摘要 陶瓷复合管是采用自蔓延高温合成——离心法制造的。就是把无缝复合管放在离心机的管模内,在复合管内加入铁红和铝粉混合物,这种混合物在化学中称为铝热剂。离心机管模旋转达到一定速度后,经一...
陶瓷复合管是采用自蔓延高温合成——离心法制造的。就是把无缝复合管放在离心机的管模内, 在复合管内加入铁红和铝粉混合物,这种混合物在化学中称为铝热剂。离心机管模旋转达到一定速度后,经一火星点燃铝热剂,铝热剂立即自己燃烧,燃烧波迅速蔓延,在蔓延时发生剧烈的化学反应,
同时放出大量热量。这些热量如在绝热条件下,绝热温度可达到3860K和3600K,它使复合管内原来物料以及反应后的生成物, 即是熔点为2045℃的氧化铝(俗称刚玉)也都全部变成熔液。由于反应非常迅速,只有数秒钟,熔融反应物在离心力作用下,迅速按比重大小进行分离。生成物中铁的比重(7.85g/cm3)为氧化铝比重(3.95g/cm3)的两倍,较重的铁被离心力甩到钢管内壁,
较轻的氧化铝则分布在铁的内层。由于复合管迅速吸热和传热, 氧化铝和铁很快达到凝固点,分层凝固。最后形成的陶瓷复合管从内到外分别为刚玉陶瓷层, 以铁为主的过渡层,以及外部的钢管层。高温熔融的铁液和氧化铝液,
与复合管壁接触,使复合管内壁处于半熔融状态,使铁层与复合管形成冶金结合,铁层与刚玉陶瓷层间也形成牢固结合, 其结合压剪强度(即在轴向把陶瓷层压出时强度)≥15MPa;陶瓷复合管压溃强度(即从管外把管内陶瓷压碎时的强度)≥350MPa。
一、物理机械性能好
表1 陶瓷复合管的物理、机械性能
二、耐磨蚀、防结垢
陶瓷复合管具有优异的耐酸碱腐蚀和海水腐蚀以及防结垢等特性。耐酸度96—98%与高钢玉瓷相当。耐蚀性比不锈钢高10倍。是各种酸、碱及腐蚀性气体、流体理想的输送管道,亦可用于结垢严重的除灰除渣管道。
表2 陶瓷复合管的耐蚀性对比(按不锈钢标准测试,3 0天,室温)
三、良好的耐磨性
陶瓷为A12O3,硬度HV1300,耐磨性与钨钴硬质合金相当,
比钢高十几倍,特别适用于电站除灰、除渣、煤粉输送管道以及矿山的尾矿输送和回填管道。
表3 陶瓷复合管的耐磨性对比
四、运行阻力小
陶瓷复合管的阻力系数比普通复合管小,可以降低管线运行阻力, 减少运行费用。
表4 输灰阻力特性
五、耐温性能好
陶瓷复合管能在—50℃—900℃ 温度范围内长期使用。
表5 陶瓷复合管的抗热冲击性对比
六、重量轻、节省钢材
陶瓷复合管较相同壁厚的复合管和耐磨合金铸复合管或铸铁管轻约20%;较相同内径的铸石复合管轻约40—50%可以减少支架费用、减轻运输、安装、检修时的劳动强度,节省钢材。
同时放出大量热量。这些热量如在绝热条件下,绝热温度可达到3860K和3600K,它使复合管内原来物料以及反应后的生成物, 即是熔点为2045℃的氧化铝(俗称刚玉)也都全部变成熔液。由于反应非常迅速,只有数秒钟,熔融反应物在离心力作用下,迅速按比重大小进行分离。生成物中铁的比重(7.85g/cm3)为氧化铝比重(3.95g/cm3)的两倍,较重的铁被离心力甩到钢管内壁,
较轻的氧化铝则分布在铁的内层。由于复合管迅速吸热和传热, 氧化铝和铁很快达到凝固点,分层凝固。最后形成的陶瓷复合管从内到外分别为刚玉陶瓷层, 以铁为主的过渡层,以及外部的钢管层。高温熔融的铁液和氧化铝液,
与复合管壁接触,使复合管内壁处于半熔融状态,使铁层与复合管形成冶金结合,铁层与刚玉陶瓷层间也形成牢固结合, 其结合压剪强度(即在轴向把陶瓷层压出时强度)≥15MPa;陶瓷复合管压溃强度(即从管外把管内陶瓷压碎时的强度)≥350MPa。
一、物理机械性能好
表1 陶瓷复合管的物理、机械性能
陶瓷层密度 |
线膨胀系数 |
硬度 |
压馈强度 |
抗剪切强度 (层间结合强度) |
抗机械冲击性能(50j,点接触,层产生裂纹时数) | |
陶瓷复合管 |
3.85~3.95 |
1.2~1.3×10-6 |
1100~1300 |
300~500 |
9~15 |
15 |
二、耐磨蚀、防结垢
陶瓷复合管具有优异的耐酸碱腐蚀和海水腐蚀以及防结垢等特性。耐酸度96—98%与高钢玉瓷相当。耐蚀性比不锈钢高10倍。是各种酸、碱及腐蚀性气体、流体理想的输送管道,亦可用于结垢严重的除灰除渣管道。
表2 陶瓷复合管的耐蚀性对比(按不锈钢标准测试,3 0天,室温)
10%HCL |
10%HNO3 |
10%H2SO4 |
10%H3PO4 |
10%HF | |
陶瓷复合管 |
0.056 |
0.032 |
0.021 |
0.047 |
0.420 |
不锈钢ICrkl8NI9TI |
>0.1 |
0.1-1 |
1.8 |
<0.1 |
<0.1 |
三、良好的耐磨性
陶瓷为A12O3,硬度HV1300,耐磨性与钨钴硬质合金相当,
比钢高十几倍,特别适用于电站除灰、除渣、煤粉输送管道以及矿山的尾矿输送和回填管道。
表3 陶瓷复合管的耐磨性对比
喷砂对比试验 |
30%SiO2泥浆冲刷对比试验 | ||
材料 |
体积减少 |
材料 |
体积减少 |
陶瓷复合管 |
0.0022 |
陶瓷复合管 |
3 |
97% 氧化铝管 |
0.0025 |
45#钢 |
25 |
四、运行阻力小
陶瓷复合管的阻力系数比普通复合管小,可以降低管线运行阻力, 减少运行费用。
表4 输灰阻力特性
材质 |
绝对粗糙度 |
绝对粗糙度 |
清水阻力系数 | ||
水力输送 |
氧力输送 |
水力输送 |
氧力输送 | ||
普通钢管 |
0.119 |
0.20 |
7.935×10-4 |
1.343×10-3 |
0.195 |
陶瓷复合管 |
0.117 |
0.195 |
7.935×10-4 |
1.343×10-3 |
0.0193 |
五、耐温性能好
陶瓷复合管能在—50℃—900℃ 温度范围内长期使用。
表5 陶瓷复合管的抗热冲击性对比
材料 |
出现裂纹的淬水次数 | ||||
200°C |
300°C |
450°C |
700°C |
1000°C | |
陶瓷复合管 |
— |
9 |
6 |
5 |
3 |
耐酸陶瓷 |
2 |
× |
× |
× |
× |
耐酸耐热陶瓷 |
— |
— |
2 |
× |
× |
六、重量轻、节省钢材
陶瓷复合管较相同壁厚的复合管和耐磨合金铸复合管或铸铁管轻约20%;较相同内径的铸石复合管轻约40—50%可以减少支架费用、减轻运输、安装、检修时的劳动强度,节省钢材。
七、安装施工方便
陶瓷复合管可采用焊接、法兰、柔性快速接头等联接方式, 因重量轻、抗冲击、不怕磕碰等优点。运输、施工安装十分方便。
八、工程造价低
陶瓷复合管因重量轻, 从而使吊装费用及搬运费用减少,且使用寿命大大提高,故总工程费用降低,其总造价与铸石管相当,与耐磨合金管相比造价下降20—30%。
九、陶瓷复合管与耐磨合金管、铸石管性能对比;
序号 |
项目 |
陶瓷复合管 |
耐磨合金管 |
铸石管 | ||||||||||||||||
1 |
化学成分 |
陶瓷层 a-Al203>90% 钢管: 10#~ 20# |
|
| ||||||||||||||||
2 |
密度g/cm3 |
陶瓷层:3.8-3.95 钢管:7.85 |
7.8~8.0 |
2.9~3 | ||||||||||||||||
3 |
硬度 |
陶瓷层:HV1100 -1400Kg/mm2 相当于莫氏>9 HRC>9 |
HRC>40 |
莫氏:7~8 | ||||||||||||||||
4 |
强度 |
压溃强度 >300~650MPa 抗剪切强度 >15~30MPa |
抗拉强度:>700MPa |
| ||||||||||||||||
5 |
冲击韧性 |
|
<6J/cm2 |
0.14~0.2Jcm2 | ||||||||||||||||
6 |
抗热冲击性能 |
加热淬水三次,陶瓷层出现裂纹的温度900℃:好 |
加热淬水一次出现裂纹 温度<980℃:差 |
水浴次数一次耐温差20~70K,破损率: 块数/破损块数:50/14差 | ||||||||||||||||
7 |
线膨胀系数10-6/℃ |
0~500℃:6~8 |
0~600℃:13~14 |
0~500℃:7.5~8.0 | ||||||||||||||||
8 |
使用温度 |
<900℃ |
<450℃ |
<250℃ | ||||||||||||||||
9 |
壁厚 |
陶瓷层2~6mm 钢管 8~18mm 总厚度10~25mm |
12~13 |
铸石管20~40mm 填充层>10mm 钢管 6~10mm 总厚度>40mm | ||||||||||||||||
10 |
内表面光滑程度 |
光滑 |
差 |
光滑 | ||||||||||||||||
11 |
焊接性能 |
优 |
差 |
较差 | ||||||||||||||||
12 |
安装 |
灵活方便 |
较差 |
差 |