洗煤廠重介質(zhì)旋流器過度磨損規(guī)律及解決措施研究

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（汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司洗煤廠，山西 介休 032000）

引言

重介質(zhì)旋流器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無運(yùn)動(dòng)部件的常規(guī)選煤設(shè)備，具有分選效率高、分選密度調(diào)節(jié)范圍寬、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在我國各地煤礦洗煤廠得到廣泛應(yīng)用。重介質(zhì)旋流器是一種利用強(qiáng)于重力幾十倍甚至幾百倍的離心力場(chǎng)選煤的分選機(jī)，其分選過程是靠自身的結(jié)構(gòu)與外部操作的配合，從而實(shí)現(xiàn)最佳分選效果。但是，由于其分選原理是靠高速旋轉(zhuǎn)形成的離心場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)，加之洗煤過程保持高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，很容易導(dǎo)致旋流器內(nèi)部過度磨損，使設(shè)備的使用壽命大大降低[1-2]。某礦常年運(yùn)行一座處理能力每年300 萬t的洗煤廠，其洗選工藝即采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器工藝，在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)了極為嚴(yán)重的旋流器內(nèi)部磨損現(xiàn)象。本文即針對(duì)其磨損情況展開統(tǒng)計(jì)學(xué)檢測(cè)與分析，找出其磨損規(guī)律和原因，并提出針對(duì)性的解決措施，從而提高設(shè)備使用壽命，保障安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 重介質(zhì)旋流器磨損機(jī)理分析

根據(jù)我國洗煤廠的實(shí)際使用情況分析，重介質(zhì)旋流器的磨損形式較為復(fù)雜，是切削磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損共同形成的復(fù)合磨損[3-4]。

1）切削磨損。重介質(zhì)旋流器在分選過程中，物料和懸浮液帶壓沿內(nèi)壁切線方向進(jìn)入旋流器，懸浮液及物料中的高硬度微小顆粒在高速運(yùn)動(dòng)中會(huì)對(duì)旋流器內(nèi)壁造成劃傷，即使微小顆粒硬度不大，甚至小于旋流器材質(zhì)的硬度，也會(huì)在無形中對(duì)旋流器內(nèi)壁產(chǎn)生累積磨損作用。

2）疲勞磨損。兩個(gè)接觸表面做純滾動(dòng)或滾動(dòng)與滑動(dòng)復(fù)合摩擦?xí)r，在高接觸壓應(yīng)力的作用下，經(jīng)過多力循環(huán)后，在其相互作用表面的局部地區(qū)產(chǎn)生小塊材料剝落，形成麻點(diǎn)或凹坑，這種表面疲勞磨損或簡(jiǎn)稱疲勞磨損。疲勞磨損會(huì)從旋流器表面逐漸向深部發(fā)展，在反復(fù)的沖擊作用下逐漸擴(kuò)展。

3）腐蝕磨損。在摩擦過程中，金屬會(huì)與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，使腐蝕和磨損共同作用而導(dǎo)致金屬表面物質(zhì)的損失，這種現(xiàn)象稱為腐蝕磨損。由于懸浮液的化學(xué)成分較多，內(nèi)壁與懸浮液微粒之間可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者電化學(xué)反應(yīng)，使旋流器內(nèi)壁發(fā)生腐蝕磨損，

2 磨損情況的統(tǒng)計(jì)學(xué)檢測(cè)與分析

2.1 磨損情況的統(tǒng)計(jì)學(xué)檢測(cè)

研究的基礎(chǔ)性工作是對(duì)洗煤廠重介質(zhì)旋流器的磨損現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析，根據(jù)重介質(zhì)旋流器的工作原理及磨損機(jī)理，沿著物料和懸浮液的流動(dòng)方向，在各入料口、出料口、一段中部、二段中部等位置在旋流器內(nèi)壁上選取9 個(gè)測(cè)點(diǎn)，然后按照時(shí)間的推移測(cè)量并記錄9 個(gè)測(cè)點(diǎn)的磨損量，磨損量可根據(jù)壁厚值來計(jì)算。重介質(zhì)旋流器測(cè)點(diǎn)設(shè)置見圖1。

圖1 重介質(zhì)旋流器測(cè)點(diǎn)設(shè)置示意圖

經(jīng)過為期半年的測(cè)量，得出9 個(gè)測(cè)點(diǎn)的壁厚值平均數(shù)據(jù)，如下頁表1 所示。分析可以得出，按照標(biāo)準(zhǔn)的初始壁厚值30 mm，平均磨損量的統(tǒng)計(jì)數(shù)值分別為0.18 mm、0.29 mm、0.08 mm、0.11 mm、0.41 mm、0.09 mm、0.12 mm、0.29 mm、0.18 mm。

2.2 磨損規(guī)律和原因分析

根據(jù)表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在1—9 號(hào)測(cè)點(diǎn)中，磨損量最大的是5 號(hào)測(cè)點(diǎn)，即原煤入口處，平均磨損量達(dá)到0.41 mm；其次是2 號(hào)及8 號(hào)測(cè)點(diǎn)，即一段中下部及精煤出口處，平均磨損量達(dá)到0.29 mm；第三是1 號(hào)及9 號(hào)測(cè)點(diǎn)，即一段中上部及介質(zhì)入口處，平均磨損量為0.18 mm，磨損量最小的是3 號(hào)及6 號(hào)測(cè)點(diǎn)，即二段中上部及矸石出口處，平均磨損量為0.08 mm 及0.09 mm。總結(jié)可得出：

表1 9 個(gè)測(cè)點(diǎn)壁厚值統(tǒng)計(jì)表

1）重介質(zhì)旋流器原煤入料口及精煤出料口的磨損較為嚴(yán)重，由于物料進(jìn)入及流出時(shí)自身帶有一定速度，且粗糙度較大，缺少介質(zhì)的潤滑，會(huì)對(duì)內(nèi)壁造成較大的沖擊和擠壓。

2）在旋流器內(nèi)部，一段中部及二段中部均是筒壁上部磨損量要輕于下部磨損量，這是由于物料和懸浮液混合體在內(nèi)部旋流運(yùn)動(dòng)，對(duì)筒壁產(chǎn)生沖擊，在下部速度達(dá)到最快，在向上部運(yùn)動(dòng)過程中旋流速度會(huì)逐漸降低，從而沖擊性降低，因此上部的磨損量要明顯減輕。

3）在筒壁的一段與二段之間，磨損量也有明顯區(qū)別，一段的磨損程度要高于二段，主要是由于約60%的精煤從一段出料口流出，只有約40%的物流進(jìn)入二段，二段物料流量要明顯少于一段。

3 針對(duì)性解決措施

重介質(zhì)旋流器內(nèi)壁的磨損是不可完全消除的，但可以從材質(zhì)、加工、設(shè)計(jì)方面進(jìn)行優(yōu)化，如考慮選擇合適的材料，保證旋流管的內(nèi)表面加工質(zhì)量，還可以從實(shí)際流場(chǎng)出發(fā)，在不影響效率的前提下，對(duì)旋流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，可使旋流器磨損損壞程度有所降低[5-6]。根據(jù)前文對(duì)旋流器內(nèi)壁磨損情況的統(tǒng)計(jì)學(xué)檢測(cè)與分析，提出以下針對(duì)性解決措施：

1）在旋流器內(nèi)壁增加耐高溫耐磨損的氧化鋁陶瓷涂層，保證涂層額厚度在2 mm 以上，覆蓋整個(gè)內(nèi)壁的全部，這是最常規(guī)最簡(jiǎn)單的改良方法。同時(shí)，要在原煤入口處、一段中下部及精煤出口處等區(qū)域加厚涂層，從而提高整體的耐磨效果。

2）在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及選材階段，要選用更耐磨耐用的金屬材料來鑄造旋流器，例如，可使用具有較高耐磨性的低碳錳鋼材料代替常規(guī)的碳鋼材料，提高產(chǎn)品出廠時(shí)的整體強(qiáng)度。

3）在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)管理，做好設(shè)備的維護(hù)工作。例如，對(duì)設(shè)備的安裝工藝、操作流程要嚴(yán)格按照使用說明書或者操作規(guī)程進(jìn)行，避免過負(fù)荷使用；同時(shí)對(duì)于介質(zhì)的選用及調(diào)配要嚴(yán)格按照要求，防止對(duì)內(nèi)壁的非必要腐蝕；還要加強(qiáng)旋流器等設(shè)備的維修與維護(hù)，防止設(shè)備帶病作業(yè)，保障設(shè)備具有良好的工作環(huán)境、潤滑條件等。

4 結(jié)語

洗煤廠必須改變粗放的管理方式，從設(shè)備的選型、安裝、使用、維護(hù)等方面入手，優(yōu)化設(shè)備工作環(huán)境及工況條件，同時(shí)，根據(jù)設(shè)備內(nèi)壁磨損程度的不同，在施加內(nèi)壁涂層時(shí)有重點(diǎn)地對(duì)磨損嚴(yán)重區(qū)域加厚涂層，通過多維度的管理優(yōu)化，降低重介質(zhì)旋流器內(nèi)壁的磨損程度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益。