董曉春

TRT葉片腐蝕與磨損的研究

董曉春

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司，山東萊蕪271104）

研究了TRT葉片腐蝕磨損的原理，選擇合適的材料，采用合理的噴涂方式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，試樣1 (Co-87WC)涂層是抗沖蝕磨損的最佳選擇，而試樣4涂層(TiN)則不適合TRT葉片的使用環(huán)境。

TRT；葉片腐蝕；磨損

1 前言

高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置(簡(jiǎn)稱TRT),是利用高爐爐頂煤氣壓力能經(jīng)透平膨脹做功,驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。此裝置既回收了原來(lái)在減壓閥組白白泄放的能量,又凈化了煤氣,且大大改善了高爐爐頂壓力的控制品質(zhì)。但是高爐煤氣中含有大量的灰塵顆粒及腐蝕性元素，對(duì)TRT的葉片造成嚴(yán)重的腐蝕和磨損，甚至引起葉片斷裂等嚴(yán)重后果。目前普遍采用清洗除塵工序，減少顆粒磨損，調(diào)換葉片位置保持氣流和平衡等方法來(lái)處理，但只適用于短期。為此，有必要對(duì)TRT葉片腐蝕磨損機(jī)理的、對(duì)噴涂方法和噴涂材料進(jìn)行研究，選擇一種抗腐蝕沖蝕能力強(qiáng)的涂覆方法和材料，以得到有效的防止腐蝕磨損的解決方法。

2 萊鋼TRT葉片腐蝕磨損現(xiàn)狀

萊鋼目前有9臺(tái)TRT裝置，都存在或多或少的腐蝕磨損問(wèn)題。TRT經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，部分機(jī)組的一級(jí)動(dòng)葉排氣邊葉頂部損傷缺角（圖1-a），排氣邊距葉根30 mm高度范圍沖蝕減薄，進(jìn)氣邊葉根部沖蝕缺角；二級(jí)動(dòng)葉進(jìn)氣邊上角沖蝕成圓角（圖1-b）；可調(diào)靜葉排氣邊頂部沖蝕缺角；不可調(diào)靜葉進(jìn)氣邊葉根部沖蝕缺損（圖1-c），葉柄與葉片接合部位沖蝕成缺口；承缸葉片間缸壁嚴(yán)重沖蝕損傷，沿缸壁成環(huán)形溝，有的區(qū)域已沖蝕漏。葉柄與缸體相鄰區(qū)域沖蝕形成凹坑。出現(xiàn)此種情況，此機(jī)組已不符合繼續(xù)運(yùn)行的條件，必須進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的處理方法是讓廠家對(duì)轉(zhuǎn)子葉片和承缸進(jìn)行更換，一臺(tái)TRT的檢修花費(fèi)在300萬(wàn)元左右，檢修周期至少需要3個(gè)月的時(shí)間。

3 TRT葉片磨損腐蝕原因研究

3.1 磨損原因

高爐煤氣雖然經(jīng)過(guò)除塵設(shè)備，但煤氣中還是存在粉塵顆粒，對(duì)萊鋼1880 m3高爐煤氣進(jìn)行粒度分析，分析結(jié)果如表1。

從結(jié)果看其顆粒對(duì)葉片的磨損是存在的。

3.2 腐蝕原因

對(duì)高爐煤氣成分進(jìn)行分析，其中含有一定量的酸性氣體，其分析結(jié)果如表2。

由所測(cè)得的數(shù)據(jù)可看出引起TRT葉片腐蝕的原因有如下幾點(diǎn)：

（1）從現(xiàn)場(chǎng)對(duì)高爐煤氣組分檢測(cè)結(jié)果可以看出，煤氣中有一定量的酸性氣體成分存在，當(dāng)這些酸性氣體遇到煤氣中的冷凝水形成弱酸后，隨即發(fā)生電離。反應(yīng)如下：

而H+的活潑性要強(qiáng)于鐵元素，于是會(huì)發(fā)生下面的反應(yīng)，造成TRT葉片的局部腐蝕。

同時(shí)，由于煤氣中還有部分胺鹽存在，它能和反應(yīng)生成的鐵離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，促使反應(yīng)向正方向進(jìn)行，加劇了腐蝕。

（2）電化學(xué)腐蝕，金屬電化學(xué)腐蝕是因?yàn)椴煌饘倩蛲唤饘賰?nèi)部發(fā)生原電池作用引起的。TRT裝置葉片主要是由鐵元素和其他金屬元素構(gòu)成的，由于金屬本身存在著電化學(xué)不均勻性，即在金屬表面或內(nèi)部的不同部位存在著不同的電極電位。金屬的其他成分和雜質(zhì)也有著各自不同的電位，它們與主體金屬間會(huì)產(chǎn)生許多對(duì)電極，當(dāng)雜質(zhì)或其他金屬成分電位高于主體金屬電位時(shí)，主體金屬則會(huì)遭到破壞，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

4 方案制定與分析

4.1 噴涂實(shí)驗(yàn)

通過(guò)對(duì)葉片沖刷腐蝕機(jī)理的研究，決定采用表面涂層技術(shù)對(duì)葉片進(jìn)行處理來(lái)提高TRT葉片耐沖蝕性能，以期使TRT葉片的使用壽命提高至少一倍以上。本次試驗(yàn)采用了高速氧燃料（HVOF）噴涂、電弧噴涂和物理氣相沉積法（PVD）三種工藝。

TRT葉片涂層需要同時(shí)兼有耐磨性和抗腐蝕性。陶瓷涂層(如Cr2O3，Al2O3，TiN等)和各種硬質(zhì)合金涂層(如Co-WC等)可以滿足這些性能要求。硬質(zhì)合金涂層的硬度大，韌性比陶瓷涂層大，并且與鋼的結(jié)合性好，這適合葉片鋼使用的受力環(huán)境。研究的所有涂層的試樣標(biāo)號(hào)和相應(yīng)的涂層工藝見表3。

試樣1至4橫截面的掃描電鏡照片如圖4所示。試樣1和2的涂層中存有一定的氣孔，但是氣孔率低于5%，并且這兩種涂層與基材的結(jié)合較好，涂層與基材之間無(wú)明顯的開裂現(xiàn)象。試樣3涂層很致密，氣孔率小于1%，但是涂層與基材的結(jié)合不好，切割試樣時(shí)涂層與基材之間發(fā)生了很明顯的開裂。

4.2 磨損試驗(yàn)

將涂敷好的試樣在噴射式?jīng)_蝕試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。試樣按一定角度固定在夾具上，固體粒子被壓縮空氣加速后由噴嘴噴出，入射到試樣表面，造成試樣沖蝕磨損。沖擊攻角選擇30°和90°。試驗(yàn)前后的試樣均須經(jīng)丙酮超聲波清洗，待干燥后用電子分析天平（精度0.01 mg）稱量計(jì)其質(zhì)量損失，然后根據(jù)各改性層的密度換算成體積損失表征沖蝕率，測(cè)量結(jié)果見表4。這些數(shù)據(jù)顯示：所有涂層的硬度都大于基材的硬度，當(dāng)沖蝕角為30°時(shí)，只有試樣1涂層起抗沖刷磨損的作用。當(dāng)沖蝕角為90°時(shí)，試樣1和3起到抗沖蝕作用。

5 總結(jié)

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是在實(shí)驗(yàn)室普通大氣環(huán)境中測(cè)得的，與葉片實(shí)際的工業(yè)腐蝕環(huán)境有所不相同，這些數(shù)據(jù)可以為設(shè)計(jì)合理的涂層材料提供依據(jù)；在本實(shí)驗(yàn)所有的涂層中，試樣1(Co-87WC)涂層是抗沖蝕磨損的最佳選擇，而試樣4涂層(TiN)則不適合TRT葉片的使用環(huán)境。

A Study on the Corrosion and Wearing of TRT Blades

Dong Xiaochun
(Yingshan Section Steel Company of Laiwu Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

The mechanism of TRT blade corrosion and wearing was studied.Experiments showed that the coating sample 1(Co-87WC)with selected suitable material and appropriate coating method was the best choice for resistance to impact corrosion and wearing, while the coating sample 4(TiN)was unsuitable for the service condition of TRT blades.

TRT;blade corrosion;wearing

TK47

B

1006-6764（2015）01-0040-03

2014-10-11

董曉春（1981-）女，陜西寶雞人，工程師，從事鋼鐵冶金節(jié)能環(huán)保工作。