Композитная стальная труба с керамическим покрытием, также известная как износостойкая композитная труба с покрытием корундом, или керамическая композитная стальная труба, или керамическая износостойкая труба, изготавливается с использованием самораспространяющегося высокотемпературного центробежного процесса синтеза. Она состоит из внутреннего слоя из корундовой керамики (α-Al₂O₃), переходного слоя и внешней стальной трубы. Этот продукт в основном используется в системах транспортировки сыпучих материалов в энергетической, металлургической, горнодобывающей и угольной промышленностях для перемещения сильно абразивных материалов, таких как песок, угольная пыль и зола, а также агрессивных сред.

Внутренний керамический слой имеет твёрдость по шкале Мооса 9,0 и обладает износостойкостью более чем в 20 раз выше, чем у труб из углеродистой стали. Он устойчив к кислотной и щелочной коррозии, а также к образованию накипи, и может стабильно работать при температурах от -50°C до 700°C. Гладкая внутренняя стенка трубы и низкий коэффициент теплового расширения снижают сопротивление потоку жидкости и обеспечивают превосходную термостойкость по сравнению с обычной керамикой. Наружная стальная труба изготовлена с использованием специальной конструкции напряжений — либо методом термитно-центробежного обжига, либо монолитным обжигом, что гарантирует надёжное соединение керамики с металлом и обеспечивает высокую устойчивость к механическим ударным нагрузкам. Данная труба подходит для различных способов соединения, включая сварку и фланцы, и имеет более низкую общую стоимость по сравнению с традиционными износостойкими материалами. Она широко применяется в таких областях, как транспортировка угля на большие расстояния и обратная засыпка шахт.

Сферы применения

Благодаря своей износостойкости, коррозионной стойкости и термостойкости эта труба широко используется в энергетической, металлургической, горнодобывающей, угольной и химической промышленности для транспортировки абразивных зернистых материалов и агрессивных сред, таких как песок, камень, пылеугольный порошок, зола и расплавленный алюминий. Это идеальная износостойкая труба.

1. Применения в металлургической и энергетической промышленности
Металлургия и энергетическая промышленность ежегодно потребляют большое количество металлических труб для транспортировки измельчённого угля, золы, шлама, известково-гипсовой суспензии и других жидкостей. Использование керамических композитных труб вместо других видов труб обеспечивает высокую износостойкость, длительный срок службы, простоту монтажа и значительные экономические преимущества. После промышленной эксплуатации на Ляочэнской теплоэлектростанции Чанрунь, Ляочэнской электростанции Чжунхуа, в Пекинской строительной группе материалов «Бэйсин», на Хэнаньской электростанции Хэби, Ганьсуской электростанции Пинлян, Тайюаньской углеобогатительной фабрике, Хунаньской электростанции Шимэнь, предприятии Hebei Jinniu Energy Co., Ltd. — углеобогатительной фабрике Гэцюань, Синьтайской углеобогатительной фабрике и др. срок их службы превышает десятикратное или даже десятки раз показатели стальных труб.

2. Применение в горнодобывающей и угольной промышленности

(1) Горнодобывающая промышленность: Заполнение шахт, транспортировка концентратной пыли и хвостов вызывают серьёзный износ трубопроводов. Срок службы трубопроводов для транспортировки рудной пыли, используемых ранее, например на шахтах Паньчжихуа и Дайе, составляет менее одного года. Замена на эту трубу может увеличить срок службы примерно в 5 раз.

(2) Уголь: При подготовке угля и его транспортировке по магистральным трубопроводам обычно применяется влажный способ, который требует, чтобы транспортная труба была одновременно износостойкой и устойчивой к коррозии. Применение такой трубы позволяет использовать её в качестве долговечной транспортной трубы, что приносит значительные экономические выгоды.

3. Другие

(1) Эта труба не загрязняет и не прилипает к расплавленному алюминиевому сплаву. Она является идеальным материалом для производства оборудования для плавки алюминия, труб для транспортировки алюминиевой жидкости, а также стояковых труб для жидкостей, чувствительных к железному загрязнению и требующих значительных трудозатрат для организации и ремонта после использования. (2) Труба обладает хорошей износостойкостью и устойчивостью к термической коррозии. Она подходит для транспортировки агрессивных материалов, содержащих твёрдые частицы, высокотемпературных агрессивных газов, серосодержащей геотермальной воды и других коррозионно-активных сред. Особенности технологии: Легированная износостойкая керамическая труба: метод алюмотермической центрифуги используется для органического соединения керамики с металлом. С помощью алюмотермической центрифуги готовятся стальные трубы, футерованные керамикой. Высокая температура, образующаяся в результате самой реакции, приводит к расплавлению продуктов реакции и их разделению под действием центробежной силы, что позволяет формировать стальную трубу, внутренняя поверхность которой выложена глинозёмной керамикой. Самораспространяющаяся композитная труба: керамический порошок + порошок оксида железа + порошок оксида магния смешиваются в определённой пропорции (основным компонентом является оксид железа, цвет — чёрный). Концы трубы герметично закрываются, затем засыпается порошок, труба вращается, производится электронное воспламенение, и порошок спекается на внутренней стенке трубы методом центрифугирования. Цельнепрокалённая керамическая труба: согласно форме керамический порошок спекается в керамическую трубу, которая затем соединяется со стальной трубой. Наружная стенка керамической трубы и внутренняя стенка стальной трубы скрепляются путём заливки специального наполнителя (цемента или эпоксидной смолы) внутрь стальной трубы с последующим изостатическим прессованием.

Производительность и характеристики

1. Отличная износостойкость

Внутренняя облицовка керамической композитной трубы изготовлена из корундовой керамики (α-Al₂O₃), что обеспечивает твёрдость по Моосу 9,0, что эквивалентно более чем HRC90. Благодаря этому она обладает высокой устойчивостью к абразивным средам, используемым в таких отраслях, как металлургия, производство электроэнергии, горнодобывающая промышленность и угледобыча. Промышленная эксплуатация подтвердила, что срок службы при износе у неё либо равен, либо даже в десятки раз превышает аналогичный показатель закалённой стали.

2. Устойчивость к коррозии и известковым отложениям

Поскольку стально-керамический слой представляет собой (a-Al₂O₃), он обладает нейтральными свойствами. Он устойчив к коррозии кислотами, щелочами и морской водой, а также проявляет антискалантные свойства.

3. Низкое рабочее сопротивление

Керамические композитные трубы SHS имеют гладкую, устойчивую к ржавлению внутреннюю поверхность и не обладают выпуклыми спиральными линиями, присущими бесшовным стальным трубам. Испытания на шероховатость внутренней поверхности и устойчивость к чистой воде, проведенные соответствующими испытательными подразделениями, показали, что степень гладкости внутренней поверхности трубы превосходит аналогичные показатели любых других металлических труб. Коэффициент устойчивости к чистой воде составляет 0,0193, что немного ниже, чем у бесшовной трубы. Таким образом, эта труба обеспечивает низкое сопротивление при эксплуатации, что снижает эксплуатационные расходы.

4. Отличная термостойкость и устойчивость к термоударам

Поскольку корундовая керамика (α-Al₂O₃) обладает единой, стабильной кристаллической структурой, композитная труба может нормально эксплуатироваться в диапазоне температур от -50°C до 700°C в течение длительных периодов. Коэффициент линейного расширения материала составляет 6–8×10⁻⁶/°C, что примерно вдвое меньше, чем у стальной трубы. Материал демонстрирует превосходную термостойкость.

5. Низкая стоимость проекта

Керамические композитные трубы легки и доступны по цене. Они на 50% легче, чем трубы из литого камня того же внутреннего диаметра, и на 20–30% легче, чем трубы из износостойких сплавов. Кроме того, они обладают превосходной устойчивостью к износу и коррозии, а их длительный срок службы позволяет снизить затраты на поддержку, транспортировку, монтаж и эксплуатацию. Сравнение проектных бюджетов и реальных результатов строительства, проведённое соответствующими проектными институтами и строительными компаниями, показало, что стоимость строительства этих труб сопоставима со стоимостью труб из литого камня и примерно на 20% ниже, чем у труб из износостойких сплавов.

6. Простая установка и строительство

Благодаря легкому весу трубы и её отличной свариваемости, её можно устанавливать с помощью сварки, фланцев и методов быстрого соединения, что облегчает монтаж и снижает затраты на установку.

Принцип и функция

Керамические стальные трубы принципиально отличаются от традиционных стальных труб, износостойких легированных литых стальных труб, литых каменных труб, а также сталь-пластиковых и сталь-резиновых труб. Керамические стальные трубы имеют стальной наружный слой и внутренний слой корунда. Показатель твёрдости по Виккерсу для слоя корунда составляет 100–1500 (по Роквеллу — 90–98), что эквивалентно твёрдому золоту из вольфрама и кобальта. Их износостойкость превышает износостойкость углеродистых стальных труб более чем в 20 раз, что делает их значительно лучше обычных связанных корундовых шлифовальных кругов. Корундовые шлифовальные круги до сих пор остаются основными шлифовальными кругами, используемыми в различных шлифовальных станках для закалённой стали. Однако слой корунда в керамических стальных трубах способен изнашивать корундовые шлифовальные круги. Основную роль в обеспечении высокой износостойкости керамических стальных труб играет внутренний слой корунда толщиной несколько миллиметров, твёрдость которого по Моосу достигает 9 единиц, уступая лишь алмазу и карбиду кремния и являясь самой высокой среди всех оксидов.

Керамические футерованные износостойкие стальные трубы производятся с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (SHS) центробежным способом. Температура плавления корунда в керамических стальных трубах составляет 2045°C. Благодаря уникальной структуре и напряжённому полю слоёв корунда и стали данный процесс является уникальным. При комнатной температуре керамический слой подвержен сжимающему напряжению, тогда как стальной слой — растягивающему. Это приводит к тому, что керамический и стальной слои остаются в состоянии свободного равновесия. Когда температура повышается до 900°C, а керамическая футерованная износостойкая стальная труба многократно погружается в холодную воду, композитный слой сохраняет целостность, не трескается и не разрушается, демонстрируя непревзойдённую устойчивость к термическому удару по сравнению с обычной керамикой. Это свойство чрезвычайно полезно при строительстве. Поскольку внешний слой представляет собой сталь, а внутренний слой сохраняет устойчивость к растрескиванию даже при повышенных температурах, фланцы, продувочные отверстия, взрывозащищённые двери и другие компоненты можно сваривать или непосредственно соединять во время монтажа. Это значительно превосходит износостойкие литые каменные трубы, износостойкие литые стальные трубы, редкоземельные износостойкие стальные трубы, биметаллические композитные трубы, стальные-пластиковые и стальные-резиновые трубы, которые трудно или невозможно сваривать при строительстве. Керамические футерованные износостойкие стальные трубы также обладают отличной устойчивостью к механическим воздействиям. Композитный слой сохраняет свою прочность и не отслаивается при транспортировке, монтаже и изгибных деформациях, вызванных собственным весом между двумя опорами.

Десятки тепловых электростанций продемонстрировали, что керамическая футерованная износостойкая стальная труба обладает высокой устойчивостью к износу и сильной стойкостью к эрозии жидкостей. Изгибы в первичных воздуховодах наиболее подвержены износу, и керамически футерованные изгибы обеспечивают более чем в пять раз большую устойчивость к износу по сравнению с толстостенными изгибами из износостойкой литой стали.

На практике керамически-покрытые износостойкие стальные трубы, при вскрытии и осмотре после одного-двух лет эксплуатации, не показывают заметного износа или отслаивания композитного слоя. Для труб одинаковых технических характеристик и единичной длины керамически-покрытые износостойкие стальные трубы весят всего около половины по сравнению с износостойкими литыми стальными трубами или биметаллическими композитными трубами, что снижает затраты на строительство за погонный метр на 30–40%. Они весят лишь около двух пятых по сравнению с литыми каменными трубами и редкоземельными износостойкими стальными трубами, что позволяет снизить затраты на строительство за погонный метр более чем на 20%.

Трубопроводная транспортировка жидкостей применяется не только в энергетической отрасли, но и во многих других отраслях промышленности, включая металлургию, угольную, нефтяную, химическую, строительные материалы и машиностроение. При транспортировке сильно абразивных материалов (таких как зола, угольная пыль, минеральный концентрат и хвостовые цементные отходы) трубопроводы быстро изнашиваются, особенно колена. При транспортировке сильно коррозионных газов, жидкостей или твердых веществ трубопроводы могут подвергаться коррозии и быстро повреждаться. При транспортировке высокотемпературных материалов теплоустойчивые стальные трубы оказываются непомерно дорогими. Появление керамических износостойких стальных труб с внутренним покрытием позволило решить эти проблемы.

Примечания:
1. Технические характеристики стальных труб в этой таблице соответствуют стандарту GB8163-87 и изготавливаются из стали 20#.
2. Длины изготавливаются по спецификациям заказчика. Длины более 3 метров свариваются (фланцевым или быстроразъемным способом).
3. Толщина керамического слоя обычно составляет 3–6 мм.
4. D (наружный диаметр нашей стальной трубы) и теоретический вес в таблице приведены только для справки.
5. Другие спецификации могут быть изготовлены в соответствии с техническими условиями заказчика.