超高温浓硫酸用不锈钢项目可行性报告

1、永 嘉 县 科 技 计 划 项 目XDS-7超高温浓硫酸用不锈钢可行性报告宣达实业集团有限公司二一一年三月XDS-7超高温浓硫酸用不锈钢项目可行性报告一、 立项的背景和意义人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。在硫酸工业中，由于硫酸的极强腐蚀性，因而硫酸设备材料就成为硫酸工业发展的基础。硫磺制酸工艺过程包括三大步骤：硫磺焚烧、S02转化和S03吸收，均为放热反应，其放出的总热量达528.4kJ/mol。根据载热介质温度的不同，通常将硫磺焚烧和和S0

2、2转化两个过程产生的热量分别称为高温和中温位热能，约占总热量的56和19，一般采用废热锅炉、蒸汽过热器及省煤器来回收这部分热能产生中压过热蒸汽。S03吸收过程产生的热量称为低温位热能，约占总热量的25，传统工艺是采用80左右的浓硫酸来吸收SO3生成硫酸，SO3吸收过程产生的反应热用循环冷却水移出系统。硫酸生产过程中SO3吸收温度一般在80120。所以热量通常只能以80120的热水（或蒸汽）形式从酸冷器回收或排掉。这一温度的热水（或蒸汽）不能用来做功。只能用于如城市供热采暖、预热锅炉给水以及生产流程中产品或中间产品的加热，这显然不是人们所最希望的。欲利用这部分低温位热能就要相应提高吸收塔的操作温

3、度，只有吸收塔酸温达到200以上，才能产生10公斤压力的过热蒸汽。不同硫酸浓度，其腐蚀性质很不一样。065%H2SO4任何温度都呈还原性，6585% H2SO4低温呈还原性，高温或沸腾呈氧化性，85100% H2SO4任何温度都呈氧化性。随着温度的提高，硫酸的活性增加，对设备的腐蚀会加剧。另外，随着温度的提高，硫酸中的氧含量降低，金属的钝化越加困难，甚至能使原来钝化的金属又处于活化态。因此，循环流动的高温硫酸对一般耐酸材料的腐蚀急剧增加。由于硫酸具有较好的热稳定性和不挥发性，硫酸生产的反应可在高温下进行，因此循环酸的温度几乎完全由组成干吸系统的干吸塔、循环槽、泵、阀、管道和酸冷却器等结构材料的

4、耐腐蚀性能所决定。从很大程度上讲，耐酸材料的研发是解决低温位热回收的关键。“十一五”规划纲要中提出：“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20左右、主要污染物排放总量减少10。另外，随着各种能源价格的不断上涨，特别是在硫磺价格暴涨的今天，热能回收已成为硫酸装置主要的节能降耗措施，在硫酸装置中的重要性越显突出。硫酸生产中废热的回收利用程度已成为衡量硫酸工业技术的一项重要指标，将硫酸生产装置视为不排放二氧化碳的绿色能源工厂已逐渐成为一种趋势。在高、中温位热能普遍得到回收利用的情况下。合理开发利用低温位余热，具有重大的社会意义和经济意义。而开发利用低温位余热的关键就是要开发一种用于200以上浓硫酸特

5、种材料。这种超高温浓硫酸用不锈钢特种材料技术属国家重点支持的高新技术领域第四大类新材料技术，第一小类金属材料中的高性能金属材料及特殊合金材料生产技术。也是浙江省重大技术装备行业关键共性技术。因而此材料的成功开发必将带动周边地区泵、阀、化工设备及相关制造企业的迅猛发展，促进我国硫酸工业技术进步。二、 国内外研究现状和发展趋势硫酸对低合金钢来说是一种具有高度腐蚀性的化学品，一般不锈钢在硫酸生产中的应用也十分有限。硫酸介质中用的耐腐蚀材料可以从含硅不锈钢、铁镍基耐蚀合金和镍基耐蚀合金中选择。迄今为止，已经研发出多种类的硫酸用钢，但在200高温硫酸中，不锈钢与浓硫酸接触后，因“钝化”作用形成的铁和铬的

6、氧化膜在酸温高于85时将很快被破坏，即使哈氏合金，在更高的酸温下，其腐蚀速率随温度的升高也急剧增加。因此，必须研制性能更加优异的耐高温浓硫酸的不锈钢。Lewmet合金是一种铁镍基耐蚀合金，具有良好的耐腐蚀和抗磨蚀性能，在140的浓硫酸中，年腐蚀率小于0.25mm。美国路易斯厂用Lewmet合金制造耐酸泵的关键部件，该泵在120的浓硫酸中可使用多年。SARAMET是一种含硅的奥氏体不锈钢，是由加拿大Chemetics公司研制的，它在98硫酸(t>120)和93硫酸(t>60)中的年腐蚀率小于0.13mm。它主要用于制造酸塔、泵槽、酸管及酸分布器。瑞典Sandvik公司生产的SX含硅不

7、锈钢在热浓硫酸中的耐蚀性优于其他合金，对于浓度大于98 的硫酸，在150下的年腐蚀率小于0.1mm/a。SX含硅不锈钢的钝化膜极坚固，对酸的流速没有限制。美国孟莫克公司开发的HRS(Heat Recovery System，即废热回收系统)利用硫酸浓度提高到99以上后腐蚀性略有下降的特性，将酸温和酸浓度同时控制在一个狭窄区域内，并针对该特定工况开发了抗强腐蚀的专用ZeCor合金材料，但ZeCor不耐200的98%硫酸腐蚀。我国也对耐高温浓硫酸腐蚀的合金材料进行了大量的研究，宣达实业集团有限公司开发的XDS高硅奥氏体不锈钢可以用来制造硫酸生产装置的干燥和吸收塔、各种类型酸分布器、塔内填料支撑蓖子

8、板、循环酸槽、酸管线和阀门等，其工况条件一般为9398浓硫酸，温度170。国内开展适用于200高温浓硫酸材料的研究报道很少。鉴于超高温浓硫酸腐蚀的特殊性和实际生产的需要，理想的不锈钢材料应具有良好的耐腐蚀性能，其年腐蚀率要<0.1mm/a，适用硫酸的浓度范围宽，减少硫酸生产中工况波动带来的事故风险；力学性能好，便于进行机械加工和焊接；原材料成本低，铸造、锻造和轧制性能好，具备良好的价格优势，提高其在市场上的占有率。三、 研究开发内容和技术关键1、主要研究内容a、 根据用途以及组织和性能要求，设计所开发钢种的成分；b、 进行实验室冶炼和轧制，制备试样，并摸索生产工艺；c、 进行热模拟实验，

9、探索新钢种的热加工工艺参数；d、 探索新钢种的热处理工艺制度对性能的影响；e、 验证并比较所开发钢种的极化曲线，测试其耐200、98浓硫酸均匀腐蚀性能；f、 检验并验证所开发钢种的常规力学性能和金相组织。2、技术关键a、 成分设计：由于超高温浓硫酸具有特殊的腐蚀性能和很高的危险性，同时硫酸生产中工况条件会在较大范围内变化，因此成分设计上要保证材料的耐腐蚀性能要达到<0.1mm/a，以确保设备的使用年限不低于10年。材料的力学性能优良，以便于进行机械加工、冲压和焊接。b、 制造工艺：不锈钢的成本很大一部分要耗在加工过程中，因次，该超高温浓硫酸用钢的铸造、锻造等工艺性能要优良，以降低生产成本

10、，提高产品的市场竞争力。四、 预期目标（主要技术经济指标、知识产权申请情况、应用前景）1、主要技术指标：a、成分：Cr：25.030.0Si：<2.0Mn：<2.0Mo:1.03.0Ni:0.11.5Cu:0.51.5Nb：0.31.0Ti:0.11C：<0.03S：<0.02P：<0.035RE：<0.6b、金相组织：稳定铁素体c、退火处理后力学性能（根据GB/T 1220-2007）：锻造棒材：屈服强度（0.2）245MPa抗拉强度（b）450MPa断后伸长率（）20硬度（HBW）200d、耐硫酸浓度：98e、耐硫酸温度：200f、年腐蚀率：<0.

11、1mm/a2、主要经济指标：按照产品平均售价11万元/吨，产品全部成本8.58万元/吨，税金总额占销售收入6为0.66万元，净利润占销售收入16为1.76万元，利税率22为2.42万元，按年产500吨计算，销售收入5500万元，税金330万元，净利润880万元。a、 年销售收入：11万元/吨×500吨=5500万元b、 年税金总额：5500万元×6=330万元c、 年净利润：5500万元×16=880万元3、知识产权申请情况项目产品计划申请实用新型专利一项，专业刊物上发表论文一篇。公司独家拥有该项知识产权，实施高科技专利产品商品化、产业化。4、应用前景近些年，随着

12、市场经济的发展和能源消耗的迅速增长，我国已经成为能源消耗大国，高能耗成为制约国民经济发展的瓶颈之一，节约能源已忧为当务之急。余热是硫酸生产等装置的主要副产品。低温回收装置，可实现利用吸收的余热生产低压蒸汽，生产一吨硫酸可回收0.31MPa的低压蒸汽0.40.5t,使产汽量达到1/7t/t酸，硫酸装置总的热能回收率达到90%以上。这是硫酸工业低温余热回收利用的一项突破性技术。而由于硫酸的极强腐蚀性，特别是当其温度200时，即使哈氏合金其腐蚀速率也大大增加。因此我公司开发的XDS-7超高温浓硫酸用不锈钢具有非常重大的意义。我国共有硫酸生产企业600多家，其中80%的硫酸厂家，其生产工艺、设备和环保

13、等技术水平相对比较落后，未实现低温余热回收利用。当前循环利用，节能降耗，实现经济、社会和环境的协调的可持续发展，已是新世纪工业的必然选择。因此未来几年这些硫酸厂家采取节能降耗、回收再利用为主要的控制措施。一些较大的硫酸制造厂家都将会兴建低温回收系统，该系统的泵、阀、管道、换热器等与介质直接接触的部件材料必须具备耐超高温浓硫酸的腐蚀。而目前此类材料还未闻有厂家生产制造，国际国内此产品研究开发就数我公司处于领先地位，因此本项目市场前景非常看好。五、 研究方案、技术路线、组织方式与课题分解1、 研究方案项目承担单位为本公司，项目的各项研究内容均由本公司自主研发设计，项目期限为2年（2011年1月-2

14、012年12月）。2、 技术路线a、 由于超高温浓硫酸的特殊腐蚀性能，成分设计时要根据以下原则：腐蚀指数CI=0.35（Fe+Mn）+ 0.70（Cr）+ 0.30（Ni）- 0.12（Mo）进行计算。凡是CI39的不锈钢才可以选用。b、 铁素体不锈钢具有塑性差等缺点，因此采取超低碳（0.03）、加入少量的镍以改善其冷热加工性能。c、 用于制造化工设备的材料，其抗局部腐蚀性能是必须考虑的。因为这种局部腐蚀破坏难以预测，同时也更危险。因此，通过添加铌、钛等改善耐晶间腐蚀性能，通过添加钼、铜和稀土等改善耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能。 d、 适量的稀土元素可改善钢的金相组织和加工性能，增强耐腐蚀性。稀土元

15、素可抑制形变铁素体再结晶和晶粒长大，起到细化晶粒的作用；同时其可以与氧、硫等有害元素结合，减少钢中的夹杂物，起到提高钢的耐点蚀等局部腐蚀性能。e、 采用中频炉AOD炉等进行双联冶炼，其原料适用范围广，可有效降低碳、氮等间隙元素含量，钢锭质量好。f、 由于铁素体不锈钢容易发生黏结轧辊现象，因此轧钢应采用混合轧制模式，即超纯铁素体不锈钢与表面质量要求不高的常规碳钢混轧，以利用混轧碳钢清洗轧辊表面。另外，适当降低轧制温度，采用较低的温度可以使表面硬度提高，缓解黏着。3、 组织方式与课题分解本项目由本公司自主研发设计，核心研发成员6人，课题组成员及分工见下表。课题组成员及分工项目负责人姓 名刘焕安联系

16、电话67987035E-mailLiuha-366266手 历大学学 位专 业金属材料技术职称研究员工作经历、主要成果、奖励、荣誉和发表论文1962年10月1985年1月中科院金属研究所从事金属材料研究工作。1985年1月1996年10月中科院金属腐蚀与防护研究所从事金属材料研究。1996年至今在宣达实业集团有限公司从事耐腐蚀金属材料研发工作。研发的F 33双向不锈钢由中国硫磷肥设计所作为推广材料。高硅不锈钢在硫酸行业得到广泛推广应用。耐高温材料XD4制作的高温调控阀门在国内成功应用。1999年获得硫酸行业中的最高荣誉孙师白奖。获得磷肥行业的中国科学院科技进步二等奖

17、。研究的稀硫酸不锈钢获得中国科学院科技进步三等奖。2010年6月获得中国硫酸工业协会，中国磷肥工业协会授予终身荣誉奖。项目组成员姓名年龄职称专业工作单位在本项中分工张智丹29硕士材料学宣达实业集团有限公司力学性能和金相分析欧阳明辉29硕士材料学宣达实业集团有限公司电化学腐蚀分析张佳秋58高工铸造宣达实业集团有限公司冶炼工艺李玉来62高工铸造宣达实业集团有限公司轧制工艺伏玲霞38助工化学分析宣达实业集团有限公司均匀腐蚀试验六、计划进度目标起始年月进度目标要求（每栏限80字）2011年01月2011年03月市场调查、收集资料落实人员、前期准备2011年04月2011年12月成分设计、工艺设计201

18、2年01月2012年06月样品制作、检测试用2012年06月2012年08月改进提高、产品定型2012年09月2012年12月批量生产、推广应用专家组对项目验收七、现有工作基础和条件1） 本公司拥有属省级企业技术中心的特种金属材料研发中心，和属省级高新技术研究开发中心的防腐设备研发中心，有先进的加工设备和检测试验仪器400多台。2） 本公司拥有丰富的防腐蚀材料研发、防腐材料选材、化工设备设计、生产、营销经验和一流的技术力量及科技创新能力。3） 公司已取得ISO9001-2000质量管理体系认证、CE认证、TX压力容器安全认证、商标注册证，公司具有产品出口自营权。4） 公司现有建筑面积35000

19、M2，企业总资产35444万元，固定资产净值8000余万元，银行信用等级AAA级。5） 我公司有一些长期从事材料，化工设备技术工作的同志，积累了丰富的产品研发经验，熟习国内外化工设备行业的技术前沿情况。6） 购置了美国进口的35通道光谱仪，无损探伤设备，及理化测试设备，对现场暴露的各种技术问题及时解决。八、经费预算项目经费预算表(一)、设备费 名称及规格型号数 量单 价金 额用 途 说 明电感耦合等离子发射光谱17070研究金属腐蚀，合金成分优化250公斤真空感应电炉1130130合金冶炼工艺实验管材高频热处理炉18585热处理实验不锈钢电解抛光系统13535金相实验合计320 (二)、能源材

20、料费 名 称 数 量单 价金 额用 途 说 明镍320.561.5合金成分材料微碳烙铁62.213合金成分材料金属硅0.31.60.5合金成分材料纯铁616合金成分材料电解锰0.52.41.2合金成分材料稀土0.59.54.8合金成分材料其他辅助材料21020合金成分材料电费500000.00015研发设备、试制设备耗能合计112 (三)、设计实验费（指在项目研究、攻关过程中样机制造、试验的费用） 名 称 数 量单 价金 额用 途 说 明检测费、外加工28产品检测、性能测试、外加工 (四)、信息费（指在项目研究过程中需要支付的出版费以及书籍购买费、资料费、文献检索费、入网费、通信费等） 名 称 数 量单 价金 额用 途 说 明通信费、入网费111资料、书籍111(五)、会议调研费（指为项目研究而进行的相关的专题技术调研、学术会议费） 名 称 数 量单 价金 额调 研 内 容调研费155市场调研、学术调研(六)、租赁费（指进行项目研究、开发、试验而租赁的专用仪器、设备、场地、实验基地、车辆等所发生的费用） 名 称 数 量单 价金 额用 途 说 明(七、验收