一种煤炭地下气化通道用可燃套管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种煤炭地下气化通道用可燃套管及其制备方法，属于石油工业管材制造技术领域，该可燃套管制备工艺简单，按照质量百分比为0.2

【技术实现步骤摘要】
一种煤炭地下气化通道用可燃套管及其制备方法


[0001]本专利技术属于石油工业管材制造
，涉及一种煤炭地下气化通道用可燃套管及其制备方法。

技术介绍

[0002]煤炭地下气化技术是在地下创造适当的工艺条件，使煤炭进行有控制的燃烧，通过煤的热解以及煤与氧气、水蒸汽发生的一系列化学反应，生成氢气、一氧化碳和甲烷等可燃气体的化学采煤方法，实现煤炭清洁开采，煤炭地下气化技术是集煤炭矿采和地面煤制气为一体的天然气开发新途径，是一流程短、安全性高、环境友好的天然气开采方式。煤炭地下气化实现了煤炭地下密闭开发，气态产物为富含甲烷、一氧化碳和氢气的粗煤气，无固体废弃物排放，是集建井、采煤、气化三大工艺为一体的变固态煤炭为气体清洁能源，改善能源结构的新型开采方式。煤炭地下气化不仅可有效气化矿采的残余煤炭，还可开发无法矿采的中深层煤炭和不可矿采的高硫、高灰、高瓦斯煤炭，极大提高煤炭可采资源量。
[0003]煤炭地下气化过程中，气化腔燃烧区温度高达1000℃，井筒温度300～800℃，且井筒内存在氢气、二氧化碳、水蒸气等多组分气体。井下工况恶劣，同时存在气化通道专用工具、装置空白、相关控制技术及工具缺乏等“卡脖子”问题。现阶段，煤炭地下气化过程中使用的工具，一方面，不具备足够的高温强度以承受煤层载荷，导致井筒内部工具装备未有足够的正常运转的空间，另一方面，不具有达到特定温度以上燃烧消耗的特性，未起到气化通道前端自动后退的作用，不能确保点火工具充分接触煤层。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种煤炭地下气化通道用可燃套管及其制备方法，以解决现有技术中气化通道燃烧区域的套管不具备足够的高温强度，不具有达到特定温度以上燃烧消耗的特性的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开的一种煤炭地下气化通道用可燃套管的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将炉料Gd
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Y稀土硅铁、钕铁、锆铁、纯锌和纯铝熔炼形成液态合金，其元素组成质量百分比为0.2
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1.0Zr、1.0
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5.0Zn，1.0
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5.0Al，7.0
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13.0Gd，3.0
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6.0Y，3.0
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6.0Nd，其余为Mg和杂质；
[0008]S2：液态金属浇铸形成合金棒状铸锭；
[0009]S3：车削精加工处理合金棒状铸锭外侧面；
[0010]S4：车削精加工后的合金棒状铸锭在500～550℃下保温5h进行固溶处理；
[0011]S5：固溶处理后的合金棒状铸锭进行挤压成型，形成管材；
[0012]S6：对管材进行时效处理，时效温度200℃，最终形成煤炭地下气化通道用可燃套管。
[0013]优选地，S1中采用10kg真空感应熔炼炉熔炼，炉内装填Gd
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Y稀土硅铁、钕铁、锆铁
后开始加热，升温至800℃时开始保温，保温3min后，加入纯锌、纯铝，保温3min。
[0014]进一步优选地，S2中为在预热的金属型模具中浇铸。
[0015]进一步优选地，S4中采用500℃，保温5h进行固溶处理。
[0016]进一步优选地，S5中挤压力700t，挤压温度490℃，挤压比11，挤压速度4mm/s；S6中保温时间50h。
[0017]优选地，S1中采用100kg真空感应熔炼炉熔炼，炉内装填Gd
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Y稀土硅铁、钕铁、锆铁、纯锌、纯铝后开始加热，升温至800℃时开始保温，保温3min。
[0018]进一步优选地，S2中为在预热的干砂型模具中浇铸。
[0019]进一步优选地，S4中采用530℃，保温5h进行固溶处理。
[0020]进一步优选地，S5中挤压1200t，挤压温度580℃，挤压比8，挤压速度1mm/s；S6中保温时间60h。
[0021]本专利技术还公开了一种由上述方法制备的煤炭地下气化通道用可燃套管，该可燃套管是由质量百分比为0.2
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1.0的Zr、1.0
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5.0的Zn，1.0
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5.0的Al，7.0
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13.0的Gd，3.0
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6.0的Y，3.0
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6.0的Nd和Mg组成。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术公开的一种煤炭地下气化通道用可燃套管的制备方法，加热熔融炉料，形成质量百分比为0.2
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1.0Zr、1.0
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5.0Zn，1.0
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5.0Al，7.0
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13.0Gd，3.0
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6.0Y，3.0
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6.0Nd，其余为Mg和杂质的液态合金后进行浇铸，浇铸形成合金棒状铸锭后车削精加工铸锭外侧面，保证可燃套管的外形，采用500～550℃下保温5h的固溶处理，该温度及保温时间下管体金相组织可充分完成相变强化过程，同时避免了因温度过高及保温时间过长导致晶粒粗大影响后续加工性能。通过固溶处理初步提高合金的力学性能，之后对固溶处理后的铸锭进行挤压成型，挤压成型后进行时效处理，二次提升其力学性能，本专利技术所公开的方法合理地分配各项加工操作工序，兼顾了可燃套管材料在成型前的可加工性以及成型后的综合性能。煤炭地下气化过程中，煤层燃烧区域的套管需要随煤层同步消耗，以便套管内部装备、制剂充分接触煤层。镁合金的化学性质为气化工况条件提供了可行性。因此，采用镁作为可燃套管的主要构成元素。镁合金中加入稀土元素，能够显著提高合金力学性能尤其是高温力学性能。Gd元素具有在Mg中较高的溶解度，加入镁合金中，能够在合金组织中形成高温强度优良的第二相；Y元素除具有在保证镁合金室温强度的前提下提高高温强度的性能外，还具有在Mg中较高的溶解度和大幅提高合金时效硬化强度的特性；Nd元素具有远大于La、Pr等稀土元素的提高合金高温强度的效果，且提高效果与Gd、Y不冲突；本专利技术采用Gd
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Y
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Nd稀土元素组合作为可燃套管高温强度的保证，能够最大限度地发挥稀土元素的提高高温强度作用。Zr元素能与Mg元素在合金凝固时优先形成化合物颗粒，可作为合金凝固的异质形核核心，起到细化晶粒，提升力学性能的作用；镁合金中的Al元素能够和Mg形成优先固溶体，具有显著的固溶强化作用，确保合金的高强度水平。Zn元素在镁合金中的固溶度略低于Al，溶于合金中同样起到固溶强化的作用，且效果可以与Al元素叠加。因此本专利技术同时采用Zn、Al作为固溶强化元素。
[0024]进一步地，采用10kg真空感应熔炼炉熔炼中间合金，有利于避免炉料在熔炼过程中因加热时间过长以及大气气氛的存在导致氧化烧损，炉内先装填Gd
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Y稀土硅铁、钕铁、锆铁加热至800℃，后加入纯锌、纯铝，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤炭地下气化通道用可燃套管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将炉料Gd
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Y稀土硅铁、钕铁、锆铁、纯锌和纯铝熔炼形成液态合金，其元素组成质量百分比为0.2
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1.0Zr、1.0
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5.0Zn，1.0
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5.0Al，7.0
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13.0Gd，3.0
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6.0Y，3.0
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6.0Nd，其余为Mg和杂质；S2：液态金属浇铸形成合金棒状铸锭；S3：车削精加工处理合金棒状铸锭外侧面；S4：车削精加工后的合金棒状铸锭在500～550℃下保温5h进行固溶处理；S5：固溶处理后的合金棒状铸锭进行挤压成型，形成管材；S6：对管材进行时效处理，时效温度200℃，最终形成煤炭地下气化通道用可燃套管。2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化通道用可燃套管的制备方法，其特征在于，S1中采用10kg真空感应熔炼炉熔炼，炉内装填Gd
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Y稀土硅铁、钕铁、锆铁后开始加热，升温至800℃时开始保温，保温3min后，加入纯锌、纯铝，保温3min。3.根据权利要求2所述的一种煤炭地下气化通道用可燃套管的制备方法，其特征在于，S2中为在预热的金属型模具中浇铸。4.根据权利要求2所述的一种煤炭地下气化通道用可燃套管的制备方法，其特征在于，S4中采用500℃，保温5h进...

【专利技术属性】
技术研发人员：任相羿，王建军，韩礼红，杨尚谕，潘志勇，徐小虎，韩军，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：