陶瓷内衬复合钢管

自蔓延高温合成（SHS）概述

自蔓延高温合成（Self-propagating High-temperature Synthesis, 缩写SHS）是利用化学反应自身放热制备材料的新技术。目前已发展成为一个介于燃烧科学与材料科学之间的新学科，用自蔓延技术合成的材料达上千种，它的突出优点是设备简单、工序少、合成速度快、成本低，尤其适用于高温难熔材料的合成。将高温自蔓延合成技术和传统的离心铸造工艺有机结合起来，形成了独特的SHS-离心技术，开创了制备管状环形复合材料的新途径。目前，该技术已经成功地用于陶瓷内衬复合钢管的生产。本课题组近年来一直从事SHS－离心合成技术的研究，除了陶瓷内衬复合钢管外，本课题组利用SHS离心技术已经成功地开发出了不锈钢内衬复合钢管、聚合物内衬复合钢管以及耐蚀合金内衬复合钢管。

项目负责人：席文君

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SHS陶瓷内衬复合钢管

SHS-离心法与传统工艺（热喷涂法、等离子喷涂、热装法、爆炸法等）比较有明显的优点：成本低、内衬陶瓷层与钢管结合紧密、制备的复合钢管长度较长（可达5.5米）。SHS-离心法制备的陶瓷内衬复合钢由三层组成，里层为Al₂O₃陶瓷，中间过渡层为铁，最外层是普通碳钢。陶瓷层是在2000°C以上的高温下形成的，通过过渡层与钢管紧密结合。陶瓷内衬复合钢管综合了氧化铝陶瓷硬度高和化学稳定性好以及外层钢管强度高、塑性好等优点，具有优良的耐磨、耐蚀和良好的耐机械冲击性能。陶瓷层的显微硬度达到HV1100以上，陶瓷层与碳钢的结合强度约为15MPa。陶瓷内衬复合钢管作为耐磨钢管的使用寿命是普通无缝钢管的15-20倍。陶瓷内衬复合钢管已广泛应用于矿山尾矿输送，电厂煤粉和除灰管道等工业领域，并取得了良好的经济效益。目前，本实验室已经研究开发成功了具有独立知识产权、低成本、高质量、工业化规模生产陶瓷内衬复合钢管的新技术。

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不锈钢及耐蚀合金内衬复合钢管

本课题组利用SHS离心技术开发开发成功了输送腐蚀性介质的双金属不锈钢内衬复合钢管。SHS-离心法的优点之一是可制备超低碳不锈钢，避免钢中析出碳化物，因此可防止由于碳化物析出造成的晶界附近贫铬，从而提高不锈钢内衬层的抗晶间腐蚀性能。此外，这种方法制备的内衬层可与外层钢管实现牢固的冶金结合。不锈钢内衬复合钢管可代替整体不锈钢管，其成本是整体不锈钢管的1/3，在冶金、石油、化工等领域有广泛的应用前景。 18-8型不锈钢内衬层的成分、物理机械性能以及耐蚀性如表1、2、3所示。除了不锈钢内衬复合钢管外，本课题组还研制开发成功了SHS镍基耐蚀合金内衬复合钢管。镍基合金作为耐腐蚀材料，是在环境恶劣、不锈钢腐蚀速度太快而非金属材料由于磨蚀或其它损坏也不具有长期的使用寿命的情况下才使用的。除了优良的抗腐蚀性能外，镍基合金可焊性好。在抗氧化性方面，镍基合金比耐热钢优越得多。镍基合金还是优良的抗碳化、硫化、氮化和氯化材料，可用于高温腐蚀领域。此外，镍基耐蚀合金的热膨胀系数与碳钢相近，制备过程中内衬层中产生的热应力小，内衬层不容易产生裂纹。镍基合金的价格是不锈钢价格的3～5倍。SHS-离心法制备镍基合金内衬复合钢管的成本是传统工艺制备整体镍基合金管的1/6，这种复合钢管实现工业化规模生产后，将会创造可观的经济效益。

项目负责人：席文君

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耐腐蚀聚合物内衬复合钢管

耐腐蚀聚合物内衬复合钢管是本课题组最近开发的一种新产品，该复合钢管由三层组成，最里层是聚合物，中间层是氧化铝陶瓷，最外层是碳钢。聚合物内衬层厚度为0.5~1.0mm，最高使用温度是120℃。由于聚合物内衬层与氧化铝陶瓷过渡层之间结合强度高以及内衬层表面光滑，因此该产品具有内衬层不易脱落和输送介质时阻力较小等优点。该产品具有优良的耐腐蚀和耐磨性能，与普通聚合物管相比，不易老化，可承受更高的压力，输送热水时不易结垢，可广泛用于石油、化工、食品、冶金和矿山等行业。例如，在化工行业用于高腐蚀性介质的输送，取代钢管和铸铁管用于输水管道，还可代替水泥管用于污水处理系统。

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小口径陶瓷内衬复合弯管

小口径陶瓷内衬弯管用自蔓延重力法制备，该工艺弥补了离心法只适合制备直的规则形状管状样品的不足，即可制备等径的弯管，又可制备变径的直管和弯管。陶瓷内衬弯管的内衬层是Al₂O₃陶瓷、Al₂O₃-ZrO₂、Al₂O₃-Cr₂O₃复合陶瓷，内衬陶瓷层具有优异的耐高温氧化、耐磨和耐高温腐蚀性能，在冶金、化工等工业领域有广泛的应用前景。图2所示的是自蔓延重力法制备的小口径内衬陶瓷复合钢管，这种复合钢管用作高炉喷煤枪已经在国内几家大型钢铁企业获得成功应用。

合作方式：技术转让。

投资规模：不包括厂房投资500万元人民币。

项目负责人：席文君

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光导聚能高温相变储能室内太阳炉(阳光厨房)

利用太阳能舒适地进行炊事烹饪，一直是国内外研究的热门课题。事实上，太阳能是一种品质很高的能量，因为太阳的表面温度高达5700K，理论上讲，在地表面我们可以聚集太阳能达5000℃以上。而人们通常使用的集热器，如全玻璃真空管集热器和全铜平板型集热器等，一般只能集热达90℃左右，远未充分使用太阳能潜力。

本技术的运行原理是：光漏斗高效聚集太阳光，经光导管输送至集热腔中，在那里光能转化为热能。集热腔中装有高效高温相变储热材料，实现热能的高温储存。

    集热腔通过导热条和集热腔导热板与蓄热体紧密接触，可将集热腔产生的热量迅速导入蓄热体中储存；当用户需要热能时，可通过供热口导热或内循环导热油分别为用户供热。为防止散热，装置的外壳体采用具有真空夹层的内外壁结构制成，外壳体的外壁再用可耐高温的绝热材料保温，从而实现装置的高温储能。外壳体上的进光口通过透明窗与光导管相互连接，从而实现太阳光能的顺利导入。基于现有的技术和所要达到的目标，确定如下研究内容：研究和设计高效聚光、高反射率的光导管和光漏斗技术，实现光能的多次浓缩，减少太阳光的收集和传导损失。包括多级ＣＰＣ的匹配设计、反光材料的选择和导管的最佳尺寸等的决定。装置的外壳内储有高温热能，克服装置的散热是一大难题，特别是进光口。因此研究进光口的透明隔热的新技术，是本研究的主要内容之一。研制全新的高温储能炉和储能材料，探索新的热能输送技术和手段，实现室内太阳炉的全新控制。探索新的光热转化机理，实现小光流大储存，极大降低室内太阳炉系统的造价。

主要技术指标：主体装置壳体保温夹层真空绝对压力小于10^-2Pa；聚光系统的直射光聚光效率大于40%；系统储能温度大于200℃时，散热功率小于50W；储能材料的可用冷热循环次数大于1000次；大于50mm直径的太阳光导管传光10米时，出光口输出光能大于30W，能用于太阳能绿色照明目的；传能距离小于20米时，传能损失小于5%。本技术的基本思路来自于自主创新，因此具有完全的自主知识产权.

 

太阳能低温小型LiBr吸收式空调系统

本装置是一种利用太阳能作为驱动力、采用环境友好的LiBr-H₂O作为工质的小型空调系统。通过特殊设计的溶液提升管，实现内部溶液的自循环，无需电泵作为动力。运行温度在70至90℃范围，制冷量在5至10kW范围。特别适合中小型别墅或办公楼使用。

本装置主要采用了狭逢通道小温差强化传热专利技术、激淋式横管和竖管降膜蒸发与冷凝技术以及多效回热、强化冷凝、强化对流等多项先进的强化传热传质措施，使装置具有节能、稳定和运行温度低的特点。只要有太阳能或发动机余热的地方即可使用，能在20～40℃的环境温度下、在60～90℃的供热水温度范围内正常工作，满足太阳能集热器提供热水的各项技术要求。在80℃的供热水温度下运行时的COP达到0.6以上。