表面镶嵌金属陶瓷片的垃圾焚烧炉炉排片及其制备方法与流程

本发明属于表面工程技术领域，涉及一种表面镶嵌金属陶瓷片的垃圾焚烧炉炉排片及其制备方法。

背景技术：

垃圾焚烧炉炉排片在炉内的高温、腐蚀性气体和摩擦磨损条件下推送燃烧着的垃圾，与垃圾接触的表面磨蚀严重，因目前炉排片材质为1gr18ni9ti，耐腐蚀性能很好，主要是高温磨损失效。国产化垃圾焚烧炉炉排片使用寿命短(7-10个月)，影响焚烧炉的长周期稳定使用，迫切需要通过设计、材料、工艺等方面的改进，提高炉排片的服役周期。

技术实现要素：

本发明目的之一在于为克服上述不足，提供一种表面镶嵌金属陶瓷片的垃圾焚烧炉炉排片，该炉排片具有较长的服役周期。

本发明目的之二在于提供上述炉排片的制备方法，该方法制备工艺简单，且所制备的垃圾焚烧炉炉排片表面镶嵌金属陶瓷片与炉排片表面结合强度高，使用寿命长。

为此，本发明第一方面提供了一种表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片，其包括炉排片、分布于炉排片易磨蚀区表面的多个凹坑，以及镶嵌于凹坑内的金属陶瓷片。

根据本发明，炉排片易磨蚀区表面的凹坑是在炉排片铸造成形时生成；所述凹坑的底部平坦，深度为2-3mm；优选地，相邻两个凹坑之间彼此相连并通过共用一个侧壁彼此分隔，进一步优选地，所述侧壁的厚度为2-3mm。

本发明中，凹坑包括多边形凹坑、圆形凹坑、椭圆形凹坑和曲边多边形凹坑中的一种或几种；所述多边形包括矩形、正方形、菱形、六边形中的一种或多种；所述曲边多边形包括曲边矩形、曲边正方形、曲边菱形、曲边六边形中的一种或多种。

根据本发明，所述金属陶瓷片通过自蔓延反应铸焊法镶嵌于凹坑内；优选地，所述金属陶瓷片与凹坑的侧壁和底部为冶金结合。

本发明中，所述金属陶瓷片含有ti、c和mo；优选地，所述金属陶瓷片为ticmo金属陶瓷片。

本发明第二方面提供了如本发明第一方面所述的表面镶嵌金属陶瓷片的垃圾焚烧炉炉排片的制备方法，其包括：

步骤b，将c粉末、ti粉末和mo粉末混合后进行球磨细化后，制成ticmo混合粉料；

步骤c，将ticmo混合粉料装入多边形模具中，压制成ticmo压坯；

步骤d，将铝热反应产生的钢水浇注到炉排片易磨蚀区表面的凹坑后，立即将ticmo压坯放入凹坑，凹坑中的钢水与炉排片焊接在一起，同时引燃压坯使其发生自蔓延反应，反应产生的高温压坯与钢水焊接在一起，待反应刚刚结束在压坯表面向下加压，将压坯压缩到与侧壁同高，从而得到表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片。

根据本发明，所述压坯高度为凹坑深度的3-5倍，所述压坯尺寸略小于炉排片表面的凹坑尺寸。

在本发明的一些实施例中，所述ticmo混合粉料中，c粉末与ti粉末的原子比为1:1，mo粉末的用量为c粉末和ti粉末总质量的5％。

根据本发明方法，在步骤b之前还包括步骤a，用精密铸造工艺成形炉排片，且在炉排片易磨蚀部位铸造出多个凹坑。

本发明中，所述凹坑的底部平坦，深度为2-3mm；优选地，相邻两个凹坑之间彼此相连并通过共用一个侧壁彼此分隔，进一步优选地，所述侧壁的厚度为2-3mm。

本发明的有益效果是：

碳化钛(tic)是金属陶瓷，具有很高的高温化学稳定性，与盐酸、硫酸几乎不起化学反应，极耐腐蚀，是炉排片表面防磨蚀涂层的最佳选择。碳化钛(tic)原子间以很强的共价键结合，涂层内聚强度高，用做炉排片涂层具有很强的抗磨蚀能力。具有高的熔点、沸点和硬度,硬度仅次于金刚石,有良好的导电性，可当作焊接材料与金属焊接。碳化钛是典型的过渡金属碳化物。它是由离子键、共价键和金属键混合在同一晶体结构中，晶体的结构决定了其具有高硬度、高熔点、耐磨损以及导电性等基本特征。以往tic被广泛用于制造金属陶瓷，耐热合金、硬质合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件，用做高温耐磨蚀涂层是本发明一个创新。mo的加入起细化晶粒，提高热强性，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。侧壁起限制镶块横向移动，提高使用寿命的作用。该方法工艺简单，快速高效，成本低廉，节约能源、镶嵌焊接的陶瓷片结合强度高，使用寿命长。

附图说明

下面将结合附图来说明本发明。

图1为易磨蚀区表面具有多个凹坑的垃圾焚烧炉炉排片的示意图。

图2为制做ticmo压坯的模具的示意图。

图3为制做ticmo压坯的钢板的示意图。

图4为制做ticmo压坯的凸模的示意图。

图5为ticmo压坯的示意图。

图6为表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片的示意图。

图中附图标记的含义如下：

1垃圾焚烧炉炉排片；2凹坑；21凹坑的底部；22凹坑的侧壁；3金属陶瓷片；4制做ticmo压坯的模具；42模具侧壁；5制做ticmo压坯的凹模底板；6制做ticmo压坯的凸模；7ticmo压坯。

具体实施方式

为使本发明容易理解，下面将结合附图来详细说明本发明。但在详细描述本发明前，应当理解本发明不限于描述的具体实施方式。还应当理解，本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式，而并不表示限制性的。

除非另有定义，本文中使用的所有术语与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解具有相同的意义。虽然与本文中描述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可以在本发明的实施或测试中使用，但是现在描述了优选的方法和材料。

如前所述，现有的垃圾焚烧炉炉排片主要是高温磨损失效，国产化垃圾焚烧炉炉排片使用寿命短(7-10个月)，影响焚烧炉的长周期稳定使用。鉴于此，本发明人对于垃圾焚烧炉炉排片耐高温磨蚀技术进行了大量研究。

本发明人研究发现，在炉排片铸造成形时炉排片易磨蚀区表面制成若干凹坑，然后通过自蔓延反应铸焊法将金属陶瓷片镶嵌于凹坑内，由此获得的垃圾焚烧炉炉排片，镶嵌焊接的陶瓷片与炉排片表面结合强度高，使用时不易脱落，使用寿命长。本发明正是基于上述发现做出的。

因此，本发明第一方面所涉及的表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片包括炉排片、分布于炉排片易磨蚀区表面的多个凹坑，以及镶嵌于凹坑内的金属陶瓷片；其中，分布于炉排片易磨蚀区表面的凹坑是在炉排片铸造成形时生成；所述金属陶瓷片通过自蔓延反应铸焊法镶嵌于凹坑内，由此，所述金属陶瓷片与凹坑的侧壁和底部为冶金结合。

本发明中，所述凹坑的底部平坦，深度为2-3mm；优选地，相邻两个凹坑之间彼此相连并通过共用一个侧壁彼此分隔，因此，本发明中也将凹坑的侧壁称为棱边进一步优选地，所述侧壁的厚度为2-3mm。

本发明中，所述凹坑包括多边形凹坑、圆形凹坑、椭圆形凹坑和曲边多边形凹坑中的一种或几种；其中，所述多边形包括矩形、正方形、菱形、六边形中的一种或多种；所述曲边多边形包括曲边矩形、曲边正方形、曲边菱形、曲边六边形中的一种或多种。

具体地，所述凹坑包括矩形、正方形、菱形、六边形、曲边矩形、曲边正方形、曲边菱形和曲边六边形中的一种或多种；优选为矩形、六边形和圆形中的一种或几种，进一步优选为六边形。

本发明中，所述金属陶瓷片含有ti、c和mo；优选地，所述金属陶瓷片为ticmo金属陶瓷片。

本发明第二方面所涉及的如本发明第一方面所述的表面镶嵌金属陶瓷片的垃圾焚烧炉炉排片的制备方法包括：

步骤a，用精密铸造工艺成形炉排片，且在炉排片易磨蚀部位铸造出多个凹坑，使得所述凹坑的底部平坦，深度为2-3mm；并使得相邻两个凹坑之间彼此相连并通过共用一个侧壁彼此分隔开，优选地，所述侧壁的厚度为2-3mm；

步骤b，将c粉末、ti粉末和mo粉末混合后进行球磨细化后，制成ticmo混合粉料；所述ticmo混合粉料中，c粉末与ti粉末的原子比为1:1，mo粉末的用量为c粉末和ti粉末总质量的5％；

步骤c，将ticmo混合粉料装入多边形模具中，压制成ticmo压坯；使得压坯高度为凹坑深度的3-5倍，所述压坯尺寸略小于炉排片表面的凹坑尺寸；优选地，所述压坯的密度为其理论密度的60％-80％；

步骤d，将铝热反应产生的钢水浇注到炉排片易磨蚀区表面的凹坑后，立即将ticmo压坯放入凹坑，凹坑中的钢水与炉排片焊接在一起，同时引燃压坯使其发生自蔓延反应，反应产生的高温压坯与钢水焊接在一起，待反应刚刚结束在压坯表面向下加压，将压坯压缩到与侧壁同高，从而得到表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片。

值得一提的是，在压坯表面向下加压，将压坯压缩到与侧壁同高的过程中，部分钢水沿凹坑侧壁向上流动，使侧壁与压坯焊合。

本发明中，所述多边形模具为制备ticmo压坯的模具，其由侧壁围成多边形空心柱体，无盖也无底板，本发明中也称为ticmo压坯的模具或压坯模具。所述压坯模具与作为压坯底板用的钢板和凸模(冲头)配合使用，用于制作压坯。

与凹坑的形状相对应，所述模具包括多边形模具、圆形模具、椭圆形模具和曲边多边形模具中的一种或几种；其中，所述多边形包括矩形、正方形、菱形、六边形中的一种或多种；所述曲边多边形包括曲边矩形、曲边正方形、曲边菱形、曲边六边形中的一种或多种。

具体地，所述模具包括矩形、正方形、菱形、六边形、曲边矩形、曲边正方形、曲边菱形和曲边六边形中的一种或多种；优选为矩形、六边形和圆形中的一种或几种，进一步优选为六边形。

本发明中所述用语“铸焊”是一种用范(模)组合成铸型进行浇铸的方法对金属进行铸接、铸焊、铸镶的操作。

本发明中所述用语“自蔓延反应”是指自蔓延高温合成反应；所述自蔓延高温合成(self-propagationhigh-temperaturesynthesis，简称shs)，又称为燃烧合成(combustionsynthesis)技术，是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。

本发明中所述用语“自蔓延反应铸焊法”是指通过自蔓延反应实现铸焊的方法；例如，本发明中制备表面镶嵌金属陶瓷片的垃圾焚烧炉炉排片的方法中的步骤d中的操作。

本发明中所述“压坯的理论密度”可以按照式(1)或(2)进行计算：

压坯的理论密度ρ＝1/(∑mi/ρi)(1)

式(1)中，ρ为压坯的理论密度，单位是g/cm³；

mi为制备压坯的混合粉料中元素i的质量分数；

ρi为制备压坯的混合粉料中元素i的密度，单位是g/cm³；

压坯的理论密度ρ＝∑vi×ρi(2)

式(2)中，ρ为压坯的理论密度，单位是g/cm³；

vi为制备压坯的混合粉料中元素i的体积分数；

ρi为制备压坯的混合粉料中元素i的密度，单位是g/cm³。

在本发明的一些具体的实施例中：采用本发明方法制备表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片，如图1-6所示，其包括以下步骤：

(1)炉排片材质1gr18ni9ti，精密铸造成形，在易产生磨蚀失效的表面铸造时铸造出深度2-3mm的凹坑2，侧壁22边长根据部位不同而不同，圆弧或直角转弯处边长小，平面处边长长(图中未示出)，并使得相邻两个凹坑之间彼此相连并通过共用一个侧壁彼此分隔开，且所述侧壁的厚度为2-3mm(见图1)，凹坑底部21为平面；

(2)按自蔓延反应原理配制ti+c+mo＝ticmo自蔓延粉末材料，混合均匀，制成ticmo混合粉料；

(3)将ticmo混合粉料装入与比凹坑略小的ticmo压坯模具4(见图2)中压实成压坯7(见图5)，压坯7高度为凹坑侧壁22高度的3-5倍；

(4)将铝热反应产生的钢水浇注到凹坑2中后，立即将压坯7放入凹坑2，凹坑2中的钢水引燃压坯7的自蔓延反应，待反应刚刚结束加压，得到表面镶嵌金属陶瓷片3垃圾焚烧炉炉排片。

值得一提的是，在压坯7表面向下加压，将压坯7压缩到与凹坑侧壁22同高的过程中，部分钢水沿凹坑侧壁22向上流动，使凹坑侧壁22与压坯7焊合。

上述凹坑2是由侧壁22和底部21构成的多边形凹槽，优选多边形为正六边形或矩形或圆形，进一步优选为正六边形。

相应地，上述ticmo压坯模具4由侧壁42围成多边形空心柱体，无盖也无底板，优选多边形为正六边形或矩形或圆形，进一步优选为正六边形。所述压坯模具4与作为压坯凹模底板用的钢板5(见图3)和凸模(冲头)6(见图4)配合使用，用于制作压坯7。

本发明人研究发现，六边形的凹坑2之间彼此相连并通过共用一个侧壁22彼此分隔，形成稳定的蜂窝结构，由此制成的表面镶嵌金属陶瓷片垃圾焚烧炉炉排片具有较好的稳定性和耐高温防磨蚀性。

在本发明的一些进一步具体的实施例中，所述表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片如图6所示。图6中，表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片包括炉排片1、分布于炉排片易磨蚀区表面的多个凹坑2，以及镶嵌于凹坑内的金属陶瓷片3；其中，分布于炉排片易磨蚀区表面的凹坑2是在炉排片铸造成形时生成；所述金属陶瓷片3通过自蔓延反应铸焊法镶嵌于凹坑2内，由此，所述金属陶瓷片3与凹坑2的侧壁22和底部为冶金结合。

所述凹坑2的底部平坦，深度为2-3mm；所述凹坑2优选为正六边形；相邻两个凹坑2之间彼此相连并通过共用一个侧壁22彼此分隔，形成稳定的蜂窝结构，优选地，所述侧壁22的厚度为2-3mm。由此构成的表面镶嵌金属陶瓷片垃圾焚烧炉炉排片，具有较好的稳定性和耐高温防磨蚀性。

所述金属陶瓷片含有ti、c和mo；优选地，所述金属陶瓷片为ticmo金属陶瓷片。

实施例

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法获得。

本发明中炉排片抗磨蚀性能直接利用生产中的实际消耗率来进行检测。

实施例1：

制备表面镶嵌金属陶瓷片3的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片，如图1-4所示。

(1)炉排片材质1gr18ni9ti，精密铸造成形，在易产生磨蚀失效的表面铸造时铸造出深度2-3mm的正六边形凹坑2，侧壁22边长根据部位不同而不同，炉排片1圆弧或直角转弯处边长小，平面处边长长，相邻两个凹坑2之间彼此相连并通过共用一个侧壁22彼此分隔，形成稳定的蜂窝结构，且所述侧壁22的厚度为2-3mm(见图1)；

(2)250目c粉和ti粉按原子比1:1配制，加入5wt％的mo粉，球磨9小时，制成ticmo混合粉料；

(3)将制成ticmo混合粉料装入正六边形模具4(见图2)，通过压坯模具4与作为压坯底板用的钢板5(见图3)和凸模(冲头)6(见图4)配合使用，在压坯模具4中压成与凹坑2形状相同、尺寸略小的压制成ticmo压坯7(见图5)，ticmo压坯7密度为其理论密度的60％-80％，ticmo压坯7高度为侧壁21高度的3-5倍。

(4)将铝热反应产生的钢水浇注到凹坑2中后，立即将ticmo压坯7放入凹坑2，凹坑2中的钢水引燃压坯7的自蔓延反应，待反应刚刚结束限位加压，从而得到表面镶嵌金属陶瓷片3的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片(见图6)。

在压坯7表面向下加压，将压坯7压缩到与凹坑侧壁22同高的过程中，部分钢水沿凹坑侧壁22向上流动，使凹坑侧壁22与压坯7焊合。

上述过程所制备的表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片如图6所示。图6中，表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片包括炉排片1、分布于炉排片易磨蚀区表面的多个凹坑2，以及镶嵌于凹坑内的金属陶瓷片3；其中，分布于炉排片易磨蚀区表面的凹坑2是在炉排片铸造成形时生成；所述金属陶瓷片3通过自蔓延反应铸焊法镶嵌于凹坑2内，由此，所述金属陶瓷片3与凹坑2的侧壁22和底部为冶金结合。

所述凹坑2的底部平坦，深度为2-3mm；所述凹坑2优选为正六边形；相邻两个凹坑2之间彼此相连并通过共用一个侧壁22彼此分隔，形成稳定的蜂窝结构，优选地，所述侧壁22的厚度为2-3mm。由此构成的表面镶嵌金属陶瓷片垃圾焚烧炉炉排片，具有较好的稳定性和耐高温防磨蚀性。

所述金属陶瓷片含有ti、c和mo；优选地，所述金属陶瓷片为ticmo金属陶瓷片。

直接利用生产中的实际消耗率来检测本实施例中表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片的耐高温防磨蚀性，结果表明本实施例中这种炉排片具有良好的耐高温(800-900℃)防磨蚀性，其服役寿命约为原炉排片服役寿命(国产化垃圾焚烧炉炉排片使用寿命7-10个月)的5-10倍。

实施例2：

本实施例与实施例1不同的是：

在步骤(1)中，在易产生磨蚀失效的表面铸造时铸造出深度2-3mm的矩形凹坑2；相邻两个凹坑2之间彼此相连并通过共用一个侧壁22彼此分隔，形成网格结构。

在步骤(3)中，将制成ticmo混合粉料装入矩形模具4中压成与凹坑2形状相同。

上述过程所制备的表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片与实施例1中所制备的表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片不同之处在于，所述凹坑2为矩形，相应于此，所述ticmo金属陶瓷片3也为矩形，相邻两个凹坑2之间彼此相连并通过共用一个侧壁22彼此分隔，形成网格结构。

直接利用生产中的实际消耗率来检测本实施例中表面镶嵌金属陶瓷片的耐磨蚀垃圾焚烧炉炉排片的耐高温防磨蚀性，结果表明本实施例中这种炉排片具有良好的耐高温(800-900℃)防磨蚀性，其服役寿命约为原炉排片服役寿命(国产化垃圾焚烧炉炉排片使用寿命7-10个月)的5-9倍。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明做出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。