一种锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法与流程

本发明属于膜式水冷壁涂层重熔技术领域，尤其涉及一种锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法。

背景技术：

目前，最接近的现有技术：

随着国家发展新能源战略的加快实施，国内垃圾焚烧发电产业近年发展迅速。目前制约垃圾焚烧发电的技术发展的瓶颈问题就是锅炉膜式水冷壁由于高温腐蚀严重，爆管现象频发。近年来国际癌症研究中心已将二噁英列为人类一级致癌物，为防止垃圾焚烧过程低温下二噁英二次污染的产生，新设计的生物质锅炉国家标准现在已把锅炉管排耐温要求提高到700℃，且使用寿命达到6年以上。目前虽然有些直接使用tp347不锈钢，tp347不锈钢不仅成本居高不下，耐温仍低于750℃。从理论上说，如果使用高档不锈钢加厚管材，基本可以满足此要求，美国等少数发达国家正是这么做的，但价格昂贵不符合我国国情，仅少数重要的热力锅炉可以做到；如使用普通不锈钢如316l、310s等管材，在高温下的使用寿命比锅炉管专用钢如20g等稍长但很有限。国内目前普遍通过在合金钢锅炉管受热面也称膜式壁表面，堆焊不锈钢或高温合金如625合金来提高其耐腐蚀性，延长管排的使用寿命。普通不锈钢的耐温低于500℃，625合金的最大问题是温度到达550℃将出现敏化现象，即只要超过此温度，该材料的耐腐蚀性能快速下降，一旦使用温度超过700℃其实际服役寿命只有设计寿命的50％，一般不超过三年。

近年来江苏科环公司在国内率先采用火焰喷涂自熔合金+高频感应重熔的复合方法在管排表面制备涂层，具备孔隙率低、结合强度好的优点，能耐750℃高温且防腐性能优于传统堆焊不锈钢和625合金，具有良好的市场发展前景。但是现有高频感应重熔方法仍存在如下不足：

(1)由于水冷壁管排受热面为管与鳍片焊接而成的不规则曲面，所以在用高频线圈加热时，由于涂层厚度、鳍片宽度、焊缝尺寸等均存在误差，造成线圈与涂层表面的间距很难一致，高低相差可达3cm，从而使涂层被加热的深度不同，结果是涂层离线圈近的地方都熔化了甚至已产生材料烧损，而管根部与鳍片等远的部位还未开始熔，所以涂层重熔的不均匀性问题比较严重。即使做成仿型线圈，仿形制造误差与管排结构误差叠加后使间隙大小不一，效果仍然不理想。

(2)由于管排在重熔加热后在空气中自然冷却，冷却速度较快造成涂层内残余拉应力较大，从而为裂纹的产生埋下了祸根；

(3)涂层重熔的上千度高温使管内和背面氧化现象严重。实际上，在温度超过500℃氧化皮就开始产生，当重熔温度超过600℃时，高温氧化曲线呈抛物线快速发展，致使氧化皮生长速度加快。重熔完成后氧化皮厚度可达0.1-0.2mm。管内氧化皮的危害很大，因为管基体和氧化皮的热膨胀系统存在差异，故在基体热胀冷缩的循环牵拉下氧化皮易脱落，又被高压蒸汽冲到弯管处沉积下来，堆积到一定程度后造成局部温升加剧，从而产生了爆管的风险；

(4)高频感应线圈的加热温度很难精密调控，无疑是对涂层加热的不均匀性和氧化皮生长的困境雪上加霜；

(5)对数米长的管排来说，高频感应重熔属于局部加热，而且随着管排在线圈内的进给运动，局部高温造成了管排的弯曲变形严重，必须采用专用工装进行变形矫正。

鉴于上述情况，亟需一种锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法，以消除高频感应重熔的主要弊端，显著提高涂层制备质量，有效提升锅炉水冷壁高温防腐性能和服役寿命。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术使用的高档不锈钢加厚管材价格昂贵；使用的普通不锈钢在高温下的使用寿命有限；使用625合金时温度到达550℃将出现敏化现象，材料的耐腐蚀性能快速下降，一旦使用温度超过700℃其实际服役寿命只有设计寿命的50％，一般不超过三年。

(2)高频感应重熔方法线圈与涂层表面的间距很难一致，从而使涂层被加热的深度不同；即使做成仿型线圈，仿形制造误差与管排结构误差叠加后使间隙大小不一，效果仍然不理想。离线圈近的管顶部先熔，在等待后熔的管根部也熔时，管顶部涂层已出现熔化流淌现象，从而造成各部位重熔质量的不均匀。

(3)由于管排在重熔加热后在空气中自然冷却，冷却速度较快造成涂层内残余拉应力较大，易产生裂纹。

(4)高频感应线圈的加热温度很难精密调控，会加重对涂层加热的不均匀性和氧化皮生长的问题。

(5)高频感应重熔属于局部加热，局部高温造成了管排的弯曲变形严重，必须采用专用工装进行变形矫正。

解决上述技术问题的难度：

其他方法很难凑效，但采用本发明可以从根本上解决上述技术问题。

解决上述技术问题的意义：

采用本发明，该技术特别适合类似膜式壁管排这种异形曲面表面涂层的重熔，使涂层的孔隙率减小且使结合强度提高，涂层重熔的质量一致性能得到保证。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法，将管排放入气氛炉内对涂层进行重熔，由于炉内温度均匀且精确可调，既使涂层重熔均匀，又因为气氛炉充满惰性气体保护而不会在管内产生氧化皮，从而完全消除了高频感应重熔的主要弊端，可显著提高涂层制备质量，有效提升了锅炉水冷壁高温防腐性能和服役寿命。

本发明是这样实现的，一种锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，利用自动喷砂机对管排表面进行喷砂粗化处理，并采用火焰喷涂镍基自熔合金粉末制备涂层。

步骤二，针对涂层材料和厚度制定重熔制度，设计加热、保温、冷却曲线，严格控制加热温度。

步骤三，气氛炉形状为长方形，三面封闭留一面开门，底面做出轨道。用高温合金钢做成带滚轮的排架车，将管排逐片用桁吊吊放在排架车上，最后将排架车沿轨道推入炉内，关好炉门。

步骤四，启动气氛炉，通惰性保护气并加热，保证炉内氧含量低于标准值。

步骤五，通过控制电炉的电流控制重熔温度，保证重熔温度精确控制在±1℃。

步骤六，管排重熔完成后，将排架车拉出炉子。测试管排表面涂层的重熔效果，检测涂层表面裂纹与管排整体变形情况。主要采用电磁和涡轮探伤等技术检测裂纹，可用尺规检测管排变形。

进一步，步骤二中，所述加热温度定在合金固相线以上10℃-30℃。

进一步，步骤三中，所述每两片管排间用高温垫铁隔开，间隔5-8cm，一次装5-10片。

进一步，步骤四中，所述气氛炉加热至300-350℃预热10分钟。

进一步，步骤五中，所述气氛炉总功率在500kw内，重熔一炉管排加热时间为3.5小时，保温10-15分钟再自然冷却3.5小时。提高了管排重熔的一致性和均匀性，积极影响就是提高了管排重熔的质量。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

(1)由于气氛炉内在无氧环境中温度均匀且可精确调控，特别适合类似水冷壁管排这种异形曲面表面涂层的重熔，使涂层的孔隙率减小且使结合强度提高，涂层重熔的质量一致性能得到保证。

(2)因为气氛炉内充满惰性气体与空气隔绝，在重熔高温下不会在管内产生氧化皮，从而完全消除了氧化皮脱落对爆管产生的潜在风险。

(3)可以在气氛炉中加入一定量的碳、氮气氛，其与涂层中的铬、硅、硼等元素结合，在涂层表面沉积陶瓷硬质点，以提高涂层的表面硬度、耐磨性和抗疲劳性能。

(4)管排在炉内缓慢均匀地加热、保温和冷却，从而使管排的变形和有害热应力减到最小。

(5)可以开发较厚的涂层。对一般重熔方法而言，涂层厚度超过1.8mm将很难熔透，而整体重熔不存在此问题，最大可重熔5mm厚度涂层，从而可延长涂层的使用寿命。

此外，气氛炉重熔与高频感应重熔的经济性相比较，从运行投入来说，气氛炉通保护气有一定消耗，但耗电相差不大。如高频感应重熔管排速度为1.5-1.8mm/s，9m长的管排约重熔完成需1.5小时；气氛炉重熔加热约需3.5小时(加电)，保温10分钟后冷却约需3.5小时(断电)。如果每炉放置5片管排，炉内重熔所需时间同样是7小时，与高频感应重熔需7.5小时接近，但后者则是全程加电。从经济性角度考虑建议重熔一炉放置管排5-10片。总之，气氛炉的重熔效果气氛炉要好得多，因此从性价比综合来看，气氛炉重熔明显优于高频感应重熔。

本发明提供的锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法，将管排放入气氛炉内对涂层进行重熔，由于炉内温度均匀且精确可调，既使涂层重熔均匀，又因为气氛炉充满惰性气体保护而不会在管内产生氧化皮，从而完全消除了高频感应重熔的主要弊端，可显著提高涂层制备质量，有效提升了锅炉水冷壁高温防腐性能和服役寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法包括以下步骤：

s101：利用自动喷砂机对管排表面进行喷砂粗化处理，并采用火焰喷涂镍基自熔合金粉末制备涂层。

s102：针对涂层材料和厚度制定重熔制度，设计加热、保温、冷却曲线，严格控制加热温度。

s103：气氛炉形状为长方形，三面封闭留一面开门，底面做出轨道。用高温合金钢做成带滚轮的排架车，将管排逐片用桁吊吊放在排架车上，最后将排架车沿轨道推入炉内，关好炉门。

s104：启动气氛炉，通惰性保护气并加热，保证炉内氧含量低于标准值。

s105：通过控制电炉的电流控制重熔温度，保证重熔温度精确控制在±1℃。

s106：管排重熔完成后，将排架车拉出炉子。测试管排表面涂层的重熔效果，检测涂层表面裂纹与管排整体变形情况。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例：锅炉膜式水冷壁受热面防腐涂层气氛炉内重熔方法包括以下步骤：

1、自动喷砂机对管排表面进行喷砂粗化处理。

2、采用火焰喷涂镍基自熔合金粉末制备涂层。

3、针对涂层材料和厚度制定重熔制度，设计合理的加热、保温、冷却曲线，其中最重要的是严格控制加热温度，加热温度一般定在合金固相线以上10℃-30℃，如镍基自熔合金固相点为1035℃，液相点为1280℃，则炉温应定为1045℃-1065℃。

4、气氛炉形状为长方形，其它面都封闭留一面开门，底面做出轨道。用高温合金钢做成带滚轮的排架车，将管排逐片用桁吊吊放在排架车上，每两片管排间用高温垫铁隔开，间隔5-8cm，一次装5-10片，最后将排架车沿轨道推入炉内，关好炉门。

5、启动气氛炉，通惰性保护气，保证炉内氧含量低于标准值。加热300-350℃预热10分钟。

6、气氛炉总功率在500kw内，通过控制电炉的电流控制重熔温度，保证重熔温度精确控制在±1℃。一般重熔一炉管排加热时间约为3.5小时，然后保温10-15分钟再自然冷却也约需3.5小时。

7、管排重熔完成后，将排架车拉出炉子。测试管排表面涂层的重熔效果，检测涂层表面裂纹与管排整体变形情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。