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1、外 文 翻 译不同热处理电站锅炉碳钢省煤器管飞灰颗粒侵蚀速率的实验研究Experimental studies on the erosion rate of different heat treated carbon steel economiser tubes of power boilers by fly ash particles性 质: 毕业设计 毕业论文不同热处理电站锅炉碳钢省煤器管飞灰颗粒侵蚀速率的实验研究摘要： 通过以退火的SA210 GRA1（A）和正火的SA210 GRA1（N）的碳素钢省煤器管材料的侵蚀作用为重点，完成了对飞灰颗粒大小，速度，撞击角度和进给率的影响的实验研究
2、。在不同的撞击角度从15到90不等，四个不同的速度32.5，35，37.5和40米/秒和飞灰颗粒四个不同的进给率 2，4，6和8克/分钟对侵蚀率进行评估。腐蚀的经常是不规则形状，大小不等从50-250微米的飞灰颗粒。发现侵蚀率在30的撞击角度时最大。对碳钢管的侵蚀速率在不同的热处理条件即退火和正火条件下，在不同的角度且恒定速度为32.5米/秒进行了研究。发现进给率，撞击角度，粒径，飞灰颗粒速度，在所有情况下，退火管的侵蚀速率总小于正火管。侵蚀率与速度，规模，进给率，和粒子的撞击角度和目标材料的伸长属性的经验关系找到了。侵蚀表面的形态用电子扫描显微镜进行研究。关键词：侵蚀率；省煤器管；退火；正火
3、1 介绍在大型燃煤电站，煤粉是在锅炉燃烧器中燃烧。为了提高整体电厂锅炉热效率，换热器被用于从烟气中提取剩余热能，通过给水在管道中的流动，通过传导和对流过程传导。在燃煤电站，锅炉产生的煤灰大约20沉积在锅炉墙和过热器管上。其余的煤灰夹带在离开锅炉的烟道气体流中。灰粒子碰撞省煤器盘管表面从而材料从表面被侵蚀。在侵蚀的后期阶段，管变成穿孔。管元件一旦不能维持其结构的完整性就出故障了。这种侵蚀缩短了管道的使用寿命。一旦发生这种情况，电厂将被关闭，并蒙受损失。侵蚀是一种机械损伤，颗粒冲击导致材料从表面去除。早些时候，这背后的机制被认为是由于微切削机理2。后来它被证明对韧性材料，侵蚀机理涉及由于锻造和挤压
4、塑性变形过程中连续的小板的形成和弹坑形成3。通过对锅炉管的侵蚀所做的许多研究和实验，据估计，25-30锅炉管故障发生是由于煤灰的侵蚀。利维等人3表明，具有更高的延展性使韧性材料冲蚀率降低。塞坦尼瓒 1表示，飞灰侵蚀几乎占所有管故障的三分之一是受主要关注的。影响侵蚀过程的主要因素是灰颗粒的量，其速度和设计条件。芬尼等人2开发了一个分析模型，发现侵蚀速率是依据侵蚀机理是由于微切割的假设。后来它被利维等人3证明，微切割不是韧性金属结构腐蚀的主要机制。他们进行的实验，并得出结论，韧性材料碰撞粒子造成严重的局部塑性变形，这超过了该材料的应变，导致变形材料破损，对于脆性材料腐蚀的粒子拥有的能量会导致微尺寸
5、件的开裂和去除。米斯拉等人4解释，实际撞击表面的粒子数不增加侵蚀率由于篮板颗粒提供的屏蔽效应以同样的方式把颗粒数量传到样本。利维等人 10测试规格不同的微结构像细珠光体和粗珠光体，有不同的伸长百分比相同的材料，并发现，材料具有较高的伸长率使侵蚀率降低。雷柏哈德和利维11强调，颗粒大小的变化侵蚀率是难以解释的定量，因为这涉及粒子的速度和动能，打击目标粒子数，打击和反弹粒子之间的干扰，颗粒形状，颗粒的冲击的角度等因素。卢卡兹瓦克 等人5曾指出，对侵蚀机制的清醒认识是至关重要的，因为在煤炭被燃烧干净的领域侵蚀是非常严重的。莫巴巴兹等人12用从赖泽波, 莫巴巴兹和马特拉电厂，在不同的飞灰速度的三个不同
6、的飞灰样品进行了轻度钢板侵蚀测试并发现实验标定的一般模型产生了不同于低于15的结果的测量值。奥卡等人6指出，材料损失是由压痕过程引起的。它发现负载松弛程度取决于软质材料的塑性流动能力。他们提出了一个可以涉及找到在各种影响条件下的不同类型侵蚀速率的实验材料的包含材料的硬度和负载松弛率的预测方程。奥卡等人 7曾表示材料的机械性能可作为估算侵蚀损坏的主要参数。黛色拉等人8曾表示，试样的表面形貌显示深陨石坑和角颗粒的平均表面粗糙度的较高价值。哈沙等人13对有色金属和非有色金属材料进行实验，发现侵蚀率与撞击粒子累计重量相反。据观察，侵蚀率最初是随着冲击颗粒累计重量增加而增加，然后达到一个稳态值。王和杨9
7、表明对于韧性材料的侵蚀是由于腐蚀颗粒微切削和微耕造成的。对于像陶瓷样的脆性材料能量从腐蚀材料转移到试样。这个过程导致材料变形，裂纹萌生和传播，并且引起材料从试样表面脱落。在本文中，在碳素钢材料的SA210 GRA1规范管样品，目前在几乎所有的电站锅炉省煤器线圈14，在退火和正火的条件下在BHEL实验室（国家认可委员会测试认可和校准实验室）进行了测试，并发现在两种情况下的力学性能试验结果符合ASME的要求。表1给出了退火和正火SA210 GRA1材料管的力学性能测试结果。表1.低碳钢的性能（目标材料）目标材料热处理条件化学成分/ wt%拉伸强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/CMnSiSA 21
8、0 GrA1(N)正火0.190.410.2147533031SA 210 GrA1(A)退火0.190.410.21425260392 实验装置成立这个实验用于本研究的是一个喷气侵蚀试验台。空气射流侵蚀试验装置示意图如图 1。它是印度的蒂鲁吉拉伯利，BHEL研究和开发实验室所拥有。该试验台是按照ASTM G76标准生产的。它由炉膛，炉膛控制器和指示器，腐蚀剂的进料系统和压缩机组成。炉膛和炉膛控制器是用来加热和控制飞灰气流和试样的温度的。腐蚀的给料系统是用流体化飞灰颗粒并且使飞灰气流冲击试样。腐蚀的给料系统，使飞灰颗粒均匀传递。该测试仪是能够通过不同的速度，温度，角度和飞灰颗粒的质量流率进行实
9、验。3 电子扫描显微镜检查样品是从退火和正火管的受侵蚀的面积上切割下来的。对这些样品的截面进行了处理，在2VOL硝酸酒精溶液中完成打磨菱角和蚀刻。在电子扫描显微镜下观察蚀刻样品，并在图2-3中显示图像。侵蚀面积的SEM图像显示，过度堆积的变形材料，被从颗粒侵蚀所产生的陨坑挤压，并证实侵蚀机理不仅仅是微切削机理。退火试样相对比在正火试样中形成的小板数量要多。4 实验过程 首先称量测试样品，然后将它按所需的角度安装在射流冲蚀试验台上。飞灰充入提供的容器腔里。通过控制流经文氏管的空气来调整飞灰颗粒的速度和浓度。飞灰颗粒伴随着空气流通过喷嘴以预先选择的放置样品的角度打在样品表面。在既定时间内做完这个实
10、验后发现样品发生移动，将样品清洁后称重可知道样品损失的质量。实验所用的飞灰也做好了称量。侵蚀率以样品质量损失率和飞灰使用率来计算。其它角度的飞灰颗粒的撞击作用可以通过改变角度来研究。图1.实验装置Air jet erosion tester 空气射流侵蚀测试仪 Nozzle holder喷嘴座Erodent feeding from feeder 腐蚀供给器 Nozzle 喷嘴Air inlet 空气入口 Specimen 标本18 m helical tube for air circulation 空气流通的18米螺旋管 Bottom chamber底部室Heating element 加
11、热元件 Ash collector集尘器Refractory 耐火材料Insulator 绝缘体Top chamber for heating air 顶部空气加热室待添加的隐藏文字内容2图2. 正火管的侵蚀标本的电子扫描显微镜图像5 结果与讨论5.1飞灰颗粒速度，撞击角度，进给速率，粒径对管侵蚀的影响 图4显示了撞击角度为30，撞击速度为32.5米/秒至40米/秒的低碳钢管的侵蚀速。图中数据是侵蚀率达到稳定后获得的。在给定的对于材料的延展性有贡献的速率下，SA 210 GrA1 (N)钢管的侵蚀率高于SA 210 GrA1 (A)钢管。对于球墨铸铁材料，当飞灰粒子以一定的速度冲击时，在撞击点
12、粒子失去了一部分动能导致靶材料表面变形而且靶材料内部的剪应力被削弱。当剪应力超过靶材料的弹性限度时，飞灰颗粒穿透靶材表面而形成一些小碎片，这些碎片伴随着撞击粒子脱落掉。在实验中所用的速度范围内，飞灰颗粒有足够的力量和整体性造成对材料的侵蚀，它可通过观察扫描电子显微镜下碎片的形成得到证实，参见图2和图3。影响侵蚀率的最重要因素是飞灰粒子的动能。取决于自身速率的飞灰粒子的动能随着速率的增大会增大材料的侵蚀率。碳钢排放管的延展性越大，弹性形变就越大，从而侵蚀率降低。因此，退火管的侵蚀率相对较低。图3.退火管侵蚀试样的SEM图像图4.飞灰颗粒速度对管侵蚀的影响图5显示的是在32.5米/秒的速度下从15
13、到90的不同的撞击角度获得的实验结果。侵蚀速率直到30随着撞击角度的增加而增加，此后侵蚀速率迅速下落。因此，在30角时有最大侵蚀速率。这可能是由于冲击角度增加时飞灰颗粒进入目标材料的穿透深度增加。当粒子的穿透深度的增加时，目标材料的塑性变形增加，从而侵蚀速率降低。对于同样的飞灰颗粒和撞击角度，侵蚀速率是目标材料性能的主要功能。此外在图5中清晰反映了SA 210 GrA1 (A)的侵蚀率比SA210 GRA1（N）的少了近20。实验还在32.5米/秒恒定速度和30冲击角度，在四个不同的飞灰颗粒供给率（2，4，6，8克/分钟）条件下进行。结果如图6显示。在飞灰颗粒供给率上升时侵蚀速率并没有增加。由
14、于粒子间的干扰，传入粒子的动能会降低，飞灰颗粒有从目标表面被反弹粒子偏离的机会。图5.撞击角度对管侵蚀的影响图7表明，侵蚀速率随着粒径从50到125微米的增加而增加，超过此尺寸就没有显著的增加了。由于颗粒尺寸间的相关组合，撞击表面粒子的数量，它的动能和在传入和反弹粒子之间的干扰，或多或少，颗粒直径在125微米以上的侵蚀率的稳定是可能的。对于颗粒大小在125微米以下的，颗粒的动能不能有效的去除125微米或更大尺寸颗粒的材料。由于反弹颗粒提供的屏蔽效应，当粒子的尺寸增加时实际冲击表面的颗粒不会按比例增加。从实验数据的可用性可知，侵蚀速率和影响侵蚀速率的因素之间的关系会达到。采用最小二乘法制定以下的
15、经验公式。其中Dp是颗粒的直径，m，E是侵蚀速率，g; Qp进给速度g/min; Vp 是粒子的速度；粒子撞击角度（）;克/分钟; 是伸长率。图6.飞灰颗粒的进给速率对管侵蚀的影响图7.飞灰颗粒尺寸对管侵蚀的影响5.2材料热处理对管侵蚀的影响表2给出了在恒定速度为32.5米/秒不同角度，在不同的热处理条件（退火和正火）下碳钢管的侵蚀速率的比较。侵蚀在正火材料样品的情况下更大。由于正火的材料在空气中冷却，会影响奥氏体的转变，并在许多方面影响其微观结构。正火共析钢中先共析铁素体会比退火的少。正火的冷却速度较快，将影响奥氏体转变温度和珠光体的细度。在一般情况下，冷却速度越快，奥氏体转变温度越低并且珠
16、光体越细。在正火管中有细片状珠光体，而在退火管中有粗片状珠光体。由于这个原因，正火钢比退火钢具有更高的强度。如图. 8中SA210 GRA1的退火和正火管的微观结构证实了这一结论。表2. 碳钢管在32.5米/秒的速度在不同热处理条件下的侵蚀率冲击角/()侵蚀率/ (gkg1)SA210 GrA1 (N)SA210 GrA1 (A)150.00520.0043300.00580.0049450.00480.0036900.00400.0031图8.退火管（a）和正火管（B）的微观结构。6 结论实验研究证实，正火碳钢管的侵蚀率比退火碳钢管的高。这项研究还证实，当飞灰颗粒速度增加时，侵蚀速率也随之增
17、加。当飞灰颗粒对目标的撞击角度从15增加到90时，最大侵蚀率是在30，之后下降。侵蚀率的增加随着飞灰粒径的增加达到125微米，超出该尺寸就不再增加了。在实验考虑的所有条件中，具有较高的伸长率和延展性的退火碳钢管的侵蚀率比正火碳钢管的少。可以注意到，通过经验公式获得的侵蚀率，发现适应实验数据的15以内。由于在ASME内允许使用退火碳钢管，而不允许正火碳钢管，因此电站锅炉省煤器盘管的侵蚀率可以减少致谢作者对印度巴拉特重型电力有限公司的蒂鲁吉拉伯利的支持和鼓励表示感谢参考文献1 V.T. Sathyanathan, BHELS experience on pressure parts erosion
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21、solid particle impact: Part 2: Mechanical properties of materials directly associated with erosion damage, Wear, 259(2005), p.102.8 G.R. Desale, B.K. Gandhi, and S.C. Jain, Effect of erodent properties on erosion wear of ductile type materials, Wear,261(2006), p.914.9 Y.F. Wang and Z.G. Yang, Finite
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