应用实例：6.4冶金工业中的优秀案例

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：热喷涂技术在冶金机械中的应用历史较长，技术比较成熟。近年来，随着冶金制造技术水准的不断提高，速度、效率要求越来越高，新的涂层材料、涂层制备工艺技术正在逐步扩展在冶金工业中的应用。钢铁冶金设备中热喷涂技术的应用见表6-7。表6-7 钢铁冶金设备中热喷涂技术的应用（续）1.高炉渣口、风口基体材料为纯铜或铸锡青铜，长期承受高温气体的冲蚀及熔渣、铁液的冲刷，主要破坏形式是烧蚀。该工艺技术镀锌生产中已普遍采用。

冶金机械设备零件工况条件比较复杂，大多在重载、高温环境条件下服役，主要破坏形式有高温磨损、高温氧化导致的零部件早期失效。而某些特殊工段的零部件，要求表面在满足耐磨性的同时具备一定的功能特性，如薄板张力辊就要求辊面防粘连结瘤，防止输送过程中薄板表面擦伤，影响产品质量。热喷涂技术在冶金机械中的应用历史较长，技术比较成熟。近年来，随着冶金制造技术水准的不断提高，速度、效率要求越来越高，新的涂层材料、涂层制备工艺技术正在逐步扩展在冶金工业中的应用。采用热喷涂技术可制备耐高温、耐高温氧化、耐磨损、抗热振、抗熔融金属腐蚀、阻粘连、防渗碳等特殊功能涂层，达到提高功能、提高效率、节能、节材、延长关键零部件使用寿命的目的。钢铁冶金设备中热喷涂技术的应用见表6-7。

表6-7 钢铁冶金设备中热喷涂技术的应用

（续）

1.高炉渣口、风口

基体材料为纯铜或铸锡青铜，长期承受高温气体的冲蚀及熔渣、铁液的冲刷，主要破坏形式是烧蚀。采用等离子喷涂对新品零件进行预保护如图6-15所示。

涂层结构：NiAl黏结底层（0.1～0.15mm）、Ni-Al₂O₃中间层（0.15～0.20mm）、Al₂O₃表面工作层（0.20～0.30mm）。涂层结合强度≥25MPa，孔隙率为8%～12%，使用寿命提高3～8倍。

2.高炉水冷炉壁冷却水管

高炉水冷炉壁的质量直接影响高炉的寿命，在生产水冷炉壁的过程中，如何防止已铸入炉壁内部的冷却水管外表面渗碳变脆，是制造高质量水冷炉壁的关键技术之一。采用热喷涂技术制备高炉水冷炉壁冷却管阻渗碳涂层，阻渗碳效果达99%以上。涂层结构：Ni-Cr、Ni_- Al结合底层、Fe-Cr-Al中间层、Al₂O₃表面工作层，涂层总厚度≤0.2mm。喷涂工艺方法：电弧喷涂或线材火焰喷涂结合底层和中间层，等离子喷涂Al₂O₃表面工作层。涂层结合强度≥20MPa；热导率≥2.0W/（m·℃）；热稳定性好；抗擦伤性好；成品水冷炉壁中冷却管与铸铁的间隙≤0.2mm。使用效果十分明显。阻渗碳涂层冷却水管已定型批量生产。

图6-15 等离子喷涂高炉风口

3.热镀锌生产线

热镀锌生产线包括沉没辊组件、张力辊、退火炉辊。

1）沉没辊组件包括有沉没辊、沉没轴瓦等关键零件。通常采用Cr18系列不锈钢制造。长期浸泡在高温锌液中，承受熔融金属的腐蚀与磨损，使用寿命短。同时，腐蚀产物ZnFe化合物又脆又硬，附着力强，是造成热镀锌板表面擦伤的主要原因，严重影响产品质量。采用高速火焰喷涂WC-Co涂层、爆炸喷涂CoCr_- MoB₂涂层、等离子喷涂Al₂O₃-TiO₂或Al₂O_3- TiB₂纳米涂层等可有效提高沉没辊组件使用寿命，防止表面结瘤，提高产品质量。涂层厚度≥0.15mm，高速火焰和爆炸喷涂涂层结合强度≥70MPa，孔隙率≤1%。表面封闭处理后一次使用寿命提高3倍。图6-16所示为喷涂Al₂O_3- TiB₂涂层加工后的沉没辊。

图6-16 喷涂Al₂O₃-TiB涂层加工后的沉没辊

2）张力辊。采用超声速火焰喷涂WC-12Co涂层取代镀铬层，涂层厚度为80～100μm，表面粗糙度值根据不同要求控制在Ra4～8μm，显著提高了张力辊使用寿命。该工艺技术镀锌生产中已普遍采用。图6-17所示为超声速火焰喷涂WC-12Co涂层的张力辊。

3）连续退火炉辊。连续退火炉辊分为高温段（850～1100℃）、中温段（630～850℃）、低温段（550～630℃）。破坏形式是高温氧化和高温磨损，从涂层制备成本考虑，各温度段对炉辊的表面性能要求不一致。低温段可选用高速火焰喷涂WC-12Co涂层或NiCr-Cr₃C₂涂层；中温段选用高速火焰喷涂NiCr-Cr₃C₂涂层，涂层厚度≥0.3mm，结合强度≥70MPa；高温段采用等离子喷涂NiCrAlY结合底层加ZrO₂工作面层，涂层总厚度≥0.3mm，结合强度≥35MPa。图6-18所示为高速火焰喷涂NiCr-Cr₃C₂涂层的冷轧退炉辊。

图6-17 超声速火焰喷涂WC-12Co涂层的张力辊

图6-18 高速火焰喷涂NiCr-Cr₃C₂涂层的冷轧退炉辊

4.冷轧辊道输送辊

输送辊高速输送高温轧制板坯，主要破坏形式是高温磨损。选用Ni60及高温合金，采用氧-乙炔火焰两步法喷焊技术或氧-乙炔火焰喷涂高频感应重熔后处理。涂层厚度≥0.8mm，涂层与基体材料呈冶金结合，表面硬度为58～63HRC，表面平整度≤0.1mm，可免涂层后加工。涂层具有优良的耐高温磨损性能。辊道输送辊的新品制造已采用该工艺技术。图6-19所示为高频感应重熔涂层辊道输送辊。

图6-19 高频感应重熔涂层辊道输送辊

5.连铸连轧生产线

1）连铸结晶器采用热喷涂技术不仅可提高使用寿命，而且可改善结晶钢坯金相组织，得到等轴金相组织，有效地提高钢坯的质量。结晶器通常采用纯铜制造，直接承受高温铁液的冲刷。为提高结晶器的使用寿命，表面处理由镀铬、Ni-P镀、复合镀（金属-陶瓷）等方法逐步过渡到热喷涂技术。结晶器采用涂层技术在国外已开始应用，而国内仍然处在试验研究阶段。钢铁研究总院对方坯结晶器工作表面采用等离子喷涂NiCr-NiCr-ZrO₂复合涂层，涂层具有优良的耐高温冲蚀性能、抗热振性能。图6-20所示为等离子喷涂涂层方坯结晶器。

2）板坯连铸生产线密排辊承受高温氧化和高温磨损。密排辊在生产制造过程中采用热喷涂技术预保护，使用效果十分显著。双层涂层结构：MCrAlYTa结合底层和MCrAlYTa-Al₂O₃复合工作面层。采用高速火焰喷涂技术，涂层厚度≥0.5mm。由于Al₂O₃弥散在高温合金MCrAlYTa中，涂层具备十分优异的耐高温氧化和高温磨损性能，密排辊使用寿命达国外同类产品性能指标。

3）板坯连铸生产线扇形段和水平段输送辊，可分别采用连续退火炉辊中温段和低温段涂层技术。

6.无缝钢管穿孔导卫板

通常采用高镍、高铬合金铸造，由于温度高、载荷重、冷热循环冲击，导卫板工作寿命一般不大于3h，产生非常严重的磨损和断裂。改用45钢为基体材料，采用等离子喷焊PT6311-WC粉末材料强化导卫板工作表面，强化涂层厚度≥1.5mm，980℃时的硬度仍然能达到32HRC，与基体完全冶金结合，使用寿命可提高3倍。

7.铝箔轧机轧辊

轧制速度高，要求精度高，轧制力大，使铝箔轧机轧辊轴承内圈与轧辊轴承常常产生抱死、烧蚀、磨损，使其轴承部位非正常损坏，严重影响轧机正常工作。采用电弧喷涂NiCr合金结合底层和20Cr13工作层或高速火焰喷涂Ni基合金，恢复轴承部位尺寸，表面硬度为45～55HS，磨削加工后表面粗糙度值Ra≤0.2μm，孔隙率约5%，可部分储油增加润滑，防止抱死产生，具有良好的耐磨性能，使用效果非常理想。图6-21所示为铝箔轧机轧辊轴承部位喷涂合金涂层。

8.冷轧S辊

表面高速火焰喷涂WC-17Co高耐磨耐蚀涂层。涂层主要性能指标：涂层厚度为0.5mm，结合强度为70MPa。涂层具有优异的耐高温磨损氧化性能和高温磨损性能。图6-22所示为JP5000高速火焰喷涂WC-17Co涂层冷轧S辊。