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［摘 要］循环流化床（CFB）锅炉受热面管壁常因高温磨损与腐蚀，造成管子的泄露，使机组停机，严重危及电厂的安全运行等受热面的磨损问题，一直困扰着锅炉的正常运行。通过实践，采用超音速热喷涂技术解决锅炉管的腐蚀和磨损问题，是切实可行的，且喷涂后在4年内不会因腐蚀和磨损造成该部位爆管等事故。
［关键词 ］超音速电弧喷涂，耐磨，应用，原理，技术参数，施工工艺，工艺流程，注意事项，技术要求。
一、锅炉“四管”防磨防腐喷涂的应用概述：
CFB锅炉金属受热面的磨损通常出现在下列位置：
1.燃烧室下部耐火层终端以上2-3m的密相区（严重）
2.燃烧室四角耐火层上部管段（严重）
3.水冷壁管焊缝部位（严重）
4.炉顶出口两侧水冷壁管（严重）
5.燃烧室上部水冷壁管（严重）
6.水冷屏下部及两侧（严重）
7.炉顶出气口及检测口两侧（严重）
8.其它某些部位
磨损与腐蚀产生的原因是与锅炉的工作状况及使用的燃料有直接关系。锅炉燃煤室温度一般在900℃-1000℃，管壁温度也将达到450℃-550℃。在工作中，沸腾的介质以粒子的形式对管壁高速冲刷，由于管壁材料一般是20G锅炉钢，由于处在高温状态，表面硬度较低，因而磨损较快，同时燃烧的燃料产生的H2S气体，对管壁有强烈的腐蚀作用，腐蚀产生的新物质在高温下硬度还低于20G锅炉钢，因而加剧了管壁的磨损。特别是CFB锅炉，使用的燃料大多是含矸量较大的劣质煤，更加剧了锅炉各部件的磨损。
对锅炉管进行的各种防护，如：加装保护套、导向片、高铬合金耐磨瓦、堆焊等方法，在耐磨效果、热传导和运转等方面，或多或少的存在的缺陷。经过多年的对比实验，并结合国外技术，目前采用热喷涂技术是唯一可行效果最佳方案。这是因为采用热喷涂技术有以下好处：
1、熱喷涂工艺方法较多，能按照现场的需求，提供多种工艺，形成满足需要的涂层；
2、涂层材料有数百种之多，可形成特殊性能的涂层，以满足不同的工况要求；
3、涂层均匀度高，致密性好，且喷涂工件不变形，不会改变工件的物理和化学形态；
4、涂层的物理性能、结合强度、膨胀系数及传热效果等方面，都能满足锅炉运转的要求；
5、操作灵活方便、能在炉内及现场作业、施工速度快、成本较低。
二、超音速电弧喷涂技术主要性能及参数
超音速电弧喷涂技术是利用燃烧于两根连续送进的被喷涂金属线材之间的电弧作为热源，来使金属线材熔化，用高速气流把熔化的金属雾化成微粒，并使雾化的金属粒子加速，同时通过特制的拉伐尔枪嘴使雾化的粒子加速以接近音速射流，沉积到工件表面形成涂层的技术。
在相同的工艺条件下，喷涂材料的选择成为决定涂层质量的关键。针对锅炉“四管”的工作条件，“HBK”材料的研制，充分考虑到CFB锅炉金属受热面的磨损机制、特点和要求。该丝材是粉芯结构，粉末含多种组份，经团聚后，各组份在各级粒度中分布均匀，避免了传统粉芯丝制造中的不均匀性。丝材整体含57%的塑性相43%的硬质相。硬质相是由非晶物质组成的陶瓷，硬度高，呈微粒状，经喷涂后，这些微粒均匀分布于整体涂层中，微粒镶嵌在塑性体中，硬质微粒之间的空隙小于冲蚀介质的粒子尺寸。这种涂层体系充分考虑到CFB炉内颗粒的大小浓度及冲击角度的实况，符合磨损机制的要求，表现了良好的抗磨性。
该材料形成的涂层的主要技术参数是：
1、主要成分：Cr 、Fe 、Mo、 B、 C、 WC、 CrC、 AL、 Ni
2、主要结构：非品陶瓷硬质43%（涂层中含有大量非晶以及 FeCr、FeB相a-Fe相等）；
金属塑性相57%；
3、主要参数：线径：2.0mm；
熔点：1400℃左右；
结合强度：65-70MPa；
硬度（HRC）:68-70;
孔隙率：＜1%；
密度：7.7-7.8克/cm³；
膨胀系数：12.30×10-6/k；
耐磨性：相对耐磨性是Q235钢的18倍以上。
三、超音速电弧喷涂施工的步骤 ：
施工工艺流程：表面预处理——喷砂作业——喷涂作业——预测厚度——封孔处理。
1、进行表面预处理。
2、喷砂作业。由于工作面长期在高温含硫的环境下工作，表面存在一定的高温氧化层和灰垢，而采用超音速电弧喷涂技术制备涂层时，对工作面的清洁程度要求比较高，所以必须采用高压空气进行喷砂处理，使其达到制备涂层所需的清洁度和粗糙度。按国标GB11373-89热喷涂金属表面与处理通则规定，用抛砂机将待喷涂水冷壁管表面氧化物、焊渣、油污等抛干净，露出活性的金属表面。用喷砂机对防护炉管表面进行喷砂处理，达到表面干燥，无灰尘、油脂、污垢和锈斑，且粗糙度达到M或C级。
3、喷涂作业。按甲方的要求，选用自制的材料代号HBK喷涂丝材进行喷涂。并使用电弧喷涂专用电源进行喷涂。对喷砂后的工作面进行喷涂作业时，涂层表面要求平整、光洁、致密、不起尘和不鼓泡，基材不变形，孔隙率低于0.9%。对喷涂表面进行检查，检查涂层是否有裂纹、起皮、颗粒粗大等，如有缺陷应及时返工。
4、预测厚度。根据所使用的材料的重量，喷涂的面积以及材料的比重，来预测喷涂厚度。
5、封孔处理。选用合适的封孔剂，进行封孔处理。由于超音速电弧喷涂是采用电弧将合金丝材熔化后通过拉伐尔喷嘴将雾化后的合金丝材以超音速的速度附着在工作表面，但熔化后的合金丝材仍是颗粒状态，它们之间仍有一定的空隙，选用高温抗磨涂料作为封孔剂来填补涂层的空隙，该涂料在高温下形成坚硬的陶瓷层，质密性好，能够填补超音速电弧喷涂时所留下的空隙，从而使涂层能够达到更好的防磨、防腐效果。采用高温专用封孔剂对金属热喷涂涂层表面进行封孔，还可阻止空气中的氧气通过微小的涂层孔隙进入涂层内部，提高表面光洁度。
四、施工中应注意的问题
着重把握如下几个关键点：一是先对受热面进行清理，应选用铁砂或刚玉砂，不要采用河砂，否则无法达到高的结合强度而造成涂层脱落；二是一定要采用渗透性好，耐高温、抗腐蚀的材料作封孔剂，否则无法达到封闭毛细孔的效果；三是防护层的厚度一般以0.3～0.6mm为宜，平均厚度为0.4mm比较理想，如果涂层过薄会失去防护效果，如果涂层过厚，会出现起泡或剥落现象。
五、施工技术要求
喷涂层结合强度好，没有起皮、脱落、裂纹等现象；抗高温氧化性强，磨损量少，不变形；喷涂后不影响受热面传热，不影响原受热面管材的理化性能；施工质量保证涂层使用寿命为4年。
参考文献
1、《循环流化床锅炉理论设计与运行》岑可法，倪明江，骆仲泱，中国电力出版社，1998；2、《传热学》杨世铭，高等教育出版社，1997；3、《工程热力学》丹芩，敖越，朱克雄，高等教育出版社，19804、 《燃烧理论与燃烧技术》沈际群，常宏哲，高等教育出版社，1996
5、《2006版新编喷涂新工艺新技术及喷涂设备应用全书》主编：李诚铭，中国知识出版社。
作者简介：李春福，男，1964年出生，2001年中国计量学院（成教院）理化测试专业毕业，，助工职称。现任鹤岗市特种设备检验研究所检验员. 从事锅炉检验工作。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
［关键词 ］超音速电弧喷涂，耐磨，应用，原理，技术参数，施工工艺，工艺流程，注意事项，技术要求。
一、锅炉“四管”防磨防腐喷涂的应用概述：
CFB锅炉金属受热面的磨损通常出现在下列位置：
1.燃烧室下部耐火层终端以上2-3m的密相区（严重）
2.燃烧室四角耐火层上部管段（严重）
3.水冷壁管焊缝部位（严重）
4.炉顶出口两侧水冷壁管（严重）
5.燃烧室上部水冷壁管（严重）
6.水冷屏下部及两侧（严重）
7.炉顶出气口及检测口两侧（严重）
8.其它某些部位
磨损与腐蚀产生的原因是与锅炉的工作状况及使用的燃料有直接关系。锅炉燃煤室温度一般在900℃-1000℃，管壁温度也将达到450℃-550℃。在工作中，沸腾的介质以粒子的形式对管壁高速冲刷，由于管壁材料一般是20G锅炉钢，由于处在高温状态，表面硬度较低，因而磨损较快，同时燃烧的燃料产生的H2S气体，对管壁有强烈的腐蚀作用，腐蚀产生的新物质在高温下硬度还低于20G锅炉钢，因而加剧了管壁的磨损。特别是CFB锅炉，使用的燃料大多是含矸量较大的劣质煤，更加剧了锅炉各部件的磨损。
对锅炉管进行的各种防护，如：加装保护套、导向片、高铬合金耐磨瓦、堆焊等方法，在耐磨效果、热传导和运转等方面，或多或少的存在的缺陷。经过多年的对比实验，并结合国外技术，目前采用热喷涂技术是唯一可行效果最佳方案。这是因为采用热喷涂技术有以下好处：
1、熱喷涂工艺方法较多，能按照现场的需求，提供多种工艺，形成满足需要的涂层；
2、涂层材料有数百种之多，可形成特殊性能的涂层，以满足不同的工况要求；
3、涂层均匀度高，致密性好，且喷涂工件不变形，不会改变工件的物理和化学形态；
4、涂层的物理性能、结合强度、膨胀系数及传热效果等方面，都能满足锅炉运转的要求；
5、操作灵活方便、能在炉内及现场作业、施工速度快、成本较低。
二、超音速电弧喷涂技术主要性能及参数
超音速电弧喷涂技术是利用燃烧于两根连续送进的被喷涂金属线材之间的电弧作为热源，来使金属线材熔化，用高速气流把熔化的金属雾化成微粒，并使雾化的金属粒子加速，同时通过特制的拉伐尔枪嘴使雾化的粒子加速以接近音速射流，沉积到工件表面形成涂层的技术。
在相同的工艺条件下，喷涂材料的选择成为决定涂层质量的关键。针对锅炉“四管”的工作条件，“HBK”材料的研制，充分考虑到CFB锅炉金属受热面的磨损机制、特点和要求。该丝材是粉芯结构，粉末含多种组份，经团聚后，各组份在各级粒度中分布均匀，避免了传统粉芯丝制造中的不均匀性。丝材整体含57%的塑性相43%的硬质相。硬质相是由非晶物质组成的陶瓷，硬度高，呈微粒状，经喷涂后，这些微粒均匀分布于整体涂层中，微粒镶嵌在塑性体中，硬质微粒之间的空隙小于冲蚀介质的粒子尺寸。这种涂层体系充分考虑到CFB炉内颗粒的大小浓度及冲击角度的实况，符合磨损机制的要求，表现了良好的抗磨性。
该材料形成的涂层的主要技术参数是：
1、主要成分：Cr 、Fe 、Mo、 B、 C、 WC、 CrC、 AL、 Ni
2、主要结构：非品陶瓷硬质43%（涂层中含有大量非晶以及 FeCr、FeB相a-Fe相等）；
金属塑性相57%；
3、主要参数：线径：2.0mm；
熔点：1400℃左右；
结合强度：65-70MPa；
硬度（HRC）:68-70;
孔隙率：＜1%；
密度：7.7-7.8克/cm³；
膨胀系数：12.30×10-6/k；
耐磨性：相对耐磨性是Q235钢的18倍以上。
三、超音速电弧喷涂施工的步骤 ：
施工工艺流程：表面预处理——喷砂作业——喷涂作业——预测厚度——封孔处理。
1、进行表面预处理。
2、喷砂作业。由于工作面长期在高温含硫的环境下工作，表面存在一定的高温氧化层和灰垢，而采用超音速电弧喷涂技术制备涂层时，对工作面的清洁程度要求比较高，所以必须采用高压空气进行喷砂处理，使其达到制备涂层所需的清洁度和粗糙度。按国标GB11373-89热喷涂金属表面与处理通则规定，用抛砂机将待喷涂水冷壁管表面氧化物、焊渣、油污等抛干净，露出活性的金属表面。用喷砂机对防护炉管表面进行喷砂处理，达到表面干燥，无灰尘、油脂、污垢和锈斑，且粗糙度达到M或C级。
3、喷涂作业。按甲方的要求，选用自制的材料代号HBK喷涂丝材进行喷涂。并使用电弧喷涂专用电源进行喷涂。对喷砂后的工作面进行喷涂作业时，涂层表面要求平整、光洁、致密、不起尘和不鼓泡，基材不变形，孔隙率低于0.9%。对喷涂表面进行检查，检查涂层是否有裂纹、起皮、颗粒粗大等，如有缺陷应及时返工。
4、预测厚度。根据所使用的材料的重量，喷涂的面积以及材料的比重，来预测喷涂厚度。
5、封孔处理。选用合适的封孔剂，进行封孔处理。由于超音速电弧喷涂是采用电弧将合金丝材熔化后通过拉伐尔喷嘴将雾化后的合金丝材以超音速的速度附着在工作表面，但熔化后的合金丝材仍是颗粒状态，它们之间仍有一定的空隙，选用高温抗磨涂料作为封孔剂来填补涂层的空隙，该涂料在高温下形成坚硬的陶瓷层，质密性好，能够填补超音速电弧喷涂时所留下的空隙，从而使涂层能够达到更好的防磨、防腐效果。采用高温专用封孔剂对金属热喷涂涂层表面进行封孔，还可阻止空气中的氧气通过微小的涂层孔隙进入涂层内部，提高表面光洁度。
四、施工中应注意的问题
着重把握如下几个关键点：一是先对受热面进行清理，应选用铁砂或刚玉砂，不要采用河砂，否则无法达到高的结合强度而造成涂层脱落；二是一定要采用渗透性好，耐高温、抗腐蚀的材料作封孔剂，否则无法达到封闭毛细孔的效果；三是防护层的厚度一般以0.3～0.6mm为宜，平均厚度为0.4mm比较理想，如果涂层过薄会失去防护效果，如果涂层过厚，会出现起泡或剥落现象。
五、施工技术要求
喷涂层结合强度好，没有起皮、脱落、裂纹等现象；抗高温氧化性强，磨损量少，不变形；喷涂后不影响受热面传热，不影响原受热面管材的理化性能；施工质量保证涂层使用寿命为4年。
参考文献
1、《循环流化床锅炉理论设计与运行》岑可法，倪明江，骆仲泱，中国电力出版社，1998；2、《传热学》杨世铭，高等教育出版社，1997；3、《工程热力学》丹芩，敖越，朱克雄，高等教育出版社，19804、 《燃烧理论与燃烧技术》沈际群，常宏哲，高等教育出版社，1996
5、《2006版新编喷涂新工艺新技术及喷涂设备应用全书》主编：李诚铭，中国知识出版社。
作者简介：李春福，男，1964年出生，2001年中国计量学院（成教院）理化测试专业毕业，，助工职称。现任鹤岗市特种设备检验研究所检验员. 从事锅炉检验工作。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。