制粉系統(tǒng)防磨技術(shù)探討

王紅周

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

磨煤機(jī)出口管、排粉機(jī)葉輪、機(jī)殼、粗細(xì)粉分離器、及出口煤粉管道是制粉系統(tǒng)的主要磨損部件，由于長(zhǎng)期處于嚴(yán)酷的工況條件下發(fā)生磨損，維修量和更換量相當(dāng)大，不僅需要耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，而且還直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)。

1 目前機(jī)械設(shè)備的抗磨損、高耐磨技術(shù)

1.1 高耐磨Cr-09合金熔融技術(shù)

它是以Cr為主的多種金屬粉末組成的粉胚，工藝方法是靠高強(qiáng)度光譜電極的強(qiáng)電弧，熔融在工件表面上形成高耐磨合金。該方法屬于非融化方法，可獲得高碳、高鉻合金含量，達(dá)到高硬度與高耐磨性，硬度可達(dá)HRC62以上，同時(shí)也具有很高的抗腐蝕性。

1.2 高耐磨合金滲透技術(shù)

該技術(shù)是以鉻為基的高耐磨合金材料，在實(shí)施中最大的特點(diǎn)是每消耗1kg材料可以取得有效耐磨合金滲透層1.5kg。也就是說(shuō)，本體材料與母體材料相熔一體時(shí)，可將母體中的定量元素碳滲透出來(lái)，硬度可達(dá)HRC60以上，所以，可獲得高合金含量，高硬度與高耐磨的保護(hù)層。

1.3 熱噴焊技術(shù)

是將自溶性合金粉末經(jīng)燃燒火焰加熱高速噴射并熔融到固態(tài)基材表面，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，形成所需性能的致密工作層的一種工藝。它是在提高熱噴涂結(jié)合強(qiáng)度的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。噴焊層均勻致密，結(jié)合強(qiáng)度高（35～50MPa），耐磨性好，硬度可達(dá)HRC55以上，能夠承受較大的沖擊載荷，是工件表面強(qiáng)化、改善基材性能比較理想的工藝手法。經(jīng)過(guò)熱噴焊出來(lái)的引風(fēng)機(jī)殼可提高使用壽命5倍以上，風(fēng)機(jī)葉片可提高使用壽命3倍以上。具有耐磨、防腐、防蝕、抗氧化、隔熱、密封等特點(diǎn)，以普通鋼材代替貴重鋼材等性能。

1.4 耐磨陶瓷涂料（耐磨膠泥）

在常溫下形成極高的強(qiáng)度及硬度，達(dá)到陶瓷的結(jié)合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。其具有施工方便，維護(hù)容易、成本低廉的特點(diǎn)而被廣泛采用。耐磨陶瓷涂料主要由骨料和超細(xì)結(jié)合粉組成，顆粒緊密堆積，因而沒(méi)有較大的宏觀缺陷，體積密度大，其常溫下強(qiáng)度可達(dá)150MPa以上，特殊產(chǎn)品可達(dá)280MPa以上。其適用于低、中、高溫段的耐磨陶瓷涂料，使用溫度在300～1200℃之間，主要原料采用最大顆粒4mm的有機(jī)陶瓷復(fù)合材料和粒度小于0.1微米超細(xì)結(jié)合粉。是普通混凝土和耐火澆注無(wú)法比擬的。耐磨陶瓷涂料為無(wú)機(jī)非金屬材料，主要成分硅酸鹽，和地球巖石圈成分相近，不會(huì)造成土質(zhì)惡化和重金屬污染，是一種綠色環(huán)保產(chǎn)品。

表1 耐磨陶瓷涂料與其他耐磨材料在同一條件下，不同溫度下的沖蝕對(duì)比（磨損程度）

(1)耐磨陶瓷涂料的耐磨性能是16Mn鋼的5倍，65Mn鋼的4.6倍，耐火澆注料的52倍。由于火電行業(yè)制粉系統(tǒng)設(shè)備使用的環(huán)境復(fù)雜，粉塵高速?zèng)_刷，相互摩擦產(chǎn)生很多熱量，所以使用最低溫度大多在100～300℃之間，原料燒結(jié)和熟料輸送系統(tǒng)的溫度更高，這時(shí)候耐磨陶瓷涂料的優(yōu)越性就充分體現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，隨著使用溫度的升高，耐磨陶瓷涂料的耐磨性變化很少。

(2)具有優(yōu)良的韌性、抗振性、整體性能好，由于耐磨陶瓷涂料采用了無(wú)定向纖維和網(wǎng)狀增強(qiáng)雙重措施，通過(guò)耦合進(jìn)一步改善韌性，斷裂韌性強(qiáng)，有效地改善了材料的性能，而且耐磨陶瓷涂料的膨脹系數(shù)低，體積穩(wěn)定，不可能產(chǎn)生裂紋，因而整體性能好，不會(huì)剝落、破損。

(3)與環(huán)境相容性好，耐酸、堿腐蝕，無(wú)環(huán)境污染，由于采用了耐酸堿的人工合成原料，性能穩(wěn)定，不會(huì)和礦渣等各種粉料發(fā)生反應(yīng)，并且其成分和土壤組成相近，不會(huì)造成環(huán)境污染，有效地保護(hù)了環(huán)境。

1.5 高耐磨陶瓷片

是將耐磨工程陶瓷通過(guò)粘貼、焊接鑲嵌等工藝方法與金屬基體復(fù)合在一起，在易磨損部位貼耐磨陶瓷，以增加其抗磨性，其部位在工作時(shí)不存在撞擊，經(jīng)貼耐磨陶瓷處理可延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低維修費(fèi)用，減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度。適用于發(fā)電廠及各種陶瓷襯里風(fēng)機(jī)、泵閥、彎頭彎管等各零部件，凡存在磨損及腐蝕的部位。

表2

1.6 金屬陶瓷復(fù)合鋼管

該管從內(nèi)到外分別由鋼玉陶瓷、過(guò)渡層、鋼三層組成，陶瓷層是在2200℃以上高溫形成致密鋼玉瓷（Al2O3），通過(guò)過(guò)渡層同鋼管形成牢固地結(jié)合。復(fù)合管因充分發(fā)揮了鋼管強(qiáng)度高、韌性好、耐沖擊、焊接性能好以及鋼玉瓷高硬度、高耐磨、耐蝕、耐熱性好，克服了鋼管硬度低、耐磨性差以及陶瓷韌性差的特點(diǎn)。具有良好的耐磨、耐熱、耐蝕及抗機(jī)械沖擊與熱沖擊、可焊性好等綜合性能，是一種理想的耐磨蝕管道。

陶瓷復(fù)合鋼管與傳統(tǒng)的鋼管、耐磨合金鑄鋼管、鑄石管、乙級(jí)鋼塑、鋼橡管等有著本質(zhì)的區(qū)別。陶瓷鋼管外層是無(wú)縫鋼管，內(nèi)層是鋼玉。鋼玉層硬度高達(dá)HV1100～1400，相當(dāng)于鎢鈷硬質(zhì)合金，耐磨性比碳鋼管高20倍以上，比鑄石鋼彎管高5倍、耐磨合金鑄鋼彎管高15倍、鋼塑、鋼橡彎管高10倍以上。陶瓷復(fù)合鋼管抗磨損主要是靠?jī)?nèi)層幾毫米的鋼玉層，這比耐磨合金鑄鋼管、鑄石管既靠成分和組織、又靠厚度來(lái)抗磨，已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍。

其特點(diǎn)：⑴耐磨性好；⑵運(yùn)行阻力小；⑶耐腐蝕、防結(jié)垢；⑷耐溫性能與耐熱沖擊性能好；⑸工程造價(jià)低；⑹安裝施工方便。

表3 火電廠送風(fēng)管路不同材質(zhì)彎管對(duì)比

表4 火電廠氣力除灰管路不同材料彎管對(duì)比

2 耐磨分析

以前，我廠1～4號(hào)爐中壓站風(fēng)扇式磨煤機(jī)的葉輪是極易磨損設(shè)備，一臺(tái)新葉輪使用周期共計(jì)約4500h，之后就因嚴(yán)重磨損而報(bào)廢了，新的風(fēng)扇磨葉輪39000元一臺(tái)，我廠每年要花費(fèi)大量資金來(lái)購(gòu)買新葉輪，同時(shí)也需要大量的人力、物力和檢修時(shí)間來(lái)更換葉輪，生產(chǎn)成本一直居高不下。后來(lái)，我們對(duì)葉輪環(huán)的邊緣部位進(jìn)行了電擊防磨處理，經(jīng)使用證明，防磨處理后葉輪使用壽命提高了1.5倍，僅此一項(xiàng)每年為我廠節(jié)約了大量設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用。

現(xiàn)在，我們?cè)谀ッ簷C(jī)出口管及出口料斗內(nèi)壁，使用耐磨陶瓷涂料，在排粉機(jī)機(jī)殼及粗細(xì)粉分離器貼耐磨陶瓷片襯里。對(duì)高壓站排粉機(jī)葉輪做噴涂處理，5、6號(hào)爐排粉機(jī)葉輪未噴涂可使用8～10個(gè)月，噴涂后可使用2年。7、8號(hào)爐排粉機(jī)葉輪未噴涂可使用3～7個(gè)月，噴涂后可使用12個(gè)月左右。排粉機(jī)葉輪及機(jī)殼做電噴處理，耐磨性無(wú)明顯提高，其使用壽命只在原基礎(chǔ)上提高了50%，效果不十分理想。后改用電擊處理，但其缺點(diǎn)是：需要專用工具，不適合現(xiàn)場(chǎng)施工，大量的熱量輸出會(huì)造成金屬內(nèi)部應(yīng)力分布變化，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂縫。也使葉輪輪轂變形，給今后的檢修造成困難。

對(duì)靜止的設(shè)備進(jìn)行防磨處理相對(duì)容易，但對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪一直沒(méi)有更好的方法。

3 風(fēng)機(jī)葉輪的防磨技術(shù)特點(diǎn)和存在的問(wèn)題

3.1 葉輪常用的防磨技術(shù)

為了延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)服役周期，降低發(fā)電成本，國(guó)內(nèi)的燃煤電廠對(duì)排粉風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)葉輪幾乎無(wú)一例外地要實(shí)施防磨處理。目前仍在采用，具有一定效果的可分為熱態(tài)和冷態(tài)兩種防磨技術(shù)。實(shí)踐證明，僅就葉輪的防磨效果而言，前者優(yōu)于后者。

3.2 熱態(tài)防磨技術(shù)存在的主要問(wèn)題

3.2.1 裂紋傾向大

在對(duì)剛性或規(guī)格大的整體葉輪進(jìn)行較大范圍的堆焊和噴焊防磨處理時(shí)，因熱輸入量大，工件受熱不均所形成的熱應(yīng)力，會(huì)誘發(fā)葉輪上的承載焊縫產(chǎn)生裂紋；在高強(qiáng)度、低韌性的堆焊耐磨焊道和焊層上必有裂紋產(chǎn)生；在防磨工藝不當(dāng)時(shí)，堆焊耐磨焊道上的裂紋極易向葉輪的母材中擴(kuò)展；經(jīng)多元共滲的護(hù)板，其周邊近縫區(qū)因滲入元素的污染及硬度值偏高，很不容易清理干凈。該區(qū)域打磨得過(guò)淺或過(guò)窄，護(hù)板組合焊接時(shí)難免出現(xiàn)裂紋。打磨得過(guò)深或過(guò)寬，又將影響到防磨效果。

3.2.2 變形無(wú)法控制

剛性或規(guī)格小的整體葉輪在進(jìn)行熱態(tài)防磨處理時(shí)，無(wú)論采用對(duì)稱施焊，剛性固定等工藝措施，均不能有效地控制葉輪的變形。而葉輪的尺寸及葉片的型線得不到保證，風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生振動(dòng)，不利于安全運(yùn)行。

4 陶瓷耐磨葉輪

氧化鋁陶瓷是已發(fā)現(xiàn)的最硬的無(wú)機(jī)化合物之一，具有一般金屬耐磨材料難以比擬的抗磨損性能。只要通過(guò)一種可靠的冷方法，將超耐磨的氧化鋁陶瓷復(fù)合連接在風(fēng)機(jī)葉輪上，便可完全克服葉輪由常用防磨技術(shù)處理后所導(dǎo)致的裂紋、變形、耐磨效果不理想和耐磨層不牢固這幾種弊端。

目前燃煤電廠在煤粉管道和彎頭、煤粉分離器錐體等靜止部件和設(shè)備上，采用粘接氧化鋁陶瓷元件進(jìn)行防磨處理已經(jīng)比較普遍。而把耐磨性優(yōu)異的氧化鋁陶瓷應(yīng)用在承受交變動(dòng)載荷、有一定溫度、線速度大和可靠性要求高的風(fēng)機(jī)葉輪上，雖早就有所嘗試，但成功的范例很少。要在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪上牢固地粘接氧化鋁陶瓷元件，絕非是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的技術(shù)。利用自蔓延高溫合成技術(shù)、拱形原理、陶瓷橡膠復(fù)合工藝和焊接等方法，將氧化鋁陶瓷與葉輪上的平、弧面進(jìn)行大面積復(fù)合連接，即不現(xiàn)實(shí)、不可靠亦不經(jīng)濟(jì)。其實(shí)在二十多年前國(guó)外的一些公司，便采用粘接技術(shù)將工程陶瓷十分成功地運(yùn)用到了電廠風(fēng)機(jī)葉輪上。由經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可知，氧化鋁陶瓷的耐磨性決定葉輪的使用壽命，而膠粘劑的強(qiáng)韌性則決定了葉輪運(yùn)行的可靠性。因此高強(qiáng)韌性膠粘劑是粘接型陶瓷耐磨葉輪關(guān)鍵技術(shù)中的核心內(nèi)容。

根據(jù)電廠風(fēng)機(jī)葉輪的工況條件，現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的要求，MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑對(duì)鋼和陶瓷都應(yīng)有優(yōu)良的粘接性，工藝性和觸變性；可在室溫下固化；具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和韌性；具有較高的耐熱性和耐老化性；完全能在風(fēng)機(jī)正常的工況和溫度條件下長(zhǎng)期可靠地工作。

在MD-Ⅲ高強(qiáng)韌性膠粘劑的研制中，以鞏固其拉伸強(qiáng)度和拉伸剪切強(qiáng)度為基礎(chǔ)，摒棄傳統(tǒng)的增韌改性材料，通過(guò)組織變量系列試驗(yàn)，選用能參與固化反應(yīng)、相容性好、含有新型活化韌性因子的增韌劑，使膠粘劑的分子結(jié)構(gòu)中不但包含有增韌效果顯著、耐老化性好的封端基因，而且還包含有許多柔性鏈段來(lái)緩解脆硬性。既改善了膠粘劑的沖擊韌性和固化時(shí)的內(nèi)應(yīng)力水平，又使其耐熱性（玻璃化溫度Tg）和模量維持不變。

5 結(jié)束語(yǔ)

磨損是設(shè)備零件失效的三種主要原因之一，每年會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的備件消耗和停產(chǎn)損失。機(jī)械設(shè)備防磨技術(shù)主要反映為提高各種零部件的使用壽命，減少零部件的更換、縮短設(shè)備檢修時(shí)間、延長(zhǎng)機(jī)組大修間隔，達(dá)到節(jié)約資金，節(jié)約各種輔助材料、人工的目的。耐磨的方法有很多種，可磨損的情況千差萬(wàn)別，要找到適用的解決磨損的方案，關(guān)鍵在于方案對(duì)實(shí)際的磨損工況是否有針對(duì)性。