关于钢厂煤气鼓风机防腐耐磨抗粘灰复合涂层工艺技术研究的项目建议书

关于钢厂煤气鼓风机防腐耐磨抗粘灰复合涂层工艺技术研究的项目建议书一、概述1、项目提出的背景：大型钢铁联合企业的高炉—转炉流程包括烧结/球团、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等生产工序,是典型的铁—煤化工过程:含铁原料经过一系列复杂的物理化学变化从天然资源冶炼成钢铁产品,含碳能源经高炉、焦炉等能源转换装置转变为高炉煤气、焦炉煤气、电等二次能源,其中煤气资源占企业总能耗的比例达40%左右。近年来，中国钢铁工业迅猛发展，据世界钢铁协会1月22日发布2012年全球钢铁生产统计数据。中国大陆2012年粗钢产量7.16亿吨，占全球钢产量的46.3%。钢铁冶金技术不断进步，使得钢铁厂副产煤气资源量越来越多，所以煤气鼓风机的使用量也日趋增加，煤气成分：CO2、CO、N2、水蒸汽，实际中气体中还含有少量的SO2、H2S、Cl-、粉尘等。其中无机粘接剂形成的，无机粘接剂形成的条件均具备，如MgO、CaO、NaO、MnO、H2O、CO2、SO2等。这些介质成分对煤气鼓风机造成腐蚀，使得风机在运行中的运行成本增加。目前，对于钢厂煤气鼓风机的表面工程技术已受到人们的高度重视，但是目前的技术无法满足防腐耐磨抗粘灰要求。之前客户使用十五天，叶片表面严重沾灰，使叶轮失去平衡无法正常使用。2、项目的目的、意义：目前，钢厂所产生的煤气中对煤气鼓风机可产生以下腐蚀：1）CO2腐蚀：CO2溶于水后对金属有极强的腐蚀性，在相同的PH值—卜，其总酸度比盐酸高，它的腐蚀是电化学腐蚀（H2O-CO2-H20），CO2腐蚀最典型的特征是呈现局部的腐蚀、轮癣状腐蚀和台面状坑蚀，其中台面状坑蚀是腐蚀过程最严重的一种情况，这种腐蚀的穿孔率很高，腐蚀速率通常可达3-7mm/年，在厌氧的条件下，可以高达20mm/年。2)H2S腐蚀：H2S在水中的溶解度比较高，因而具有强烈的腐蚀性，一般认为H2s会加速金属的电离反应，并进一步生成硫化物，当生成的硫化物致密且与基体结合良好时，对腐蚀有减缓作用，但当生成的硫化物不致密时，可与金属基体形成强电偶，反而促进了基体金属的腐蚀，另外，当金属表面中有硫化物存在时，硫化物在一定程度上阻止了氢原子向氢分子的转变，氢原子在金属表面的缺陷等部位结合成氢分子，体积膨胀，产生氢压，在氢气聚集区附近，基体内部形成拉应力，加上基体内应力的协同作用，就形成氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂。在硫化物应力腐蚀破裂中，H2S对腐蚀起着主导作用，水是引起腐蚀的必要条件，CO2的存在会促进腐蚀，把引起钢这种腐蚀环境条件称为H2S-CO2-H2O系统腐蚀。3)CL腐蚀：CL—是典型的孔蚀离子，经腐蚀过的孔有大有小，有深有浅，一般孔表面直径等于或小于孔深，但也有坑状碟形浅孔，C1先破坏叶片表面上的钝化膜，钝化膜在局部先破坏，微小破口暴露的金属成为电池的阳极，周围的未破坏的钝化膜成为阴极，阳极电流高度集中，使腐蚀迅速向内发展，形成蚀孔，蚀孔形成后，孔外部为腐蚀产物阻塞，内外的对流和扩散受到阻滞，孔内形成独特的闭塞电池，孔内的氧迅速耗尽，只剩下金属腐蚀的阳极反应，阴极反应氧离子化完全移到孔外侧进行，因此，孔内很快积累了带正电的金属离子，为了保持电中性，带负电C1-外迁移入孔内，C1-增浓，金属离子水解产生H+，孔内PH值下降，H+和C1-形成腐蚀强烈的盐酸，当孔内PH值下降到某一临界值，腐蚀率突然上升，形成加速腐蚀，孔内产生阴极加氢反应，孔蚀由闭塞区酸性电池控制。蚀孔形成后，是否深入发展直至穿孔，由于影响因素复杂，难以预测，一般孔小，电流集中，深入发展的可能性大，如孔多又浅，闭塞程度不大，穿孔的程度较小。4)含尘气体流速引起的磨损腐蚀金属表面受高流速和湍流状的含尘气体冲击。同时遭到磨损和腐蚀的破坏，称为磨损腐蚀，金属在高速气流冲击下，在化学介质的协同作用下，保护膜破坏，破口处裸金属加速腐蚀，如果流体中含有固体颗粒，磨损腐蚀更为严重。5）SO2腐蚀SO2是一种弱酸性气体，它所引起的腐蚀主要是均匀腐蚀，被蚀金属与肋：反应时，一方面在其表面形成溶有s原子的氧化皮或是溶有硫化物的氧化皮，另一方面，在金属内部深处溶入的硫与活泼元素组成相应的硫蚀相。总之，从以上介质和腐蚀原因来看，鼓风机的腐蚀属于多介质，多种类复合型腐蚀，各个介质之间的协同作用比单一介质的腐蚀要强，由于腐蚀的产生，叶轮在高变应力作用下，在腐蚀坑点形成应力集中，这样长时间使用易产生疲劳应力微裂纹，这个微裂纹不断扩展造成疲劳断裂，另外粘灰易使叶轮使用失去平衡。其中沾灰主要是无机粘接剂形成的，无机粘接剂形成的条件均具备，如MgO、CaO、NaO、MnO、H2O、CO2、SO2等。根据以上可知钢厂鼓风机叶轮主要是以防腐为主，兼具耐磨，且具有抗粘灰性。所以研制钢厂煤气鼓风机防腐耐磨抗粘灰复合涂层对于延长钢厂的鼓风机使用寿命和减少使用成本具有重大意义。二、项目立项的重要性和市场分析：1、项目技术攻关的必要性：复合涂层技术的应用涉及各行各业，涵盖了方方面面，正在进入一个高速发展阶段。近年来，世界各国都在研究新型的复合涂层。我国炼钢厂的产量逐年增加，世界钢铁协会1月22日发布2012年全球钢铁生产统计数据。中国大陆2012年粗钢产量7.16亿吨，占全球钢产量的46.3%。由此可知，每年的煤气产量也大大增加。所以，研究出一种具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、不沾灰等许多优越性能的复合涂层能够提高产品质量、延长产品寿命、节约能源，降低能耗，应用前景广阔，值得深入系统研究。2、项目的市场需求分析复合涂层技术研究方兴未艾，具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射等许多优于固体材料本身的优越性能的复合涂层能够提高产品质量、延长产品寿命、节约能源，应用前景广阔，值得深入系统研究。涂层技术的应用涉及各行各业，涵盖了方方面面，正在进入一个高速发展阶段。现在，世界各国都已将涂层工艺的发展列为重大科技发展项目。近年来,中国钢铁工业迅猛发展,钢铁冶金技术不断进步,使得钢铁厂副产煤气资源量越来越多，所以煤气鼓风机的使用量的日趋增加。开发出防腐耐磨抗粘灰的复合涂层对于钢厂煤气鼓风机的使用寿命及使用成本将有很大意义。市场需求量的日渐增加，此防腐耐磨抗粘灰复合涂层具有极大的市场潜力。3、相关领域国内外技术现状、发展趋势及现在工作基础1）国内外技术现状、专利等知识产权情况分析表面工程技术工艺方法种类繁多，目前尚无统一公认的分类方法，一般认为可划分为表面涂镀技术、表面扩渗技术和表面处理技术。许多表面工程技术已得到较充分研究或应用，并取得明显经济效益。在基体材料表面实施单一表面工程技术基础上，近年来人们又开始研究复合涂层技术，即在同一基材表面进行两种不同类别的表面工程技术处理。目前复合涂层技术尚无准确定义划分，但就目前研究现状看，大致分为两类。某些复合涂层技术仅是二种表面工程技术的叠加，基体表面实施一种表面工程技术后，再进行另外表面工程技术处理，二种表面工程技术发挥各自作用，改善基体表面状态，提高材料表面性能。而另一些表面涂层技术，则是二种表面工程技术在制备过程中相互发生一定的化学或冶金反应，从而形成新的复合相，改变表面层组织结构，增加界面结合强度。2）国内外技术发展的趋势复合涂层具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射等许多优于固体材料本身的优越性能的复合涂层能够提高产品质量、延长产品寿命、节约能源，应用前景广阔，值得深入系统研究。涂层技术的应用涉及各行各业，涵盖了方方面面，正在进入一个高速发展阶段。现在，世界各国都已将涂层工艺的发展列为重大科技发展项目。复合涂层技术虽早已得到试验研究，但作为一种特定的表面工程技术手段尚缺少系统研究，大部分复合涂层技术仅仅是二种表面工程技术的叠加，今后开发研究“反应型”复合涂层技术值得人们关注。目前称之为复合涂层技术这一表面工程技术，从其基本概念、技术内涵和内容、二种表面工程技术的选择匹配及组合、特别是表面层组织结构变化均值得全面系统研究，可以设想“反应型”复合涂层技术将使材料获得真正(1+1)＞2的复合效果。3）现有工作基础本研究已经有了近两年的的前期的研究，收集了国内外有关的资料，确定了初步的路线，并进行了初步的研究，已完全具备该项目的条件，本项目组多年来一直从事腐蚀与防护的有关研究，项目组负责长期进行化工设备的防腐处理技术的研究与开发，具有丰富的科研经验和工业化生产能力课题组成员，既有知识和经验丰富的老师，企业技术工作者。初步完成以下工作：(1)复合涂层技术配方的筛选工作已完成，复合涂层工艺线路已确定。(2)该复合涂层的试验的基础工作已完成，有关性能指标已测试。四、项目计划目标及主要研究内容：1、主要目标：钢厂煤气鼓风机防腐耐磨抗粘灰复合涂层工艺技术；2、研发的主要内容：1）喷涂TiO2-TiN防腐和耐磨涂层：粘接强度大于45Mpa，TiN是一种氮化物陶瓷，又是一种钛合金，硬度达到1800HV，是一种防腐耐磨材料；2）中间层改性氟涂料的制备；3）喷涂防腐抗粘灰涂层：该涂层结合强度不低于2级，具有一定的抗冲击性，使用温度为240℃以内，短时间260℃以内，所谓抗粘是指表面未径特殊的化学处理，任何粘接材料和它不能结合粘在一起；3、项目的技术关键、技术难点、创新点：1、喷涂TiO2-TiN时，空气和氮气的配合比2、雾化气体流速及喷钛的工艺参数3、表面抗粘涂层的制备及固化工艺五、技术经济效益、市场分析1、技术经济经效益分析；钢厂煤气鼓风机防腐耐磨抗粘灰复合涂层制备过程，底层采用喷涂TiO2-TiN，中间层采用改性的水性氟涂料过度，水性涂料充分填充喷涂TiO2-TiN的空隙，和TiO2-TiN反应固化，形成良好的粘接中间层。表面喷涂抗粘涂料，经高温固化后，最终形成耐高温，耐腐蚀，耐磨，不沾灰的复合涂层。该复合涂层可解决钢厂煤气中的介质腐蚀和叶片表面沾灰现象。这种新型的防腐耐磨抗粘灰复合涂层，使材料获得(1+1)＞2的复合效果，并且低污染，高性能，节省能源，降低能耗，具有很好应用前景。2、推行应用前景分析钢厂煤气鼓风机防腐耐磨抗粘灰复合涂层，具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗沾灰等特点，应用于钢厂煤气鼓风机上，能够提高产品质量、延长产品寿命、节约能源，应用前景广阔，可带来巨大的经济效益。3、项目实施的风险分析（1）技术风险：本研究已有近两年的前期研究基础，其基础扎实，技术成熟，不仅收集了大量国内外有关资料，确定了初步的实验路线，而且进行了实验室的初步研究已完全有能力投资该产品，在技术上无风险。（2）市场风险：因我单位目前的复合涂层工艺路线可靠性高，使用寿命长，高的质量使我们在市场中可立于不败之地，市场风险近乎为零。六、单位及组成人员情况1、单位简介：咸阳德邦化工科技有限公司是一支专门从事化工产品及新材料的研究、开发、生产、销售和技术服务的科技型企业。咸阳德邦化工科技有限公司现在职称管理技术人员38人，其中高级职称5人，中级职称20人，注册资金50万元，占地3000平方米，各类设备仪器35台，长期从事新材料研制、开发。科研投入开发资金大，产品成果多，是一支化工行业的新生军。2、项目主要负责人简介付雨生，西北大学，织沟通能力，团结同事，工作兢业，熟知法律、合同等方面知识，对财务、人事也有更多的了解，是一个年轻有为、积极进取的管理干部，具有担当该项目负责人的能力。2、项目组成人员：付雨生：西北大学工商品管理戴宏民：西北大学化工工程杨凯：陕西理工学院化学工程与工艺赵健：陕西科技大学应用化学七、必要支撑条件，组织实施方式及组织实施步骤1、必要技术条件人：固定研发队伍，增强技术素质，提高技术职能，满足研发队伍所需人才的配备，做好后勤保障。财：满足研发所用款项，做到专款专用。物：满足研发所用设备仪器要求，一切为研发让路。3、组织管理措施：为了该项目的顺利实施，所召开了专题讨论会，决定成立课题攻关小组，组长由项目负责人担任，品质部部长随时跟踪就复合涂层制备中出现的问题讨论方案召开质量分析会随时改进，保证该项目落到实处，财务部拨出专项研制经费，物质采购随时保证所需材料按时到位、人力资源部保证人力资源，满足研制需要。3、组织实施步骤第一、技术部实验室已做了大量的基础研究工作，