一種帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴及其製備方法

2023-09-20 14:11:55 3

專利名稱：一種帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴及其製備方法
技術領域：
本發明專利涉及一種能夠提高抗衝蝕性能的水煤漿噴嘴及其製備方法方法，具體 涉及一種帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴及其製備方法。
背景技術：
水煤漿噴嘴是水煤漿氣化爐的核心部件，在工作過程中中心噴管(圖1中所示3) 中的氧氣與內環道(圖1中所示2)的水煤漿混合後，再與外環道(圖1中所示1)的主氧混 合從噴嘴噴出。在出口所在的爐內形成一股具有一定長度黑區的穩定火焰，從而為氣化創 造條件。水煤漿一般是由60-70%左右的煤粉和30-40%左右的水以及少量的化學添加劑 通過物理方法製成。水煤漿具有濃度高、粘度大、霧化困難等問題。同時煤粉中的黃鐵礦、 石英等許多高硬度雜質的存在，使其在較高的線速度下通過水煤漿噴嘴時，在噴嘴內壁產 生嚴重衝蝕作用。一般可見，噴嘴內部磨損表面處存在大量犁溝、溝槽和凹坑(丁澤良等， 摩擦學學報，2003)，從而嚴重影響噴嘴的霧化效果，降低煤漿的燃燒率。同時煤氣中的一氧 化碳含量和煤氣壓力不能達到要求，需要停爐進行更換和修復。嚴重影響了生產的連續、高 效運行，產生巨大的經濟損失。目前國內外製作水煤漿噴嘴主要採用金屬、硬質合金和陶瓷。由於金屬材料具有 良好的加工工藝性，可用於製作結構複雜的噴嘴。但由於金屬材料的硬度低，在低角衝蝕條 件下衝蝕率較高，因而用其製作的噴嘴通常衝蝕磨損嚴重，使用壽命短。硬質合金具有高硬 度、高彈性模量及耐酸、耐鹼和抗氧化性好等特性，且在水煤漿的低角度衝蝕下，硬質合金 的衝蝕率比金屬材料小得多。但是硬質合金屬於脆性材料，韌性和抗衝擊性能低於金屬材 料，而且其加工工藝性能差，不適合製作結構複雜的噴嘴。陶瓷材料也具備金屬材料所不具 備的優點，包括高熔點、耐磨損、耐腐蝕等特點。但是它難加工、韌性差、脆性大，依然不能滿 足加工工藝的要求。可見，單一的噴嘴材料不能滿足噴嘴的實際使用需求。

發明內容
針對現有水煤漿噴嘴在工作中存在衝蝕磨損嚴重的問題，本發明的目的在於提供 一種帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴及其製備方法，旨在提高水煤漿噴嘴的抗衝蝕性 能，延長噴嘴使用壽命。本發明是通過以下技術方案實現的一種帶有鎳_碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴，所述的水煤漿噴嘴具有水煤漿通道1、主 氧外環通道2和主氧中心噴管3，其特徵在於，水煤漿通道1的內壁帶有一層鎳-碳化鎢塗 層4，鎳-碳化鎢塗層4的高度為從水煤漿通道1出口到距離水煤漿通道1出口 L+ (0. 1 0. 2)L處，其中，L為水煤漿通道1的通道拐角處5到水煤漿通道1出口的距離；所述的 鎳-碳化鎢塗層組分的質量百分比為碳化鎢15 25%，鎳75 85%。鎳-碳化鎢塗層4的厚度為200 300微米。本發明還提供一種帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴的製備方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟1、將噴嘴水煤漿通道處的衝蝕磨損嚴重部位，即從水煤漿通道1出口到距離水煤 漿通道1出口處L+(0. 1 0. 2)L的內孔周向範圍的內壁，噴砂粗化處理後經丙酮清洗；2、採用雷射熔覆法，在步驟1所述的衝蝕磨損嚴重部位製備鎳-碳化鎢塗層，塗層 組成為15-25% WC和75-85% Ni，從而製成帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴。有益效果在相同的衝蝕速度、不同的衝蝕角度下，本發明的水煤漿噴嘴的衝蝕率小於沒有 塗層的單一材料噴嘴，其抗衝蝕性能比哈氏合金噴嘴提高1.7倍以上，本發明的噴嘴降低 了水煤漿噴嘴的衝蝕磨損率，延長了水煤漿噴嘴的使用壽命。且工藝簡單，實施性強。


圖1是本發明結構的剖面圖。其中1_水煤漿通道，2-主氧外環通道，3-主氧中心噴管，4-鎳_碳化鎢塗層， 5-水煤漿通道拐角處，L-水煤漿通道1的通道拐角處5到水煤漿通道1出口的距離。圖2是不同材料的衝蝕率示意圖
具體實施例方式本發明提供了一種帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴，應用塗層以提高噴嘴的抗 衝蝕磨損能力，延長噴嘴的使用壽命。下面以結合附圖來說明具體的實施方式。1.對衝蝕磨損嚴重對應噴嘴部位(圖1中所示4)，即從水煤漿通道1出口到距離 水煤漿通道1出口處L+(0. 1 0. 2)L的內孔周向範圍的內壁，進行噴砂粗化處理後，再經 過丙酮超聲清洗。2.鎳粉為商用粉末，公稱粒徑為44-74微米。碳化鎢粉粒徑在100-150微米之間。 將重量百分比15-25%碳化鎢粉末和75-85%鎳粉經過物理方法混合成鎳-碳化鎢粉末。3.採用二氧化碳雷射器製備鎳-碳化鎢塗層，塗層厚度為300微米左右。實施例以水煤漿通道恆定直徑為20釐米的噴嘴為例。1.選定衝蝕塗層製備區域此噴嘴的水煤漿通道拐角處與出口的距離為L = 20釐米，由於拐角上部依然有一 定的易衝蝕區域，故選定距離出口為20+0. 1X20 = 22釐米的內孔周向範圍為塗層製備區 域。2.粉末製備將公稱粒徑為44-74微米的鎳粉與粒徑在100-150微米之間的碳化鎢粉，用乾粉 混合機進行混合。衝蝕塗層擬製備厚度約為300微米，故考慮到熔覆塗層面積、厚度和熔覆 效率，擬製備1公斤鎳_碳化鎢粉末備用，其中包括200克碳化鎢粉末和800克純鎳粉。3.塗層預處理採用噴砂機對衝蝕塗層的製備區域進行粗化處理，之後用放入裝有丙酮的超聲清 洗器中進行清洗。4.塗層製備過程
採用團結普瑞瑪公司CP4000 二氧化碳雷射器製備塗層，具體雷射熔覆工藝為功 率3kW，移動速率4mm/s，送粉電壓1IV，正離焦10mm。5.本發明的水煤漿噴嘴和哈氏合金材料水煤漿噴嘴的抗衝蝕性能比較鑑於水煤漿通道拐角處的衝蝕角度與通道下部(距出口較近處)的衝蝕角度差 異，在通道下部塗層多有碳化鎢顆粒的剝離，而拐角處則多見微觀切削形貌。在與水煤漿噴 嘴相同的衝蝕速度下，採用固液兩相流對水煤漿噴嘴常用材料哈氏合金、雷射熔覆技術制 備鎳_碳化鎢(15-25% WC和75-85% Ni)塗層進行衝蝕，結果表明(圖2)在不同的衝蝕 角度(衝蝕角分別為60°和30° )下，本發明的衝蝕率均小於哈氏合金的衝蝕率，抗衝蝕 壽命為無塗層噴嘴的1.7倍。可見，鎳-碳化鎢塗層的應用大大提高了水煤漿噴嘴的抗衝蝕性能，延長了噴嘴 的使用壽命。
權利要求
一種帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴，所述的水煤漿噴嘴具有水煤漿通道1、主氧外環通道2和主氧中心噴管3，其特徵在於，水煤漿通道1的內壁帶有一層鎳-碳化鎢塗層4，鎳-碳化鎢塗層4的高度為從水煤漿通道1出口到距離水煤漿通道1出口L+(0.1～0.2)L處，其中，L為水煤漿通道1的通道拐角處5到水煤漿通道1出口的距離；所述的鎳-碳化鎢塗層組分的質量百分比為碳化鎢15～25％，鎳75～85％。
2.如權利要求1所述的帶有鎳_碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴，其特徵在於，所述的水煤漿 噴嘴帶有的鎳_碳化鎢塗層4的厚度為200 300微米。
3.—種如權利要求1所述的水煤漿噴嘴的製備方法，其特徵在於，所述方法包括如下 步驟1)將噴嘴水煤漿通道處的衝蝕磨損嚴重部位噴砂粗化處理後經丙酮清洗，所述的衝蝕 磨損嚴重部位指從水煤漿通道1出口到距離水煤漿通道1出口 L+(0. 1 0. 2)L處的內孔 周向範圍的內壁；2)採用雷射熔覆法，在步驟1所述的衝蝕磨損嚴重部位製備鎳-碳化鎢塗層，塗層組成 為15-25% WC和75-85% Ni，製成帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴。
全文摘要
本發明涉及一種帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴及其製備方法。採用雷射熔覆方法，在水煤漿通道1的內壁上製備一層鎳-碳化鎢塗層4，鎳-碳化鎢塗層4的高度為從水煤漿通道1的出口到距離水煤漿通道1出口L+(0.1～0.2)L處，其中，L為水煤漿通道1的通道拐角處5到水煤漿通道1出口的距離；所述的鎳-碳化鎢塗層組分的質量百分比為碳化鎢15～25％，鎳75～85％。本發明製備的帶有鎳-碳化鎢塗層的水煤漿噴嘴，能夠提高水煤漿噴嘴的抗衝蝕性能，延長噴嘴的使用壽命。
文檔編號C10J3/50GK101850308SQ201010189120
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月1日 優先權日2010年6月1日
發明者張春子, 張顯程, 塗善東, 王衛澤, 王建鋒, 軒福貞, 齊一華 申請人:華東理工大學