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钛钢复合板的应用现状与发展趋势

发布时间 :2021-11-12 15:09:21 浏览次数 :

钛/钢复合板的传统应用领域主要有石油化工设备、发电设备和制盐设备. 近年来,随着人们对海洋认识的加深,钛/钢复合板在海洋工程领域的应用也得到了快速发展。

1、钛钢复合板的应用现状

1)石油化工设备

在石油化工领域,钛是优良的耐腐蚀材料,在酸、碱、盐介质中具有良好的稳定性,因此钛/钢复合板广泛用于浓缩塔、反应釜、换热器、稳压罐和氧化反应冷凝器等设备。中石化乙二醇装置使用了大型钛/钢复合板塔器,直径 3.2m,总高度 51 m,主体材料为 Q345R+TA2,设备净重89.4 t 。钛/钢复合板卧式、立式反应釜在钴镍硫化物精矿、红土镍矿和稀贵金属渣等资源的湿法加压酸浸项目中得到了广泛应用。

钛钢复合板

管板是管壳式换热器的核心部件之一,钛/钢复合管板在管壳式换热器中最为常见。钛/钢复合板在耐蚀压力容器的管板、筒体和封头上的使用率也很高,钛覆层厚度根据介质的腐蚀性决定,通常选取 2~4 mm,其中3mm 是最常使用的厚度。

PTA 装置核心设备的国产化是整个装置国产化的关键之一,PX 氧化反应器、脱水塔和结晶器等大型钛/钢复合板制压力容器的国产化是其中的一项重要内容. 由南京宝色股份公司承制的 PTA氧化反应器,直径达 7800mm,长度40 m,总重 420t,容积达到1200m3 ,容器壳体用材为 Q345R+TA1,钛覆层厚度2~3 mm,是当时全球最大的钛/钢复合承压设备。

2)发电设备

我国的火力发电厂基本上都配套安装了烟气脱硫设施,燃煤机组脱硫采用石灰石湿法脱硫技术,脱硫后含有水蒸气和SO2 烟气由于温度下降凝结,凝结的高腐蚀性液体附着在烟囱内壁上侵蚀烟囱。钛/钢复合板由于良好的耐腐蚀性能和较低的材料成本被设计用于烟囱内筒材料,目前国内有超过600座电厂采用钛/钢复合板作为烟囱防腐内筒。 为了降低原料成本,烟囱内筒用的钛/钢复合板的钛覆层较薄,一般为 1.2 mm,河北沙河电厂的烟囱内筒直径 8.5 m,高 175 m,由 87.5 层层高 2m、周长 26.72 m 的钛/钢复合板拼装成圆筒形,逐层焊接垂直顶升形成,所用钛/钢复合板基层碳钢(Q235B)厚度 12~16 mm、覆层钛(TA2)厚度1.2 mm。

瑞典最早在20世纪80年代将钛/钢复合管板用于核电冷凝器设备,随后德国、法国、美国和科威特等在大型火电站及核电站中也开始使用钛/钢复合板,日本在滨海电站及海水淡化装置中的凝汽器和换热器上同样使用了钛/钢复合管板。国内凝汽器大幅面钛/钢复合管板的应用始于20世纪90年代初,但由于当时国内大幅面钛/钢复合板制备技术尚不成熟,尤其在结合率、不平度等指标和可承受持续加工特性方面达不到该领域的特殊要求,所以日本旭化成公司和美国 DMC 公司很长一段时间以来一直垄断着该领域的中国市场。

3)制盐设备

钛具有优异的抗海水及耐氯化物溶液腐蚀及流体冲刷的性能,特别适合作为制盐设备中蒸发罐的壳体材料,对于防止蒸发罐壁结盐垢,延长洗罐周期有良好效果. 1985年,内蒙古吉兰泰盐场率先将钛/钢复合板用于真空制盐蒸发室的Ⅱ-Ⅳ效蒸发室主体材料,实践证明钛/钢复合板制造的蒸发室可减缓腐蚀和结盐垢,延长生产周期,提高盐质白度和均匀性。2007 年,宝钛集团复合板公司向四川久大制盐有限责任公司提供了600 多吨TA2/TA10 钛/钢复合板,用于60万吨真空制盐项目的设备。

4)海洋工程

在海洋工程中,钛/钢复合板不仅能满足海洋环境下的耐蚀要求,而且是环境友好型材料,在海水中无毒害,对海洋生态环境没有不良影响,特别适合用作海洋土木领域的防蚀材料。日本因其四面临海的特殊地理位置,开展了钛/钢复合板在浮式海洋构筑物的适用性研究,已实用或。日本在横须贺建造了一个超大型浮式海洋构筑物,在海水飞沫冲刷处使用了钛/钢复合板;日本跨海大桥也将钛/钢复合板应用到桥柱飞溅区。随着人们对海洋的开发力度不断加大,钛/钢复合板在海洋油气开发、海港建筑、沿海发电站、海水淡化、船舶、海洋渔业及海洋热能转换等领域的应用将越来越广泛。

2、钛/钢复合板的发展趋势

随着人们对钛的认识逐渐加深,钛/钢复合板的应用领域也从传统的石油化工、航空航天向土木建筑和海洋工程等领域拓展. 市场对超薄、超厚、高强高耐蚀和界面强冶金结合的钛/钢复合板的需求逐渐增大. 在保证耐腐蚀性能的前提下减小钛覆层厚度,可减少钛的使用,降低成本。由于钛和钢的热物理性能差异较大,钛/钢复合板的焊接加工非常困难,而宽板幅钛/钢复合板可以减少焊缝数量,降低加工成本,提高生产效率. 基于以上原因,钛/钢复合板的发展趋势是薄覆层、厚度薄、宽板幅、高性能和低成本。

钛/钢复合板的制备方法和工艺直接决定了其尺寸规格和性能,所以制备方法和工艺成为了该领域近年的研究热点。激光工程化净成形技术 、放电等离子烧结技术 、喷射沉积法和钎焊复合法 也被用于制备钛/钢复合板,但这些方法目前都仅限于实验室研究。现在国内企业制备钛/钢复合板最常用的方法是爆炸复合法,而在日本热轧复合法已经成为制备钛/钢复合板的主流方法,随着国内轧机能力的提升,热轧复合法也正在逐渐替代爆炸复合法成为该领域的发展主流,鞍钢、南钢和济钢等大型国有企业都开始采用真空制坯热轧复合法生产钛/钢复合板。 然而,真空制坯热轧复合法对设备要求较高,工艺繁琐,界面焊接质量要求严格,限制了该技术的大规模推广应用。因此,钛/钢复合板低成本、高效率和短流程制备技术的开发是该领域亟待解决的难题之一,也成为了该领域的当务之急和主要发展趋势。

针对上述问题,刘雪峰等 开发了钛/钢复合板两步轧制复合法(又称“冷‒热轧制复合法”),先将原材料纯钛板和 Q235 低碳钢板待复合表面进行打磨、清洁等处理后,无需添加任何过渡层金属,直接层叠进行预复合轧制,接着在空气氛围下加热后再进行终复合轧制,该方法利用预复合轧制工序替代了传统热轧复合法中的真空制坯工序,工艺流程短、成材率高、制备成本低,制备的钛/钢复合板的界面结合质量稳定,界面结合强度超过230MPa,特别适合低成本制备薄覆层、厚度薄、宽幅、高性能的钛/钢复合板。

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