铸铁锅炉的特点及应用分析

铸铁锅炉的特点及应用浅析

申麦茹

陕西省锅炉压力容器检验所

1　前　言

近年来，随着我国加入WTO，国外众多品牌的小型铸铁热水锅炉大量涌入中国市场，如法国的德地氏、德国德不德鲁斯等知名品牌在国内锅炉领域名列前茅。因其造型美观、耐腐蚀性好、操作保养简便、热效率高等优点已被广大用户认可和接受。本文结合共晶铸铁的特点，介绍国外铸铁锅炉的结构及使用性能，并对铸铁锅炉应用的局限性进行初步分析。

2　共晶铸铁材料的特点

普通锅炉用钢（C≤0.25％），延伸率较大，韧性佳，耐热冲击能力强，但抗氧及酸腐蚀能力较差。

普通锅炉用铸铁，延伸率过小，韧性差，耐冲击能力及适应冷热变化的能力差，但具有较好的抗腐蚀能力。

目前国外品牌的锅炉材料采用共晶铸铁（如法国的德地氏锅炉），结合了钢和普通铸铁的优点，抛弃了二者的缺点。所谓共晶铸铁是当碳当量为4.2％，温度保持在1 148℃时，铁碳合金发生共晶转变，生成共晶奥氏体，其石墨晶体均为最小的A型石墨，即为共晶铸铁。一般情况下，材料的塑性指标延伸率、断面收缩率随含碳量的增加而下降，强度指标抗拉强度、屈服强度随含碳量的增加而上升，而共晶点处铸铁的强度及塑性综合性能最佳。共晶铸铁在中国铸造业中称为双高铸铁（高强高弹）。

共晶铸铁较普通铸铁具有以下优点：

（1）共晶点处熔点最低，所以其流动性好，分散缩孔小，易铸成复杂铸件。

（2）因共晶点处石墨克力最小，不易有薄弱点或避免麻点腐蚀，抗腐蚀性增强。

（3）共晶铸铁的弹性系数高于其他任何可用铸铁的30％，即拥有铸铁的强度特性，塑性又有所提高，较普通铸铁的综合性能好。

3　国外铸铁锅炉结构及使用性能特点

3.1　结构

以燃烧油、气为主，采用多种炉片组合而成，各炉片之间采用双球型按钮螺纹套合，相邻部件的凹槽防止硅缆密封。可根据所需热功率的大小调整炉片的数量满足需要。通常采用大燃烧室和带有散热翅片的卧式水道。为有效地补偿燃烧室与周围的温差，锅炉铸件的环形壳体位于通过加热气体腔中断的外框架内，形成独特的四回程烟道，使燃烧室完全被水系统包围并增设绕流板强化传热，使炉体吸热充分。

3.2　使用性能

除具有智能模块的电子体调节系统即熄火保护、燃气压力保护、稳压装置、流量保护等联动功能外，作为铸铁锅炉还具有如下特点：(www.xing528.com)

（1）分片组装结构，可根据需要任意组合，满足不同出力的需要，适应性强。

（2）共晶铸铁的采用，因弹性系数比普通铸铁高30％，使锅炉具有更强的抵御温度变化与热力冲击的能力。

（3）采用独特的四回程烟道，燃烧室完全被水系统环绕并增设了绕流板强化换热，提高了传热效率。

（4）体积小，易于安装、维护保养和清洁，可节省空间和降低维修费用。

（5）抗腐蚀性强，尤其对于无需除氧及除氧效果不好的锅炉，抗氧腐蚀效果明显。

4　铸铁锅炉应用的局限性

尽管目前国外的铸铁锅炉已发展到了很高的水平，如共晶铸铁的采用、完善的结构设计、领先的自动化程度等。笔者参考国外标准，结合国内的有关规范认为，作为铸铁应用在锅炉上毕竟还存在着无法回避的局限性。

（1）因铸造的固有特点，使结构方面受到一定程度的限制。为满足铸造因素，势必将换热性能放在第二位。①铸件各部分厚度变化不宜太大，且壁厚之间需要一定的过渡斜度，不允许急剧过渡；②为简化铸造模型，提高产品的可靠性，铸造件结构不能太复杂；③考虑浇铸特点，结构须尽量对称，防止产生内应力和热裂纹；④单件铸件尺寸不能太大，大型部件需分段铸造。

（2）适用冷热冲击的能力相对钢材较差。对水汽化后的冲击比较敏感。若铸铁热水锅炉发生汽化，可能造成脆性失效。且对于锅炉中易受冲击的排污阀、防水阀、排污管等部件不允许采用灰口铸铁制造。

（3）国内外有关标准、规范对采用铸铁制造锅炉的范围有相应限定：①我国《热规》规定，额定出水温度低于120℃且额定出水压力不超过0.7MPa，可采用牌号不低于HT150以上的灰口铸铁制造，参数超过此范围的锅炉不应采用灰口铸铁制造；②我国《蒸规》对于可使用铸铁材料的锅炉参数范围没有明确的条文规定，笔者认为说明蒸汽锅炉用铸铁制造不提倡。但其中的某些受压部件可有条件地采用。从可选用的铸铁材料可知，球墨铸铁最高可用于公称压力≤2.5MPa，介质温度＜300℃的场合，且附件公称通径≤100mm；③美国ASMEⅣ《采暖锅炉建造规则》规定，运行压力不超过1.1Mpa且其温度不超过121℃的热水锅炉，蒸汽锅炉运行压力不超过0.103MPa；④德国TRD《蒸汽锅炉技术规程》第Ⅱ组英汽锅炉即水容量超过10L，许用出口温度不超过120℃的热水锅炉，许用工作压力不超过0.1Mpa的蒸汽锅炉可采用铸铁制造。

同时对铸铁材料的选择与使用原则提出了严格的要求及规定。

（4）受铸铁制造上的特点限制，及本身材料特性的约束，水空间小，所承受的压力和温度有限，不能满足大容量、高参数的需要。

（5）按我国标准规范规定，安全阀、排污阀与筒体的连接管应采用焊接，但对于铸铁制造的锅炉焊接显然不合适。同样ASME、TRD也规定“应尽量避免焊接”。同时对于受压部铸件上的缺陷不允许焊补，与钢制锅炉的修补相比，显然麻烦得多。

5　结束语

采用铸铁制造锅炉虽然有些局限性，但小型铸铁锅炉因其抗腐蚀性能好、寿命长、热效率高、安装维修方便等优点而受大家的青睐。通过优化设计、完善铸造工艺等手段，小型铸铁锅炉仍有潜力可挖。同时也希望我国建立关于铸铁锅炉的专门法规、标准，以利于铸铁锅炉的设计、制造、检验和安装使用。

（注：该论文发表于《锅炉压力容器安全技术》2003年第4期）