超高溫濃硫酸用不銹鋼項(xiàng)目可行性報(bào)告

1、永 嘉 縣 科 技 計(jì) 劃 項(xiàng) 目XDS-7超高溫濃硫酸用不銹鋼可行性報(bào)告宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司二一一年三月XDS-7超高溫濃硫酸用不銹鋼項(xiàng)目可行性報(bào)告一、 立項(xiàng)的背景和意義人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志?，F(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在硫酸工業(yè)中，由于硫酸的極強(qiáng)腐蝕性，因而硫酸設(shè)備材料就成為硫酸工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。硫磺制酸工藝過程包括三大步驟：硫磺焚燒、S02轉(zhuǎn)化和S03吸收，均為放熱反應(yīng)，其放出的總熱量達(dá)528.4kJ/mol。根據(jù)載熱介質(zhì)溫度的不同，通常將硫磺焚燒和和S0

2、2轉(zhuǎn)化兩個(gè)過程產(chǎn)生的熱量分別稱為高溫和中溫位熱能，約占總熱量的56和19，一般采用廢熱鍋爐、蒸汽過熱器及省煤器來回收這部分熱能產(chǎn)生中壓過熱蒸汽。S03吸收過程產(chǎn)生的熱量稱為低溫位熱能，約占總熱量的25，傳統(tǒng)工藝是采用80左右的濃硫酸來吸收SO3生成硫酸，SO3吸收過程產(chǎn)生的反應(yīng)熱用循環(huán)冷卻水移出系統(tǒng)。硫酸生產(chǎn)過程中SO3吸收溫度一般在80120。所以熱量通常只能以80120的熱水（或蒸汽）形式從酸冷器回收或排掉。這一溫度的熱水（或蒸汽）不能用來做功。只能用于如城市供熱采暖、預(yù)熱鍋爐給水以及生產(chǎn)流程中產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的加熱，這顯然不是人們所最希望的。欲利用這部分低溫位熱能就要相應(yīng)提高吸收塔的操作溫

3、度，只有吸收塔酸溫達(dá)到200以上，才能產(chǎn)生10公斤壓力的過熱蒸汽。不同硫酸濃度，其腐蝕性質(zhì)很不一樣。065%H2SO4任何溫度都呈還原性，6585% H2SO4低溫呈還原性，高溫或沸騰呈氧化性，85100% H2SO4任何溫度都呈氧化性。隨著溫度的提高，硫酸的活性增加，對(duì)設(shè)備的腐蝕會(huì)加劇。另外，隨著溫度的提高，硫酸中的氧含量降低，金屬的鈍化越加困難，甚至能使原來鈍化的金屬又處于活化態(tài)。因此，循環(huán)流動(dòng)的高溫硫酸對(duì)一般耐酸材料的腐蝕急劇增加。由于硫酸具有較好的熱穩(wěn)定性和不揮發(fā)性，硫酸生產(chǎn)的反應(yīng)可在高溫下進(jìn)行，因此循環(huán)酸的溫度幾乎完全由組成干吸系統(tǒng)的干吸塔、循環(huán)槽、泵、閥、管道和酸冷卻器等結(jié)構(gòu)材料的

4、耐腐蝕性能所決定。從很大程度上講，耐酸材料的研發(fā)是解決低溫位熱回收的關(guān)鍵。“十一五”規(guī)劃綱要中提出：“十一五”期間單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20左右、主要污染物排放總量減少10。另外，隨著各種能源價(jià)格的不斷上漲，特別是在硫磺價(jià)格暴漲的今天，熱能回收已成為硫酸裝置主要的節(jié)能降耗措施，在硫酸裝置中的重要性越顯突出。硫酸生產(chǎn)中廢熱的回收利用程度已成為衡量硫酸工業(yè)技術(shù)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，將硫酸生產(chǎn)裝置視為不排放二氧化碳的綠色能源工廠已逐漸成為一種趨勢(shì)。在高、中溫位熱能普遍得到回收利用的情況下。合理開發(fā)利用低溫位余熱，具有重大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。而開發(fā)利用低溫位余熱的關(guān)鍵就是要開發(fā)一種用于200以上濃硫酸特

5、種材料。這種超高溫濃硫酸用不銹鋼特種材料技術(shù)屬國(guó)家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域第四大類新材料技術(shù)，第一小類金屬材料中的高性能金屬材料及特殊合金材料生產(chǎn)技術(shù)。也是浙江省重大技術(shù)裝備行業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)。因而此材料的成功開發(fā)必將帶動(dòng)周邊地區(qū)泵、閥、化工設(shè)備及相關(guān)制造企業(yè)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)硫酸工業(yè)技術(shù)進(jìn)步。二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)硫酸對(duì)低合金鋼來說是一種具有高度腐蝕性的化學(xué)品，一般不銹鋼在硫酸生產(chǎn)中的應(yīng)用也十分有限。硫酸介質(zhì)中用的耐腐蝕材料可以從含硅不銹鋼、鐵鎳基耐蝕合金和鎳基耐蝕合金中選擇。迄今為止，已經(jīng)研發(fā)出多種類的硫酸用鋼，但在200高溫硫酸中，不銹鋼與濃硫酸接觸后，因“鈍化”作用形成的鐵和鉻的

6、氧化膜在酸溫高于85時(shí)將很快被破壞，即使哈氏合金，在更高的酸溫下，其腐蝕速率隨溫度的升高也急劇增加。因此，必須研制性能更加優(yōu)異的耐高溫濃硫酸的不銹鋼。Lewmet合金是一種鐵鎳基耐蝕合金，具有良好的耐腐蝕和抗磨蝕性能，在140的濃硫酸中，年腐蝕率小于0.25mm。美國(guó)路易斯廠用Lewmet合金制造耐酸泵的關(guān)鍵部件，該泵在120的濃硫酸中可使用多年。SARAMET是一種含硅的奧氏體不銹鋼，是由加拿大Chemetics公司研制的，它在98硫酸(t120)和93硫酸(t60)中的年腐蝕率小于0.13mm。它主要用于制造酸塔、泵槽、酸管及酸分布器。瑞典Sandvik公司生產(chǎn)的SX含硅不銹鋼在熱濃硫酸中

7、的耐蝕性優(yōu)于其他合金，對(duì)于濃度大于98 的硫酸，在150下的年腐蝕率小于0.1mm/a。SX含硅不銹鋼的鈍化膜極堅(jiān)固，對(duì)酸的流速?zèng)]有限制。美國(guó)孟莫克公司開發(fā)的HRS(Heat Recovery System，即廢熱回收系統(tǒng))利用硫酸濃度提高到99以上后腐蝕性略有下降的特性，將酸溫和酸濃度同時(shí)控制在一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)，并針對(duì)該特定工況開發(fā)了抗強(qiáng)腐蝕的專用ZeCor合金材料，但ZeCor不耐200的98%硫酸腐蝕。我國(guó)也對(duì)耐高溫濃硫酸腐蝕的合金材料進(jìn)行了大量的研究，宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司開發(fā)的XDS高硅奧氏體不銹鋼可以用來制造硫酸生產(chǎn)裝置的干燥和吸收塔、各種類型酸分布器、塔內(nèi)填料支撐蓖子板、循環(huán)酸槽、酸

8、管線和閥門等，其工況條件一般為9398濃硫酸，溫度170。國(guó)內(nèi)開展適用于200高溫濃硫酸材料的研究報(bào)道很少。鑒于超高溫濃硫酸腐蝕的特殊性和實(shí)際生產(chǎn)的需要，理想的不銹鋼材料應(yīng)具有良好的耐腐蝕性能，其年腐蝕率要0.1mm/a，適用硫酸的濃度范圍寬，減少硫酸生產(chǎn)中工況波動(dòng)帶來的事故風(fēng)險(xiǎn)；力學(xué)性能好，便于進(jìn)行機(jī)械加工和焊接；原材料成本低，鑄造、鍛造和軋制性能好，具備良好的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，提高其在市場(chǎng)上的占有率。三、 研究開發(fā)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵1、主要研究?jī)?nèi)容a、 根據(jù)用途以及組織和性能要求，設(shè)計(jì)所開發(fā)鋼種的成分；b、 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室冶煉和軋制，制備試樣，并摸索生產(chǎn)工藝；c、 進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)，探索新鋼種的熱加工工藝參

9、數(shù)；d、 探索新鋼種的熱處理工藝制度對(duì)性能的影響；e、 驗(yàn)證并比較所開發(fā)鋼種的極化曲線，測(cè)試其耐200、98濃硫酸均勻腐蝕性能；f、 檢驗(yàn)并驗(yàn)證所開發(fā)鋼種的常規(guī)力學(xué)性能和金相組織。2、技術(shù)關(guān)鍵a、 成分設(shè)計(jì)：由于超高溫濃硫酸具有特殊的腐蝕性能和很高的危險(xiǎn)性，同時(shí)硫酸生產(chǎn)中工況條件會(huì)在較大范圍內(nèi)變化，因此成分設(shè)計(jì)上要保證材料的耐腐蝕性能要達(dá)到0.1mm/a，以確保設(shè)備的使用年限不低于10年。材料的力學(xué)性能優(yōu)良，以便于進(jìn)行機(jī)械加工、沖壓和焊接。b、 制造工藝：不銹鋼的成本很大一部分要耗在加工過程中，因次，該超高溫濃硫酸用鋼的鑄造、鍛造等工藝性能要優(yōu)良，以降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。四、 預(yù)

10、期目標(biāo)（主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)情況、應(yīng)用前景）1、主要技術(shù)指標(biāo)：a、成分：Cr：25.030.0Si：2.0Mn：2.0Mo:1.03.0Ni:0.11.5Cu:0.51.5Nb：0.31.0Ti:0.11C：0.03S：0.02P：0.035RE：0.6b、金相組織：穩(wěn)定鐵素體c、退火處理后力學(xué)性能（根據(jù)GB/T 1220-2007）：鍛造棒材：屈服強(qiáng)度（0.2）245MPa抗拉強(qiáng)度（b）450MPa斷后伸長(zhǎng)率（）20硬度（HBW）200d、耐硫酸濃度：98e、耐硫酸溫度：200f、年腐蝕率：0.1mm/a2、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：按照產(chǎn)品平均售價(jià)11萬元/噸，產(chǎn)品全部成本8.58萬元/噸，

11、稅金總額占銷售收入6為0.66萬元，凈利潤(rùn)占銷售收入16為1.76萬元，利稅率22為2.42萬元，按年產(chǎn)500噸計(jì)算，銷售收入5500萬元，稅金330萬元，凈利潤(rùn)880萬元。a、 年銷售收入：11萬元/噸500噸=5500萬元b、 年稅金總額：5500萬元6=330萬元c、 年凈利潤(rùn)：5500萬元16=880萬元3、知識(shí)產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)情況項(xiàng)目產(chǎn)品計(jì)劃申請(qǐng)實(shí)用新型專利一項(xiàng)，專業(yè)刊物上發(fā)表論文一篇。公司獨(dú)家擁有該項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)施高科技專利產(chǎn)品商品化、產(chǎn)業(yè)化。4、應(yīng)用前景近些年，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源消耗的迅速增長(zhǎng)，我國(guó)已經(jīng)成為能源消耗大國(guó)，高能耗成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一，節(jié)約能源已憂為當(dāng)務(wù)之急。

12、余熱是硫酸生產(chǎn)等裝置的主要副產(chǎn)品。低溫回收裝置，可實(shí)現(xiàn)利用吸收的余熱生產(chǎn)低壓蒸汽，生產(chǎn)一噸硫酸可回收0.31MPa的低壓蒸汽0.40.5t,使產(chǎn)汽量達(dá)到1/7t/t酸，硫酸裝置總的熱能回收率達(dá)到90%以上。這是硫酸工業(yè)低溫余熱回收利用的一項(xiàng)突破性技術(shù)。而由于硫酸的極強(qiáng)腐蝕性，特別是當(dāng)其溫度200時(shí)，即使哈氏合金其腐蝕速率也大大增加。因此我公司開發(fā)的XDS-7超高溫濃硫酸用不銹鋼具有非常重大的意義。我國(guó)共有硫酸生產(chǎn)企業(yè)600多家，其中80%的硫酸廠家，其生產(chǎn)工藝、設(shè)備和環(huán)保等技術(shù)水平相對(duì)比較落后，未實(shí)現(xiàn)低溫余熱回收利用。當(dāng)前循環(huán)利用，節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展，已是新世紀(jì)工

13、業(yè)的必然選擇。因此未來幾年這些硫酸廠家采取節(jié)能降耗、回收再利用為主要的控制措施。一些較大的硫酸制造廠家都將會(huì)興建低溫回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)的泵、閥、管道、換熱器等與介質(zhì)直接接觸的部件材料必須具備耐超高溫濃硫酸的腐蝕。而目前此類材料還未聞?dòng)袕S家生產(chǎn)制造，國(guó)際國(guó)內(nèi)此產(chǎn)品研究開發(fā)就數(shù)我公司處于領(lǐng)先地位，因此本項(xiàng)目市場(chǎng)前景非常看好。五、 研究方案、技術(shù)路線、組織方式與課題分解1、 研究方案項(xiàng)目承擔(dān)單位為本公司，項(xiàng)目的各項(xiàng)研究?jī)?nèi)容均由本公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)，項(xiàng)目期限為2年（2011年1月-2012年12月）。2、 技術(shù)路線a、 由于超高溫濃硫酸的特殊腐蝕性能，成分設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)以下原則：腐蝕指數(shù)CI=0.35（Fe

14、+Mn）+ 0.70（Cr）+ 0.30（Ni）- 0.12（Mo）進(jìn)行計(jì)算。凡是CI39的不銹鋼才可以選用。b、 鐵素體不銹鋼具有塑性差等缺點(diǎn)，因此采取超低碳（0.03）、加入少量的鎳以改善其冷熱加工性能。c、 用于制造化工設(shè)備的材料，其抗局部腐蝕性能是必須考慮的。因?yàn)檫@種局部腐蝕破壞難以預(yù)測(cè)，同時(shí)也更危險(xiǎn)。因此，通過添加鈮、鈦等改善耐晶間腐蝕性能，通過添加鉬、銅和稀土等改善耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕性能。 d、 適量的稀土元素可改善鋼的金相組織和加工性能，增強(qiáng)耐腐蝕性。稀土元素可抑制形變鐵素體再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，起到細(xì)化晶粒的作用；同時(shí)其可以與氧、硫等有害元素結(jié)合，減少鋼中的夾雜物，起到提高鋼的耐點(diǎn)

15、蝕等局部腐蝕性能。e、 采用中頻爐AOD爐等進(jìn)行雙聯(lián)冶煉，其原料適用范圍廣，可有效降低碳、氮等間隙元素含量，鋼錠質(zhì)量好。f、 由于鐵素體不銹鋼容易發(fā)生黏結(jié)軋輥現(xiàn)象，因此軋鋼應(yīng)采用混合軋制模式，即超純鐵素體不銹鋼與表面質(zhì)量要求不高的常規(guī)碳鋼混軋，以利用混軋?zhí)间撉逑窜堓伇砻?。另外，適當(dāng)降低軋制溫度，采用較低的溫度可以使表面硬度提高，緩解黏著。3、 組織方式與課題分解本項(xiàng)目由本公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)，核心研發(fā)成員6人，課題組成員及分工見下表。課題組成員及分工項(xiàng)目負(fù)責(zé)人姓 名劉煥安聯(lián)系電話67987035E-mailLiuha-366266手 歷大學(xué)學(xué) 位專 業(yè)金屬材料技術(shù)職稱研

16、究員工作經(jīng)歷、主要成果、獎(jiǎng)勵(lì)、榮譽(yù)和發(fā)表論文1962年10月1985年1月中科院金屬研究所從事金屬材料研究工作。1985年1月1996年10月中科院金屬腐蝕與防護(hù)研究所從事金屬材料研究。1996年至今在宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司從事耐腐蝕金屬材料研發(fā)工作。研發(fā)的F 33雙向不銹鋼由中國(guó)硫磷肥設(shè)計(jì)所作為推廣材料。高硅不銹鋼在硫酸行業(yè)得到廣泛推廣應(yīng)用。耐高溫材料XD4制作的高溫調(diào)控閥門在國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用。1999年獲得硫酸行業(yè)中的最高榮譽(yù)孫師白獎(jiǎng)。獲得磷肥行業(yè)的中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。研究的稀硫酸不銹鋼獲得中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。2010年6月獲得中國(guó)硫酸工業(yè)協(xié)會(huì)，中國(guó)磷肥工業(yè)協(xié)會(huì)授予終身榮譽(yù)獎(jiǎng)。項(xiàng)目組

17、成員姓名年齡職稱專業(yè)工作單位在本項(xiàng)中分工張智丹29碩士材料學(xué)宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司力學(xué)性能和金相分析歐陽明輝29碩士材料學(xué)宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司電化學(xué)腐蝕分析張佳秋58高工鑄造宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司冶煉工藝?yán)钣駚?2高工鑄造宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司軋制工藝伏玲霞38助工化學(xué)分析宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司均勻腐蝕試驗(yàn)六、計(jì)劃進(jìn)度目標(biāo)起始年月進(jìn)度目標(biāo)要求（每欄限80字）2011年01月2011年03月市場(chǎng)調(diào)查、收集資料落實(shí)人員、前期準(zhǔn)備2011年04月2011年12月成分設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)2012年01月2012年06月樣品制作、檢測(cè)試用2012年06月2012年08月改進(jìn)提高、產(chǎn)品定型2012年09月2012年12

18、月批量生產(chǎn)、推廣應(yīng)用專家組對(duì)項(xiàng)目驗(yàn)收七、現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和條件1） 本公司擁有屬省級(jí)企業(yè)技術(shù)中心的特種金屬材料研發(fā)中心，和屬省級(jí)高新技術(shù)研究開發(fā)中心的防腐設(shè)備研發(fā)中心，有先進(jìn)的加工設(shè)備和檢測(cè)試驗(yàn)儀器400多臺(tái)。2） 本公司擁有豐富的防腐蝕材料研發(fā)、防腐材料選材、化工設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、營(yíng)銷經(jīng)驗(yàn)和一流的技術(shù)力量及科技創(chuàng)新能力。3） 公司已取得ISO9001-2000質(zhì)量管理體系認(rèn)證、CE認(rèn)證、TX壓力容器安全認(rèn)證、商標(biāo)注冊(cè)證，公司具有產(chǎn)品出口自營(yíng)權(quán)。4） 公司現(xiàn)有建筑面積35000M2，企業(yè)總資產(chǎn)35444萬元，固定資產(chǎn)凈值8000余萬元，銀行信用等級(jí)AAA級(jí)。5） 我公司有一些長(zhǎng)期從事材料，化工設(shè)備技

19、術(shù)工作的同志，積累了豐富的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，熟習(xí)國(guó)內(nèi)外化工設(shè)備行業(yè)的技術(shù)前沿情況。6） 購置了美國(guó)進(jìn)口的35通道光譜儀，無損探傷設(shè)備，及理化測(cè)試設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)暴露的各種技術(shù)問題及時(shí)解決。八、經(jīng)費(fèi)預(yù)算項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算表(一)、設(shè)備費(fèi) 名稱及規(guī)格型號(hào)數(shù) 量單 價(jià)金 額用 途 說 明電感耦合等離子發(fā)射光譜17070研究金屬腐蝕，合金成分優(yōu)化250公斤真空感應(yīng)電爐1130130合金冶煉工藝實(shí)驗(yàn)管材高頻熱處理爐18585熱處理實(shí)驗(yàn)不銹鋼電解拋光系統(tǒng)13535金相實(shí)驗(yàn)合計(jì)320 (二)、能源材料費(fèi) 名 稱 數(shù) 量單 價(jià)金 額用 途 說 明鎳320.561.5合金成分材料微碳烙鐵62.213合金成分材料金屬硅0.31

20、.60.5合金成分材料純鐵616合金成分材料電解錳0.52.41.2合金成分材料稀土0.59.54.8合金成分材料其他輔助材料21020合金成分材料電費(fèi)500000.00015研發(fā)設(shè)備、試制設(shè)備耗能合計(jì)112 (三)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)費(fèi)（指在項(xiàng)目研究、攻關(guān)過程中樣機(jī)制造、試驗(yàn)的費(fèi)用） 名 稱 數(shù) 量單 價(jià)金 額用 途 說 明檢測(cè)費(fèi)、外加工28產(chǎn)品檢測(cè)、性能測(cè)試、外加工 (四)、信息費(fèi)（指在項(xiàng)目研究過程中需要支付的出版費(fèi)以及書籍購買費(fèi)、資料費(fèi)、文獻(xiàn)檢索費(fèi)、入網(wǎng)費(fèi)、通信費(fèi)等） 名 稱 數(shù) 量單 價(jià)金 額用 途 說 明通信費(fèi)、入網(wǎng)費(fèi)111資料、書籍111(五)、會(huì)議調(diào)研費(fèi)（指為項(xiàng)目研究而進(jìn)行的相關(guān)的專題技術(shù)調(diào)研、學(xué)術(shù)會(huì)議費(fèi)） 名 稱 數(shù) 量單 價(jià)金 額調(diào) 研 內(nèi) 容調(diào)研費(fèi)155市場(chǎng)調(diào)研、學(xué)術(shù)調(diào)研(六)、租賃費(fèi)（指進(jìn)行項(xiàng)目研究、開發(fā)、試驗(yàn)而租賃的專用儀器、設(shè)備、場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)基地、車輛等所發(fā)生的費(fèi)用） 名 稱 數(shù) 量單 價(jià)金 額用 途 說 明(七、驗(yàn)收費(fèi)（包括項(xiàng)目驗(yàn)