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2020-04-02

重介旋流器正常损坏和非正常损坏的原因有哪些?

重介旋流器正常损坏和非正常损坏的原因有哪些?

近十几年来,直线振动筛,滚筒筛,矿用振动筛,重介质选煤工艺在国内迅猛发展,已成为目前主流选煤方法之一。大型、高效的三产品重介质旋流器作为主选设备也得到了广泛推广与应用,其一段的最大直径已达到1.5m。旋流器多数采用钢筒内衬氧化铝陶瓷结构,属损耗性设备,其寿命取决于自身质量、煤的物理性质、工艺参数等诸多因素。在生产实践中,旋流器的实际使用寿命差距很大,以二段旋流器为例,寿命低的仅两三个月,高的则能达到1年,甚至更长。

旋流器的损坏是不可避免的,但很多旋流器并未达到正常的使用寿命便过早失效,给企业造成了较大的经济损失。因此,分析旋流器损坏原因,并进行有针对性的改进,对延长其使用寿命,充分发挥其性能具有重要意义。

1 旋流器的正常损坏

旋流器工作过程中,煤、磁铁矿粉和水灾筒体内以5-10m/s甚至更高的速度螺旋前进,形成比较复杂的流场,产生了较大的离心力,使煤、磁铁矿粉与衬块之间相互摩擦,从而导致衬块逐渐磨损。由于物料的不均匀性和不规则性,其运动过程中还会产生对衬块的撞击,使衬块表面发生微观小颗粒损失,进而加剧磨损。在正常情况下,虽然不同部位的磨损程度不一致,但这种磨损是平滑的,即衬块只有磨耗,没有明显的局部破损。随着旋流器的不断使用,某个部件的衬块被磨穿后,该部件即失效,这属于旋流器的正常损坏。

受到旋流器的工作原理和结构的影响,在正常损坏中,各个部件损坏的速度有很大差异,通常表现为一段损坏较慢,二段损坏较快。而一段又表现为导向筒损坏较快,中部筒损坏较慢。导向筒主要的损坏点一般是在连接管与圆筒交接部的下方(见图1),这主要是由于物料在该处有直线运动与周向运动的转换,对衬块产生了较大的冲击力所致。二段导向筒与一段的类似,但因二段内矸石等物料较多,磨损会更加严重。二段另一个损坏较快的位置是在锥筒出口端、锥筒长度的1/3-1/4区域,这个部位受力变化较大,加上位置不稳定的零轴向速度包络面尖端的液流挤压以及重物相互撞击作用于衬块,使衬块易发生严重磨损。

旋流器部件的失效通常仅仅是局部很小区域被磨穿(见图2)而导致整个部件报废。报废部件的大多说衬块磨损程度还很小,甚至不到1/5,因此,旋流器即便是在正常磨损的状况下,也难免造成较大的经济损失。

旋流器衬块的磨损机理比较复杂,文献中提到的有微切削磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损等,而真正导致局部磨损严重的主要因素是物料的冲击。常用于旋流器的氧化铝衬块抗磨性能很好,但抗冲击能力较差,有文献提出采用碳化硅等性能更加优越的耐磨材料来替代氧化铝衬块,但终因价格较高等因素未能推广。

针对以上问题,烟台金花选煤工程有限企业改进了旋流器的设计,如在上述提到的关键部位采用含氧化锆的增韧氧化铝陶瓷衬块来改善旋流器的磨损状况;针对不同部位使用不同厚度的衬块,使旋流器各部件的磨损趋于同步,经过现场使用,效果很好。例如,一台直径1.3m的旋流器在黑龙江某选煤厂运行了15个月,至今二段旋流器尚未更换导向筒和锥筒;一台直径1.45m的旋流器在山西某选煤厂运行了12个月,每天工作20个小时,二段旋流器仍正常工作,这表明改进后的旋流器更加经济耐用。

2 旋流器的非正常损坏

旋流器的非正常损坏主要表现为局部衬块脱落、局部衬块磨穿、局部沿缝隙磨穿、局部衬块破裂等。造成损坏的原因主要有:衬块质量不均衡、粘贴效果差、筒体制造质量差、设计问题、物料中有铁件等,具体情况分析如下。

2.1 衬块质量不均衡

受原料和烧制过程的影响,不同衬块的硬度、韧性差别很大。实践中发现,同一厂家不同批次的衬块,由于烧制时在炉中的位置、温度等不同,其硬度和韧性也存在差异,硬度小的易磨损,韧性差的易碎裂。旋流器实际工作过程中,往往会出现某一衬块因质量差先于其他衬块磨损或破裂而脱落的现象,从而使临近衬块受冲击而脱落,造成旋流器的非正常损坏。如图3所示的衬块因质量较差而碎裂。

2.2 衬块粘贴效果差

衬块粘贴效果差也会导致衬块脱落,产生的原因有以下几点:

(1)粘贴胶质量差。粘贴胶的品种较多,质量差别较大,对衬块的粘结强度影响很大,因此选用粘贴胶应充分考虑其粘结强度。

(2)筒体未打磨干净。筒体是钢制品,表面通常有铁锈和油污,粘贴前如不打磨干净,或打磨后不及时粘贴而重新产生氧化层,都会导致粘结强度降低。

(3)粘贴未严格按要求操作。通常表现为胶的双组份配比不合适、粘贴温度过低、胶配好后放置时间过长等。

(4)粘贴时缝隙过大。由于筒体和衬块的不规则性,粘贴时衬块间的缝隙难以避免,但缝隙过大会导致缝隙处的填胶被其他物料介质冲刷开,从而磨穿筒体,造成损坏;即便不磨穿,由于缝隙处的杠杆效应,衬块受力恶化,边缘损坏会越来越严重,直至碎裂脱落。

2.3 筒体制造质量差

旋流器筒体多为钢板卷制,而且很多筒体卷制后内壁不进行机械加工,这就造成了筒体的尺寸和形状有较大的误差,尤其是锥筒,因其下口直径小,误差更大。

(1)尺寸误差。卷筒尺寸误差是难以避免的,一般情况下,尺寸误差不会对旋流器的工作造成太大影响。但若误差太大,将造成两部件连接处形成较大纵向台阶,衬块极易受冲击而损坏或脱落。

(2)圆度误差。圆度误差在卷筒中也是不可避免的,常见的是卷成椭圆或不规则形状。圆度误差一般对旋流器的工作参数影响不大,但不圆度过大将造成两部件连接处产生纵向台阶。局部不圆度过大将使衬块贴合不良,在衬块尺寸较大时,还将产生横向台阶和缝隙,从而受到物料冲击而损坏。在锥筒的纵向焊缝处,因锥筒本身不易卷制,且前段直径小,这种情况更易发生,因此也有将锥段改为铸件并进行机械加工的。

(3)锥度误差。锥度误差的危害主要体现在两段相接处因锥度不一致使接缝处的衬块贴合不良,造成局部断裂。

(4)焊接问题。筒体卷制后,接缝需要焊接,焊缝常见问题有:内壁未对齐,理想状态下,焊接面应里口对齐,但由于卷筒误差,导致里口无法对齐,出现台阶,且台阶不均匀,常见于两段相接的横向焊缝;理想的焊缝应是外侧的坡口焊缝,但实际生产中锥段焊缝难以保证不在内壁,焊缝打磨后不平整,且曲率相差较大。上述问题使衬块在焊缝区域贴合效果差,易产生台阶造成脱落。

要解决筒体制造质量差的问题,最简单的方法就是筒体卷制或制造后对内壁进行机械加工,这就需要提高制造成本。

2.4 设计问题

因设计问题导致的旋流器局部损坏也是不容忽视的,常见的有以下几点:

(1)衬块的厚度设计不合理。有相当多的旋流器各部位的衬块设计厚度都相同,导致磨损和冲击大的部位先损坏。解决的办法是加大薄弱部位的厚度或改用更好的材料,虽然成本略有提高,但总体上是经济的。

(2)关键部位衬块的形状、材质等仍需进一步探讨。以一段旋流器入料端导向筒方口与圆筒相交处的衬块为例,有的采用两块衬块拼接,有的采用整块三角形衬块,但顶部太尖。由于此处衬块处于悬臂状态,且经常受到物料的冲击和侧向挤压,因此极易破裂损坏,大直径旋流器的问题更突出,见图4。目前有的生产厂家将此处的衬块改用合金铸件,虽解决了衬块碎裂问题,但合金铸件的耐磨性能通常不如陶瓷。笔者建议将该处衬块改用含氧化锆的增韧陶瓷,且顶部应设计较大圆角,以改善其磨损状况。

(3)边缘衬块尺寸太小。边缘部位的衬块有一段面没有支撑,且此处物料的运动发生改变又使得衬块受力较大,若衬块尺寸太小则极易脱落导致局部损坏,因此边缘的衬块有效粘结长度不应小于100mm。

2.5 入料中混有铁件

虽然选煤厂的煤流系统都设有除铁器,但在实际生产中,铁件进入旋流器的现象并不少见。对旋流器造成的损坏主要发生在锥段出口段1/3-1/4锥段长度的位置。锥件在这个位置因其密度大,紧贴衬块旋转排不出去,会不断撞击和磨削衬块,造成衬块出现凹槽而损坏,见图5。可见,完善除铁系统并加强管理是必要的。

分析可知,旋流器的非正常损坏由很多因素引起,而且经常是多个因素共同作用。因此,对旋流器运行的每一过程都应加强重视,严格把关,任何疏忽都会造成不良后果。

3 结语

综上所述,在生产实践中,旋流器无论是发生正常损坏还是非正常损坏,都会带来巨大的经济损失。虽然旋流器是损耗设备,但若能使其均衡损耗将大大减少制造和使用成本,提高其使用寿命,改善企业的经济效益。因此,旋流器从设计到制造乃至使用,都有很大的改进空间。


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