长寿高炉风口涂层的研究

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1、第十一届国际热喷涂研讨会论文(ITSS’2008)第十二届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2008)长寿高炉风口涂层的研究①苏啟俞淑延张虎寅堵新心（北京钢铁研究总院100081）摘要文章叙述了长寿高炉风口的表面强化方案及阶梯涂层的试验研究结果。实体风口的使用结果表明，涂层风口寿命可提高1~2倍或更高。关键词高炉风口等离子喷涂阶梯涂层1、引言风口是高炉的关键部位之一，通常它是用高纯铜铸造而成。工作时以水冷却。高炉风口的工作条件十分恶劣。一方面风口内表面要经受1000~1200℃的热风的作用，同时，在现代高炉操作过程中，大量煤

2、粉也要通过风口内孔吹入炉内，煤粉对风口造成严重磨损；另一方面，伸入高炉的风口外表面，要经受2000~2300℃高温的辐射，同时要承受自上而下滴落的液态渣、铁的侵蚀以及红热焦炭的磨损。为了进一步提高风口内、外表面的耐热、耐蚀和耐磨蚀性能，进而提高风口的使用寿命和风口本体多次使用的可能性，在一个设计结构合理，材料选择和制作工艺精良的风口表面增设涂层的进一步强化风口表面是本课题的主要研究目标。2、表面强化方案、工艺路线及涂层设计用于工作条件恶劣的耐热、耐磨蚀涂层，采用单一的涂层结构不能满足要求，必须应用多层复合陶瓷涂层。2.1表

3、面强化方案及工艺路线风口表面涂层主要用于增加风口抵抗高温熔渣和铁水的侵蚀及固体炉料的磨蚀。采用化学稳定性高、耐热性好、来源充足的氧化物陶瓷为主的多层结构涂层是该课题的主要研究方案。涂层采用电弧等离子喷涂工艺制取。2.2涂层设计-6根据风口的工作条件，为了强化其表面，在一侧温度场为50℃左右，热膨胀系数为17×10/-6℃的紫铜风口上，而另一侧温度场为2200℃左右，热膨胀系数为6×10/℃的材料之间形成良好结合的涂层，开展了阶梯涂层的研究。所谓的阶梯涂层是在厚度方向涂层的成分呈阶梯形变化的金属与陶瓷的复合涂层。当金属基体与

4、陶瓷涂层界面间的某些性能，如韧性、热膨胀系数及晶体结构等的差异很大时，可能导致陶瓷涂层的内应力增大，与基体的粘附性很差，引起涂层失效。要解决这类难题，就需要采用阶梯涂层结构，实现基体与表层间成分配比及性能的逐渐过渡。满足实际应用的要求。该涂层设计的特点是：①采用三层结构的涂层，②涂层材料选择为金属—金属陶瓷—氧化物陶瓷，③为解决涂层质量问题，必须控制涂层的厚度和各层的厚度比，④选择成熟的工艺方法。3、微阶梯连续倾斜涂层的研究3.1试验材料①本文通讯联系人：俞淑延（北京钢铁研究总院北京100081）-100-第十一届国际热喷

5、涂研讨会论文(ITSS’2008)第十二届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2008)试验用基体材料为紫铜板（99.95%）。底层为Ni基合金粉末，Ni基或Co基合金粉末及Al2O3或Al2O3+ZrO2为过渡层，Al2O3及Al2O3+ZrO2为表层材料。所用的粉末性能见表1。表1、粉末的性能32粉末平均粒度,μm松装比重,g/cm流动性S/50g比表面积cm/gNi基95.1--106.75Co基34--288.56Al2O335.50.86122.0657.16ZrO2LG183.11.6961.4533.05LG26

6、3.61.62不具有流动性1140.0图1为烧结复合的LG1粉末的形貌3.2喷涂工艺试验为使涂层设计达到理想的结果，首先进行了材料和工艺试验。（1）涂层材料对表1所列材料进行了六组成分组合的工艺试验和烧蚀试验。工艺试验的结果表明，Co基及LG粉末在喷涂时工艺性较好。沉积效率较高，试件的表观较好。标记为5#。烧蚀试验：用等离子火焰烧蚀试样发红，放入冷水中反复四次，每次烧蚀一分钟。结果各组试样涂层完好。（2）涂层厚度试验对涂层的中间层及表层做不同厚度试验，结果表明中间层厚度不应大于0.4mm，表层不大于0.2mm。满足这条件的

7、试样，烧蚀四次结果很好。中间层稍大于0.4mm者，烧蚀四次后涂层有一小块脱落。根据上述试验结果，选定5#涂层进一步试验。试验使用自制喷涂机机械设备。喷涂工艺参数是电压100（V），电流350（A），附加H2100（表读数）,稳弧N21000，送粉N21400。-101-第十一届国际热喷涂研讨会论文(ITSS’2008)第十二届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2008)3.3试验结果和讨论对5#涂层进行试验，测定了涂层的孔隙度、显微硬度、显微组织、结合强度及耐磨性能、抗热震性能、导热性能等等。用扫描电镜观察了涂层的形貌并做了

8、相分析。（1）涂层的孔隙度根据GB2997-82，用浮力法测定了LG1表层的孔隙度为6.31%。（2）涂层的显微组织、显微硬度及扫描、能谱分析。图2是涂层的显微组织照片。由图可以看出，涂层是比较致密的,涂层中孔隙较少，底层和基体的结合很好。由于有过渡层的存在，底层、过渡层、表面层的层间交错联结，没有明显