專(zhuān)利名稱(chēng)：一種帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種能夠提高抗沖蝕性能的水煤漿噴嘴及其制備方法方法，具體 涉及一種帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴及其制備方法。
背景技術(shù)：
水煤漿噴嘴是水煤漿氣化爐的核心部件，在工作過(guò)程中中心噴管(圖1中所示3) 中的氧氣與內(nèi)環(huán)道(圖1中所示2)的水煤漿混合后，再與外環(huán)道(圖1中所示1)的主氧混 合從噴嘴噴出。在出口所在的爐內(nèi)形成一股具有一定長(zhǎng)度黑區(qū)的穩(wěn)定火焰，從而為氣化創(chuàng) 造條件。水煤漿一般是由60-70%左右的煤粉和30-40%左右的水以及少量的化學(xué)添加劑 通過(guò)物理方法制成。水煤漿具有濃度高、粘度大、霧化困難等問(wèn)題。同時(shí)煤粉中的黃鐵礦、 石英等許多高硬度雜質(zhì)的存在，使其在較高的線速度下通過(guò)水煤漿噴嘴時(shí)，在噴嘴內(nèi)壁產(chǎn) 生嚴(yán)重沖蝕作用。一般可見(jiàn)，噴嘴內(nèi)部磨損表面處存在大量犁溝、溝槽和凹坑(丁澤良等， 摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2003)，從而嚴(yán)重影響噴嘴的霧化效果，降低煤漿的燃燒率。同時(shí)煤氣中的一氧 化碳含量和煤氣壓力不能達(dá)到要求，需要停爐進(jìn)行更換和修復(fù)。嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的連續(xù)、高 效運(yùn)行，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前國(guó)內(nèi)外制作水煤漿噴嘴主要采用金屬、硬質(zhì)合金和陶瓷。由于金屬材料具有 良好的加工工藝性，可用于制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜的噴嘴。但由于金屬材料的硬度低，在低角沖蝕條 件下沖蝕率較高，因而用其制作的噴嘴通常沖蝕磨損嚴(yán)重，使用壽命短。硬質(zhì)合金具有高硬 度、高彈性模量及耐酸、耐堿和抗氧化性好等特性，且在水煤漿的低角度沖蝕下，硬質(zhì)合金 的沖蝕率比金屬材料小得多。但是硬質(zhì)合金屬于脆性材料，韌性和抗沖擊性能低于金屬材 料，而且其加工工藝性能差，不適合制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜的噴嘴。陶瓷材料也具備金屬材料所不具 備的優(yōu)點(diǎn)，包括高熔點(diǎn)、耐磨損、耐腐蝕等特點(diǎn)。但是它難加工、韌性差、脆性大，依然不能滿(mǎn) 足加工工藝的要求。可見(jiàn)，單一的噴嘴材料不能滿(mǎn)足噴嘴的實(shí)際使用需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有水煤漿噴嘴在工作中存在沖蝕磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供 一種帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴及其制備方法，旨在提高水煤漿噴嘴的抗沖蝕性 能，延長(zhǎng)噴嘴使用壽命。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種帶有鎳_碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴，所述的水煤漿噴嘴具有水煤漿通道1、主 氧外環(huán)通道2和主氧中心噴管3，其特征在于，水煤漿通道1的內(nèi)壁帶有一層鎳-碳化鎢涂 層4，鎳-碳化鎢涂層4的高度為從水煤漿通道1出口到距離水煤漿通道1出口 L+ (0. 1 0. 2)L處，其中，L為水煤漿通道1的通道拐角處5到水煤漿通道1出口的距離；所述的 鎳-碳化鎢涂層組分的質(zhì)量百分比為碳化鎢15 25%，鎳75 85%。鎳-碳化鎢涂層4的厚度為200 300微米。本發(fā)明還提供一種帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟1、將噴嘴水煤漿通道處的沖蝕磨損嚴(yán)重部位，即從水煤漿通道1出口到距離水煤 漿通道1出口處L+(0. 1 0. 2)L的內(nèi)孔周向范圍的內(nèi)壁，噴砂粗化處理后經(jīng)丙酮清洗；2、采用激光熔覆法，在步驟1所述的沖蝕磨損嚴(yán)重部位制備鎳-碳化鎢涂層，涂層 組成為15-25% WC和75-85% Ni，從而制成帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴。有益效果在相同的沖蝕速度、不同的沖蝕角度下，本發(fā)明的水煤漿噴嘴的沖蝕率小于沒(méi)有 涂層的單一材料噴嘴，其抗沖蝕性能比哈氏合金噴嘴提高1.7倍以上，本發(fā)明的噴嘴降低 了水煤漿噴嘴的沖蝕磨損率，延長(zhǎng)了水煤漿噴嘴的使用壽命。且工藝簡(jiǎn)單，實(shí)施性強(qiáng)。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的剖面圖。其中1_水煤漿通道，2-主氧外環(huán)通道，3-主氧中心噴管，4-鎳_碳化鎢涂層， 5-水煤漿通道拐角處，L-水煤漿通道1的通道拐角處5到水煤漿通道1出口的距離。圖2是不同材料的沖蝕率示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴，應(yīng)用涂層以提高噴嘴的抗 沖蝕磨損能力，延長(zhǎng)噴嘴的使用壽命。下面以結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明具體的實(shí)施方式。1.對(duì)沖蝕磨損嚴(yán)重對(duì)應(yīng)噴嘴部位(圖1中所示4)，即從水煤漿通道1出口到距離 水煤漿通道1出口處L+(0. 1 0. 2)L的內(nèi)孔周向范圍的內(nèi)壁，進(jìn)行噴砂粗化處理后，再經(jīng) 過(guò)丙酮超聲清洗。2.鎳粉為商用粉末，公稱(chēng)粒徑為44-74微米。碳化鎢粉粒徑在100-150微米之間。 將重量百分比15-25%碳化鎢粉末和75-85%鎳粉經(jīng)過(guò)物理方法混合成鎳-碳化鎢粉末。3.采用二氧化碳激光器制備鎳-碳化鎢涂層，涂層厚度為300微米左右。實(shí)施例以水煤漿通道恒定直徑為20厘米的噴嘴為例。1.選定沖蝕涂層制備區(qū)域此噴嘴的水煤漿通道拐角處與出口的距離為L(zhǎng) = 20厘米，由于拐角上部依然有一 定的易沖蝕區(qū)域，故選定距離出口為20+0. 1X20 = 22厘米的內(nèi)孔周向范圍為涂層制備區(qū) 域。2.粉末制備將公稱(chēng)粒徑為44-74微米的鎳粉與粒徑在100-150微米之間的碳化鎢粉，用干粉 混合機(jī)進(jìn)行混合。沖蝕涂層擬制備厚度約為300微米，故考慮到熔覆涂層面積、厚度和熔覆 效率，擬制備1公斤鎳_碳化鎢粉末備用，其中包括200克碳化鎢粉末和800克純鎳粉。3.涂層預(yù)處理采用噴砂機(jī)對(duì)沖蝕涂層的制備區(qū)域進(jìn)行粗化處理，之后用放入裝有丙酮的超聲清 洗器中進(jìn)行清洗。4.涂層制備過(guò)程
采用團(tuán)結(jié)普瑞瑪公司CP4000 二氧化碳激光器制備涂層，具體激光熔覆工藝為功 率3kW，移動(dòng)速率4mm/s，送粉電壓1IV，正離焦10mm。5.本發(fā)明的水煤漿噴嘴和哈氏合金材料水煤漿噴嘴的抗沖蝕性能比較鑒于水煤漿通道拐角處的沖蝕角度與通道下部(距出口較近處)的沖蝕角度差 異，在通道下部涂層多有碳化鎢顆粒的剝離，而拐角處則多見(jiàn)微觀切削形貌。在與水煤漿噴 嘴相同的沖蝕速度下，采用固液兩相流對(duì)水煤漿噴嘴常用材料哈氏合金、激光熔覆技術(shù)制 備鎳_碳化鎢(15-25% WC和75-85% Ni)涂層進(jìn)行沖蝕，結(jié)果表明(圖2)在不同的沖蝕 角度(沖蝕角分別為60°和30° )下，本發(fā)明的沖蝕率均小于哈氏合金的沖蝕率，抗沖蝕 壽命為無(wú)涂層噴嘴的1.7倍。可見(jiàn)，鎳-碳化鎢涂層的應(yīng)用大大提高了水煤漿噴嘴的抗沖蝕性能，延長(zhǎng)了噴嘴 的使用壽命。
權(quán)利要求
一種帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴，所述的水煤漿噴嘴具有水煤漿通道1、主氧外環(huán)通道2和主氧中心噴管3，其特征在于，水煤漿通道1的內(nèi)壁帶有一層鎳-碳化鎢涂層4，鎳-碳化鎢涂層4的高度為從水煤漿通道1出口到距離水煤漿通道1出口L+(0.1～0.2)L處，其中，L為水煤漿通道1的通道拐角處5到水煤漿通道1出口的距離；所述的鎳-碳化鎢涂層組分的質(zhì)量百分比為碳化鎢15～25％，鎳75～85％。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有鎳_碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴，其特征在于，所述的水煤漿 噴嘴帶有的鎳_碳化鎢涂層4的厚度為200 300微米。
3.—種如權(quán)利要求1所述的水煤漿噴嘴的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下 步驟1)將噴嘴水煤漿通道處的沖蝕磨損嚴(yán)重部位噴砂粗化處理后經(jīng)丙酮清洗，所述的沖蝕 磨損嚴(yán)重部位指從水煤漿通道1出口到距離水煤漿通道1出口 L+(0. 1 0. 2)L處的內(nèi)孔 周向范圍的內(nèi)壁；2)采用激光熔覆法，在步驟1所述的沖蝕磨損嚴(yán)重部位制備鎳-碳化鎢涂層，涂層組成 為15-25% WC和75-85% Ni，制成帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴及其制備方法。采用激光熔覆方法，在水煤漿通道1的內(nèi)壁上制備一層鎳-碳化鎢涂層4，鎳-碳化鎢涂層4的高度為從水煤漿通道1的出口到距離水煤漿通道1出口L+(0.1～0.2)L處，其中，L為水煤漿通道1的通道拐角處5到水煤漿通道1出口的距離；所述的鎳-碳化鎢涂層組分的質(zhì)量百分比為碳化鎢15～25％，鎳75～85％。本發(fā)明制備的帶有鎳-碳化鎢涂層的水煤漿噴嘴，能夠提高水煤漿噴嘴的抗沖蝕性能，延長(zhǎng)噴嘴的使用壽命。
文檔編號(hào)C10J3/50GK101850308SQ201010189120
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者張春子, 張顯程, 涂善東, 王衛(wèi)澤, 王建鋒, 軒福貞, 齊一華 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)