高爐噴煤管內(nèi)壁耐磨性差的原因分析

蔣 鵬，吳月龍，畢麗燕，葛憲偉，吳 艷

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南271100）

1 前 言

噴煤是將煤粉通過噴煤管徑直吹管噴入高爐風(fēng)口，噴煤管的工作環(huán)境十分惡劣，噴煤管容易破損，破損后導(dǎo)致噴出的煤粉射流改變流動(dòng)方向，對(duì)高爐風(fēng)口直接沖刷，造成風(fēng)口損壞、影響生產(chǎn)。一般來說，噴煤管使用壽命在2 個(gè)月左右，最低不少于1 個(gè)月，某高爐噴煤管近期出現(xiàn)頻繁破損的故障，為查明原因，取樣進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)方法

1）宏觀檢測，對(duì)樣品進(jìn)行宏觀形貌分析并借助SZ61TR體視顯微鏡進(jìn)行局部形貌分析。

2）化學(xué)成分檢測，在送檢試樣上截取化學(xué)成分試樣，用SPECRTOLAB M10 型光電直讀光譜儀對(duì)試樣化學(xué)成分進(jìn)行分析。

3）金相分析，對(duì)送檢試樣截取金相試樣磨制、拋光，在GX51金相顯微鏡上進(jìn)行金相檢測。

4）電鏡能譜分析，使用Sigma 500 場發(fā)射電鏡進(jìn)行電鏡能譜分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 宏觀檢測

送檢樣品外徑約25 mm，外壁銹蝕嚴(yán)重，內(nèi)壁磨損嚴(yán)重，向一側(cè)磨出弧形凹槽，剖開后對(duì)內(nèi)表面放大30 倍進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)壁較為光滑部位存在少量點(diǎn)狀凹坑，磨損明顯部位存在大量粗糙的凹坑及溝狀磨損痕跡，凹坑中分布大量銹蝕顆粒物。

3.2 化學(xué)成分檢測

根據(jù)協(xié)議要求噴煤管材質(zhì)為06Cr25Ni20，化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，參照GB/T 20878—2007，各元素含量符合國標(biāo)規(guī)定范圍。

表1 樣品化學(xué)成分檢測結(jié)果 %

3.3 金相檢測

沿樣品軸向截取金相樣品，磨制、拋光后進(jìn)行非金屬夾雜物檢測，發(fā)現(xiàn)樣品僅存在少量C類夾雜物，級(jí)別0.5級(jí)，夾雜物控制較好。

沿樣品徑向截取金相樣品，磨制、拋光后對(duì)內(nèi)壁部位進(jìn)行金相觀察，結(jié)果見圖1，內(nèi)壁磨損嚴(yán)重部位存在深度約50 μm的網(wǎng)狀裂紋，內(nèi)壁較光滑部位存在深度約30 μm的凹坑，凹坑周圍伴有輕微的網(wǎng)狀裂紋存在。經(jīng)苦味酸鹽酸溶液腐蝕后發(fā)現(xiàn)，樣品基體部位組織為奧氏體組織，晶粒度為5.5 級(jí)。網(wǎng)狀裂紋基本位于奧氏體晶界部位。

圖1 金相檢測結(jié)果

3.4 電鏡能譜檢測結(jié)果

對(duì)內(nèi)壁靠近裂紋部位的金相樣品進(jìn)行電鏡能譜觀察，結(jié)果見圖2，晶界部位C、O 元素含量較高，Cr、Ni元素含量較低，此外有一定量的Cl元素存在。

圖2 內(nèi)壁金相樣品電鏡能譜分析結(jié)果 %

4 樣品化學(xué)成分檢測結(jié)果分析

樣品化學(xué)成分檢測結(jié)果知，各元素含量符合國標(biāo)要求；夾雜物檢測結(jié)果知，樣品存在少量的0.5級(jí)C 類夾雜物；樣品基體部位金相檢測結(jié)果知，組織為奧氏體組織，組織狀態(tài)正常。由此可知噴煤管本身無制造問題。

對(duì)樣品內(nèi)壁部位進(jìn)行金相檢測知，磨損嚴(yán)重部位存在嚴(yán)重的網(wǎng)狀裂紋，裂紋位于晶界位置，為晶間腐蝕的特征。此外，平滑部位也有網(wǎng)狀裂紋脫落形成的凹坑。電鏡能譜分析發(fā)現(xiàn)，晶界部位Cr 元素含量低于基體Cr元素含量，為典型的貧鉻現(xiàn)象。噴煤管靠近風(fēng)口溫度一般要求在400 ℃以內(nèi)，但是實(shí)際作業(yè)的區(qū)域溫度一般在400～600 ℃范圍內(nèi)，雖然06Cr25Ni20 屬于耐熱不銹鋼范疇，可適用于1 000 ℃以上的作業(yè)環(huán)境，但是，一般來說奧氏體不銹鋼的敏化區(qū)間為450～850 ℃，在此溫度區(qū)間內(nèi)長時(shí)間停留，晶粒內(nèi)的Cr元素?cái)U(kuò)散能力增強(qiáng)，極易使晶界貧鉻出現(xiàn)晶間腐蝕。

噴煤是經(jīng)噴煤管在氮?dú)庾饔孟赂咚賴娙敫郀t內(nèi)，煤粉在噴煤管快速運(yùn)動(dòng)對(duì)內(nèi)壁造成沖蝕，由于內(nèi)壁發(fā)生晶間腐蝕，在煤粉沖蝕下發(fā)生晶間腐蝕的內(nèi)壁表層會(huì)被率先沖刷掉，造成噴煤管內(nèi)壁減薄。在高溫及煤粉高速?zèng)_蝕長時(shí)間作用下，噴煤管內(nèi)壁會(huì)逐漸減薄直至穿透。

此外，電鏡能譜檢測還發(fā)現(xiàn)晶界存在一定含量的Cl元素，由于Cl離子體積較小，極易破壞不銹鋼表面的鈍化膜，使得晶界出現(xiàn)貧鉻現(xiàn)象，會(huì)進(jìn)一步加劇腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。經(jīng)查詢，Cl離子應(yīng)為洗煤所用水中的，洗煤過程中附著在煤粉中進(jìn)入噴煤管。

5 結(jié) 語

噴煤管材料本身沒有問題，出現(xiàn)耐磨性能差是由于備件長時(shí)間在敏化溫度區(qū)間停留造成晶間腐蝕、煤粉高速?zèng)_蝕造成的，煤粉中殘余的Cl 離子也會(huì)對(duì)噴煤管內(nèi)壁造成腐蝕、減薄。

為提高噴煤管的耐磨性，應(yīng)在兩個(gè)方面開展工作：避免使用Cl 離子含量較高的水進(jìn)行洗煤作業(yè)。嚴(yán)格控制噴煤管的作業(yè)溫度，使其控制在400 ℃以下。