SHS-自蔓燃刚玉陶瓷复合钢管性能及特点

国家“863”高科技计划项目(863-715-21-03-01)、国家“九五”重点支持和推广的高技术新材料产品 - 自蔓燃陶瓷复合钢管，是采用高技术生产工艺 - 自蔓燃高温离心合成法制造。该管从内到外分别由钢玉陶瓷、过渡层、钢三层组成，陶瓷层是在2200℃以上高温形成致密刚玉瓷(AL₂O₃)，通过过渡层同钢管形成牢固的结合。复合管因充分发挥了钢管强度高、韧性好、耐冲击、焊接性能好以及刚玉瓷高硬度、高耐磨、耐蚀、耐热性好，克服了钢管硬度低、耐磨性差以及陶瓷韧性差的特点。因此，复合管具有良好的耐磨、耐热、耐蚀及抗机械冲击与热冲击、可焊性好等综合性能。是输送颗粒物料、磨削、腐蚀性介质等理想的耐磨、耐蚀管道。

该产品于九三年通过了冶金部的成果鉴定，并通过了电力工业部，冶金工业部联合主持的“大直径长直管SHS陶瓷复合钢管”产品鉴定会(冶科成鉴定[2003]第053号)。专家一致认为：我公司SHS陶瓷复合钢管产品具有国内领先地位，达到同类产品国际九十年代先进水平。是国家“九五”重点推广的一种新型复合材料。

公司同冶金部钢铁研究总院共同合作，在研究开发大直径长直管复合管产品基础上，又研究开发了耐蚀、耐磨、耐热SHS钢-瓷复合板、环等系列异形产品。可广泛用于冶金、矿山、电力、煤炭、石油化工等行业，是目前理想的耐磨、耐蚀、耐热复合新材料。

一、       SHS复合管机械性能

   AL₂O₃陶瓷层含AL₂O₃ ≧ 90 % ，因此耐酸度≧96% ，其耐蚀性比1 Cr18Ni9ti不锈钢高10倍以上。耐磨性相当于司太立合金，比钢高10倍以上。性能指标详见表1、表2、表3、表4.

 

l  SHS复合管机械性能

表一

项目         材料	硬度 HV Kg/mm2	压溃 强度 MPa	表面 质量	陶瓷层密度 g/c m2	抗压剪切强度(层间结合强度)	抗机械冲击(机械能50J点接触管本,陶瓷层产生裂纹时冲击次数)次	抗热震性(加热淬水三次,陶瓷层出现裂方的温度)℃	清水阻力系数
碳素 钢管	149	411						0.0195
SHS 复合管	1100- 1400	300-650	光滑	3.85-3.95	15-30	15	900	0.0193

 

l  SHS复合管耐磨腐蚀性(按不锈钢测试标准)温度20℃

表二

材料	10% HCL (g/ m2 · h)	10%H2SO4 (g/ m2·h)	30%醋酸 (g/ m2·h)	30% NaOH (g/ m2.·h)
不锈钢	0.1-1	3-4	0.1	0.1
复合管	0.08-0.1	0.147	0.028	0

 

l  SHS复合管耐酸度(按耐酸陶瓷标准ZBG94C03-86)

表三

材料	10% HCL+10% H2SO4+10%HZO3在90℃加热5小时
耐酸陶瓷	80%
SHS 复合管	96-98%

 

l  SHS复合管耐酸性能

表四

喷砂比试验		30 % SiO2 泥浆冲刷对比试验
材料	体积各减少cm3	材料	体积损失cm3
97%氧化铝管	0.0025	45#	25
SHS复合管	0.0022	SHS复合管	3

 

二、      SHS自蔓燃陶瓷复合管的应用

由于该管具有高耐磨、耐蚀、耐热性能，因此可广泛应用于电力、冶金、矿山、煤炭、化工等行业作为输送砂、石、煤粉、灰渣、铝液等磨削性颗粒物料和腐蚀性介质，是一种理想的耐磨蚀管道。

 

1. 冶金、电力行业中的应用

 

冶金、电力行业输送煤粉、灰渣、泥浆等每年需要消耗大量的金属管道。采用陶瓷复合管取代其它管道，具有高耐磨、寿命长、安装方便、经济效益显著之特点。经金川有色金属总公司、攀枝花钢铁公司、唐钢矿业公司、鞍钢矿业公司、电厂、山东聊城电厂、山西阳城电厂、贵州安顺电厂、华能重庆珞璜电厂、西柏坡电厂等工业运行，其运行寿命钢管的十几倍甚至几十倍以上。

 

2. 矿山、煤炭行业中的应用

 

1)     矿山：矿山充填、精矿粉和尾矿运送对管道的磨损严重，以往采用的矿粉输送管道如攀枝花、大冶矿等使用寿命不到一年，改用该管可使寿命提高5倍左右。

2)     煤炭：选煤及长距离管道输煤普遍采用湿法输送，要求输送管既耐磨又耐蚀，采用该管可做为长寿输送管，经济效益可观。

 

3. 其它

 

1)     该管不污染和不粘联熔融铝液。制造对铁质污染敏感，且使用后需要繁重劳动进行清理和维修的熔铝设备、铝液输送管、升液管等是目前理想的材料。

2)     该管由于耐磨性能好且耐热蚀。适用于输送含有固体颗粒腐蚀性物料以及高温腐蚀性气体、含硫地热水等腐蚀性介质。

 

三、      SHS-自蔓燃陶瓷复合管特点

1.      耐磨性好

      陶瓷复合管由于内衬层为刚玉陶瓷(a- AL₂O₃)，莫氏硬度可达9.0相当于HRC90以上。因此对冶

 

金、电力、矿山、煤炭等行业所输送的磨削性介质均具有高耐磨性。经工业运行证实; 其耐磨寿命是淬水火钢的十倍甚至几十倍。

2.      运行阻力小

      SHS陶瓷复合管由于内表面光滑、且永不锈蚀，也不像无缝钢管内表面有凸状螺旋线存在。经有关检测单位对内表粗糙度及清水阻力特性测试，其内表面光滑度优于任何金属管道，清阻力系数为0.0193，比无缝管稍低。因此该管具有运行阻力小等特点，可减少运行费用。

3.      耐腐蚀、防结垢

      由于该钢陶瓷层为(a- AL₂O₃)，属中性特质。因此具有耐酸碱和耐海水腐蚀，并同时具有防垢等特性。

4.      耐温性能与耐热冲击性能好

由于该刚玉陶瓷(a- AL₂O₃)，为单一稳定的晶态组织。因此复合管可以-50 ~ 700℃温度范围内长期正常运行。材料线膨胀系数6-8×10-6/℃,约主为钢管的1/2左右。材料具有良好的热稳定性。

5.      工程造价低

陶瓷复合管重量轻，价格适宜。比同内径的铸石管重量轻50% ; 比耐磨合金管重量轻20~30%，且耐磨、耐蚀性好，因为使用寿命长，从耐支吊架费用、搬运费、安装费以及运行费用降低。经有关设计院和施工单位工程预算和工程实际比较，该管工程造价与铸石相当，与耐磨合金管相比，工程造价下降20%左右。

6.      安装施工方便

由于该管重量轻，且焊接性能好。因此可采用焊接、法兰、快速联结等方式，施工安装方便，且可减少安装费用。

7.      SHS陶瓷复合钢管与耐磨合金管、铸石管性能对比：见表5

SHS-自蔓钢燃陶瓷复合钢管与耐磨合金管、铸石管性能比较  见表5

   表五

序号	项目	陶瓷复合钢管	耐磨合金管	铸石管
1	化学成分	陶瓷层 a- AL2O3＞90%钢管：10#-20#	C:＞0.3%   Cr:＞0.5% Si :＞0.6%   Ni :＞0.2% Mn:＞0.6%  Mo:＞0.3% S: ＜0.1%   Re:＞0.4% P:＜0.1%	SiO2 ：47-49% AL2O3 + TiO2 ：16-21% Fe2O3+FeO：14-17% Ca O ：8-11% MgO ：6-8% K2O + Na2O ：2-4%
2	密度 g/ cm3	陶瓷层3.8-3.95 钢管：7.85	7.8-8.0	2.9-3
3	硬度	陶瓷层HV1100-1400Kkg/ mm2相当于莫氏>9 HRC>90	HRC>40	莫氏：7-8
4	强度	压溃强度： >300-600 MPa 抗剪切强度 >15-30 MPa	抗拉强度： > 700 MPa	抗拉强度：600 MPa 抗弯强度：60 MPa
5	冲击韧度	机械能50J点接触钢管体陶瓷产生裂纹时冲击次数：15	< 6 J/ cm2	0.14-0.2 J/ cm2
6	抗热冲击性能	加热淬水三次，陶瓷层出现裂纹的温度900℃：好	加热淬水一次，出现裂纹温度 < 980 ℃：差	水浴次数一次耐温差20-70 K,破损率，块数/破损率：50/14， 差
7	线膨胀系数10-6/℃	0-500 ℃：6-8	0-600 ℃：13-14	0-500 ℃：7.5-8.0
8	使用温度	< 900 ℃	< 450 ℃	< 250 ℃
9	壁厚	陶瓷层2-6 mm 钢管 8-18 mm 总厚度 10-25 mm	12-30	铸石管20-40 mm 填充层>10 mm 钢管 6-10 mm    总厚度>40 mm
10	内表面光滑程度	光滑	差	光滑
11	焊接性能	优	差	较差
12	安装	灵活方便	较差	差
注：参考资料 1.    《机械设计手册》机械工业出版社1991年 2.    《辉绿石铸石制品简介》企业标准：Q/SDH1003-2003 3.    《耐磨合金管道》山东电力机械技术公司 4.    《SHS陶瓷复合钢管》Q/SDH1001-2003

 

 

四、      SHS陶瓷复合钢管运输及安装注意事项

1.      陶瓷复合钢管其硬度高，韧性好。但在搬运、安装过程中，仍需轻搬轻放，避免严重碰撞，特别避免金属器械直接接触，或撞击端面陶瓷。

2.      陶瓷复合钢管在安装过程中需切割时，可采用碳化硅砂轮片或等离子切割机切割，不得使用气割方式进行切割。

3.      安装弯管及异型管件时，注意管件表面箭头指示方向，须与输送介质流动方向一致，通常情况下，其管件较长一端为出口方向。

4.      管道在安装时，管道与管道中心线要对正，确保两端面对接准确，两端面错位量要控制在1.0mm以内。

5.      选用管道阀门时，其阀门出口直径不得大于管道内径。否则，要增设护圈以避免介质直接冲刷复合管外部金属部分。

6.      采用柔性管接套连接安装管道时，柔性管道套内双端插入长度调整对称。由于复合管热胀系数为钢管的1/2，因此伸缩间隙可减少3-5mm。

7.      采用法兰连接时，其法兰端面须与复合管端面平齐，以确保联结方式的可靠性。如下图所示

 

 

 

 

 

 

8.      由于复合管焊接性能优良，因此管道联结

9.      方式可采用焊接方式进行。但在焊接时，其坡口采用60°-  90°“V”型坡口，钝边P为2-4 mm，不留间隙，宜采用小电焊接。如下图所示