影响材料冲蚀磨损性能的因素分析

第5期　选　　煤　　技　　术No 15

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

文章编号:1001-3571(2009) 05-0015-02

影响材料冲蚀磨损性能的因素分析

赵超峰, 张力强, 蔡建能

(11煤炭科学研究总院唐山研究院, 河北唐山　063012; 21福建煤电股份有限公司苏二煤矿, 福建龙岩　364102)

摘要:介绍了冲蚀磨损研究现状, 重点分析了影响材料冲蚀磨损性能的因素, 并从多方面进行了详细的理论和试验分析, 为今后选煤设备易磨损部位的选材提供了有益参考。关键词:选煤设备; 耐磨材料; 冲蚀磨损; 耐磨性中图书分类号:T H11711　　　　　文献标识码:A 　　在目前众多选煤过程中, 重介质选煤是效率最高、应用最广泛的一种选煤方法。各国都在投入大力量进行该领域的研究工作, 大多研究主要集中在重介选煤技术及配套设备等方面。然而, 在重介质旋流器选煤过程中, 受到固、液两相流冲蚀磨损相当严重的部件, 如旋流器衬里、弧形筛筛片、脱介筛筛板、离心机筛篮及各种大小管路等等, 这些部性, , 近年来, , 取得了一定的成绩, 但在设备的耐磨方面还没有一个全面而系统的研究与分析。

成的冲蚀磨损。在该种磨损中, 固体和液体是相互作用的, 固体颗粒在水流的作用下发生运动, 而固体颗粒的存在又反过来对水流的紊动产生影响。由于问题复杂, , 还、阻力特讨但就设备可靠性本身而言, 特别是设备的耐磨性研究及设备耐磨部位的选择方面, 目前虽然取得了一定的研究成果, 但由于磨损问题的复杂性, 因此, 耐磨研究仍处于不断试验、不断研究中。多年来, 国内外为提高选煤设备及管路的耐磨性能, 延长其使用寿命, 进行了大量深入而细致的研究, 也取得了一定的效果, 但尚缺乏系统、完善的数据研

磨损机理是一个比较复杂的物理化学过程。重介质选煤设备及管路的磨损属于低应力状态下的冲蚀磨损。设备过流部件的工作表面主要存在受硬质磨料(主要是磁铁矿粉和煤粒矸石等) 的冲击和擦伤形成的变形磨损和切削磨损, 有时还兼有气蚀现象。

在自然界和工矿生产中, 存在着大量的摩擦与磨损现象。据不完全统计, 世界能源的1/3～1/2消耗于摩擦, 而机械零件失效80%的原因是磨损。研究摩擦与磨损的目的在一定程度上来说在于控制摩擦、减小磨损。

在重介质选煤领域, 设备磨损是相当大的, 特别是由煤、重介质铁粉和水组成的两相流对设备造

修改稿收稿日期:2009-07-21

作者简介:赵超峰(1980-) , 男, 河北晋州人, 助理工程师, 2003年毕业于河北师范大学机械设计专业, 现就职于煤炭科学研究总院唐山研究院生产开发中心, 主要从事矿物加工工艺及设备等方面的技术研究工作, 联系电话:(0315) 7759685。

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1　冲蚀磨损研究现状与发展趋势

究成果, 从而无法为设备选材提供良好的理论基础。

2　影响材料冲蚀磨损的因素分析

迄今为止, 对于固、液两相流对材料造成的冲蚀磨损的研究还不够深入, 一般认为冲速不高的固、液两相流冲蚀磨损主要是由其中的固体磨粒造成的。因而认为, 固、液两相流冲蚀磨损的机理与固体粒子的冲击磨损相同。但是, 由于固、液两相流中液相的存在必然会对冲蚀磨损产生一定的影响, 因而固、液两相流冲蚀磨损与固体冲击磨损之间存在一定的差异。

211　固、液两相流冲蚀磨损与固体粒子冲击磨损

之间的差异21111　冲蚀速度和冲蚀角

由于液相的存在, 在固、液两相流冲蚀磨损时磨粒必须穿过磨粒之间以及磨粒与靶材之间的液膜

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第5期　　　　　　　　　　　　　　　　　　选　　煤　　技　　术　　　　　　　　　　　　　　2009年10月25日

才能达到靶材表面, 产生冲蚀磨损, 这个过程必然使磨粒的冲蚀速度降低。

另外, 根据流体力学理论, 一束流体冲击在材料表面上, 流体将沿着材料表面铺展, 如图1所示。在固、液两相流冲蚀磨损中, 由于流体的粘性较大, 磨粒的运动方向将向流体运动的方向偏[1]

斜。沿v 1方向偏斜的那部分磨粒的冲角将比实际冲角小, 而沿v 2方向运动的那部分磨粒的冲角将比实际冲角大。可计算如下:

α) /2, d 1/d =(1+co s

α) /2。d 2/d =(1-co s 因此, 除90°外, 在各种冲角下总是沿着v 1方向

偏斜的磨粒居多, 所以铺展作用的综合效应使大多数磨粒的实际冲角减小

。

固、液两相流的冲蚀磨损时, 由于液相的存在, 起到了冷却作用, 温升不会很高, 热效应大为减小。

由于固、液两相流冲蚀磨损与固体粒子冲击磨损之间存在以上差异, 因而固、液两相流冲蚀磨损规律与固体粒子冲击磨损相比, 会有许多不同之处。212　固、液两相流冲蚀磨损与固体粒子冲击磨损

规律比较21211　冲蚀角度与冲蚀磨损率的关系对铝、铜、软钢等延性材料进行研究发现, 在冲蚀速度

。

[2]

图1　固、21112　固、固体粒子冲击磨损时, 固体粒子是不连续的, 而固、液两相流却是连续的, 由于固、液两相流的铺展作用, 只有铺展层中的、离靶材表面较近的那些磨粒才能冲击到材料表面产生磨损, 而离靶材表面较远的固、液两相流中的一部分磨粒不能参与冲蚀磨损而流失。所以, 固、液两相流冲蚀磨损时, 实际参与磨损的磨粒数目比固体粒子冲击磨损的要少得多, 而且这些磨粒虽然能达到靶材表面, 但由于穿过液膜使冲蚀速度降低, 其冲蚀作用也相应减弱。21113　固、液两相流的冲刷作用

一颗磨粒冲击到靶材表面往往会形成一个压坑, 压坑的末端产生形唇。在固、液两相流冲蚀磨损时, 由于固、液两相流的冲刷作用, 使形唇或变形的凸体很容易被冲刷掉, 因而在固、液两相流冲蚀磨损中, 靶材的硬度所起的作用更为重要, 而延性所起的作用相对减小。21114　固、液两相流的冷却作用

固体粒子冲击磨损时, 由于局部产生剧烈的变形和绝热剪切作用, 可使靶材表面局部产生很高的温升, 使材料的组织发生变化, 甚至熔化。而在16

图2　固、液两相流冲蚀磨损ε-α曲线

21212　冲蚀速度与速度指数

固、液两相流冲蚀磨损不仅由于磨粒受到流体的粘性阻力而使磨粒减速, 而且对速度指数也有影

响。固、液两相流冲蚀磨损时的速度指数n 随冲角的变化而变化, 且比固体粒子冲击磨损时要小些。冲角在20～90°时, 速度指数n 在1162～2112之间。21213　固、液两相流性质对冲蚀磨损的影响研究发现, 以A l 2O 3和Si C 作磨粒的固、液两相流比以煤作磨粒的固、液两相流冲蚀磨损率大2倍, 而冲蚀磨损规律基本没有变化。以煤作磨粒的固、液两相流的冲蚀磨损主要是由于煤粒中硬矿物造成的, 液相的存在对冲蚀磨损的影响主要在粘度和润滑性上。

固、液两相流中固体粒子的浓度也有很大的影响。以A l 2O 3和Si C 作磨粒的固、液两相流对铝和铜作90°角冲蚀时, 在体积浓度为20%时的冲蚀磨损率最大。而以煤作磨粒的固、液两相流的冲蚀磨损率则随浓度的增加而增大, 在体积浓度为30%时

第5期　选　　煤　　技　　术No 15

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

文章编号:1001-3571(2009) 05-0017-03

东河矿选煤厂高泥化煤泥水沉降特性研究

王立成, 董宪姝

(11太原煤炭气化(集团) 有限责任公司多经恒东公司, 山西临汾　041000;

21太原理工大学矿业工程学院, 山西太原　030024)

摘要:在对东河矿选煤厂高泥化煤泥水性质进行了分析研究的基础上, 结合不同药剂条件下煤泥水的沉降试验, 探讨了在絮凝剂和凝聚剂单独及联合作用下的煤泥水沉降特性。试验结果表明, 联合药剂制度可以获得较好的煤泥水沉降效果, 并依据絮凝剂和凝聚剂不同作用机理及试验结果, 确定了两种药剂的用量和加药顺序, 为该厂煤泥水处理提供了依据。关键词:煤泥水; 粒度组成; 表面电性; 絮凝; 凝聚; 沉降特性

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中图书分类号:T D946121　　　　　文献标识码:A 　　东河矿选煤厂是年处理能力为90万t 的炼焦煤选煤厂, 主要工艺为跳汰、浮选联合流程, 煤泥水经浓缩、压滤处理, 实现洗水闭路循环。原工艺

修改稿收稿日期:2009-06-19

作者简介:王立成(1975-) , 男, 河北泊头人, , 毕业于太原理工大学选矿工程专业, (集团) , 1

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设计是使煤泥水进入浓缩机, 固体颗粒在重力作用下逐渐沉降进入底流, 。, 在该厂投产后, 因, , 矸石泥化严, 沉淀速度慢, 即使加大絮凝剂的用量也没有明显改善。这些

冲蚀磨损率最大21214　材料本身的影响

据有关文献记载, 对三种热处理状态的钢进行30°角固、液两相流冲蚀磨损研究发现, 材料的冲蚀磨损率随硬度的增加而减小, 即不同材料的固、液两相流冲蚀磨损率与材料的硬度有很大的关系。一般情况下, 随材料的硬度的升高, 冲蚀磨损率降低。45#钢经不同热处理后, 冲蚀磨损率与材料硬度之间的关系如图3所示。该结果是在试验条件为固、液两相流浓度为18%的Si C 水, 旋转速度为1400r/min 情况下得出的。

[3]

有很大的关系, 而在固、液两相流冲蚀磨损时, 材料表面一旦由于变形产生形唇或凸起, 则随即会被固、液两相流的冲刷作用去掉, 所以材料的硬度的影响更大, 而延性的作用相对减小。

3　结论

综上分析, 影响固、液两相流对设备造成冲蚀磨损的因素很多, 主要有悬浮液的性质、设备的工作状态和材质等。在实际生产中, 悬浮液中固体颗粒越粗、悬浮液的浓度越高, 设备受悬浮液的冲击力越大, 材质磨损性能越差, 设备磨损也就越严重。因此, 在设备加工制造过程中, 合理分析设备的磨损情况, 找出影响磨损的主要因素, 并根据不同工况选择适当的材质, 对提高设备在实际应用中的可靠性至关重要。

参考文献:

[1]　陈达谦1工程陶瓷的磨损机理与氧化铝陶瓷耐磨性

的提高[J ]1陶瓷, 2000, (4) :9～111

图3　45#钢的硬度与固、液两相流冲蚀磨损率之间的关系

[2]　李秦新, 杨建虎1陶瓷耐磨性能与微观结构的关系

[J ]1电瓷避雷器, 1997, (3) :26～281

[3]　刘家浚1材料磨损原理及其耐磨性[M]1北京:

固、液两相流冲蚀磨损时, 材料的延性所起的

作用不像固体粒子冲击磨损时那样重要。这是由于固体粒子冲蚀磨损时磨屑的形成与材料的反复变形

清华大学出版社, 19931

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