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      風機葉輪表面處理方法的探討

      2017-02-26  來自: 開原市風機制造公司 瀏覽次數:280

      風機葉輪表面處理方法的探討


      根據磨損理論分析,討論了燒結引風機葉輪葉片表面的幾種處理方法,以提高葉片表面硬度,使葉片表面由塑性

      材料變為耐磨材料,以適應低沖蝕角的沖蝕。通過在現場實際運行的各種對比試驗,結果表明粘貼耐磨陶瓷片及涂抹耐磨涂料技術較好。

      風機是輸送氣體的設備。它在國民經濟各部門中應用十分廣泛。以燒結廠為例,風機是燒結廠的關鍵設備,其總耗電量約占燒結廠的 12%~13%,運行成本將嚴重影響燒結生產系統的經濟效益。由于風機輸送氣固兩相流,風機受到氣流中固體顆粒的碰撞磨損,其連續運轉可靠性變差,惡化了運行特性,縮短使用壽命,甚至會引發重大事故。因此對燒結氣固兩相流對離心風機的磨損機理與抗磨技術進行研究,找出葉輪磨損的特性和規律,針對特性采取有效措施。

      1 磨損理論的分析與應用靶材,如葉片的表面,按材料的性質可分為塑性材料和脆性材料。塑性材料的最大沖蝕角為 20°~30°左右范圍內,而脆性材料的最大沖蝕角為 90°左右范圍內。離心風機的葉輪,特別是普遍采用的后彎型葉輪,塵粒與葉片的沖蝕角基本在 30°左右,屬于塑性材料的沖蝕率最大的區域,風機葉輪一般采用 16Mn鋼制作,是典型的塑性材料,這就是風機葉輪易磨損的原因。這種磨損理論分析,為離心風機葉輪抗磨研究的提供了理論依據和研究方向:一是葉輪的材料保持塑性不變,調整葉輪結構及葉片形狀,也就是調整沖蝕角度,使其盡可能地離開沖蝕率最大的角度區域,但可能會影響風機的效率;二是保持風機原有的流線形狀及機殼、煙道的各種參數不變,以保證風機的高效率,設法讓塑性材料的風機葉片

      變成脆性材料,也就是葉輪葉片的表面處理,本文主要是針對葉輪葉片的表面處理方法進行探討。

      2 常見的幾種表面處理抗磨手段

      2.1 耐磨陶瓷技術在離心風機上的應用在風機葉輪、機殼等流道內使用耐磨陶瓷或者風機葉片全部用耐磨陶瓷制作的耐磨風機,叫陶瓷耐磨風機。1982 年,日本首先研制出陶瓷耐磨風機,

      與采用耐磨護板、噴焊或堆焊型的傳統耐磨風機相比,陶瓷耐磨風機具有耐磨性能極為優越、高效、節能、維護方便、運行費用低等突出的優點。在電力、冶金、水泥工業、物料輸送、建材、化工等各個領域廣泛應用了陶瓷耐磨風機作為引風機。

      2.2 耐磨陶瓷的性能

      耐磨陶瓷是一種通過高溫燒結而成的無機非金屬材料,應用于機械、設備及其它工業部門的陶瓷被稱為耐磨陶瓷。

      2.2.1 耐磨陶瓷主要特點

      耐磨陶瓷在外力作用下不發生顯著形變就發生破壞,彈性模量很高,一般為 109~1011 N/m 3 ,抗拉及抗彎強度遠低于抗壓強度,抗沖擊強度特別低。與金屬材料相比,耐磨陶瓷具有摩擦系數小、耐磨性高、耐熱性好、比重小、熱膨脹系數小、高溫強度高等優點;具有優越的耐腐蝕性能,在酸性介質中,氧化鋁耐磨陶瓷比不銹鋼耐腐蝕性能好數萬倍,在堿性介質中,92%氧化鋁耐磨陶瓷與不銹鋼性能大致相同,而 99%氧化鋁耐磨陶瓷幾乎看不

      出被腐蝕;但耐磨陶瓷同時存在著不能承受較大的拉伸應力和彎曲應力,特別是不能承受大的機械和熱應力梯度或者突變的應力梯度的缺點。

      2.2.2 耐磨陶瓷的種類及特性

      耐磨陶瓷種類繁多,陶瓷耐磨風機中主要使用的是氧化鋁、氧化鋯、氮化硅和碳化硅耐磨陶瓷。氧化鋁耐磨陶瓷是用途最廣泛、原料最豐富的一種高溫耐磨陶瓷材料。它的硬度比氮化硅和碳化硅耐磨陶瓷低,但因其價格最

      低廉,所以大多數耐磨陶瓷風機均選用這種材料。氧化鋁耐磨陶瓷根據氧化鋁含量的不同以及摻入添加劑數量和種類的不同,有許多系列,性能也各不相同。一般情況下,隨著氧化鋁耐磨陶瓷中氧化鋁含量的提高,材料的抗彎強度、硬度等都相應提高,但價格也隨之增加。氮化硅耐磨陶瓷不僅有較高的硬度和強度,同時有自潤滑性,所以是一種很好的耐磨材料。氮化硅耐磨陶瓷的熱膨脹系數較小,它具有優良的抗熱沖擊性能,抗熱沖擊溫度差高達 700 ℃左右。是高溫耐磨陶瓷耐磨風機理想的材料。氮化硅耐磨陶瓷

      的穩定性很好,耐氫 氟酸以外的所有無機酸和某些堿液的腐蝕。由于氮化硅耐磨陶瓷原料不是天然礦物,而是人工合成物,因而其原料和制品的制造成本比氧化鋁耐磨陶瓷高得多。碳化硅耐磨陶瓷不僅具有耐腐蝕、抗氧化、高熱導及熱穩定性好等優點,還具有非常高的硬度,HV 高達 3000 左右,僅次于金剛石,它的高溫強度好,高溫蠕變小,是 1400 ℃以上高溫耐磨陶瓷耐磨風機的最 佳材料。氮化硅、碳化硅耐磨陶瓷比氧化鋁、氧比鋯耐磨陶瓷比重小、熱膨脹系數小、硬度高,性能優越,但價格昂貴。在燒結吸風機上使用的基本上都為氧化鋁耐磨陶瓷。

      3 耐磨陶瓷與風機葉輪的結合形式

      耐磨陶瓷作為非金屬與金屬的葉輪結合需要特殊的結合工藝,目前主要有以下幾種結合方式。

      3.1 粘接型

      主要采用有機或無機粘接劑將耐磨陶瓷粘接在葉輪的葉片及后盤、機殼等需要防磨的部位。這種結構的風機制作工藝最簡單、成本也最 低,但是由于受到粘接劑性能的限制,這種風機一般不能用于氣體溫度高于 200 ℃或葉輪周速很大的場所。

      3.2 釬焊型

      在葉輪的表面上使用特殊金屬作為耐磨陶瓷與葉輪母體金屬的接合層,釬焊后產生化學反應,在接合界面上產生非常強固的結合力,這種結構的風機適應于處理氣體溫度高、葉輪周速較大的場合。

      3.3 整體型

      風機葉片或葉輪采用燒固整體成形的工藝,全部用耐磨陶瓷制成。由于耐磨陶瓷葉片或葉輪從成形到燒固、加工、制作工藝極為復雜,故一般只用于機號不大的軸流式風機。

      3.4 應用比較

      據相關試驗與應用顯示,需要進行抗磨處理的一般只有吸風機,吸風機的介質溫度都在 200 ℃以下,主要是受煙氣中的塵粒的沖蝕,磨粒都是松散型的小顆粒,選用粘貼耐磨陶瓷作為抗磨手段是可行的。在高沖刷角下 16Mn 鋼表現出優良的耐磨性,而在低沖刷角下耐磨陶瓷片、硬度高的材料的耐磨性則優于 16Mn 鋼,因此硬度高的耐磨材料適宜在低沖刷角,尤其是在 30°左右使用,而且耐磨陶瓷片的耐磨性優于另外兩種材料。這種高硬度的脆性材料的適用范圍與一般離心風機的沖刷角正好吻合。

      4 耐磨陶瓷的應用

      耐磨陶瓷的耐磨性能是最 好的,尤其是 Al 2 O 3純度為 99%以上的耐磨陶瓷,在 30°左右的沖刷角時,其性能比任何其它的抗磨材料都要好。

      4.1 耐磨陶瓷的應用

      一種最簡單直接的方法,就是在葉輪母材的表面進行處理,涂上一層約 1 mm 的耐磨涂料,用耐磨涂料來替代葉輪母材以抵抗煙氣對葉輪的沖刷。耐磨陶瓷是一種優良的耐磨材料,但它的缺點是,工藝要求嚴格,如若施工沒有按照工藝要求嚴格進行,就有可能造成耐磨陶瓷片的脫落,而使葉輪失去平衡,而且耐磨陶瓷的粘貼也增加葉輪的重量,增加了電機的啟動時間,也增加風機的功耗。耐磨涂料只是在葉片表面涂上一層不到 1 mm 的涂層,對母材不造成任何損壞,重量輕,粘涂工藝簡單,且容易修復,利用機組大、小修的時機對磨損部位進行修復,以保持葉片的“永”不磨損,耐磨性能良好,所涂部位不受幾何形狀約束,現逐步被國內外有關部門關注。

      4.2 耐磨涂料的現場應用

      耐磨涂料最典型的應用是在燒結廠吸風機葉輪上,耐磨涂料的磨損性遠不如陶瓷,但它修復起來方便。燒結吸風機葉輪涂抹耐磨涂料,在類似的大小修項目,根據使用情況定期抹耐磨涂料,這樣就使得葉輪始終處于良好健康狀態,即保證了安全運行,又做到了經濟節約。

      4.3 結果分析

      耐磨涂料的抗剪強度完全可以抵抗葉輪的離心力,其耐沖蝕性也遠優于 16Mn 鋼。而且耐磨涂料還有許多優點:成本適中;易于固化;粘貼工藝簡單,所粘涂部位不受幾何形狀約束;重量輕,從而不給風機造成額外負擔,即使是部分脫落也不會影響風機的動平衡。耐磨涂料是一層在葉輪上的耐磨保護膜,它的耐磨性遠不及耐磨陶瓷,需要根據情況利用大、小修的機會進行修復,這即是優點也是缺點,優點在于它可以很容易地反復修復,通過及時修復可以保證葉輪始終處于完好狀態,缺點在于這樣會給工人增加部分工作量。耐磨涂料在燒結引風機上的使用也得到了良好的效果。

      4.4 耐磨焊條的使用

      直接在葉片上使用耐磨焊條進行堆焊,是一種較簡單的措施。堆焊的方式可堆成條狀的、間斷的小塊或直接全部堆滿易磨損的部位。由于堆焊使葉片本身的厚度增加,可以抵抗一部份磨損,同時這種焊條是特殊的耐磨損焊條,使這部分堆焊層的抗沖蝕能力提高了,從而提高了葉輪的壽命。耐磨焊條有多種材料,有鐵 05、碳化鎢、有硬質合金(例如:鉻鉬硼耐磨焊條)等。耐磨焊條的應用比較方便,但效果不如前幾種方法好。滲碳的目的是為了使金屬表面形成硬而耐磨的碳化鐵層,同時保持鋼材內部的柔韌性。由于鋼材在組織狀態呈奧氏體時,吸收碳的能力最 強,因此,在滲碳過程中,必須把葉片加熱到能使內部組織轉變為奧氏體的溫度。但滲碳溫度過高,易引起晶粒變大和表面層含碳過高而出現脆性,致使葉片容易產生裂紋。因此,一般控制加熱溫度在 900 ℃左右。滲碳層越深,防磨越好,但脆性越大,葉片易斷裂。實際滲碳時,滲碳層多厚,滲碳的部位,要由葉片的厚度和磨損情況以及滲碳工藝來決定。葉片滲碳后,表面硬度較高,提高了葉輪的抗磨性,但其有與鐵 05 同樣的優點與缺點。

      5 結論與建議

      介紹了對葉輪進行表面處理的幾種防磨抗磨手段,葉輪表面提高硬度的抗磨技術,經過理論與實驗研究和實際運行,證明是一種可靠的抗磨技術。對于大多數的燒結廠來說,建議使用提高硬度的處理技術,來提高離心風機葉輪的表面抗磨性能。在諸多的葉輪表面抗磨技術中,建議使用粘貼耐磨陶瓷技術或涂抹耐磨涂料技術對葉輪表面進行抗磨處理,這兩種技術比其它的表面處理技術有無可比擬的優點。粘貼耐磨陶瓷技術及涂抹耐磨涂料技術都是在不損傷葉輪及其內部組織的情況下對葉輪進行表面處理的,真正起到了對葉輪的保護作用。而且可以不斷修復,以保證母材始終處于完好狀態。耐磨涂料以其重量輕,對葉輪運行沒有影響,施工簡單,耐磨性能較好,可反復修復等優點,得到廣泛應用。其實在燒結廠的實際運行中影響風機的因素有很多,如能綜合治理將達到更佳的效果,例如在吸風機的磨損問題上,如果降低氣流的含塵量,提高電除塵的投入率及除塵效率,從而降低吸風機入口煙氣中的灰塵含量;風機的磨損與氣體含塵量是成正比的,這樣有利于從本質上降低風機的磨損量,再配合使用一定的抗磨手段,燒結引風機磨損的問題將有根本性改變,風機的抗磨工作將只是一個例行的檢修工作,不會因引風機葉輪的磨損再影響燒結生產。


      關鍵詞: 風機葉輪表面處理方法的探討           

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