[发明专利]用于高温工业应用的改进管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明整体涉及用于高温工业应用如转化炉管中的管构造。

背景技术

在高温下操作并且还经受应力的工业设备中的管道系统将经历称为蠕变的累积破坏机制。例如在管道系统或管(以下称为(一根或多根)管)的竖直运行中，由于重力可向下地(即在轴向)发生蠕变。例如这可发生在进行铁矿石直接还原的设备(DRI设备)中。例如在转化炉设备中如在催化或蒸汽重整中，蠕变还可穿过在管经受内部压力以及高温的管轴发生。

蠕变意指管壁材料的缓慢迁移，使得在设备操作一段时期后，例如在其寿命开始、在其寿命结束时在其长度上恒定壁厚的一根(或多根)管将会具有超出允许的尺寸或甚至断裂，因而需要更换。

发明内容

第一方面，本发明广泛包含形成高温工业设备的一部分或用于高温工业设备中的金属合金管，其包含围绕该管的在高于约40％的金属合金管绝对熔点的温度下较低蠕变的增强材料层。

在一个实施方案中，该增强材料包含纤丝形式的耐火材料例如钨、钼、铌、钽、钶、铪、硼、或铼、或金属氧化物如氧化铝(Al₂O₃)、或碳化物如碳化钨(WC)，例如，其可为围绕金属合金管外部缠绕的丝形式。作为替代，该增强材料可以为网或编织形式或其它片材形式。

当该增强材料包含围绕管的纤丝增强物时，可在管轴的法向或在与管轴成一定角度下围绕该管缠绕(一根或多根)纤丝，特别是当管将经受内部压力以及高温时，或者甚至在低压应用中将其水平安装或者在与水平或垂直成一定角度下安装时。又或者，增强物可包含在管外部上的纤丝，其沿管轴延伸。

在一些实施方案中，该管可包含第二增强层例如在第一层上方并且优选在与第一层成一定角度下围绕该管缠绕的第二丝层。当增强材料为网或编织形式时，该管可包含第二个网或编织层，可将其施加于管，使得第二层的经线和纬线在与第一网或编织的增强层的经线和纬线成一定角度下延伸。

第二方面，本发明广泛地在于用于高温工业设备的金属合金的制造方法，其包括形成具有围绕管的增强材料层的管，该增强材料在高于约40％的金属合金管绝对熔点的温度下具有较低蠕变。

在一个实施方案中，该制造方法包括将增强材料层成形为管状形式或不同几何形状的预制品，并且随后将金属合金管离心铸造于管状增强材料内并铸造成管状增强材料。

在另一个实施方案中，该制造方法包括铸造或挤压金属合金管，以及围绕该管施加增强材料层。围绕(一个或多个)增强物层可施加金属合金(或各种不同合金)的等离子或热喷涂，以进一步巩固增强物并向最终的管组件提供其它的性质，例如功能梯度性质。

在本说明书中，“高温”意指通常高于500℃的温度并且通常为750-1500℃。

“耐火材料”意指在高于1000F(538C)的温度下将保持其强度的材料。

在本说明书中所使用的术语“包含(comprising)”意指“包含至少部分的”。当在本说明书中说明包括术语“包含”的每一种表述时，除了由该术语开始的那个或那些，以外的特征也可存在。将以相同的方式解释相关的术语例如“包括”和“含有”。

附图简要说明

参考附图并仅以举例的方式进一步描述本发明，其中：

图1显示了本发明的高温工业设备管的一个实施方案，

图2显示了高温工业设备管的另一个实施方案。

具体实施方式

参考附图，金属合金管1由耐腐蚀合金(例如，包含23-26重量％的铬、32-36重量％的镍和0.35-0.4重量％的碳的合金)形成，并且该合金还可包含约1.5重量％的锰和约1.5重量％的硅。该合金还可任选地包含其它的“微合金化”添加物。合金余量包含铁。在一个特别的实施方案中，金属合金管1由包含约25％铬、35％镍、0.4％碳和39.6％铁的耐腐蚀合金形成。通常，未增强的金属合金适用于高于500℃的温度并且通常为750-1100℃的温度下，并且该管可适用于具有例如45巴的内部压力。该管可为用于催化转化炉的转化炉管，例如，其包含由流过转化炉管的工艺气体气流所接触的催化剂。

围绕该管外部在至少部分长度的管上方为增强材料，在图1的实施方案中，增强材料包含耐火金属如钨、钼、铌、钽或铼或者氧化铝的丝的第一层2(如所示，其在与管轴成一定角度下缠绕)，以及如所示在与管轴和第一层均成一定角度下缠绕的第二层3。例如可以在与管轴成大约+55°的角度下缠绕第一增强层2，而在与管轴成大约-55°的角度下缠绕第二层3。该丝可为例如0.1-5mm的直径。