陶瓷复合管性能:
与传统生产工艺截然不同,采用自蔓延技术生产的陶瓷复合管具有独特的组织结构。独特的组织结构又决定它的优良的综合性能。它不但抗磨损、耐腐蚀、耐高温,有高的硬度和强度,而且具有良好的抗机械冲击和热冲击的综合性能。
陶瓷钢管与传统的钢管、耐磨合金铸钢管、铸石管以及钢塑、钢橡管等有着本质性区别。陶瓷钢管外层是无缝钢管,内层是刚玉。刚玉层硬度高达HV1100-1400,相当于钨钴硬质合金,耐磨性比碳钢管高20倍以上。陶瓷钢管抗磨损主要是靠内层几毫米厚的刚玉层,这比耐磨合金铸钢管、铸石管既靠成分和组织,又靠厚度来抗磨已经有了质的飞跃。
陶瓷钢管中刚玉熔点为2045℃ ,刚玉层与钢层由于工艺原因结构特殊,应力场也特殊。
在常温下陶瓷层受到压应力,钢层受到拉应力。只有温度升高到400℃ 以上,由于二者热膨胀系数不一样,热膨胀产生的新应力场才使陶瓷钢管中原来存在的应力场相互抵消,使陶瓷层与钢铁层两者处于应力平衡状态。当温度升高到900℃ ,把陶瓷钢管放入冷水内,反复多次,陶瓷层也不裂缝或崩裂,表现出普通陶瓷无可比拟的抗热冲击性能,这一性能在工程施工中大有用处。由于外层是钢铁,加之内层升温也不崩裂,在施工中,对法兰、吹扫口、防爆门等能进行焊接,也可用直接焊接方法进行管道连接,这比耐磨合金铸钢管、铸石管和钢塑、钢橡管在施工中不易焊接或不能焊接更胜一筹。陶瓷钢管抗机械冲击性能也好,在运输、安装、敲打以及两支架间自重弯曲变形时,刚玉层均不破裂脱落。
陶瓷钢管内层为致密α型三氧化二铝,耐酸度96-98% .三氧化二铝属中性氧化物,与酸、碱、盐均不起化学反应。三氧化二铝是无机物质,在光、热、氧等自然环境长期作用下,不存在性能变坏(即老化)问题。经测定陶瓷钢管耐蚀性比不锈钢高十倍。
陶瓷钢管具体性能。
表一、陶瓷钢管的物理机械性能 。
硬度 | 压溃 | 比重 | 抗抗剪切 | 绝对 | 线膨胀 | |
陶瓷钢管 | 1100-1400 | 350-400 | 4.6-4.7含过渡层 | 15 | Dn≤150为0.35 | 8.5-9 |
20#碳钢管 | 149 | 411 | 7.85 | hfgh | 新的0.05-0.1 | 14-15 |
注:无缝钢管厚8mm,陶瓷层和过渡层总厚度2.5-3.5mm,从管外把管内陶瓷压碎时的强度。
在陶瓷钢管轴向把陶瓷层从无缝钢管内压出时的强度。
温度范围-30~~500℃.
表二、陶瓷钢管抗热冲击性能和抗机械冲击性能。
材料 | 抗机械冲击数① | 抗热冲击出现裂纹的淬水次数② | |||||
200℃ | 300℃ | 450℃ | 700℃ | 1000℃ | 1100℃ | ||
陶瓷钢管 | 15次以上 | 10次以上 | 9次 | 6次 | 5次 | 3次 | 1次出现小裂纹和剥落 |
耐热陶瓷 | 1次即碎 | 2次 | 1次即碎 | 1次即碎 | 1次即碎 | 1次即碎 | 1次即碎 |
注:①陶瓷钢管总厚度9mm,机械能50J,点接触管体内陶瓷层生产裂纹的冲击次数。
②在各给定温度下加热5分钟淬水,再加热再淬水
表三、输送铁矿精粉耐磨对比试验。
材料 | 时间 | 磨损掉尺寸mm | 平均年磨损率mm/a | 平均年磨损率比值 |
陶瓷钢管 | 1994年4月~1997年4月 | 0.12 | 0.04 | |
20#碳钢管 | 1994年~1997年4月 | 翻身一次换管一次共21mm | 7 |
注:①该矿重选车间管道,矿石粒度〈2mm重量浓度30%。
②陶瓷钢管外径φ219,厚8mm,陶瓷层厚4mm,20#碳钢管厚9mm。
③此对比试验目前仍在继续进行,比值175只是根据三年实践的推算数据。
表四、火电厂送粉管路不同材质弯管对比试验
材料 | 规格 | 工况 | 使用说明 |
20#碳钢管 | DN350×10 | 10 万KW机组,使用煤碳灰达45%,每管每小时送粉42吨 | 11个月磨穿 |
高铬合金铸钢管 | DN350×25 | 11个月磨穿 | |
夹套式铸石管 | DN350×55 | 使用23个月磨穿 | |
陶瓷钢管 | DN350×14 | 使用24个月磨损掉0.2mm |
表五、火电厂气力除灰管路不同材料弯管对比试验
材料 | 规格 | 工况 | 使用说明 |
20#碳钢管 | DN150×10 | 气力输送干灰,74吨/时,流速20m/s,浓度28%,位置在进灰度拐弯处。 | 3个月磨穿 |
高铬合金铸钢管 | DN150×20 | 5个月磨穿 | |
夹套式铸石管 | DN150×50 | 使用12个月磨穿 | |
陶瓷钢管 | DN150×11 | 使用12个月磨损掉0.15mm |
表六、陶瓷钢管耐蚀性(按不锈钢测试标准,30天,室温)
10% | 10% | 10% | 10% | 10% | 10% | 10% | 10% | |
陶瓷钢管 | 0.056 | 0.032 | 0.021 | 0.047 | 0.022 | 0.42 | -0 | -0 |
不锈钢 | >1 | 0.1 | 1.8 | <0.1 | <0.1 | - | 0.1 | - |
表七、陶瓷钢管在各种浓度硫酸中耐蚀性(30天,室温)
硫酸浓度 | 10% | 20% | 30% | 40% | 50% | 60% | 70% | 80% | |
陶 | 晶介腐蚀速度 | <0.1 | <0.1 | 1.2 | 3.6 | 1.8 | <0.1 | <0.1 | <0.1 |
失重 | 0.021 | ... | ... | 0.04 | ... | ... | ... | ... | |
不 | 晶介腐蚀速度 | 0.021 | ... | ... | 0.04 | 5.0 | ... | ... | 0.46 |
失重 | 1.8 | ... | ... | ... | 4.6 | ... | ... | 0.42 |