶瓷(主要成分為Al 2O3 ) ,屬于中性物質, 因此具有耐酸堿的腐蝕,同時具有防結垢的特點。
3. 5 溫度適應性好
由于該管道陶瓷層為單一穩定的晶態組織, 在- 50 ~ 700 的大范圍內可長期正常運行,同時它的線膨脹系數較鋼管小50%左右, 因此其耐熱沖擊性能也優于鋼管。
3. 6 龜裂和剝落問題
上面已經提到, 陶瓷復合管道是由陶瓷層, 純鐵層和鋼管3 部分組成的,在反應中產生大量的熱能, 當反應完成后,首先凝固的是陶瓷層,接下來是純鐵層,因三種材料的膨脹系數不同, 陶瓷層的較小, 鋼管的較高,這樣, 當陶瓷復合管道冷卻到室溫后, 陶瓷層在鋼管收縮力的作用下,部分發生龜裂,甚至有大塊陶瓷層的剝落。目前國內在陶瓷復合管道的生產中,直徑小于300mm 的陶瓷復合管道內層龜裂較少,產品質量穩定,隨著直徑的增大, 收縮應力也增大,管道內層發生龜裂的幾率也增大,這一問題還有待進一步的解決。
3. 7 陶瓷層壁厚不均問題
陶瓷復合管道是靠離心力的作用, 將物料甩到鋼管壁上的,由于鋼管本身的圓度不夠,成品中陶瓷層的厚度不可能完全一致。目前一些生產企業在鋼管選擇上有一定的技術機密,所生產的管道其陶瓷層厚度相對較均, 而有些企業的陶瓷層厚度相差較大,有時達一半以上,甚至有些地方就沒有陶瓷層。這方面用戶在驗收時應格外留意。
4 結束語
陶瓷復合管道,在電力, 冶金行業可用于輸送煤粉, 灰渣, 泥漿等管道; 在煤炭行業可用于選煤及長
距離輸煤等的濕法輸送管道;在礦山行業可用于精礦粉和尾礦運送等礦粉輸送管道; 同時該管道還可用于其它要求耐酸, 耐熱, 耐蝕等特殊的場合。陶瓷復合管道從技術上說, 比合金管道要耐磨,安裝施工又方便, 有一定的優越性。但由于目前技術水平使管道陶瓷層的龜裂問題無法從根本上解決,限制了大直徑管道的生產, 因此用戶在選擇管道時應綜合考慮。
