TRT叶片腐蚀与磨损的研究

董晓春

TRT叶片腐蚀与磨损的研究

董晓春

（莱芜钢铁集团银山型钢有限公司，山东莱芜271104）

研究了TRT叶片腐蚀磨损的原理，选择合适的材料，采用合理的喷涂方式，通过实验表明，试样1 (Co-87WC)涂层是抗冲蚀磨损的最佳选择，而试样4涂层(TiN)则不适合TRT叶片的使用环境。

TRT；叶片腐蚀；磨损

1 前言

高炉煤气余压回收透平发电装置(简称TRT),是利用高炉炉顶煤气压力能经透平膨胀做功,驱动发电机发电。此装置既回收了原来在减压阀组白白泄放的能量,又净化了煤气,且大大改善了高炉炉顶压力的控制品质。但是高炉煤气中含有大量的灰尘颗粒及腐蚀性元素，对TRT的叶片造成严重的腐蚀和磨损，甚至引起叶片断裂等严重后果。目前普遍采用清洗除尘工序，减少颗粒磨损，调换叶片位置保持气流和平衡等方法来处理，但只适用于短期。为此，有必要对TRT叶片腐蚀磨损机理的、对喷涂方法和喷涂材料进行研究，选择一种抗腐蚀冲蚀能力强的涂覆方法和材料，以得到有效的防止腐蚀磨损的解决方法。

2 莱钢TRT叶片腐蚀磨损现状

莱钢目前有9台TRT装置，都存在或多或少的腐蚀磨损问题。TRT经长时间运行，部分机组的一级动叶排气边叶顶部损伤缺角（图1-a），排气边距叶根30 mm高度范围冲蚀减薄，进气边叶根部冲蚀缺角；二级动叶进气边上角冲蚀成圆角（图1-b）；可调静叶排气边顶部冲蚀缺角；不可调静叶进气边叶根部冲蚀缺损（图1-c），叶柄与叶片接合部位冲蚀成缺口；承缸叶片间缸壁严重冲蚀损伤，沿缸壁成环形沟，有的区域已冲蚀漏。叶柄与缸体相邻区域冲蚀形成凹坑。出现此种情况，此机组已不符合继续运行的条件，必须进行处理。传统的处理方法是让厂家对转子叶片和承缸进行更换，一台TRT的检修花费在300万元左右，检修周期至少需要3个月的时间。

3 TRT叶片磨损腐蚀原因研究

3.1 磨损原因

高炉煤气虽然经过除尘设备，但煤气中还是存在粉尘颗粒，对莱钢1880 m3高炉煤气进行粒度分析，分析结果如表1。

从结果看其颗粒对叶片的磨损是存在的。

3.2 腐蚀原因

对高炉煤气成分进行分析，其中含有一定量的酸性气体，其分析结果如表2。

由所测得的数据可看出引起TRT叶片腐蚀的原因有如下几点：

（1）从现场对高炉煤气组分检测结果可以看出，煤气中有一定量的酸性气体成分存在，当这些酸性气体遇到煤气中的冷凝水形成弱酸后，随即发生电离。反应如下：

而H+的活泼性要强于铁元素，于是会发生下面的反应，造成TRT叶片的局部腐蚀。

同时，由于煤气中还有部分胺盐存在，它能和反应生成的铁离子发生络合反应，促使反应向正方向进行，加剧了腐蚀。

（2）电化学腐蚀，金属电化学腐蚀是因为不同金属或同一金属内部发生原电池作用引起的。TRT装置叶片主要是由铁元素和其他金属元素构成的，由于金属本身存在着电化学不均匀性，即在金属表面或内部的不同部位存在着不同的电极电位。金属的其他成分和杂质也有着各自不同的电位，它们与主体金属间会产生许多对电极，当杂质或其他金属成分电位高于主体金属电位时，主体金属则会遭到破坏，发生电化学腐蚀。

4 方案制定与分析

4.1 喷涂实验

通过对叶片冲刷腐蚀机理的研究，决定采用表面涂层技术对叶片进行处理来提高TRT叶片耐冲蚀性能，以期使TRT叶片的使用寿命提高至少一倍以上。本次试验采用了高速氧燃料（HVOF）喷涂、电弧喷涂和物理气相沉积法（PVD）三种工艺。

TRT叶片涂层需要同时兼有耐磨性和抗腐蚀性。陶瓷涂层(如Cr2O3，Al2O3，TiN等)和各种硬质合金涂层(如Co-WC等)可以满足这些性能要求。硬质合金涂层的硬度大，韧性比陶瓷涂层大，并且与钢的结合性好，这适合叶片钢使用的受力环境。研究的所有涂层的试样标号和相应的涂层工艺见表3。

试样1至4横截面的扫描电镜照片如图4所示。试样1和2的涂层中存有一定的气孔，但是气孔率低于5%，并且这两种涂层与基材的结合较好，涂层与基材之间无明显的开裂现象。试样3涂层很致密，气孔率小于1%，但是涂层与基材的结合不好，切割试样时涂层与基材之间发生了很明显的开裂。

4.2 磨损试验

将涂敷好的试样在喷射式冲蚀试验机上进行试验。试样按一定角度固定在夹具上，固体粒子被压缩空气加速后由喷嘴喷出，入射到试样表面，造成试样冲蚀磨损。冲击攻角选择30°和90°。试验前后的试样均须经丙酮超声波清洗，待干燥后用电子分析天平（精度0.01 mg）称量计其质量损失，然后根据各改性层的密度换算成体积损失表征冲蚀率，测量结果见表4。这些数据显示：所有涂层的硬度都大于基材的硬度，当冲蚀角为30°时，只有试样1涂层起抗冲刷磨损的作用。当冲蚀角为90°时，试样1和3起到抗冲蚀作用。

5 总结

本实验数据都是在实验室普通大气环境中测得的，与叶片实际的工业腐蚀环境有所不相同，这些数据可以为设计合理的涂层材料提供依据；在本实验所有的涂层中，试样1(Co-87WC)涂层是抗冲蚀磨损的最佳选择，而试样4涂层(TiN)则不适合TRT叶片的使用环境。

A Study on the Corrosion and Wearing of TRT Blades

Dong Xiaochun
(Yingshan Section Steel Company of Laiwu Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

The mechanism of TRT blade corrosion and wearing was studied.Experiments showed that the coating sample 1(Co-87WC)with selected suitable material and appropriate coating method was the best choice for resistance to impact corrosion and wearing, while the coating sample 4(TiN)was unsuitable for the service condition of TRT blades.

TRT;blade corrosion;wearing

TK47

B

1006-6764（2015）01-0040-03

2014-10-11

董晓春（1981-）女，陕西宝鸡人，工程师，从事钢铁冶金节能环保工作。