[发明专利]一种焚烧炉炉排用高强韧高温耐磨耐蚀铸钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐磨材料技术领域，尤其涉及一种用于垃圾焚烧炉中炉排系统的高温耐磨耐蚀铸钢及其制备方法。

背景技术

炉排片是垃圾焚烧炉推送垃圾并使之充分燃烧的重要部件，其服役条件恶劣，长期处于重载、和高温腐蚀与氧化气氛下工作，通常在运行一段时间后，炉排部件会出现一定程度的表面腐蚀氧化剂严重的磨损，并伴随卡涩、翘曲甚至断裂等现象的发生，直接导致炉排的运行不顺畅，影响焚烧炉的运转，造成停炉检修，影响企业的效益。提高焚烧炉炉排的服役寿命，延长焚烧锅炉运行周期、降低检修压力、提高垃圾处理能力是一个重要研究内容。通常，为保证炉排片的使用寿命，炉排片应选用在高温下耐磨、耐热及耐腐蚀的合材料。

德国、丹麦和日本等发达国家的城市生活垃圾焚烧技术发展的较早，因此炉排材质的研究也较多。德国的NOELL公司进口的炉排炉的炉排片为耐热双相铸钢。Nicrofer45TM-合金45TM是德国蒂森克虏伯VDM有限公司专为城市垃圾焚烧的高温腐蚀环境开发的高性能镍基合金材料，适用于其燃烧温度在1000℃以下的垃圾焚烧炉的炉排。Nicrofer45TM-合金45TM为高铬镍奥氏体不锈铸钢，其成分为Cr26％～29％、Ni47％、C0.05％～0.12、Mn1.0％、Si2.5～3.0％、Cu0.3％、Al0.2％、RE0.05％～0.15％、P0.015％、S0.01％，余量为Fe。丹麦巴威-伟伦公司炉排及日本三菱重工株式会社(三菱－马丁逆推炉排)等炉排生产商也均采用铬镍系耐热材质。其使用性能高、韧性好，但是主要的一个缺点就是价格十分昂贵，增加了垃圾焚烧炉的生产成本。

考虑到现状，我国制造的焚烧炉用炉排片常用Cr系耐热材质，如3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni等。这些材料经热处理过后抗拉强度可达490MPa，工艺简单易行，具有一定的优点。但这些材料高温复杂环境的耐蚀和耐氧化性能相对较差。同时，铸钢具有不易成型、较大缩松，给合金力学性能、高温性能、耐蚀性能等带来严重的不利影响。Si系耐热铸铁如RTSi5、RQTSi4、RQTSi5、RQT2Si4Mo等均属于中硅球墨铸铁，由于其铸造工艺性好，抗氧化性能优越，价格相对也较低，耐热温度800℃左右，因此被广泛用作炉排材料。如中硅球墨铸铁RQTSi5(耐热温度为900℃)，虽然具有良好的抗氧化、抗生长性能，生产工艺及设备简单易行，成本低等优点，但其无论在常温还是高温下强度都很低，脆裂倾向大，不符合大型机械往复炉排对其高低温机械强韧性的要求。铝系耐热铸铁(耐热温度为1000℃左右)，如RQTAl5-Si5、RQTAl5-Si5-Mo0.2和RQTAl22等虽然具有优良的抗氧化生长能力，但生产工艺较为复杂，生产成本高。山东工业大学对此种Cr-Al耐热铸铁材料进行了研究，其成分为：Cr4％～5％、Al5％～7％，高温性能好，可满足1000℃高温氧化气氛的使用要求，其抗生长、抗氧化性能均优于中硅球铁，但高铝系铸铁的脆性较大，使用寿命不稳定，生产操作过程的控制较为严格，这会给生产过程的工艺设计带来不便，增加了生产的成本。

我国的城市垃圾具有高水分、低热值，分类回收不完善，垃圾种类复杂，尤其固体废弃物比例高。我国垃圾焚烧炉大多采用机械往复炉排焚烧处理技术，垃圾焚烧工况下的炉排运行需要同时满足耐高温、抗氧化性、耐磨损和耐腐蚀。炉排属于易损件，需要定期更换，如果更换频次较高，势必影响企业的效益。炉排片在高温氧化及承受较大载荷下连续运行，服役条件相对苛刻，对材质要求高温、抗氧化、耐蚀、低成本、长寿命等。目前，用于炉排片的材质有灰铸铁、铝系耐热铸铁、硅系耐热铸铁和铬系耐热铸铁。普通耐热铸铁虽然工艺简单，价格较低，但其耐热温度低、易烧损，耐热性和耐蚀耐氧化性能都相对较差，不能完全适应复杂环境下大型机械往复炉排的使用要求。因此，亟待研制一种兼顾优良耐热、耐磨、耐蚀性能，综合性能优越，且适应我国城市大型垃圾焚烧炉用的炉排材质，以降低垃圾焚烧企业的生产成本，进而满足市场需求，具有重要的意义。

公开号为CN104846283A的专利公开了一种垃圾焚烧炉炉排片的合金成分，公开的成分显示碳和氮含量超过1.0wt.％和0.23wt％，尽管Cr控制在了15～18wt.％相对较低的水平，但是为了材料中加入了高成本Mo元素和Ni元素。此外，由于高C和N含量，制备的炉排韧性较差，综合性能仍然不理想，尤其是炉排长时动态的服役条件。