采用树脂材料密闭离心铝热法制备陶瓷钢管内衬层,从而获得具有防腐耐磨双重功能的复合管材。内衬层与钢管基体结合强度高,可在真空状态下长期运行,在高温下内衬不起泡、褶皱。
G-T陶瓷衬管工艺原理如图4-23所示。
将装有铝热剂(铝粉和氧化铁粉酌混合物)的钢管置于离心旋转装置上,用电阻丝将铝热剂点燃,发生铝热自蔓延高温合成反应,并依靠化学反应潜热反应产物金屑铁和氧化铝熔融。离心力的作用是将二者分层。因氧化铝密度小而冷凝在管内表面形成陶瓷内衬层,而金属铁则沉积在陶瓷与基体之间为过渡层。陶瓷内衬管由三层结构组成,即内层是氧化铝陶瓷,外层是钢管基体,而还原金属铁则沉积在陶瓷与基体之间为过渡层,并将陶瓷高硬、不腐蚀和高韧、高强的优点融合为一体,使其具有其他管材无法比拟的综合生能,有良好的耐磨、耐性、耐高温性能和优异的力学和热冲击性能,使用寿命长,质量轻、价格低廉、不怕磕碰,可广泛用于电力、煤炭、冶金、矿山、化工等行业,其使用寿命是现在使用管材的几至几十倍。
(1)陶瓷双重内衬复合钢管。由于离心铝热自蔓延反应飞快,不宜控制,氧化铝的熔点很高,反应物熔融时间短,很难生产致密氧化膜;此外,因温度的急剧变化和热膨胀系数不同,钢管对陶瓷层产生很大的收缩压力,造成涂层表面出现裂纹、气孔、所以不能抵抗腐蚀介质的渗透,导致复合钢管防腐能力的丧失。所以,目前国内外均将铝热—离心法制备的钢管,当作耐磨管应用于粉尘介质
的输送,还不能用来输送腐蚀性的液体介质。
华东理工大学提出用树脂处理涂层内衬表面的方法,并结合真空离心和真空压铸成型技术,将树脂均匀涂覆在陶瓷层的表面,树脂固化,形成无渗透性树脂—涂层复合衬层,具有耐磨耐蚀双重功能。
(2)产品性能
使用温度 -30~180℃
使用压力 0.1~16MPa
内衬密度 3.65~3.86 g/cm3
内衬摩擦系数 0.04
内衬与钢管基体结合强度 ≥10 MPa
适用介质 各种无机酸、碱、盐类、部分有机物各种粉体、颗粒悬浮液的输送。
与国内衬塑料钢管、衬胶钢管相比,具有以下突出优点。
①复合层与钢管结合虽度高达10MPa以上,可在负压下长期使用。
②复合层热膨胀系数为8.7×10-6/℃,与钢管热膨胀系数l×lO-6/℃相差不大,两者物性匹配好,在温度交变作用下内衬不鼓泡、塌瘪、褶皱,法兰翻边处不开裂。
③具有优异的耐腐蚀性及耐磨性能。
④价格约比内衬F4钢管低20%。
3)应用情况。上海高桥石油化工公司高桥化工厂在丙烯腈车间生产中,为了减轻氨碱腐蚀,使用硫酸进行中和。介质,1.5%H2S04、10%硫酸铵、5%HF和少量有机物,pH值2~5,压力0.3~0.5 MPa,温度80℃。以前用内衬F4钢质管道,由于F4材料热膨胀系数比碳钢管道大10倍以上,在80℃工况下F4膨胀,内衬起泡、塌瘪、翻边处易破坏。一般用6个月、使用陶瓷树脂内衬复合钢质管道用1年半,检查良好,结合完好,表面光滑无鼓泡、塌瘪、皱褶。