不锈钢在超高温浓硫酸环境下的可行性研究.docx

《不锈钢在超高温浓硫酸环境下的可行性研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不锈钢在超高温浓硫酸环境下的可行性研究.docx（17页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、永嘉县科技计划项目XDS-7超高温浓硫酸用不锈钢可行性报告宣达实业集团有限企业二O一年三月XDS-7超高温浓硫酸用不锈钢项目可行性汇报一、立项的背景和意义人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分亲密。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的明显标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。在硫酸工业中，由于硫酸日勺极强腐蚀性，因而硫酸设备材料就成为硫酸工业发展的基础。硫磺制酸工艺过程包括三大环节：硫磺焚烧、S02转化和S03吸取，均为放热反应,其放出的总热量达528.4kJmol。根据载热介质温度的不一样,一般将硫磺焚烧和和S02转化两个过程产

2、生的热量分别称为高温和中温位热能，约占总热量的56%和19%,一般采用废热锅炉、蒸汽过热器及省煤器来回收这部分热能产生中压过热蒸汽。S03吸取过程产生的热量称为低温位热能，约占总热量的25%,老式工艺是采用80C左右的浓硫酸来吸取SCh生成硫酸，SCh吸取过程产生的反应热用循环冷却水移出系统。硫酸生产过程中SO3吸取温度一般在80120。因此热量一般只能以80120C的热水（或蒸汽）形式从酸冷器回收或排掉。这一温度的热水（或蒸汽）不能用来做功。只能用于如都市供热采暧、预热锅炉给水以及生产流程中产品或中间产品日勺加热，这显然不是人们所最但愿的。欲运用这部分低温位热能就要对应提高吸取塔日勺操作温度

3、，只有吸取塔酸温到达2（MrC以上，才能产生10公斤压力的过热蒸汽。不一样硫酸浓度，其腐蚀性质很不一样样。065%H2S4任何温度都呈还原性，6585%H2SO4低温呈还原性，高温或沸腾呈氧化性，85100%H2SO4任何温度都呈氧化性。伴随温度的提高，硫酸的活性增长，对设备日勺腐蚀会加剧。此外，伴随温度的提高，硫酸中的氧含量减少，金属的钝化越加困难，甚至能使本来钝化的金属又处在活化态。因此，循环流动的高温硫酸对一般耐酸材料的腐蚀急剧增长。由于硫酸具有很好的热稳定性和不挥发性，硫酸生产的I反应可在高温下进行，因此循环酸的温度几乎完全由构成干吸系统的干吸塔、循环槽、泵、阀、管道和酸冷却器等构造材

4、料的耐腐蚀性能所决定。从很大程度上讲，耐酸材料的研发是处理低温位热回收的关键。“十一五”规划纲要中提出：十一五期间单位国内生产总值能耗减少20%左右、重要污染物排放总量减少10%。此外，伴随多种能源价格的不停上涨，尤其是在硫磺价格暴涨的今天，热能回收已成为硫酸装置重要的!节能降耗措施，在硫酸装置中的重要性越显突出。硫酸生产中废热的）回收运用程度已成为衡量硫酸工业技术的一项重要指标,将硫酸生产装置视为不排放二氧化碳的绿色能源工厂已逐渐成为一种趋势。在高、中温位热能普遍得到回收运用的状况下。合理开发运用低温位余热，具有重大的社会意义和经济意义。而开发运用低温位余热的关键就是要开发一种用于200以上

5、浓硫酸特种材料。这种超高温浓硫酸用不锈钢特种材料技术属国家重点支持日勺高新技术领域第四大类新材料技术，第一小类金属材料中的高性能金属材料及特殊合金材料生产技术。也是浙江省重大技术装备行业关键共性技术。因而此材料的成功开发必将带动周围地区泵、阀、化工设备及有关制造企业的迅猛发展，增进我国硫酸工业技术进步。二、国内外研究现实状况和发展趋势硫酸对低合金钢来说是一种具有高度腐蚀性的化学品，一般不锈钢在硫酸生产中的应用也十分有限。硫酸介质中用的耐腐蚀材料可以从含硅不锈钢、铁一银基耐蚀合金和银基耐蚀合金中选择。迄今为止，已经研发出多种类的硫酸用钢，但在2(MrC高温硫酸中，不锈钢与浓硫酸接触后，因“钝化”

6、作用形成的铁和铭日勺氧化膜在酸温高于85时将很快被破坏，虽然哈氏合金，在更高的酸温下，其腐蚀速率随温度的升高也急剧增长。因此，必须研制性能愈加优秀的耐高温浓硫酸时不锈钢1.ewmet合金是一种铁一银基耐蚀合金，具有良好日勺耐腐蚀和抗磨蚀性能，在140时浓硫酸中，年腐蚀率不不小于0.25mm。美国路易斯厂用LeWmet合金制造耐酸泵时关键部件，该泵在120C的浓硫酸中可使用数年。SARAMET是一种含硅的奥氏体不锈钢，是由加拿大Chemetics企业研制的，它在98%硫酸(t120C)和93%硫酸(t60C)中的年腐蚀率不不小于0.13mm。它重要用于制造酸塔、泵槽、酸管及酸分布器。瑞典Sand

7、vik企业生产的SX含硅不锈钢在热浓硫酸中的耐蚀性优于其他合金，对于浓度不小于98%日勺硫酸，在150下的年腐蚀率不不小于O.lmm/a。SX含硅不锈钢的钝化膜极结实，对酸的流速没有限制。美国孟莫克企业开发股1HRS(HeatRecoverySystem,即废热回收系统)运用硫酸浓度提高到99%以上后腐蚀性略有下降的特性，将酸温和酸浓度同步控制在一种狭窄区域内，并针对该特定工况开发了抗强腐蚀的专用ZeCor合金材料，但ZeCor不耐200时98%硫酸腐蚀。我国也对耐高温浓硫酸腐蚀的合金材料进行了大量的研究，宣达实业集团有限企业开发的XDS高硅奥氏体不锈钢可以用来制造硫酸生产装置的干燥和吸取塔、

8、多种类型酸分布器、塔内填料支撑筐子板、循环酸槽、酸管线和阀门等，其工况条件一般为9398%浓硫酸，温度170。国内开展合用于N200C高温浓硫酸材料的研究报道很少。鉴于超高温浓硫酸腐蚀日勺特殊性和实际生产的需要，理想的不锈钢材料应具有良好的耐腐蚀性能，其年腐蚀率要0.1mma,合用硫酸的浓度范围宽，减少硫酸生产中工况波动带来的事故风险；力学性能好，便于进行机械加工和焊接；原材料成本低，铸造、铸造和轧制性能好，具有良好的价格优势，提高其在市场上日勺拥有率。三、 研究开发内容和技术关键1、重要研究内容a、根据用途以及组织和性能规定，设计所开发钢种的成分；b、进行试验室冶炼和轧制，制备试样，并探索生

9、产工艺；c、进行热模拟试验，探索新钢种日勺热加工工艺参数；d、探索新钢种的热处理工艺制度对性能的影响；e、验证并比较所开发钢种的极化曲线，测试其耐200.98%浓硫酸均匀腐蚀性能；f、检查并验证所开发钢种的常规力学性能和金相组织。2、技术关键a、成分设计：由于超高温浓硫酸具有特殊的腐蚀性能和很高的危险性，同步硫酸生产中工况条件会在较大范围内变化，因此成分设计上要保证材料的耐腐蚀性能要到达0.1mma,以保证设备的使用年限不低于23年。材料的力学性能优良，以便于进行机械加工、冲压和焊接。b、制造工艺：不锈钢的成本很大一部分要耗在加工过程中，因次,该超高温浓硫酸用钢的铸造、铸造等工艺性能要优良，以

10、减少生产成本,提高产品的市场竞争力。四、 预期目的（重要技术经济指标、知识产权申请状况、应用前景）1、重要技术指标：a、成分：Cr：25.0-30.0%Si：2.0%Mn：2.0%Mo:1.0-3.0%Ni:O.1L5%Cu:0.5L5%Nb：0.3-1.0%Ti:O.1-1%C：0.03%S：0.02%P：0.035%RE：0.6%b、金相组织：稳定铁素体c、退火处理后力学性能(根据GB/T1220-2023)：铸造棒材：屈服强度(go?)245MPa抗拉强度(b)2450MPa断后伸长率()220%硬度(HBW)200d、耐硫酸浓度：98%e、耐硫酸温度：200oCf、年腐蚀率：39时不锈

11、钢才可以选用。b、铁素体不锈钢具有塑性差等缺陷，因此采用超低碳（V0.03%）、加入少许日勺银以改善其冷热加工性能。c、用于制造化工设备的材料，其抗局部腐蚀性能是必须考虑的。由于这种局部腐蚀破坏难以预测，同步也更危险。因此，通过添加银、钛等改善耐晶间腐蚀性能，通过添加铝、铜和稀土等改善耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能。d、适量的稀土元素可改善钢的金相组织和加工性能，增强耐腐蚀性。稀土元素可克制形变铁素体再结晶和晶粒长大,起到细化晶粒的作用；同步其可以与氧、硫等有害元素结合，减少钢中的夹杂物，起到提高钢日勺耐点蚀等局部腐蚀性能。e、采用中频炉+AOD炉等进行双联冶炼，其原料合用范围广，可有效减少碳、氮等间

12、隙元素含量，钢锭质量好。f、由于铁素体不锈钢轻易发生黏结轧辐现象，因此轧钢应采用混合轧制模式，即超纯铁素体不锈钢与表面质量规定不高的常规碳钢混轧,以运用混轧碳钢清洗轧辐表面。此外，合适减少轧制温度，采用较低的温度可以使表面硬度提高，缓和黏着。3、组织方式与课题分解本项目由我司自主研发设计，关键研发组员6人，课题组组员及分工见下表。课题组组员及分工项目负责人姓名刘焕安联络67987035E-mail手机学历大学学位专业金属材料技术职称研究员工作经历、重要成果、奖励、荣誉和刊登论文1962年10月一1985年1月中科院金属研究所从事金属材料研究工作。1985年1月1996年10月中科院金属腐蚀与防护研究所从事金属材料研究。1996年至今在宣达实业集团有限企业从事耐腐蚀金属材料研发工作。研发的F33双向不锈钢由中国硫磷肥设计所作为推广材料。高硅不锈钢在硫酸行业得到广泛推广应用。耐高温材料XD4制作B高温调控阀门在国内成功应用。1999年获得硫酸