耐热钢在新型干法窑系统中的应用

1、超强型耐热钢在新型干法窑系统中的应用目 录新型干法窑系统中的主要耐热部件水泥行业各种新型干法生产线中传统耐热钢件使用状况及年度消耗量耐热钢件的研制、生产和应用状况超强型耐热钢研制的关键技术及在水泥行业中的应用新型干法窑系统中的主要耐热部件预热器内筒预热器锁风阀及分料阀预热器撒料板及托板三次风闸板窑尾护板 下料舌头 回料勺窑口护板窑头喷煤系统燃烧器喷嘴篦冷机各种篦板及护板各种耐热螺栓 螺母及耙钉水泥行业各种新型干法生产线中传统耐热钢件使用状况及年度消耗量天津院2500T/D生产线耐热钢年消耗量约46吨(不包含耙钉螺栓等),其中:1.预热器:(计21.996吨)a)C2内筒 2套 Ni9板材 37

2、96Kgb)C3内筒 2套 Ni9板材 4064Kgc)C4内筒 2套 Ni20 5264Kgd)C5内筒 2套 Ni20 7082Kge)C1 C2锁风阀 1套 Ni12 97.3Kgf)C3 C4 C5锁风阀 1套 Ni20 g)C2 C3 C4 C5分料阀 2套h)C2 C3 撒料板 4套 Ni9 580Kgi)C4 C5 撒料板 4套 Ni20 700Kg2.窑系统:(计9.278吨) a)燃料器喷嘴 1套 Ni20 332Kgb)挡砖圈 1套 Ni12 708Kgc)窑口护铁 1套 Ni20 1656Kgd)窑尾护铁 1套 Ni20 1980Kge)窑尾舌形板 1套 Ni20 880

3、Kgf)三次风管闸板阀 2套Ni20 1600Kgg)三次风管调节阀2套 Ni20 560Kgh)闸板阀用链条 4套 Ni20棒196Kg3.篦冷机:(计29.577吨)a)TC-VII篦板 1套 Ni12 1350Kgb)TC-VIII篦板 1套 Ni12 5922Kgc)TC-IX篦板 1套 Ni12 11868Kgd) 双宽篦板 1套 Ni5 6451.5Kge) 单宽篦板 1套 Ni5 561Kgf) 高温区挡板盲板1套Ni12 2948.6g) 低温区挡板盲板1套Ni5 476Kg南京院5000T/D生产线耐热钢年消耗量约98.5吨(不包含耙钉螺栓等),其中:1.预热器:(计60.2

4、42吨)a)C2内筒 2套 Ni9板材 8744Kgb)C3内筒 2套 Ni7 14624Kgc)C4内筒 2套 Ni20 15760Kgd)C5内筒 2套 Ni20 15252Kge)C3锁风阀 2套 Ni9 320Kgf)C4 C5锁风阀 4套 Ni20 640Kgg)撒料板 10套 Ni12 3952Kgh)托板 19套 Ni20 950Kg2.窑系统:(计8.047吨) a)燃料器喷嘴 1套 Ni20 373Kgb)窑口护板 1套 Ni20 3420Kgc)窑尾护板 1套 Ni20 2250Kgd)回料勺 1套 Ni5 2004Kg3.篦冷机:(计30.048吨)a)NC3036A篦板

5、 1套 Ni12 1012.5Kgb)NC3042A篦板 1套 Ni12 4959Kgc)NC3042AK活动篦板1套Ni12 3783.5Kgd)NC3042AK篦板 1套 Ni12 8944Kge)NC3042BK篦板 1套 Ni5 8736Kg f) 高温区护板挡板1套 Ni12 1659Kgg) 低温区护板挡板 1套 Ni5 640Kgh) 喷嘴(空气炮用) 6套 Ni12 90Kgi) 119喷嘴 7套 Ni12 224Kg成都院5000T/D生产线耐热钢年消耗量约95吨(不包含耙钉螺栓等),其中:1.预热器:(计44.616吨)a)C2内筒 2套 Ni12 11037.04Kgb)

6、C3内筒 2套 Ni7 8882.16Kgc)C4内筒 2套 Ni20 10871.12Kgd)C5内筒 2套 Ni20 12460.24Kge)700翻板阀 3套 Ni20 290.4Kgf)900翻板阀 2套 Ni20 285.4Kgg)700撒料板 3套 Ni20 378.66Kgh)900撒料板 2套 Ni20 410.78Kg2.窑系统:(计9.648吨) a)下料舌头 1套 Ni20 1548Kgb)窑口护板 1套 Ni20 3852Kgc)窑尾护板 1套 Ni20 2604Kgd)回料勺 1套 Ni7 1644Kg3.篦冷机:(计40.355吨)a)阶梯篦板 1套 Ni12 26

7、64Kgb)阶梯盲篦板 1套 Ni12 459.8Kgc)阶梯测温篦板 1套 Ni12 48.058Kgd)充气篦板 1套 Ni12 7540Kge)宽盲篦板 1套 Ni12 236Kgf)测温充气篦板(左) 1套 Ni12 32.5Kgg)测温充气篦板(右) 1套 Ni12 32.5Kgh)低漏料篦板 1套 Ni12 12600Kgi)低漏料篦板 1套 Ni5 12300Kgj)窄盲篦板(前左) 1套 Ni12 566.4Kgk)窄盲篦板(前右) 1套 Ni12 566.4Kgl)窄盲篦板(后左) 1套 Ni5 367.5Kgm)窄盲篦板(后右) 1套 Ni5 367.5Kgn) 高温区盲板

8、 1套 Ni12 1605.6Kgo) 低温区盲板 1套 Ni5 912Kgp) 边板 1套 Ni9 57.2Kg引进国外的10000T/D生产线耐热钢年消耗量约151吨(不包含耙钉螺栓等),其中:1.预热器:(计49.86吨)a)C2内筒 2套 Ni9板材 7714Kgb)C3内筒 2套 Ni12 12614c)C4内筒 2套 Ni20 13426Kgd)C5内筒 2套 Ni20 13426Kge)C1 C2锁风阀 8套 Ni12 785.6Kgf)C3锁风阀 2套 Ni12 350.4Kgg)C4 C5锁风阀 6套 Ni12 1213.2Kgh)C4 C5分料阀 2套 Ni12 330.4

9、Kg2.窑系统:(计10.377吨) a)舌形板 1套 Ni20 1110Kgb)窑口护铁I 1套 Ni20 3840Kgc)窑口护铁II 1套 Ni20 680Kgd)窑尾护铁 1套 Ni20 1920Kge)三次风管闸板阀 2套 Ni20板 1440Kgf)挡砖圈 1套 Ni20 924Kgg)喷嘴 1套 Ni20 463Kg3.篦冷机:(计90.543吨)a)915篦板 1套 Ni20 846Kgb)920篦板 1套 Ni20 384Kgc)957篦板 1套 Ni20 3002Kgd)981篦板 1套 Ni20 7104Kge)982篦板 1套 Ni20 11466Kgf)984篦板 1

10、套 Ni20 3920Kgg)992篦板 1套 Ni20 861Kgh)994篦板 1套 Ni20 483Kgi)751篦板 1套 Ni20 12348Kgj)753篦板 1套 Ni20 850Kgk)755篦板 1套 Ni20 11584Kgl)865篦板 1套 Ni20 629Kgm)866篦板 1套 Ni20 833Kgn)480篦板 1套 Ni12 340Kgo)861篦板 1套 Ni12 136Kgp)高温区护板 1套 Ni20 4816Kgq)低温区护板 1套 Ni12 114.8Kgr)侧护板支架 1套 Ni20 6219.8Kgs)密封板 1套 Ni20 540Kgt)密封条

11、1套 Ni20 234Kgu)耐磨套 1套 Ni12 20160Kgv)耐磨片 1套 Ni20 1880Kgw)侧板耐磨片 1套 Ni20 532Kgx)空气炮嘴 1套 Ni20 1260Kg耐热钢件的研制、生产和应用状况国外耐热钢发展简史我国耐热钢发展历程耐热钢的合金强化机理国外耐热钢发展简史 上个世纪二十年代末期，英美国家开始有 人将少量钛和铝加入到镍铬合金中，使原有合金 具有显著的蠕变强化作用，不过，这种发现并未引起人们的广泛关注，到了1937年德国涡轮喷气发动机问世， 1939年英国也相继出来瓦特涡轮喷气发动机，然而，喷气发动机热端部件特别是涡轮叶片对材料的耐高温性和应力承受能力具有很

12、高要求，这就迫使人们加快了对各种新型耐热钢材料的开发和研制，性能优越NI80合金就含有适量的铝和钛。到了上个世纪四十年代，人们开始在合金中又添加硼、锆、钴、钼等合金元素，相继开发了NI80A、NI90等耐热钢材料。 我国耐热钢发展历程和国外一样，航空喷气发动机生产的需要也是我国高温合金即耐热钢发展的动力。 1956年,抚顺钢厂、鞍山钢铁公司开始为WP-5发动机研制耐热钢火焰筒，相继推出GH3030， GH4033，K412等耐热钢材料。由于我国资源缺镍少钴，铁基高温合金的研制、生产和应用成为六七十年代一道绚丽的风景线。至70年代初，研制生产的铁基高温合金的耐热钢已达33个，目前已被广泛应用的有

13、GH1140、GH2135、GH35A及K213等耐热钢材料。耐热钢的合金强化机理耐热钢是以镍、铁或者钴作为基体元素，溶入多种合金元素而成的具有稳定面心立方奥氏体结构的高温合金。镍基高温合金的基体元素是镍，铁基高温合金的基体元素是铁，钴基高温合金的基体元素是钴。镍没有同素异形结构，常温和高温都为面心立方结构，即奥氏体结构，而铁、钴在高温时具有面心立方结构，在室温下分别为体心立方和密排六方结构。因此，要想得到相对稳定的铁基、钴基奥氏体结构高温合金，通常需要加入一定数量的镍和铬，以便获得较高的化学稳定性和抗氧化耐蚀性，在铁基高温合金中加入少量钴，还能使合金具有更好的抗热腐蚀性。 1)耐热钢的固溶强

14、化 固溶强化是指将一些合金元素加入到以镍、铁或者钴作为基体元素的高温合金中，使之形成合金化的单相奥氏体,从而使基体结构得到的一种强化。无论是均匀分布于基体的或非均匀分布于基体的溶质原子都有强化作用。固溶强化的效果大致取决于下列几个因素： a.均匀分布于基体的溶质原子由于原子尺寸大小的不同,会产生长程内应力场,增加位错运动阻力,因而,随着溶质原子浓度及错配度的增加,溶质原子的固溶强化程度会相应提高。 b.由于均匀分布于基体的溶质原子与溶剂原子的弹性模量存在很大差别,在很大程度上会改变溶质原子处的位错应力场的弹性能大小,造成单位浓度溶质引起的位错运动切应力的变化,从而改变固溶强化的作用程度。 c.

15、 分布于基体的溶质原子与溶剂原子的相互填充构筑成的晶体结构,其金属导电电子将会从受压缩区域流向受拉伸区域，产生电偶极子。从而出现一个短程的静电交互作用，引起溶质原子在基体上的非均匀分布，使位错运动阻力增加，达到进一步增强固溶强化作用的效果。 d. 化学交互作用引起的非均匀分布固溶强化。由于面心立方金属基体存在层错，而溶质原子在层错处的平衡浓度会不同，这种不均匀分布就会导致位错运动阻力的增加，使固溶强化作用得到增强。虽然这种强化作用的效果不比体心立方金属中因弹性交互作用得到的强化作用明显，但其对高温强度强度来说，它的作用更大，稳定性更高。 e. 短程有序原子分布引起的固溶强化。当溶质原子数量较多

16、，并且异类原子之间的作用能不同于同类原子时，固溶体可能出现一定程度的短程有序。位错运动通过有序区时，由于全部或者部分破坏了原子有序关系，导致位错运动阻力的增加，从而增加了固溶强化作用。这种强化机制对高温强度的影响尤其显得特别重要。2)耐热钢的第二相强化 高温合金主要依赖于第二相强化。它又分为时效析出沉淀强化、铸造第二相骨架强化和弥 散质点强化等。第二相质点与位错的交互作用是合金第二相强化的本质。这些交互作用可概括为各种强化机制的叠加。在这种情况下，对共格强化、表面强化、层错强化、模量强化、反向畴有序强化、硬质点强化等强化机制，可以用加和性原理来估计总的效应。随着温度的升高，特别是在蠕变条件下，

17、交滑移及攀移的机制更容易起作用，在这种情况下，合金元素的扩散往往成为控制变形速率的因素。因此固溶体基体的强化将仍然起重要作用，通过合金化降低基体元素自扩散能力与得到适当的第二相强化配合（增大体积百分数使第二相质点变大，同时间距变小），可以得到很好的高温强化效果。 对于以碳化物析出沉淀硬化的铁基高温合金，由于碳化物硬而脆的本质及其非共格析出特点，其强化作用有以下特点： 1）低温下位错以绕过质点机制方式，在质点周围留下一个位错环，然后通过碳化物第二相。高温蠕变条件下，位错攀移机制起重要作用，位错切割碳化物是非常困难的。 2）在碳化物强化的铁基高温合金中，VC型碳化物具有强时效硬化能力，M23C6型

18、及NbC 3）增加碳化物数量及弥散度有利于提高强化效果，但过分高的碳饱和度往往有利于形成大块碳化物（共晶及二次析出），引起脆性。一般碳化物总量不能太大，因此强化程度是有限制的。 4）强化基体，减小元素的扩散能力，这对于较易聚集长大的碳化物相来说是至关重要的。 对于弥散强化的高温合金，主要是用氧化物或其他与基体固溶体不起作用的第二相强化。其强化的特点主要有： 1）强化机制是绕过质点机制方式。可以通过控制氧化物等质点弥散，细度与数量，而保证一定数量的弥散相，达到最大强化效应。 2）氧化物等第二相质点非常稳定，能保证在教高温度下具有很高的高温强度。 3）极细小弥散的氧化物质点可以存在于基体及析出奥氏

19、体相之中，这时位错除切割析出奥氏体相外，还可能被氧化物质点钉扎，使合金本身达到弥散强化的效果。 4）弥散强化合金有平坦的蠕变曲线，蠕变速率方程中应力指数值很大，这是弥散质点强化的特点，与弥散质点的弥散性及稳定性相关。 耐热钢铸件第二相析出特点在于凝固结晶的偏析造成的枝晶干和枝晶间的析出不均匀性，造成枝晶内析出奥氏体较稀，枝晶边缘析出奥氏体较密。当元素出现严重偏析还会生成枝晶间及晶界共晶相。碳化物强化的铁基铸造合金中，碳化物在枝晶界及晶界上形成骨架，这些加剧了晶界及枝晶间区的形变阻力，这是一般耐热钢铸件高温蠕变性能比变形态（相同合金）好的重要原因之一。当然耐热钢铸件晶粒较大也是一个重要原因。3)

20、耐热钢的晶界强化 耐热钢在高温状态下产生形变总是不可避免的，此时合金晶界区的原子排列规则性最容易被破坏，各种晶体的 晶界或相界处将出现微小裂纹或孔洞，位错运动的作用很 容易使其产生滑动或偏移。因此，强化晶界对提高耐热钢的持久强度和蠕变强度是非常有效的。耐热钢的晶界强化手段主要有三种： a.降低有害杂质含量，提高合金纯洁度。耐热钢内有害杂质元素往往是低熔点的，并与基体元素生成低熔点的化合物或共晶体，使合金的热加工性及高温力学性能显著降低。只要严格控制氮、氧、氢等气体含量，有效降低硫、磷等杂质含量，就能使合金的机械性能得到明显提高。 b.有益的微合金化元素，主要包括稀土元素，镁、钙、钡、硼、锆及铪

21、等元素。这些元素往往通过净化合金及微合金化两个方面来改善合金。稀土元素和碱土元素等，对气体元素，硫、磷等有害杂质元素有很强的亲和力，形成难熔化合物，在铸造过程中能作为纯净剂去除气体及杂质。同时，有些有益元素还可以偏析于晶界，改善晶界组织，起到强化晶界的微合金化作用。 c.晶界控制得当是提高耐热钢高温强度的最有效途经。晶粒的大小会直接影响到耐热钢在高温条件下的抗拉强度、疲劳强度、蠕变强度及蠕变速率。对于一定厚度比的耐热钢铸件，晶粒在27mm之间，都能获得较相似的机械性能，这些规律对铸造薄壁铸件特别重要。除晶粒大小外，晶界的平直与弯曲对蠕变性能也会产生重要影响。对于许多奥氏体铁基高温合金，晶界弯曲

22、能够阻碍晶界滑动及楔形晶界裂纹的形成，同时阻止沿晶裂纹（孔洞）的连接，从而有效地降低蠕变变形，耐热钢的高温瞬时性能更能得到提高。另外，消除横向（与外应力垂直的方向）晶界能非常有效地提高耐热钢的高温强度。横向晶界，甚至树枝晶界，总是裂纹优先形核与扩展的地点。所以消灭横向晶界将会推迟蠕变裂纹的形成与扩展。进一步改善浇铸工艺，甚至可以消灭晶界得到单晶合金，大大提高耐热钢的各项性能。超强型耐热钢研制的关键技术及在水泥行业中的应用超强型耐热钢的关键技术超强型耐热钢的发展潜能及社会效益超强型耐热钢在水泥行业应用中所发挥的作用超强型耐热钢的关键技术 超强型耐热钢除了铁基铬、镍合金成分外，主要靠多元合金元素各

23、自充分发挥其固溶强化、第二相强化及晶界强化作用。有关发明专利配方不便细述，但其关键技术主要有以下几点： 1.根据铁基合金的电子空位数与相析出关系，推算超强型耐热钢出现TCP相（主要是相）的边缘配比。TCP相是高温合金中的主要微量相，对性能有重要影响。超强型耐热钢合金中添加的钨、锰、钼含量及碳化物只要控制得当，完全可以有效地防止TCP相的析出。 2.超强型耐热钢的化学稳定性及表面强韧化。通常铁基高温合金的抗氧化能力都依赖于Cr2O3氧化膜的形成， Cr2O3是高温下唯一的热力学稳定的固相的氧化物，高温合金通常同时含有铬和铝，两者协同作用，抗氧化的改善非常明显。高温合金除铬和铝外，添加少量硅，在内

24、层形成SiO2 ，可以循环氧化抗力，使之达到铝化物涂层的抗氧化效果。添加微量铪和锆，可以进一步改善氧化膜的结合力。加入少量钛和钽，对耐热钢铸件的抗热腐蚀性能有良好影响，通常没有有害影响。超强型耐热钢主要就是综合以上因素合理配制的一种高温合金。这种合金具有很好的化学稳定性、表面强韧性和抗热腐蚀性。 3.超强型耐热钢在后期加工过程中至少进行两次喷丸处理，打磨和机加工所引起的表面加工硬化、粗糙和残余应力等表面不完整对高温合金的耐蚀性和疲劳强度必然要产生不利影响，喷丸处理是解决这一问题的传统而有效的方法。 4.超强型耐热钢系列中，有的为了达到耐更高温度（13001400)超强型耐热钢的发展潜能及社会效益 据国际不锈钢论坛（