耐熱耐磨爐排材質(zhì)的組織和性能研究
摘要：研究了我國大型城市生活垃圾傾斜逆推式爐排爐中爐排片的工況條件，提出了相應(yīng)工況下對爐排片材質(zhì)耐熱耐磨的要求。對國內(nèi)外耐熱合金及高溫耐磨合金材料的發(fā)展現(xiàn)狀作了簡述，并綜合分析了國內(nèi)外爐排材質(zhì)的研究和應(yīng)用狀況，提出了我國大型城市生活垃圾焚燒往復(fù)爐排材質(zhì)的現(xiàn)存問題，進(jìn)而指出其發(fā)展趨勢。最后，提出了大型城市生活垃圾焚燒爐往復(fù)爐排材質(zhì)的成分設(shè)計(jì)及其優(yōu)化思想，為爐排材質(zhì)的成分設(shè)計(jì)和組織性能研究提供一定的理論指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：爐排，耐熱，耐磨，組織，性能
1 前言
當(dāng)前，城市生活垃圾處理已成為我國各個(gè)城市面臨的嚴(yán)峻問題。隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及人民生活水平的提高，生活垃圾日漸增多,如果處理不當(dāng)將造成生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。采用焚燒法來處理固態(tài)垃圾是實(shí)現(xiàn)其無害化、減量化、資源化的有效手段，在國內(nèi)外受到了日益廣泛的重視[1]。
目前，大型生活垃圾焚燒設(shè)備通常有流化床、回轉(zhuǎn)窯、熱分解爐和機(jī)械爐排焚燒爐等。機(jī)械爐排焚燒爐的技術(shù)完善可靠，容量大，對垃圾的適應(yīng)性強(qiáng)，絕大部分固體垃圾不需要任何預(yù)處理可直接進(jìn)爐燃燒，尤其適用于大規(guī)模垃圾的集中處理，可進(jìn)行垃圾焚燒發(fā)電（或供熱），其應(yīng)用占全世界垃圾焚燒市場總量的80%以上[2]。針對我國目前垃圾處理的現(xiàn)狀以及我國城市生活垃圾高水分、低熱值的特點(diǎn)，機(jī)械往復(fù)爐排焚燒爐技術(shù)是最適宜我國城市垃圾焚燒的技術(shù)。
由于垃圾焚燒技術(shù)較復(fù)雜、技術(shù)含量高，我國在這方面的技術(shù)力量相對來說還比較薄弱，其中大型城市生活垃圾往復(fù)爐排爐焚燒廠的建設(shè)主要還是依靠引進(jìn)國外先進(jìn)的焚燒爐，建設(shè)投資相對較高。爐排是往復(fù)爐排中堆置垃圾并使之充分燃燒的重要部件，生產(chǎn)高性能的爐排是大規(guī)模焚燒爐的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，爐排的進(jìn)口價(jià)格昂貴，運(yùn)行成本很高，如果長期依賴國外進(jìn)口，勢必影響企業(yè)的效益，導(dǎo)致垃圾發(fā)電的推廣應(yīng)用受到阻礙。因此，在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制適合我國城市垃圾焚燒往復(fù)爐用爐排，使其綜合性能和使用壽命達(dá)到或超越國外先進(jìn)產(chǎn)品的水平，同時(shí)降低制造成本，提高其商業(yè)應(yīng)用水平，具有重要的意義。
2 機(jī)械往復(fù)爐排的工況特點(diǎn)及其對材質(zhì)的要求
機(jī)械往復(fù)爐排是垃圾焚燒爐中當(dāng)前最為優(yōu)越的城市生活垃圾焚燒設(shè)備，分為水平式和傾斜式兩種，其中傾斜式又可分為逆推式和順推式。傾斜逆推式往復(fù)爐排在機(jī)械往復(fù)爐排中焚燒效率最高，但其爐排的工況條件也最為惡劣，因而對爐排材質(zhì)也提出了更高的要求。現(xiàn)以某大型逆推傾斜式垃圾焚燒爐排為例來闡述爐排的工況特點(diǎn)，其示意圖見圖1。
圖1傾斜逆推式往復(fù)爐排示意圖
生活垃圾焚燒爐排的技術(shù)特點(diǎn)、我國城市垃圾的特點(diǎn)、焚燒工藝以及垃圾燃燒產(chǎn)物特點(diǎn)決定了爐排的工況條件。
（1）技術(shù)特點(diǎn)：大型焚燒爐單機(jī)日處理量可達(dá)800t/d；可以以油為輔助燃料，不需摻煤；進(jìn)爐垃圾不需預(yù)處理；依靠爐排的機(jī)械特殊運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對垃圾的翻動與混合，提高垃圾燃燒效率；焚燒爐內(nèi)垃圾可穩(wěn)定燃燒，飛灰量少，爐渣熱酌減率較低；各方面技術(shù)成熟，設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間達(dá)8000小時(shí)以上；不宜經(jīng)常起爐或停爐。
（2）我國城市垃圾特點(diǎn):我國城市生活垃圾具有“高水分、低熱值”的特點(diǎn)，且垃圾組成中餐廚余垃圾所占比例高，生活垃圾管理不規(guī)范，混合收集，固體雜質(zhì)較多。
（3）工藝特點(diǎn)：爐排爐燃燒室分為預(yù)熱干燥區(qū)、主燃區(qū)和燃燼區(qū), 為了防止垃圾低溫燃燒時(shí)產(chǎn)生有害氣體，燃燒溫度需控制在850℃-950℃，且煙氣在該溫度區(qū)域停留時(shí)間至少2s[3]。為保證垃圾的充分燃燒，加速垃圾的干燥過程，一般燃燒空氣先進(jìn)行預(yù)熱后再進(jìn)入爐內(nèi)，針對我國垃圾的特性，通常將一次風(fēng)加熱到250℃左右[4]。垃圾焚燒爐一次風(fēng)主要來自垃圾貯存坑，其中含有少量垃圾腐蝕發(fā)酵產(chǎn)生的臭氣NH3、H2S等。但為了使垃圾充分穩(wěn)定燃燒，一次風(fēng)加熱后由爐排底部引入且燃燒過剩空氣系數(shù)為：1.2～1.6，這使得爐排工作在氧分壓保持較高的條件下，一次風(fēng)同時(shí)也對爐排片起到了冷卻的作用[5]。
（4）燃燒產(chǎn)物特性：垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的爐渣是由陶瓷和磚石碎片、石頭、玻璃、熔渣、鐵和其他金屬及可燃物組成的不均勻混合物。大顆粒爐渣（>20mm）以陶瓷/磚塊和鐵為主；小顆粒爐渣（<20mm）則主要為熔渣和玻璃[6]。爐渣中部分徑粒較大的會留在爐排上部，在垃圾焚燒過程將對爐排片的工作面產(chǎn)生磨損作用。爐渣的主要組成元素有Si、Al、Ca、Na、Fe、C、K和Mg，與飛灰相比,爐渣中的重金屬（如Cd、Hg、Pb和Zn）含量比較低；爐渣的溶解鹽量小于1%（主要為Ca、Na和K的氯化物），爐渣的主要成分為SiO2、Al2O3、CaO等[7]。
同時(shí)，我國城市垃圾中含有大量的塑料等有機(jī)物，燃燒時(shí)會產(chǎn)生較多的HCl、SO2等酸性氣體。文獻(xiàn)[8]中指出，在高溫下垃圾焚燒鍋爐的過熱器及蒸汽管道部位金屬材質(zhì)易于產(chǎn)生高溫氯化型腐蝕。氯化物型腐蝕發(fā)生的條件[9]，一是有足夠高濃度的HCl存在，一般應(yīng) ≥0. 35 %；二是近壁處是還原性氣氛，存在 CO 和 H2。氯化物型腐蝕單獨(dú)存在的可能性不大，主要是HCl作為一種破壞氧化膜的腐蝕性氣體，起到加速其它類型腐蝕的作用，同時(shí)受熱面處于氧化性氣氛可減輕氯化物型腐蝕。由垃圾焚燒的工藝特點(diǎn)可知，爐排片始終在氧分壓較高的高溫環(huán)境下，高溫氧化應(yīng)該是其主要的腐蝕形式。
綜上可知，爐排片是在高溫氧化性氣氛為主、高溫磨料磨損且負(fù)載條件下長時(shí)間不間斷運(yùn)行的。根據(jù)馬曉茜等人對大型城市生活垃圾焚燒爐進(jìn)行的數(shù)值模擬結(jié)果[10]，主燃區(qū)的溫度最高，達(dá)到了950℃。同時(shí)爐排在使用過程中要求相互間配合緊湊，各部位間隙尺寸一致，一般間隙尺寸應(yīng)在3～5mm之間。根據(jù)文獻(xiàn)[11]、[12]的研究，爐排片的加強(qiáng)筋板與其工作面存在較大的溫差，溫差約在150-250℃左右。因此，惡劣的工況條件對爐排片的材質(zhì)提出了以下要求：
（1）具有優(yōu)良的耐熱能力，即高溫抗氧化性、熱強(qiáng)性及高溫下的組織穩(wěn)定性；
（2）具有良好的抗高溫磨粒磨損能力；
（3）熱膨脹系數(shù)適宜，即爐排材質(zhì)的熱膨脹不影響爐排的正常工作。
3 國內(nèi)外耐熱合金及高溫耐磨合金材料的發(fā)展現(xiàn)狀
3.1 國內(nèi)外耐熱合金的發(fā)展現(xiàn)狀
耐熱合金材料包括耐熱合金鑄鋼及耐熱合金鑄鐵。耐熱合金鑄鋼是指通過合金化設(shè)計(jì)，在高溫下具有高的抗氧化性即熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的特殊鋼。耐熱合金鑄鐵與耐熱合金鑄鋼相比，其含碳量較高，但二者的合金化原理相似。為了提高合金的熱穩(wěn)定性，通過合金化方法加入Cr、Si、Al和Ni等元素后，合金在高溫氧化環(huán)境下表面就容易生成高熔點(diǎn)致密的且與基體結(jié)合牢固的Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜，或形成致密的復(fù)合氧化膜，提高合金氧化膜的熱穩(wěn)定性。因此，根據(jù)合金化方法可將爐排材質(zhì)分為Cr系、Si系和Al系耐熱材料。
隨著工業(yè)的發(fā)展，高溫工況條件越來越惡劣，為了延長設(shè)備的使用壽命，國內(nèi)外一直致力于耐熱合金材料的研究，發(fā)展了一系列的耐熱鑄鋼和耐熱鑄鐵。Cr系耐熱鋼以其優(yōu)異的熱強(qiáng)性、抗蠕變性以及良好的抗高溫氧化與其它類型腐蝕能力，引起了人們廣泛的關(guān)注[13,14,15]。國內(nèi)外對其的研究大多是應(yīng)用于石油、化工和電站鍋爐[16,17]等行業(yè)，例如鍋爐過熱器、聯(lián)箱和蒸汽管道等。這些耐熱鋼主要為鉻含量在9 %~12 %的高鉻耐熱鋼。該系列鋼的典型代表有的12CrMoV耐熱鋼和以它為基礎(chǔ)研制的新型高鉻馬氏體耐熱鋼[18,19,20]，包括美國的P91/T91（X10CrMoVNb9·1）、歐洲開發(fā)的E911以及日本的P92/T92（NF616M）、HCM12A（T122）[21]等；中國自行研制奧氏體高鉻系列耐熱鋼包括102（12Cr2MoWVTiB）、HCM2S、T24（7CrMoVTiB10-10）[22]等。在一定范圍內(nèi)，隨著鉻、鎳含量的提高，其耐熱性能會有所提升。這類Cr系耐熱鋼往往具有較高的Cr、Ni含量，例如ZG40Cr25Ni20、ZG35Cr18Ni25Si2、ZG30Cr20Ni10。考慮到其經(jīng)濟(jì)性，出現(xiàn)了以Mn、N代Ni的Cr系耐熱鋼[23,24]，例如ZG30Cr22Ni4Mn7Si2RE和UNSS20910。Cr系耐熱鑄鐵包括RTCr、RTCr2、RTCr16 及高Cr鑄鐵。
進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了以資源豐富的Al、Si為主要氧化性元素的Al系、Si系耐熱鑄鐵。常見的Al系耐熱鑄鐵有RQTA14Si5、RQTA15Si5和RQ2TA122 [25 ] 。隨著Al含量的增多，耐熱性能雖有所提高，甚至可能超過Cr系耐熱合金。但必須指出，Al系耐熱鑄鐵脆性較大，制作工藝較難控制。Si系耐熱鑄鐵以RTSi5、RQTSi4、RQTSi5、RQT2Si4Mo為代表。Si系耐熱合金同樣具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性且工藝性能優(yōu)良，但其材質(zhì)脆性較大以及抵抗溫度變化能力弱的缺點(diǎn)，制約了Si系耐熱鑄鐵的使用范圍。高Ni奧氏體耐熱鑄鐵具有出色的耐熱性能，但其價(jià)格昂貴，在溫度較高領(lǐng)域應(yīng)該較多。
3.2 高溫耐磨合金的研究現(xiàn)狀
隨著水泥、燃煤鍋爐、冶金工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外加快了對高溫耐磨合金研究的步伐，取得了一定的研究成果。目前，在國外研究較成熟為高鉻鎳耐熱鋼，如 SCH-21、HH、HI和 Cr25Ni20等。為了提高其使用壽命，同時(shí)降低成本，鄭州大學(xué)的孫玉福等人[26]在其基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，研制出了使用壽命比Cr25Ni20耐熱鋼提高20%-40%的鉻鎳氮稀土抗磨耐熱鋼。山東魯源電力開發(fā)有限公司的王永剛等人[27]，采用高鉻高鎳材質(zhì)，研制出了高溫不銹耐熱抗磨鋼噴燃器。
國內(nèi)外對耐熱合金在其耐熱性能方面的研究相對較多[28,29,30]，但對其的高溫磨損的研究相對較少。在耐磨合金方面，國內(nèi)外在耐磨鑄鋼和鑄鐵方面的研究主要在其耐磨性能方面，但對其耐熱性能和高溫氧化磨粒磨損性能方面的研究較少。針對應(yīng)用于高溫磨粒磨損方面的材質(zhì)研究多為價(jià)格昂貴的高鉻高鎳材質(zhì)。如果將耐熱合金直接作為大型城市生活垃圾焚燒爐中爐排片的材質(zhì)，可能會導(dǎo)致較大的磨損損失。如果爐排片采用上述研制的高鉻高鎳材質(zhì)的抗高溫磨損材料，則會造成垃圾焚燒成本增大，降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，由于Ni資源較少，不利于爐排材質(zhì)的長期應(yīng)用研究。因此，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的爐排材質(zhì)并對其耐熱性能和抗高溫氧化磨粒磨損性能研究具有很大的意義。
4 國內(nèi)外爐排材質(zhì)的研究和應(yīng)用狀況
4.1 常用的爐排材質(zhì)分類
爐排片的工作工況十分惡劣，為保證爐排片的使用壽命，爐排片應(yīng)選用在高溫下耐磨、耐熱及耐腐蝕的材料制造。通常選用耐熱合金鑄鋼和耐熱合金鑄鐵[31-32]。按應(yīng)用于爐排的耐熱合金的組織特征可分為奧氏體型和奧氏體-鐵素體雙相型。奧氏體型比奧氏體-鐵素體雙相型具有更高的熱強(qiáng)性、抗氧化性能，但膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱性能差、抗應(yīng)力腐蝕能力低，熱疲憊和低周疲憊性能也較低，且成本要高。
4.2 國內(nèi)外爐排材質(zhì)的研究和應(yīng)用狀況
國外某些發(fā)達(dá)國家（德國、丹麥和日本等）的城市生活垃圾焚燒技術(shù)發(fā)展的較早，因此對爐排材質(zhì)的研究也較多。德國的NOELL公司進(jìn)口的爐排爐的爐排片為耐熱雙相鑄鋼。Nicrofer45TM-合金45TM[33]是德國蒂森克虜伯VDM有限公司專為城市垃圾焚燒的高溫腐蝕環(huán)境開發(fā)的高性能鎳基合金材料，適用于其它燃燒溫度在1000℃以下的垃圾焚燒爐的爐排。Nicrofer 45TM-合金45TM為高鉻鎳奧氏體不銹鑄鋼，其成分為Cr 26%~29%、Ni 47%、C0.05%~0.12、Mn1.0%、Si2.5~3.0%、Cu0.3%、Al0.2%、RE0.05%~0.15%、P0.015%、S0.01%，余量為Fe。丹麥巴威-偉倫公司爐排及日本三菱重工株式會社（三菱－馬丁逆推爐排）等爐排生產(chǎn)商也均采用鉻鎳系耐熱材質(zhì)。
在國內(nèi)，城市生活垃圾焚燒技術(shù)起步較晚，大型城市生活垃圾焚燒設(shè)備還主要依靠進(jìn)口。目前，國外進(jìn)口的往復(fù)爐排主燃區(qū)爐排片普遍采用高鉻鑄鐵（含Cr24~28%以上），耐熱溫度較高，多用于20 t/h以上往復(fù)爐排。但進(jìn)口爐排價(jià)格昂貴，運(yùn)行成本很高。我國制造的鏈條鍋爐爐排片常用Cr系耐熱材質(zhì)3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni[34]等。這些材料經(jīng)熱處理過后抗拉強(qiáng)度可達(dá)490Mpa，延伸率可達(dá)到8%且熱處理可調(diào)度大，具有一定的優(yōu)點(diǎn)。但這些材料的Mn含量過高，降低了其耐蝕性能和力學(xué)性能[35]。Si系耐熱鑄鐵如RTSi5、RQTSi4、 RQTSi5、RQT2Si4Mo等均屬于中硅球墨鑄鐵，由于其鑄造工藝性好，抗氧化性能優(yōu)越，價(jià)格相對也較低，耐熱溫度800℃左右，因此被廣泛用作爐排材料[36-37]。但中硅球墨鑄鐵的一個(gè)顯著缺點(diǎn)就是脆性較大，熱強(qiáng)性能較低，適用于溫差不大的工況多用于10 t/h以下往復(fù)爐排。湖南大學(xué)李念平等[38]，在RQTSi4Mo的基礎(chǔ)上將含Si量提高到5.4%～5.8%，并加入0.7%～0.9Mo、0.3%～0.5%Cu研制了一種可代替KT350-10爐排的中硅耐熱材質(zhì),具有良好的高溫性能。山東工業(yè)大學(xué)對此種Cr-Al耐熱鑄鐵[39]材料進(jìn)行了研究，其成分為：Cr4%～5%、Al5%～7%，高溫性能好，可滿足1000℃高溫氧化氣氛的使用要求，其抗生長、抗氧化性能均優(yōu)于中硅球鐵。但是也必須指出，鋁硅球鐵低溫脆性較大，使用壽命不穩(wěn)定，生產(chǎn)操作過程的控制較為嚴(yán)格，會給設(shè)計(jì)與工藝控制帶來一些困難。
綜上，高Cr系耐熱合金（奧氏體型或奧氏體-鐵素體型）以其優(yōu)良的抗高溫氧化性能、熱強(qiáng)性和一定的耐磨性作為往復(fù)爐排材質(zhì)具有廣闊的前景。它符合城市生活垃圾焚燒爐大型化及鍋爐參數(shù)不斷提高對爐排材質(zhì)更高的熱強(qiáng)性及使用溫度的要求。
5 垃圾焚燒爐往復(fù)爐排材質(zhì)的成分設(shè)計(jì)思想
綜合以上分析，我國大型城市垃圾焚燒爐往復(fù)爐排材質(zhì)采用Cr系材質(zhì)具有較好的發(fā)展前景。因此，對合金元素在Cr系耐熱合金的中的作用[40,41,42]進(jìn)行必要的概括，為爐排的成分設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
（1）鉻：Cr是耐熱合金中最重要的元素，一定的Cr含量可以使耐熱合金在氧化性氣氛下，表面形成連續(xù)致密的Cr2O3氧化膜，從而能夠防止氧及其他氧化性氣體進(jìn)入材料內(nèi)部，減小了內(nèi)部材料同的氧化，提高了材料的抗氧化性能。但Cr含量過多則易引起δ脆性，故Cr含量一般不超過30%。
（2）碳：碳是影響合金性能的主要元素。隨著含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度高，奧氏體穩(wěn)定性增強(qiáng)。同時(shí)也會引起碳化物數(shù)量增加，進(jìn)而提高高溫材料的抗磨性能。但碳含量增加，合金中形成Cr的碳化物增多，會使基體中鉻含量下降，降低高鉻合金的抗氧化能力。
（3）鎳：鎳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素，可提高材料電極電位和高溫強(qiáng)度。但鎳稀缺，鎳含量高，成本太大。鎳與鉻常配合使用則會大大提高其在氧化性。
（4）錳：錳也是奧氏體化元素，在鋼中可部分代替鎳的作用。但錳量過高會降低耐熱合金的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能。
（5）鉬：鉬可增加鋼鈍化能力，同時(shí)可以強(qiáng)烈地固溶強(qiáng)化基體，提高耐熱合金的熱穩(wěn)定性，但鉬的成本也較高。
（6）硅：硅是耐熱合金中對抗高溫氧化的有益元素。含硅的耐熱合金在高溫下與氧、鉻等綜合反應(yīng)，形成致密的混合氧化膜。
（7）稀土元素：稀土元素可高耐熱合金氧化膜的形成能力，同時(shí)具有良好的脫氧去硫作用，減少非金屬夾雜物，改善夾雜物形態(tài)。稀土可以改善晶界中碳化物的形態(tài)，阻止晶粒粗化。
（8）Ti、V、Nb：Ti、V、Nb屬于強(qiáng)碳化物形成元素。在耐熱合金中加入少量的Ti、V、Nb中的一種或混合加入，可形成高熔點(diǎn)的，在高溫下極為穩(wěn)定，它們能起外來晶核作用，細(xì)化鑄態(tài)組織，晶界上的MC能有效地阻礙奧氏體晶粒的長大，改善晶界Cr的碳化物的形態(tài)。
根據(jù)爐排的工況條件，往復(fù)爐主然區(qū)的爐排材質(zhì)在1000℃下要具有高的抗氧化性，高的組織穩(wěn)定性及較好的抗高溫磨粒磨損能力。通過成分設(shè)計(jì)，如果能在抗氧化性與熱強(qiáng)性好的基體上分布有高溫穩(wěn)定性好且硬度高的硬質(zhì)相的材料，就能獲得具有優(yōu)良的高溫抗氧化和抗磨料磨損的材質(zhì)[43]。
成分設(shè)計(jì)思想：
（1）為了提高其抗高溫氧化性能需加入高的鉻量，同時(shí)提高碳含量以期在高溫下獲得穩(wěn)定的碳化物 M23C6，進(jìn)而提高高溫耐磨性，綜合考慮Cr18%~28%；Ni含量在4%~15%；
（2）鉬、錳和硅含量均控制在2%以下；
（3）稀土元素0.1%~0.2%；
（4）鈮、釩、鈦的氮碳化物都屬于面心立方結(jié)構(gòu)，它們之間可互相溶解成復(fù)合化物，可調(diào)整化合物的物理性質(zhì)。例如可調(diào)整復(fù)合化合物的比重，使其和鋼水的比重想接近，這樣可以使得復(fù)合化物在晶界上彌散析出而不產(chǎn)生偏析。分析這些碳化物的物性[44,45,46]，由于晶格參數(shù)的不同NbC（0.447nm）、TiC（0.4360nm）、VN（0.4139nm），與bbc鐵的共格度分別為NbC或Nb（CN）（1.103）、TiC（1.076）、VN（1.021），與FCC鐵的共格度NbC或Nb（CN）0.882、TiC（0.861）、VN（0.817），可見NbC或Nb（CN）引起晶格畸變最大，在顆粒周圍應(yīng)變場亦最大，選擇晶格畸變小的碳化物可以降低高溫時(shí)氧化膜的內(nèi)應(yīng)力。三者的總含量控制在0.1%~0.3%為宜。
（5）為了控制合金的組織，預(yù)測各合金元素對耐熱合金組織的影響，可以用舍夫勒（Schaeffler）組織圖（如圖2）來分析。這個(gè)圖是Schaeffler早期研究焊縫組織時(shí)建立的，他把合金中奧氏體形成元素折合成Ni的作用，把鐵素體形成元素折合成Cr的作用，分別用Cr當(dāng)量和Ni當(dāng)量表示，即Cr（當(dāng)量）=（Cr）+2（Si）+1.5（Mo）+5（V）+1.75（Nb）+1.5（Ti）+0.75（W）；Ni（當(dāng)量）=（Ni）+（Co）+0.5（Mn）+0.3（Cu）+25（N）+30（C）。必須指出，Schaeffler組織圖只適用于Cr-Ni系合金的相組成的判斷。嚴(yán)格意義上講只適用于焊縫組織的確定。
Cr（當(dāng)量）
圖 2 舍夫勒（Schaeffler）組織圖[47]
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6 我國垃圾焚燒往復(fù)爐排材質(zhì)研究和應(yīng)用的展望
（1）與國外的往復(fù)爐排制造技術(shù)相比，我國在這方面還比較落后，大部分的往復(fù)爐排爐都需要從國外進(jìn)口。因此，需要加快對國外技術(shù)的消化吸收，研制適合我國國情爐排材質(zhì)。
（2）國外的垃圾分類回收管理規(guī)范，而我國生活垃圾混亂且固體燃料雜質(zhì)較多，無形中提高了對爐排材質(zhì)高溫抗磨等性能的要求。因此，除了對爐排材質(zhì)進(jìn)行耐熱方面的研究外，還要開展高溫抗磨粒磨損方面的研究。綜合分析，爐排材質(zhì)的金相組織為奧氏體+碳化物或奧氏體+少量鐵素體+碳化物。
（3）國外往復(fù)爐排采用的材質(zhì)大多為高Cr和Ni含量的耐熱材質(zhì)。Ni在我國屬于稀缺資源，價(jià)格昂貴，不利于節(jié)約成本。因此，需根據(jù)我國往復(fù)爐排爐的工況設(shè)計(jì)合理經(jīng)濟(jì)的爐排材質(zhì)。
（4）從我國發(fā)展的Cr系、Si系及Al-Si系爐排材質(zhì)來看，三者都具有較好的抗高溫氧化能力。中硅球磨鑄鐵和鋁硅球磨鑄鐵成本都比鉻系耐熱合金低，但前兩者的具有脆性較大且熱強(qiáng)性能較差且鑄件易于產(chǎn)生裂紋的缺點(diǎn)，其中鋁硅球磨鑄鐵還有使用壽命不穩(wěn)定，工藝較難控制的弱點(diǎn)。因此，發(fā)展Cr系爐排材質(zhì)符合我國城市生活垃圾焚燒往復(fù)爐排爐大型化的趨勢。
參 考 文 獻(xiàn)：
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