噴涂技術在氧化鋁焙燒爐旋風筒和中心管中的應用

摘要：懸浮焙燒爐在氧化鋁生產中廣泛使用，由于焙燒爐長期受到高溫高速含氧化鋁顆粒氣流嚴重的沖刷和磨損，內壁極易被快速磨薄，尤其是旋風筒的中心管，內外壁均受到高溫高速含氧化鋁顆粒氣流激烈沖刷，使用壽命通常不到一年，導致生產效率低，本文介紹了噴涂技術在氧化鋁焙燒爐旋風筒和中心管中的應用及優點。

關鍵詞：噴砂作業 噴涂作業 噴涂防磨層 焙燒爐旋風筒 焙燒爐中心管

1 噴涂技術及其應有價值

懸浮焙燒爐是將氫氧化鋁焙燒成氧化鋁的設備，爐內溫度高，且氧化鋁顆粒對爐子沖刷嚴重，爐體內大部分用耐火磚和澆筑料筑爐，但有些部位不宜筑爐，如CO1、CO2 、CO3、CO4、PO1、PO2的中心管，筑爐將使中心管直徑縮小，導致通風流量減小，影響氧化鋁生產；PO1、CO4的旋風筒內生產溫度較低（150～300℃）且沖刷程度不高，一般噴涂處理后即可使用15年。通過噴涂使中心管和旋風筒的耐磨性增加，從而提高爐子的使用壽命。我們公司1998年從丹麥引進的1850t/d懸浮焙燒爐中心管由于未噴涂，中心管的使用壽命僅有10個月。2002年通過對1350t/d懸浮焙燒爐進行噴涂，使用壽命達到4年，每次停爐更換中心筒到恢復生產僅需5d。中心管受物流沖刷示意圖1：

根據生產實際情況可知，噴涂CO1、CO2、CO3、CO4、PO1、PO2中心管和PO1、CO4旋風筒的費用S1=65.706萬元，PO1、CO4旋風筒筑爐費用為S2=50.77萬，一次更換CO1、CO2，CO3，CO4，PO1，PO2中心管所需費用S3=9. 5309萬元。每噸氧化鋁按1200元利潤，1350t/d懸浮焙燒爐日產氧化鋁1600噸，一次更換耽誤成產所造成的損失S4=1600×5×1200=960萬元。一個周期4年，若中心管沒有噴涂，需進行4.8次更換中心管，而噴涂后只需一次更換。⊿S=S2＋（S3+S4）×4.8-（S1+S3+S4）=3669.28萬，一個周期可節約3669.28萬元，因此對爐子噴涂是非常有價值的。

2 噴涂技術分析

2.1 技術分析 制定工藝時應考慮以下幾個方面：①基層及工作層材料的選擇。一般應根據工件的材料、技術要求及工作條件等選擇，薄涂層選用細粉，厚涂層選用粗粉。②考慮加工余量。噴涂的主要目的是補償磨損尺寸，噴涂后機械的尺寸和形位必須加工達到精度要求，故應考慮噴涂后工件熱態與冷態的尺寸差異。補償層厚度以0.4～1mm為宜，局部厚度應≤3mm，加工余量一般可取0.４≤0.8mm。對于磨損量小的工件，只噴涂自粘結復合材料，其厚度應≤0.3mm。③通過涂層材料性能、厚度及粒度確定噴涂參數。如乙炔和氧氣的壓力、噴距、噴槍等。

現行設備由于沖刷磨損嚴重，使用壽命不到1年。易磨損部位的基本情況如下表1。

2.2 防磨涂層設計 針對1350焙燒爐旋風筒和中心管各自的材質和不同的工況參數，設計如下相應的防磨保護方案。

2.2.1 PO1、PO2、CO3、CO4的中心管和PO1、CO4的旋風筒部位 該部位材質為普通碳鋼，工作溫度在中溫區（150～300℃，最高達350℃），工件表面經噴砂進行表面清理和糙化后，直接噴涂耐磨性能優異的HDS-88A管狀包芯中溫專用耐磨陶瓷合金絲材制作工作層，涂層表面用耐磨專用封孔劑進行封孔。其耐磨工作層的主要技術指標如表2。

2.2.2 CO1、CO2中心管部位 該部位材質為不銹鋼，工作溫度在高溫區（350～800℃）。工作面噴金剛砂處理和糙化后，先噴一層厚50μm左右結合性能良好的HDS—NiAL作底層，再噴一層耐磨性能和抗高溫氧化性能均優異的HDS—930作工作層，涂層表面用高溫耐磨專用封孔劑進行封孔。其耐磨工作層的主要技術指標如表3。

3 超音速電弧噴涂的技術原理和技術特點

超音速電弧噴涂是我公司通過引進先進設備和技術最新開發的防腐耐磨涂層新技術。被美國、日本等發達國家列為二十一世紀的表面工程關鍵技術。該噴涂技術采用燃燒于絲材端部的電弧將均勻送進的絲材熔化，經拉伐爾噴嘴加速后的超音速氣流將熔化的絲材霧化為均勻的細小粒子，噴向工件形成涂層。熔化粒子與基材主要以機械、物理和冶金等方式結合，其結合強度可達40MPa以上，涂層硬度可達HRC60以上。與普通電弧噴涂和火焰噴涂相比，超音速電弧噴涂具有更高的粒子飛行速度、更強的結合強度、更低的孔隙率、涂層均勻度高、致密性好、且噴涂工件不變形，可獲得高質量的涂層。

4 超音速電弧噴涂的施工工藝及應用范圍

施工工藝流程：表面預處理→噴砂作業→噴涂作業→預測厚度→封孔→自查，具體分述如下：①表面預處理：清理旋風除塵器內壁的浮塵、浮渣、鐵銹等雜質。②噴砂作業：用噴砂機對工作面進行噴砂處理，使表面清結度達到Sa3級，粗糙度達到RZ50～90μm。③噴涂作業：對噴砂后的工作面進行噴涂作業，防磨部位用合金絲材作噴涂材料（若要制作底層，先噴打底絲材），對工作面噴涂多遍，保證厚度達到技術規定的要求，涂層表面要求平整、光潔、致密、不起塵和鼓泡，基材不變形，孔隙率低于0.9%。④預測厚度：用測厚儀對表面涂層進行測量，保證涂層厚度均勻，并達到規定要求。⑤封孔：采用高溫耐磨專用封孔劑對涂層表面進行封孔，以防止空氣中的氧氣通過微小的涂層隙進入涂層內部。⑥自查：施工結束后進行自查，對不合格處進行修整。

超音速電弧噴涂的應用范圍主要有：①在鋼鐵表面噴涂不銹鋼，合金粉末，陶瓷等，起到耐磨、耐氧化、防腐效果。例如在化工反應釜內噴涂陶瓷、不銹鋼，大橋鋼，大橋的橋梁上噴涂不銹鋼等。②在設備的易磨部位，噴涂合金粉末。陶瓷等，起到耐磨損作用。例如在發電機風葉表面、螺旋軸表面、汽車曲軸表面噴涂，起到耐磨損作用。③在非金屬表面噴涂銅，起到裝飾作用。

5 結語

噴涂技術主要特點是可在任何表面上進行噴涂。噴涂材料根據使用條件而變化，對于易磨損部件，當涂層磨損后，可以進行復噴，涂層的硬度可以達到77HRC，噴涂修復后設備壽命比未噴涂的壽命延長6-10倍。對于橋梁、反應釜、氣柜等設備，除涂層起到防腐作用外，還有裝飾作用。2002年，對我們公司公司1350t/d懸浮焙燒爐開始第一次嘗試使用噴涂技術對爐子進行噴涂，相繼老1850t/d懸浮焙燒爐，新1850t/d懸浮焙燒爐，新1350t/d懸浮焙燒爐均對爐子進行了噴涂，使用效果良好，對于結構復雜，空間狹小不宜筑爐，且溫度較低，沖刷激烈的部位通過對其進行噴涂來提高使用壽命和經濟價值是適用的。

參考文獻：

[1]上海市科學技術編譯館.《塑料噴涂和涂覆》.1966.

[2]李誠銘.《新編噴涂設備生產設計與典型應用實例及國內外標準匯編實物全書》.北方工業出版社2006.

[3]王新洪，鄒增大，曲仕堯.《表面熔融凝固強化技術—熱噴涂于堆焊技術》.北京化學工業出版社，2005.

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