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文檔簡介
1、關于鋼廠煤氣鼓風機防腐耐磨抗粘灰復合涂層工藝技術研究的項目建議書一、 概述1、 項目提出的背景:大型鋼鐵聯合企業的高爐轉爐流程包括燒結/球團、焦化、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產工序,是典型的鐵煤化工過程:含鐵原料經過一系列復雜的物理化學變化從天然資源冶煉成鋼鐵產品,含碳能源經高爐、焦爐等能源轉換裝置轉變為高爐煤氣、焦爐煤氣、電等二次能源,其中煤氣資源占企業總能耗的比例達40%左右。 近年來,中國鋼鐵工業迅猛發展,據世界鋼鐵協會1月22日發布2012年全球鋼鐵生產統計數據。中國大陸2012年粗鋼產量7.16億噸,占全球鋼產量的46.3%。鋼鐵冶金技術不斷進步,使得鋼鐵廠副產煤氣資源量越來越多,所以煤氣
2、鼓風機的使用量也日趨增加,煤氣成分:CO2、CO、N2、水蒸汽,實際中氣體中還含有少量的SO2、H2S、Cl-、粉塵等。其中無機粘接劑形成的,無機粘接劑形成的條件均具備,如 MgO、CaO、NaO、MnO、H2O、CO2、SO2等。這些介質成分對煤氣鼓風機造成腐蝕,使得風機在運行中的運行成本增加。目前,對于鋼廠煤氣鼓風機的表面工程技術已受到人們的高度重視,但是目前的技術無法滿足防腐耐磨抗粘灰要求。之前客戶使用十五天,葉片表面嚴重沾灰,使葉輪失去平衡無法正常使用。2、 項目的目的、意義:目前,鋼廠所產生的煤氣中對煤氣鼓風機可產生以下腐蝕:1)CO2腐蝕:CO2溶于水后對金屬有極強的腐蝕性,在相同
3、的PH值卜,其總酸度比鹽酸高,它的腐蝕是電化學腐蝕(H2O-CO2-H20),CO2腐蝕最典型的特征是呈現局部的腐蝕、輪癬狀腐蝕和臺面狀坑蝕,其中臺面狀坑蝕是腐蝕過程最嚴重的一種情況,這種腐蝕的穿孔率很高,腐蝕速率通常可達3-7mm/年,在厭氧的條件下,可以高達20mm/年。2)H2S腐蝕:H2S在水中的溶解度比較高,因而具有強烈的腐蝕性,一般認為H2s會加速金屬的電離反應,并進一步生成硫化物,當生成的硫化物致密且與基體結合良好時,對腐蝕有減緩作用,但當生成的硫化物不致密時,可與金屬基體形成強電偶,反而促進了基體金屬的腐蝕,另外,當金屬表面中有硫化物存在時,硫化物在一定程度上阻止了氫原子向氫分
4、子的轉變,氫原子在金屬表面的缺陷等部位結合成氫分子,體積膨脹,產生氫壓,在氫氣聚集區附近,基體內部形成拉應力,加上基體內應力的協同作用,就形成氫致開裂和硫化物應力腐蝕開裂。在硫化物應力腐蝕破裂中,H2S對腐蝕起著主導作用,水是引起腐蝕的必要條件,CO2的存在會促進腐蝕,把引起鋼這種腐蝕環境條件稱為H2S-CO2-H2O系統腐蝕。3)CL腐蝕:CL是典型的孔蝕離子,經腐蝕過的孔有大有小,有深有淺,一般孔表面直徑等于或小于孔深,但也有坑狀碟形淺孔,C1先破壞葉片表面上的鈍化膜,鈍化膜在局部先破壞,微小破口暴露的金屬成為電池的陽極,周圍的未破壞的鈍化膜成為陰極,陽極電流高度集中,使腐蝕迅速向內發展,
5、形成蝕孔,蝕孔形成后,孔外部為腐蝕產物阻塞,內外的對流和擴散受到阻滯,孔內形成獨特的閉塞電池,孔內的氧迅速耗盡,只剩下金屬腐蝕的陽極反應,陰極反應氧離子化完全移到孔外側進行,因此,孔內很快積累了帶正電的金屬離子,為了保持電中性,帶負電C1-外遷移入孔內,C1-增濃,金屬離子水解產生H+,孔內PH值下降,H+和C1-形成腐蝕強烈的鹽酸,當孔內PH值下降到某一臨界值,腐蝕率突然上升,形成加速腐蝕,孔內產生陰極加氫反應,孔蝕由閉塞區酸性電池控制。蝕孔形成后,是否深入發展直至穿孔,由于影響因素復雜,難以預測,一般孔小,電流集中,深入發展的可能性大,如孔多又淺,閉塞程度不大,穿孔的程度較小。4)含塵氣體
6、流速引起的磨損腐蝕金屬表面受高流速和湍流狀的含塵氣體沖擊。同時遭到磨損和腐蝕的破壞,稱為磨損腐蝕,金屬在高速氣流沖擊下,在化學介質的協同作用下,保護膜破壞,破口處裸金屬加速腐蝕,如果流體中含有固體顆粒,磨損腐蝕更為嚴重。5)SO2腐蝕SO2是一種弱酸性氣體,它所引起的腐蝕主要是均勻腐蝕,被蝕金屬與肋:反應時,一方面在其表面形成溶有s原子的氧化皮或是溶有硫化物的氧化皮,另一方面,在金屬內部深處溶入的硫與活潑元素組成相應的硫蝕相。 總之,從以上介質和腐蝕原因來看,鼓風機的腐蝕屬于多介質,多種類復合型腐蝕,各個介質之間的協同作用比單一介質的腐蝕要強,由于腐蝕的產生,葉輪在高變應力作用下,在腐蝕坑點形
7、成應力集中,這樣長時間使用易產生疲勞應力微裂紋,這個微裂紋不斷擴展造成疲勞斷裂,另外粘灰易使葉輪使用失去平衡。其中沾灰主要是無機粘接劑形成的,無機粘接劑形成的條件均具備,如MgO、CaO、NaO、MnO、H2O、C O2、SO2等。根據以上可知鋼廠鼓風機葉輪主要是以防腐為主,兼具耐磨,且具有抗粘灰性。所以研制鋼廠煤氣鼓風機防腐耐磨抗粘灰復合涂層對于延長鋼廠的鼓風機使用壽命和減少使用成本具有重大意義。二、 項目立項的重要性和市場分析:1、 項目技術攻關的必要性:復合涂層技術的應用涉及各行各業,涵蓋了方方面面,正在進入一個高速發展階段。近年來,世界各國都在研究新型的復合涂層。我國煉鋼廠的產量逐年增
8、加,世界鋼鐵協會1月22日發布2012年全球鋼鐵生產統計數據。中國大陸2012年粗鋼產量7.16億噸,占全球鋼產量的46.3%。由此可知,每年的煤氣產量也大大增加。所以,研究出一種具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、不沾灰等許多優越性能的復合涂層能夠提高產品質量、延長產品壽命、節約能源,降低能耗,應用前景廣闊,值得深入系統研究。2、項目的市場需求分析復合涂層技術研究方興未艾,具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、防輻射等許多優于固體材料本身的優越性能的復合涂層能夠提高產品質量、延長產品壽命、節約能源,應用前景廣闊,值得深入系統研究。涂層技術的應用涉及各行各業,涵蓋了方方面面,正在進入一個高速發展階段。現
9、在,世界各國都已將涂層工藝的發展列為重大科技發展項目。近年來,中國鋼鐵工業迅猛發展,鋼鐵冶金技術不斷進步,使得鋼鐵廠副產煤氣資源量越來越多,所以煤氣鼓風機的使用量的日趨增加。開發出防腐耐磨抗粘灰的復合涂層對于鋼廠煤氣鼓風機的使用壽命及使用成本將有很大意義。市場需求量的日漸增加,此防腐耐磨抗粘灰復合涂層具有極大的市場潛力。3、相關領域國內外技術現狀、發展趨勢及現在工作基礎1)國內外技術現狀、專利等知識產權情況分析表面工程技術工藝方法種類繁多,目前尚無統 一公認的分類方法,一般認為可劃分為表面涂鍍技術、表面擴滲技術和表面處理技術。許多表面工程技術已得到較充分研究或應用,并取得明顯經濟效益。在基體材
10、料表面實施單一表面工程技術基礎上,近年來人們又開始研究復合涂層技術,即在同一基材表面進行兩種不同類別的表面工程技術處理。目前復合涂層技術尚無準確定義劃分,但就目前研究現狀看,大致分為兩類。某些復合涂層技術僅是二種表面工程技術的疊加,基體表面實施一種表面工程技術后,再進行另外表面工程技術處理,二種表面工程技術發揮各自作用,改善基體表面狀態,提高材料表面性能。而另一些表面涂層技術,則是二種表面工程技術在制備過程中相互發生一定的化學或冶金反應,從而形成新的復合相,改變表面層組織結構,增加界面結合強度。2)國內外技術發展的趨勢復合涂層具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、防輻射等許多優于固體材料本身的優
11、越性能的復合涂層能夠提高產品質量、延長產品壽命、節約能源,應用前景廣闊,值得深入系統研究。涂層技術的應用涉及各行各業,涵蓋了方方面面,正在進入一個高速發展階段。現在,世界各國都已將涂層工藝的發展列為重大科技發展項目。復合涂層技術雖早已得到試驗研究,但作為一種特定的表面工程技術手段尚缺少系統研究,大部分復合涂層技術僅僅是二種表面工程技術的疊加,今后開發研究“反應型”復合涂層技術值得人們關注。目前稱之為復合涂層技術這一表面工程技術,從其基本概念、技術內涵和內容、二種表面工程技術的選擇匹配及組合、特別是表面層組織結構變化均值得全面系統研究,可以設想“反應型”復合涂層技術將使材料獲得真正(1+1)2的
12、復合效果。3) 現有工作基礎本研究已經有了近兩年的的前期的研究,收集了國內外有關的資料,確定了初步的路線,并進行了初步的研究,已完全具備該項目的條件,本項目組多年來一直從事腐蝕與防護的有關研究,項目組負責長期進行化工設備的防腐處理技術的研究與開發,具有豐富的科研經驗和工業化生產能力課題組成員,既有知識和經驗豐富的老師,企業技術工作者。初步完成以下工作:(1) 復合涂層技術配方的篩選工作已完成,復合涂層工藝線路已確定。(2) 該復合涂層的試驗的基礎工作已完成,有關性能指標已測試。四、項目計劃目標及主要研究內容:1、主要目標:鋼廠煤氣鼓風機防腐耐磨抗粘灰復合涂層工藝技術;2、研發的主要內容:1)噴
13、涂TiO2-TiN防腐和耐磨涂層:粘接強度大于45Mpa,TiN是一種氮化物陶瓷,又是一種鈦合金,硬度達到1800HV,是一種防腐耐磨材料;2)中間層改性氟涂料的制備;3)噴涂防腐抗粘灰涂層:該涂層結合強度不低于2級,具有一定的抗沖擊性,使用溫度為240以內,短時間260以內,所謂抗粘是指表面未徑特殊的化學處理,任何粘接材料和它不能結合粘在一起;3、項目的技術關鍵、技術難點、創新點:1、噴涂TiO2-TiN時,空氣和氮氣的配合比2、霧化氣體流速及噴鈦的工藝參數3、表面抗粘涂層的制備及固化工藝五、技術經濟效益、市場分析1、技術經濟經效益分析;鋼廠煤氣鼓風機防腐耐磨抗粘灰復合涂層制備過程,底層采用
14、噴涂TiO2-TiN,中間層采用改性的水性氟涂料過度,水性涂料充分填充噴涂TiO2-TiN的空隙,和TiO2-TiN反應固化,形成良好的粘接中間層。表面噴涂抗粘涂料,經高溫固化后,最終形成耐高溫,耐腐蝕,耐磨,不沾灰的復合涂層。該復合涂層可解決鋼廠煤氣中的介質腐蝕和葉片表面沾灰現象。這種新型的防腐耐磨抗粘灰復合涂層,使材料獲得 (1+1)2的復合效果,并且低污染,高性能,節省能源,降低能耗,具有很好應用前景。2、推行應用前景分析鋼廠煤氣鼓風機防腐耐磨抗粘灰復合涂層,具有耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗沾灰等特點,應用于鋼廠煤氣鼓風機上,能夠提高產品質量、延長產品壽命、節約能源,應用前景廣闊,可帶來巨大
15、的經濟效益。3、項目實施的風險分析(1)技術風險:本研究已有近兩年的前期研究基礎,其基礎扎實,技術成熟,不僅收集了大量國內外有關資料,確定了初步的實驗路線,而且進行了實驗室的初步研究已完全有能力投資該產品,在技術上無風險。(2)市場風險:因我單位目前的復合涂層工藝路線可靠性高,使用壽命長,高的質量使我們在市場中可立于不敗之地,市場風險近乎為零。六、單位及組成人員情況1、單位簡介:咸陽德邦化工科技有限公司是一支專門從事化工產品及新材料的研究、開發、生產、銷售和技術服務的科技型企業。咸陽德邦化工科技有限公司現在職稱管理技術人員38人,其中高級職稱5人,中級職稱20人,注冊資金50萬元,占地3000
16、平方米,各類設備儀器35臺,長期從事新材料研制、開發。科研投入開發資金大,產品成果多,是一支化工行業的新生軍。2、項目主要負責人簡介付雨生,西北大學,織溝通能力,團結同事,工作兢業,熟知法律、合同等方面知識,對財務、人事也有更多的了解,是一個年輕有為、積極進取的管理干部,具有擔當該項目負責人的能力。2、 項目組成人員:付雨生:西北大學 工商品管理 戴宏民:西北大學 化工工程楊凱: 陜西理工學院 化學工程與工藝趙健: 陜西科技大學 應用化學七、必要支撐條件,組織實施方式及組織實施步驟1、必要技術條件人:固定研發隊伍,增強技術素質,提高技術職能,滿足研發隊伍所需人才的配備,做好后勤保障。財:滿足研
17、發所用款項,做到專款專用。物:滿足研發所用設備儀器要求,一切為研發讓路。3、 組織管理措施:為了該項目的順利實施,所召開了專題討論會,決定成立課題攻關小組,組長由項目負責人擔任,品質部部長隨時跟蹤就復合涂層制備中出現的問題討論方案召開質量分析會隨時改進,保證該項目落到實處,財務部撥出專項研制經費,物質采購隨時保證所需材料按時到位、人力資源部保證人力資源,滿足研制需要。3、 組織實施步驟第一、 技術部實驗室已做了大量的基礎研究工作,初步確定了該復合涂層的工藝技術路及改性氟涂料的配方,最后經過課題攻關小組反復論證,對配方及工藝的可行性做了詳細討論,制訂了切實可行的配方及工藝技術路線。第二、 根據主要技術指標合理安排人力、物力、財力確保各項指標按期完成。第三、 為了該項目研究的順利實施,我們組織強有力的領導班子、全員參與,強化質量意識和專業的科研人員一起深入細致逐步逐條去研究,去解決,注重過程和方法,力求達到最佳的效果,為人類造福。八、計劃實施進展、經費預算及來源渠道1、計劃實施進展(1)2013年6月2013年9月 調研階段:完成國內外相關文獻資料查閱(2)2013年10月2013年11月 設計工藝路線及方案(3)2013
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