论文总字数：17587字

摘 要

针对乙烯裂解炉中炉管内壁抗结焦性能的要求，采用钨极氩弧堆焊(TIG焊)的方法在310S奥氏体不锈钢上进行了抗结焦涂层制备。通过金相组织观察、硬度测试等分析了涂层中不同含量的氧化铈对堆焊层形貌和硬度的影响。

结果表明：采用焊接电流为120A，焊接电压为13-16V，焊枪摆动速度为1.5m/min，摆动幅度为10mm， Ar气流量为8-10L/min可以在310S表面获得成形状态良好，无缺陷致密的堆焊层。堆焊层和母材过渡区结合良好，且无明显缺陷存在。焊缝区组织为沿不同晶向长大的细小胞状柱状晶。同时，较多的黑色异质点存在于晶粒和晶界上。当采用5g氧化铈和10g碳酸钙组合涂层时，堆焊层平均硬度要比母材高128.5HV_0.1。当氧化铈所占比例在一定范围内时，随着其含量的提高，所得的堆焊层硬度也随之提高，效果显著。

关键词：310S钢 钨极氩弧堆焊 涂层 硬度

Alkali metal / alkaline-earth metal element coating and its effect on anti-coking

Abstract

According to the requirement of anti-coking performanceof the inner wall of the furnace tube in the ethylene cracking furnace, the anti-coking coating was prepared on 310s austenitic stainless steel by tungsten argon arc welding (TIG welding).

The effects of different contents of CeO₂ on the hardness and anti-coking performance of the surfacing layer were analyzed by observing the metallographic structure and hardness test. The results show that when the welding current is 120A, the welding voltage is 13-16V, the swing speed of welding gun is 1.5m / min, the swing amplitude is 10mm, and the Ar gas flow rate is 8-10L / min, a well-formed, dense and defect-free build-up layer can be obtained on 310S surface .When the combined coating of 5g CeO₂ and 10g calcium carbonate is used, the average hardness of the weld overlay layer measured is 128.5HV_0.1 higher than that of the base material, and the hardness of 310S steel is significantly improved by coating cladding.

Key words: 310S steel; TIG welding; Coating; Hardness

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.2 结焦抑制研究现状 2

1.2.1 结焦及抑制结焦简介 2

1.2.2 表面涂层技术研究进展 4

1.3 堆焊技术 6

1.3.1 堆焊发展现状 6

1.3.2 堆焊技术分类 7

1.3.3 堆焊技术的应用 9

1.4 本文研究目的和主要内容 10

第二章 实验材料和方法 11

2.1 实验材料 11

2.2 实验方法 11

2.3 实验设备及涂层性能检测 13

2.3.1 实验设备 13

2.3.2 性能检测 15

第三章 TIG焊堆焊层形貌及性能研究 16

3.1 涂层的宏观结构 16

3.2 堆焊层的微观组织 16

3.3 堆焊层的硬度 18

3.4 经济性分析 19

第四章 结论 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

乙烯是极其重要的石化产物，其占比超过了三分之二以上，其作为基础的原材料，影响着我国制造业的发展，对综合国力的增长有深远的影响。乙烯产量的高低还体现了石化产业的发展水平，因此改善生产工艺，提高乙烯产能是目前石化工业研究的重点之一。

绝大部分的乙烯都是将石油烃作为生产原料，用管式炉裂解法得到。石油烃经过催化裂解得到烯烃，在这个过程中会发生聚合作用和缩合作用，结焦生碳的副反应总会同时出现。形成的焦炭会附着在炉管内壁，增大热阻，使得管壁的热传导率减小，因此在反应过程中管壁的温度会升高，出现局部过热现象。焦炭层具有一定的厚度，这样会让炉管的内部直径减小，物料流动时的压力差增大，使得生产能力降低，烯烃获取率减小，阻碍乙烯工业的发展^[1,2]。

中国的乙烯生产能力稳定居于世界第二位，2018年我国产能高达2.5亿吨，相比于08年增产了1.5亿吨，平均每年复合增长速度为9.4%。2018年，我国乙烯产量到达1.84亿吨，相比于08年增加了0.815亿吨，平均每年复合增长速度为6%。见图1.1、图1.2,资料来自于国家统计局，产能利用率=产量/产能。

图1.1 国内2008-2018年乙烯产能/产量

图1.2 国内2008-2018年乙烯产能利用率/增速

当前，世界乙烯生产工业每年因为炉管内壁结焦导致的损失约为142亿人民币，生产乙烯的石化公司每年需要花费约17.75亿人民币用于检修或更换结焦的炉管。频繁地清理焦炭需要停工停产，导致生产能力不足，并且会使得能耗增加及炉管的使用年限减少^[3,4]。

目前，常用的结焦抑制方法有：炉管内壁涂层处理、添加结焦抑制剂和改进工艺条件等。拟开发一种新型表面涂层技术，利用碱土金属作为涂层材料，达到更加显著的抗结焦效果。

1.2 结焦抑制研究现状

1.2.1 结焦及抑制结焦机理简介

(1)结焦机理

由Albright和Marek等人^[5,6]构建的三种模型能够比较准确的体现出结焦机理，该模型经过时间的沉淀，已经被普遍接受，即气相结焦、金属催化结焦和自由基结焦。

请支付后下载全文，论文总字数：17587字