新型热障涂层材料及其制备技术的研究与发展

热障涂层（thermal barrier coatings,TBCs）能有效的提高航空发动机热端部件的工作温度和使用寿命。目前应用最为广泛的热障涂层材料为氧化钇部分稳定氧化锆（yttria-stabilized zirconia,YSZ）,该热障涂层材料在服役温度高于1200℃下会发生相变,严重影响航空发动机的使用寿命和服役安全,难以满足新一代航空发动机的服役要求。本文综述了新型热障涂层材料的研究现状,重点介绍了掺杂改性氧化钇部分稳定氧化锆、烧绿石或萤石结构材料、钙钛矿结构化合物、磁铅石矿结构化合物以及新型黏结层材料的研究进展和发展方向,并论述了热障涂层制备技术的方法原理和优缺点,最后对热障涂层材料和制备方法的发展趋势进行了展望。     

高温热障涂层陶瓷层材料研究进展

热障涂层具有良好的隔热效果和抗高温氧化性能,应用于燃气轮机可以显著提高高温部件的使用温度和寿命。先进航空发动机的发展对热障涂层陶瓷面层材料的防护效果和使用寿命提出了更高的要求。本文综述了掺杂改性氧化锆、烧绿石结构稀土锆酸盐、六铝酸镧、石榴石结构化合物、钙钛矿几种不同新型高温热障涂层的陶瓷材料的研究进展,并在此基础上对热障涂层的发展方向进行了展望。     

长春应用化学研究所热障涂层的设计和失效机理研究获进展

正檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴中国科学院长春应用化学研究所在热障涂层的设计思路、失效机理以及新型热障涂层材料研发等方面取得新进展,设计并成功制备出使用温度≥1250℃的双陶瓷层热障涂层材料,"热障涂层的设计和失效机理研究"成果(主要完成人:曹学强等)荣获2013年吉林省自然科学奖一等奖。热障涂层技术利用陶瓷材料的高隔热性和耐腐蚀性来保护金属基底,在能源、航空、航天等方面都有重大应用价值。常规热障涂层材料8YSZ(8%Y2O3(质量分数)稳定化的ZrO2)因在高温下发生相变、烧结和透氧,不能承受1200℃以上的高温。目前,世界各国都在努力研究能替代8YSZ、在更高温度下使用的热障涂层材料。     

热障涂层材料体系研究现状及展望

随着先进航空发动机推进引擎向着高推动力和长服役寿命的方向发展,如今传统的含有 6-8 wt % 的氧化钇稳定氧化锆 (6-8YSZ) 热障涂层材料体系,在服役温度 1200℃以上时,YSZ 陶瓷涂层会发生高温相变,产生涂层间的热应力,最终导致涂层剥落失效,因此新材料体系的引入和涂层结构的改进刻不容缓。本文介绍了传统 YSZ的发展历史并且阐述了掺杂稀土氧化物稳定氧化锆、钙钛矿结构和稀土锆酸盐 (A2 Zr2O7 ) 即烧绿石结构等陶瓷材料体系的研究进展和发展前景,并分析了新型氧化铪基体陶瓷热障涂层体系和高熵材料体系涂层研究现状和未来发展趋势,最后对新型热障涂层材料的问题和发展进行了总结和展望。     

重型燃气轮机用La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7/YSZ双层热障涂层热循环性能研究

重型发电燃气轮机低排放、高效率的发展目标,要求燃气轮机透平的进气温度不断提高。热障涂层作为保护金属热端部件的重要手段,是实现这一目标的关键技术之一。目前世界上最先进的J级燃气轮机的透平进口温度已经达到1600℃,热端部件表面温度超过1250℃,传统的YSZ热障涂层已经不能满足这一发展需求,因此迫切需要开发温度更高、热导率更低的新型热障涂层。本文对La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7(以下简称LZ7C3)热障涂层在重型发电燃气轮机中的应用进行了初步验证。结果表明,LZ7C3涂层具有比常规YSZ热障涂层更低的热导率(0.79～0.48Wm~(-1)K~(-1),相对传统YSZ涂层下降30%以上),且在1250℃的高温火焰台架试验中表现出优良的热循环寿命( 7370次),具有良好的应用前景。     

梯度涂层高炉风口有限元分析

采用有限元分析软件研究了梯度涂层高炉风口的温度分布和应力分布,并与均匀涂层进行了比较。结果表明,涂层可以有效降低风口基体的温度,梯度涂层对降低风口基体温度略低于均匀涂层,而梯度涂层内的温降却明显低于均匀涂层,并且梯度涂层可以缩小基体的高温区域。均匀涂层与风口基体之间具有明显的应力接合界面,而梯度涂层风口接合面处的应力变化较小,能够改善涂层与基体的接合强度,进而提高了风口的使用寿命。     

一种新型热障涂层的研究进展

对一种新型的热障涂层进行了详尽介绍,德国对这种涂层的研究已经成熟,有望成为下一代新型热障涂层的皎皎者,而国内仍存在一定的差距。     

高炉铜风口表面喷涂隔热材料合理性的分析

分析了水冷风口的导热特征和隔热涂层对风口壁温的影响;计算了不同条件下风口内外壁的温度;通过分析比较风口表面处理方法对风口壁温的影响,认为在铜风口表面喷涂隔热材料的方法是提高风口使用寿命的有效途径.     

高炉铜风口表面喷涂隔热材料合理性的分析

分析了水冷风口的导热特征和隔热涂层对风口壁温的影响；计算了不同条件下风口内外壁的温度；通过分析比较风口表面处理方法对风口壁温的影响，认为在铜风口表面喷涂隔热材料的方法是提高风口使用寿命的有效途径。     

热障涂层的研究现状及其制备技术

热障涂层用于燃气轮机的热端部件,可以显著提高其使用温度,延长热端部件的使用寿命,并增大燃气轮机发动机的效率。介绍了热障涂层的研究现状,以及两种主要制备热障涂层方法,即等离子喷涂法和电子束物理气相沉积法的原理、特点及不足。     

不同驱动方式的高炉鼓风机性能分析

对鞍钢高炉电动鼓风机和汽动鼓风机进行了经济技术比较。着重比较了对汽动鼓风机运行费用、电动鼓风机外购电运行与自备电厂供电运行的费用。明确了鞍钢自备电厂安装300MW大机组并供电给两台新建的6500m3/min电动鼓风机,是节能减排、经济合理的最佳方案。     

高炉高风温问题的探讨

分析全国重点钢铁企业和首钢历年年均风温的变化,介绍了首钢近年提高高炉风温情况。分析了近年首钢各厂区高炉的年均风温,结合1 250℃以上月均风温的实例,说明迁钢2号高炉高风温实践是首钢高炉风温进步的主要标志。讨论了与高风温紧密关联的工艺流程、设备及材料、原燃料和高炉操作等问题。高风温是1项综合技术,与大喷煤、富氧等技术融为一体,才能充分发挥其节能作用。     

首钢高炉送风制度的基础研究

随着首钢高炉技术经济指标的提升,原用的送风制度经验公式已不适应于目前的冶炼条件。结合首钢高炉冶炼现状,对送风制度方面的高炉入炉风量、实际风速、鼓风动能及炉缸煤气量、理论燃烧温度、理论实际煤气流速、透气阻力系数等计算公式进行了重新量化,提出了简化算式,由此也深化了目前冶炼条件下对高炉送风制度现状的认识。     

首钢高炉热风炉高风温技术进步

本文叙述首钢高炉热风炉现状和技术进步,说明首钢高炉热风炉向大型、高风温方向发展。通过分析首钢北京地区、首秦和迁钢等高炉热风炉投产以来的风温变化,阐明首钢全烧高炉煤气热风炉采用高温空气燃烧预热技术实现风温1250℃。利用仿真和冷态试验等手段从理论和机理上研究了首钢现有不同高炉热风炉结构的流场和温度分布特征,指出了顶燃式和内燃式热风炉存在的问题。首钢高风温试验研究采取加强系统监测、操作制度优化和改善原燃料条件等措施,实现了1250～1280℃的风温。该试验研究结果将在首钢迁钢3＃高炉、京唐大型高炉上进一步实施,为国内外高炉提高风温研究提供参考。     

首钢外购焦炭质量恶化后的高炉生产实践

针对焦炭质量劣化的状况，高炉操作以活跃炉缸为主，从上下部调剂入手，采取疏导煤气、控制合理的实际风速和鼓风动能、缓解焦炭在高温区的粉化等措施，有效地改善了高炉的顺行状况，并逐步恢复高炉指标。     

高炉送风系统压力损失的理论解析

以流体动力学为基础,建立了阻力损失计算模型,对送风系统的阻力损失进行了理论解析,并讨论了送风系统阻力损失对风口处风速和鼓风动能的影响。对国内5 000 m3级超大型高炉解析结果表明:送风系统阻力损失约占热风表压的11%左右;在风量相同的条件下,考虑送风系统阻力损失的风速和鼓风动能值较不计送风系统阻力损失时要高;为减少风口损坏,建议该5 000 m3级超大型高炉风速上限控制在280 m/s左右,鼓风动能上限控制在18 kW左右。     

高炉高风温的试验研究

在钢铁工业的节能减排形势下,首钢开展了高炉高风温试验研究.2009年高风温试验情况表明,迁钢2号高炉连续4个月月均风温突破1270℃,实现年均风温1258.7℃,达到了高炉生产降低焦比和提高煤比等目标.采用对比分析法总结分析了高风温试验前、2008年和2009年迁钢2号高炉的试验数据,2009年实现1280℃高风温下的...     

富氧喷煤对高炉风口回旋区特征影响的理论研究

运用热力学软件FactSage,针对攀钢4号高炉,研究了富氧和喷煤的变化对高炉风口回旋区特征的影响,主要是对理论燃烧温度以及煤气成分的影响。其结果表明:在攀钢目前的冶炼条件下,4号高炉的喷煤比可以继续提高至185 kg/t,但在245 kg/t时达到极限。提高喷煤比和富氧率均可提高回旋区的温度,但喷煤比的效果会更加显著;喷煤比和富氧的变化对煤气成分影响也各不相同。     

首钢高炉高风温技术研究进展

在比较国内外高炉风温基础上,结合风温变化,说明首钢高炉高风温的技术进步。近年首钢在高风温热风炉、高风温工艺流程和高风温管道等方面开展的理论研究,为首钢高炉实现高风温奠定了基础。在首钢搬迁调整之际,高温空气燃烧预热和自研发的热风炉等技术在首钢得到推广应用。通过首秦与迁钢开展的高炉高风温实验研究,表明首钢实现了1 250～1 280℃的高风温。     

关于大型高炉精准开炉的若干问题

结合安钢1号高炉第二代炉役精准开炉实践,对影响大型高炉精准开炉的几个问题进行了探讨。认为:开炉料化学成分的准确性,以及堆比重、压缩率等物理参数的合理性是精准开炉计算的基础;开炉料装入位置的精确性,以及开炉重要参数的合理选择是精准开炉的保障;开炉料中含铁原料装入的初始位置,以及加风速度、首次铁累计总风量的控制是精准开炉的重要因素。