背包陶瓷复合钢管

一、耐磨陶瓷复合管产品技术指标、参数及性能的详细说明

1 .陶瓷复合管介绍

陶瓷复合管是“863”计划中研制成功并产业化具有国际先进水平的新型复合材料。
　　该产品采用自蔓延高温合成法（SHS）制造，此技术已于1994年元月通过冶金部技术鉴定，并被“863”计划新材料专家组列为重点支持发展的产品。产品利用铝热反应自身放热熔融反应物，在离心力作用下使Al₂O₃和Fe的分离原理，复合管从内而外分别是刚玉陶瓷（AL₂O₃）层、过渡层和钢管层，产品综合利用了氧化铝硬度高、化学惰性、高强度和塑性好的优点，具有其它管材无法比拟的优异综合性能和良好的耐磨、耐热、耐蚀和热冲击性能。
　　陶瓷钢铁复合管已广泛用于电力、钢铁、冶金、矿山、煤炭、水泥和铸铝业，经电厂煤粉、灰渣和矿山尾矿、铁矿粉输送、矿井回填等使用表明，其寿命比普通钢管高10倍以上。

2. 陶瓷复合管生产工艺

陶瓷复合管是采用自蔓延高温合成―离心法制造的。即将无缝钢管放在离心机的管模内，在钢管内加入氧化铁粉和铝粉混合物，这种混合物在化学中称为铝热剂。离心机管模旋转达到一定速度后，经一火星点燃铝热剂，铝热剂立即自己燃烧，燃烧波迅速蔓延，在蔓延时发生如下剧烈的化学反应：

2Al+Fe₂O₃=Al₂O₃+2Fe+836KJ

3Fe₃O₄+8Al=4Al₂O₃+9Fe+3265KJ

 铝热剂反应后生成物为稳定型α-Al₂O₃（即刚玉）和铁，同时放出大量热量。这些热量如在绝热条件下，绝热温度可达到3753K和3509K，它使钢管内原来物料以及反应后的生成物，即使熔点为2045℃的刚玉也都变成熔液。由于反应非常迅速，只有数秒钟，熔融反应物在离心力作用下，迅速按比重大小进行分离。铁的比重（7.85g/㎝³）为Al₂O₃ 比重（3.95g/㎝³）两倍，较重的铁被离心力甩到钢管内壁，较轻的Al₂O₃则分布在铁层的内层。由于钢管迅速吸热和传热，Al₂O₃ 和Fe 很快达到凝固点，分层凝固。形成的陶瓷钢管从内到外分别为刚玉瓷层，以铁等聚合物为主的过渡层，以及外部的钢管层。高温熔融的铁液和Al₂O₃液，与钢管内壁接触，使钢管内壁处于半熔融状态，使铁层与钢管形成冶金结合，铁层与刚玉瓷层间也形成牢固的机械结合，其结合压剪强度（即在轴向把陶瓷层压出时强度）≥15MPa；陶瓷钢管压溃强度（即从管外把管内陶瓷压碎时的强度）≥50MPa。

3. 陶瓷复合管性能

与传统生产工艺截然不同，采用自蔓延技术生产的陶瓷复合管具有独特的组织结构。独特的组织结构又决定了它优良的综合性能。它抗磨损、耐高温、有高的硬度和强度，并且抗热冲击的性能。

陶瓷复合管与传统的钢管、耐磨合金铸钢管、铸石管以及钢塑、钢橡管等有着本质性区别。陶瓷钢管外层是无缝钢管，内层是刚玉。刚玉层硬度高达HV1100-1400，相当于钨钴硬质合金，耐磨性比碳钢管高20倍以上。陶瓷钢管抗磨损主要是靠内层几毫米厚的刚玉层，这比耐磨合金钢管、铸石管既靠成分和组织，又靠厚度来抗磨已经有了质的飞跃。

    陶瓷钢管中刚玉熔点为2045℃，刚玉层与钢层由于工艺原因结构特殊，应力场也特殊。在常温下陶瓷层受到压应力，钢层受到拉应力。只有温度升高到400℃以上，由于二者热膨胀系数不一样，热膨胀产生的新应力场才使陶瓷钢管中原来存在的应力场相互抵消，使陶瓷层与钢铁层两者处于应力平衡状态。当温度升高到900℃，把陶瓷钢管放入冷水中，反复多次，陶瓷层也不裂缝或崩裂，表现出普通陶瓷无可比拟的抗热冲击性能，这一性能在工程施工中大有用处。由于外层是钢铁，加之内层升温也不崩裂，在施工中，对法兰、吹扫口、防爆门等能进行焊接，也可用直接焊接方法进行管道连接，这比磨合金铸钢管、铸石管和钢塑、钢橡管在施工中不易焊接或不能焊接更胜一筹陶瓷钢管抗机械冲击性能也好，在运输、安装、敲打以及在等离子气割下，刚玉层均不破裂脱落。

陶瓷钢管内层为致密α型三氧化二铝，耐酸度96-98%。三氧化二铝属中性氧化物，与酸、碱、盐均不起化学反应。三氧化二铝是无机物质，在光、热、氧等自然环境长期作用下，不存在性能变坏（即老化）问题。经测定陶瓷钢管耐蚀性比不锈钢高十倍。陶瓷钢管具体性能详见表1-6。

表1、陶瓷钢管的物理机械性能

注：①无缝钢管厚8㎜，陶瓷层和过渡层总厚度2.5～3.5㎜,从管外把管内MPa陶瓷压碎时的强度。

　　②在陶瓷钢管轴向把陶瓷层从无缝钢管内压出时的强度。

　　③温度范围-30～500℃。

表2、输送铁矿精粉耐磨对比试验

    注：①该矿重选车间管道，矿石粒度<2㎜，重量浓度30%

②陶瓷钢管外径φ245，厚8㎜，陶瓷层厚4㎜，20#碳钢管厚9㎜

   ③此对比试验目前仍在继续进行，比值175只是根据三年年实践的推算数据

表3、火电厂送粉管路不同材质弯管对比试验

表4、火电厂气力除灰管路不同材质弯管对比试验

表5、经权威单位进行输灰阻力特性测试结果如下：

表6、陶瓷内衬复合钢管耐酸度（按耐酸陶瓷标准ZBG94003-86）

4.多元复合钢管介绍

扬州金鑫陶瓷复合钢管有限公司是生产各种复合钢管的专业厂家，近一年来公司的科研人员根据市场需求，集众家所长在原有各种复合钢管基础上，研制开发出了一种全新的复合钢管，即多元复合钢管。

多元复合钢管，与目前国内的普通陶瓷复合钢管不同之处在于陶瓷管内壁多了一层高分子聚合物材料，具有优异的耐磨、耐酸、耐碱、防结垢、耐辐射、耐水解老化等综合性能，打破了以前各种复合钢管在实际应用中的局限性，避免了普通陶瓷复合钢管的局限性，广泛用于电力、煤炭、矿山、建材、化工等行业输送煤粉、灰渣、矿粉、铝液、泥浆等磨削性颗粒物料和腐蚀性介质，是较为理想的新一代复合钢管。

5. 多元复合钢管性能

陶瓷复合钢管性能描述

1、优异的耐磨性

普通的陶瓷复合钢管的内层为莫氏陶瓷，耐磨指数为0.04，而多元复合钢管内的多元复合层的耐磨指数为0.02，两者复合后，其耐磨性能是普通陶瓷复合钢管的2.5倍左右。特别适用于电站除灰、煤粉输送管道以及矿山输送和回填管道等。

2、耐腐蚀、防结垢

多元复合钢管具有优异的耐酸碱腐蚀和海水腐蚀及防结垢特性。耐酸度98－99％耐蚀性比普通陶瓷复合钢管高2倍，是各种酸、碱及腐蚀性气体、流体理想的输送管道，亦可用于结垢严重的除灰管道。

3、耐温性能好

陶瓷内衬复合钢管能在-50—900℃温度范围内长期正常运行，材料线膨胀系数6~8*10—6℃。

4、重量轻、节省钢材

   内衬陶瓷钢管较铜壁厚的钢管和耐磨合金铸造的钢管重量轻约40%；较同类规格的石复合管要节约近60%—70%，可以减少支架费用，减轻安装、运输、检验时候的劳动强度和费用，节省钢材。

5、造价低

   内衬陶瓷管与耐磨合金铸钢管相当，其重量轻，单位长度重量价格比耐磨合金铸钢管低20%-30%，工程总造价与铸石相当，比耐磨合金铸管低。

6、运行阻力小

   内衬陶瓷钢管的阻力系数比普通钢管低，可以降管件运行阻力，从而降低运行费用。

7、便于项目施工安装

   内衬陶瓷钢管可用于焊接、法兰、柔性快速接头等联络方式，其重量轻、运输、安装、施工便利。