2019/8/25
     
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潭春实业(上海)有限公司

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哈氏合金:解决有害垃圾处理设备腐蚀问题的最佳选择

摘要

  镍基合金已经被广泛用于工业锅炉,转窑的关键部件和各种垃圾(包括医疗垃圾,生活垃圾,工业垃圾和混合垃圾)焚烧的焚烧系统当中。本文着重讨论了几个哈氏高温合金在垃圾焚烧系统中的应用实例,还包括了一些实地测试的数据来表明各种合金在实际情况下的使用寿命。

  绪言

  Haynes®合金被全世界认为是最好的抗高温腐蚀合金。这些合金被用于航空航天,地面燃机工业,工业炉设备,电子生产,核工业和各种有害垃圾处理产生的苛刻环境中。这些工业都需要关键设备具有高的抗高温腐蚀性能来保证稳定性,安全性,以及减少维护费用。

  垃圾处理对现代人的生活质量保证是相当重要的,而焚烧将是处理生活,工业,医疗以及混合(如,低放射性+有害)垃圾的标准模式。该系统中高温部分和低温部分的环境都相当苛刻。

  大多数垃圾燃烧的时候,尤其是生活垃圾和医疗垃圾,会产生大量的硫化物,氯化物和氟化物,这是由于垃圾中含有各种不确定的杂质引起的。这些化合物在在高温下对材料有很强的腐蚀性。

  同时,多数的高温部件,如焚烧炉里的抓钉等,都需要承受相当大的应力。这样,对材料的抗高温蠕变性能也有很高的要求。

  在这些设备中产生如此复杂的腐蚀环境,就需要适应性相当强的合金材料来制作关键设备,降低过早报废的风险。Haynes® HR-120®是一种精心设计的的Fe-Ni基合金,在600-900℃区间内有极好的蠕变强度和环境抵抗能力。比起相同类型的合金,如800系列,Haynes® HR-120®的性能要强几倍。Haynes® HR-160®是一种专为垃圾焚烧工业开发的,高性能Ni-Co基合金,较高的Si含量使它在高温下形成稳定的氧化膜,在复杂环境中抵抗各种腐蚀介质。因此,Haynes® HR-160®成为许多垃圾焚烧炉高温部分首选的金属材料。Haynes® 556®合金是作为多用途的高温焊材而开发的,它本身复杂的成分使它能够适应各种不同材料的物理化学特性。

  Haynes® 556®能够作为大多数高温铁基镍基合金的焊材,保证焊缝处优异的强度和抗腐蚀性能。以下本文对各个合金的特性分别进行了具体介绍。合金主要成分见表1

  表1 合金主要成分表

  耐高温哈氏合金 Ni Co MoCrFeW MnSi C Al B 其它

  Haynes® HR-120® 37 3* 2.5*25332.5*0.70.6 0.050.1 0.004 N: 0.2

  Haynes® HR-160® 37 29 - 282*- - 2.750.05- - -

  Haynes® 556® 20 18 3 22312.5 1 0.4 0.1 0.2 - Ta: 0.6

  *最大量

  Haynes® HR-120® - 延长高温部件的使用寿命

  Haynes® HR-120®合金是一种固溶强化的耐热合金。这种合金既有极高的高温强度又有很好的抵抗渗碳和硫化的能力。这种合金的抗氧化性极好,比得上任何一种广泛使用的Fe-Ni-Cr合金,比如300系列不锈钢,800H和800HT。即使是和Ni-Cr合金(如合金600,601等)相比,其在760-1200℃温度下的强度也明显的高。该合金很容易进行冷、热加工成形。焊接时,根据性能需求选择Hastelloy® X或Haynes® 556®作为焊材。

  设备使用者总希望设备能有尽可能长的寿命。在高温载荷条件下,材料的蠕变强度决定了部件的寿命。从蠕变断裂曲线上可以明显的看出,HR-120®的寿命是800系列材料的30-40倍。

  当存在硫化介质的时候,大多数镍基高温合金(600系列合金)都会遭到严重的腐蚀,而HR-120®在硫化高温环境下依然有极好的表现,即使相对有一定抗硫化能力的铁基合金(800系列合金)来说都要好上几十倍。

  Haynes® HR-160® - 专为有害废物处理开发的高温合金

  Haynes® HR-160®合金中含有高的铬和硅的成分,能形成致密的氧化膜,对高温有害环境下的硫化物、氯化物有很好的抵抗能力。这使Haynes® HR-160®的部件在垃圾焚烧炉、转窑中使用寿命比一般材料高出10倍以上,是一种性价比非常高的高性能合金

  以下是在实际焚烧炉环境下的测试结果

  焚烧炉类型 实际工作环境 和原先使用材料的寿命比较

  982-1093℃,硫化物、氯化物、钾、锌等

  比不锈钢好17倍以上

  民用垃圾焚烧炉704-760℃,硫化物、氯化物、钾、锌、铅等

  比625合金好9倍

  比825合金好12倍

  比304不锈钢好15倍

  比446不锈钢好12倍以上

  工业垃圾焚烧炉 871℃-927℃,硫化物、氯化物、钾等

  比不锈钢好20倍以上

  医用垃圾焚烧炉 649-760℃,硫化物、氯化物、锌等

  比304和316好7倍以上

  化学垃圾焚烧炉 482℃,铅,钾,硫,磷,钙 比碳钢和600合金好15倍

  Haynes® 556® - 万能的高温合金焊材

  在高温腐蚀环境中选择合适的焊材是一件相当困难的事情,尤其是异种高温材料的焊接。

  不仅要兼顾不同母材的化学成分和物理性能,同时还要保持高温强度和抗腐蚀性能。Haynes® 556®是一种Fe-Ni-Co-Cr合金,几乎可以兼容市场上所有的铁基,镍基高温合金,如800系列和600系列。同时,它在焊缝处的高温强度要高于大多数高温材料,可以说是一种万能的高温焊材。当然,Haynes® 556®的母材也同样是非常优异的高温耐腐蚀材料,应用于多种高温腐蚀环境当中。

  以下是使用Haynes® 556®进行多种异型材焊接的横向拉伸试验结果

  母材 测试温度 0.2%屈服强度抗拉强度 延伸率

  A B ℃ ℉ MPa Ksi MPaKsi %

  破坏位置

  室温 517 75.1825 119.828.4 556焊材 625 556

  870 1600242 35.2272 39.5 60.7 625基材

  室温 320 46.4621 90.2 25.0 800HT基材 625 800HT

  870 1600156 22.6174 25.3 30.1 800HT基材

  室温 362 52.6624 90.6 23.6 800HT基材 188 800HT

  870 1600164 23.8178 25.8 24.8 800HT基材

  304 800HT 室温 330 47.9610 88.5 33.3 800HT基材

  870 1600119 17.3145 21.0 23.0 304基材

  304 230 室温 346 50.2551 80.0 21.0 304/556熔化线

  304 X 室温 320 46.5559 81.2 28.5 304/556熔化线

  304 2-1/4Cr-1Mo钢室温 158 37.5550 79.9 24.5 304/556熔化线

  304 低碳钢 室温 323 46.9491 71.2 17.6 低碳钢基材

  (1) 两个试样的平均值

  1-1/4英寸断面尺寸

  总结

  1. 垃圾焚烧炉的高温部分是相当苛刻的环境,需要高性能的合金才能保证设备的安全性和稳定性。



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