立式離心機鐘形罩磨損研究與實踐

董曉磊

（1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012）

立式刮刀離心機（以下簡稱離心機）主要用于末煤和粗煤泥脫水，是選煤廠常用的脫水設備[1-2]。在離心機離心力的作用下末煤或煤泥緊靠在篩籃內壁上，伴隨刮刀旋轉脫料并在刮刀大端排出，水分和小粒度的煤透過篩籃篩縫甩出進入煤泥桶[3]。

精、中煤水分偏高，給生產、使用和運輸帶來不必要的麻煩。在實際分選過程中，水分偏高還會帶來皮帶打滑無法正常輸送；對煉焦煤而言，水分過高會增加焦化能量損耗，增長焦化過程時間，降低焦爐效率和產率，減少焦爐實際使用壽命[4]。

離心機脫水過程中與物料接觸的部件常規定義為易磨損部件，一般有篩籃、螺旋刮刀、鐘形罩和出口保護環等[5]。分選后的煤從振動篩進入離心機時，布料錐起到降低沖擊力和分散物料的作用，進而在篩籃和螺旋刮刀差速之下進行脫水和卸料作業。物料在離心力和重力作用下進入鐘形罩和出口保護環，鐘形罩在使用中保護濾液槽和出口保護環不受物料沖擊磨損發生損壞，物料在重力作用下順利流入皮帶。在這個過程中鐘形罩主要在離心力慣性和重力雙重作用下產生沖擊磨損和摩擦磨損，以沖擊磨損尤甚[6]。立式離心機脫水原理結構圖如圖1。

1 鐘形罩磨損的判斷方法

通常情況下，可以從以下兩個方面來判斷離心機鐘形罩是否已經磨損：

（1）物料出料水分驟升、離心液驟減

在離心機入料穩定的狀態下，鐘形罩磨損后，濾液槽也已可能受到磨損乃至損壞。濾液槽損壞后，由篩籃脫出后的水返流至物料中，脫水后物料水分驟然升高，這一脫水過程相當于沒有作用，白白浪費電費。

（2）觀察鐘形罩磨損

從離心機機座觀察孔位置用手電觀察到鐘形罩部分磨損情況，分析鐘形罩使用前和使用后的磨損對比，初步判斷鐘形罩是否磨損，也可以在換新篩籃過程中，直接觀察鐘形罩的磨損情況和預計使用壽命。

2 鐘形罩磨損的主要因素

2.1 入料落差

通常情況下，上層振動篩設備與離心機入口高度差越小，物料的勢能和沖擊力變小，對于鐘形罩的沖擊和摩擦磨損會降低；反之，伴隨著高度差的增大，物料的勢能和沖擊磨損作用增大，鐘形罩的使用壽命降低[7]。

2.2 離心機分離因數

離心機分離能力通常用分離因數來表達，也是主要指標之一。分離因數值越大，物料所受到的離心力越大，分離效果越好[8-9]。

分離因數隨鐘形罩直徑增大而增大，隨鐘形罩與物料間磨損加劇，鐘形罩的使用壽命降低，因此從經濟角度出發將分離因數控制在一定范圍內。

2.3 物料粒度和硬度

物料中固體的粒度和硬度也會對材料的磨損產生較大影響。隨著大粒度和高硬度物料進入，加速了鐘形罩受到的沖擊磨損和摩擦磨損，正常工作壽命變短；相反，對于小粒度和低硬度物料，鐘形罩磨損緩慢，工作壽命變長。因此采用分級處理物料，生產過程中離心機可以降低物料粒度，若對高硬度的物料進行脫水時，應嚴格控制物料中中煤和矸石含量[10]。

2.4 鐘形罩大端直徑

正常情況下，物料以沖擊和摩擦方式接觸鐘形罩，鐘形罩直徑越大，沖擊和摩擦的力度越大，鐘形罩的使用壽命越短，鐘形罩直徑與沖擊力度呈線性關系，與使用壽命呈反比關系。

3 鐘形罩磨損的部位分析

物料的脫水是利用離心力，脫水后物料在鐘形罩的阻礙下由離心力和重力的雙重作用變為只有重力作用，鐘形罩也是離心機中易磨損的部件，主要磨損部位是煤流通過位置，位于鐘形罩外圈，如圖2。

圖2 鐘形罩結構圖

從刮刀分離后的物料在重力作用下進入鐘形罩，物料運動過程中受離心力的慣性和重力雙重作用。物料向鐘形罩外部運動，也是沖擊磨損和摩擦磨損最厲害的地方，在物料沖擊磨損的沖蝕下，易磨損位置逐漸被侵蝕，直至外圈Ⅲ和筋板Ⅱ被完全磨損或者掉落。

鐘形罩筋板Ⅱ主要是鐘形罩罩體和外圈的連接和支撐結構，筋板Ⅱ上面會與物料產生磨損，鐘形罩外圈Ⅲ內面與物料沖擊接觸、摩擦生成的磨損，磨損情況隨著時間增長逐步嚴重。

觀察現場磨損后的離心機鐘形罩，可以分析出鐘形罩的磨損主要發生在以下幾個部位：鐘形罩筋板Ⅱ和鐘形罩外圈Ⅲ內面。通過現場使用后的鐘形罩可以看到沖擊和摩擦磨損造成的痕跡。

鐘形罩筋板Ⅱ與物料磨損后，筋板變薄，筋板磨穿導致鐘形罩外圈直接脫落。鐘形罩外圈Ⅲ內面最先受到物料沖擊，受磨損外圈逐漸變薄，磨損面積隨時間增長逐漸擴大，直至外圈磨損完或者掉落。

4 提高鐘形罩使用壽命的方法

離心機的鐘形罩在工作時主要受到物料的沖擊和摩擦而產生磨損。由分析可知，鐘形罩外圈最早受到磨損而影響脫水卸料效果，主要受到材料的結構和耐磨性能影響，因此選擇適宜的材質和結構才能解決鐘形罩磨損問題。

選取材料ZG35、ZG35 分體結構和ZG35 鑲嵌耐磨陶瓷等三種方式，在同等工況下進行實際生產驗證，結果表明鑲嵌耐磨陶瓷的鐘形罩耐磨損的壽命最佳，耐磨性較好。表1、表2 分別為同等使用條件下，三種鐘形罩使用壽命和使用成本對比。

表1 不同材質壽命對比

表2 不同材質使用成本對比

5 結語

（1）通過離心機出料水分驟升、離心液驟減和觀察法等三個方面來判定離心機鐘形罩是否存在磨損。

（2）鐘形罩受物料沖擊磨損和摩擦磨損，以沖擊磨損尤甚，主要磨損部位為鐘形罩外圈和筋板位置。

（3）從工業現場應用壽命數據可以看出鐘形罩鑲嵌耐磨陶瓷使用壽命是鑄鋼材質的3 倍及以上，分體式鐘形罩的使用成本是鑄鋼材質的1/3，顯而易見通過選取適宜材料可有效提升鐘形罩的正常工作壽命，合理的結構能降低運行成本，是解決鐘形罩磨損簡單易行的方法。