电厂输煤系统设备磨损及防磨材料的选择

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1、精选优质文档-倾情为你奉上电厂输煤系统设备磨损及防磨材料的选择冯志勇1 王晓斌2（1. 江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 ） （2.华电江苏能源有限公司句容发电厂，江苏 镇江 ）【摘要】：电厂输煤设备使用过程中存在大量的磨损现象，不但影响设备的正常使用，严重时甚至发生设备的停役并造成设备的损坏。由此，不仅影响机组的发电效益，也对输煤环境构成了破坏。就电厂输煤系统设备如何选择防磨材料，如何正确采取防磨措施进行了详尽的论述。【关键词】：输煤设备磨损；防磨材料；防磨措施 0 前言近些年，针对电厂输煤系统设备（以下简称输煤设备）存在的磨损现象采取了不同的防磨材料及防磨措施，其防磨效果明显，降低了

2、输煤设备损坏停役情况的发生，对输煤设备的可靠稳定运行起到了积极作用。为进一步提高输煤设备防磨效果，有必要对输煤设备不同防磨材料及防磨措施进行探讨归纳，从而针对输煤设备不同部位采取行之有效的防磨措施，降低磨损对输煤设备的损坏，保证发电机组锅炉上煤的正常供给。1 输煤设备磨损我们知道按摩擦副的运动形式可分为滑动摩擦和滚动摩擦二种类型。滑动摩擦是指物体接触表面相对运动时的摩擦；滚动摩擦是指物体在力矩作用下沿另一物体表面滚动时接触表面的摩擦。对于工程材料来说摩损的定义是，构件在与其表面相对运动而在承载表面不断出现材料损失的过程，也可理解为由于物体相对运动造成物体表面尺寸或形状的改变和缺失现象。输煤设备

3、摩损现象普遍存在，如转动给煤设备的轴承、齿轮、轴瓦、刮板、叶爪，筛分破碎设备的筛条、筛片、锤头、鳄板、衬板，皮带机的落煤管、料斗、挡板、衬板，驱动及转向滚筒上的衬胶，犁煤器上的犁头，堆取料机的斗子和斗齿、漏斗、料仓等等。通过现场观察和分析，按磨损机理划分可以发现其磨损主要是黏着磨损（也称粘着磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损等。1.1 黏着磨损黏着磨损是最常见的一种磨损形式，当两个固体表面相对滑动的接触表面时常发生这种磨损。黏着磨损通常以小颗粒状从一表面黏附到另一表面，有时也会发生反黏附，及被黏附的表面材料又会回到原表面上去。这种黏附和反黏附，往往使材料以自由磨屑状脱落下来，同时会沿滑动方向

4、产生不同程度的磨痕。电厂输煤设备经常发生黏着磨损的有螺旋卸煤机上的螺旋，叶轮给煤机上的叶爪，挤压式碎煤机上的鳄板、衬板，刮板式给煤机上的刮板等。1.2 磨粒磨损所谓的磨粒磨损是因为物料或硬凸起物与材料表面相互作用使材料产生迁移的一种现象或过程，也可理解为磨粒在材料表面滑动、冲击造成材料表面的划伤和颗粒或碎块的脱落。电厂输煤设备经常发生磨粒磨损的有振动筛上的筛条，滚轴筛上的筛片、滚轴，碎煤机的锤头、衬板，堆取料机的斗子、斗齿，以及输煤设备上的落煤管、煤斗、溜槽、三通及锁气器切换挡板、衬板等。当工作条件发生变化时，磨粒磨损往往伴随着黏着磨损。因此，上述输煤系统设备的黏着磨损和磨粒磨损往往同时发生。

5、另外，磨粒磨损里面的冲击磨损不是大家认为的固体颗粒冲蚀磨损。固体颗粒冲蚀磨损发生在携带固体粒子的流体（气体或液体）对材料表面磨损现象，如电厂仓泵气力送灰过程中灰粒对输灰管道内壁的冲蚀磨损，输煤设备排污泵的叶轮、泵壳、轴套，进、出口管道内的冲蚀磨损。1.3 疲劳磨损这里所说的疲劳磨损主要指的是接触疲劳磨损，接触疲劳磨损又称表面疲劳磨损，在循环交变接触应力长期作用下所引起的表面疲劳剥落现象。当接触应力较小，循环交变接触应力次数不多时，这时材料表面只产生数量不多的小麻点（也称凹坑），对设备正常运行几乎没有影响；但当接触应力较大，循环交变接触应力次数增多时，还会在材料表面陆续出现浅层剥落、深层剥落，这

6、是由于局部金属由于长期受交变应力反复塑性变形的结果，最后导致材料零件的失效。电厂输煤设备经常发生表面疲劳磨损地方有滚动轴承、滚针、齿轮、凸轮等。这些地方发生表面接触疲劳磨损程度与材料所受载荷，材料的表面硬度、金相组织、冶金质量、表面粗糙度、润滑有关。另外，输煤设备轴承装配间隙过大，设备运行会造成轴承外圈与轴承箱之间发生相对运动，可能同时出现黏着磨损和疲劳磨损。1.4 腐蚀磨损在摩擦过程中，由于机械作用和摩擦表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，共同引起的物资损失称之为腐蚀磨损，也称其为机械化学磨损。腐蚀磨损时材料表面同时发生腐蚀和机械磨损两个过程。最常见的腐蚀磨损是氧化磨损。纯净的金属暴露在

7、空气中，表面会很快与空气中的氧气生成氧化膜。在摩擦过程中，金属表面的氧化膜受机械作用或由于氧化膜与基体金属的热膨胀系数不同，而从表面剥落下来形成磨屑。剥落后的金属表面就会再次与空气中的氧气发生反应生成新的氧化膜，这样周而复始，形成的磨损称为氧化磨损。其次，是特殊介质腐蚀磨损。由于金属表面与酸、碱、盐等介质发生化学反应或电化学反应而形成磨损称为特殊介质腐蚀磨损。其磨损机理与氧化磨损机理相似，但腐蚀的痕迹较深，磨损速度较快，磨屑呈颗粒状和丝状，它们是表面金属与周围介质的化合物。上述电厂输煤设备几乎都存在腐蚀磨损，只是因所处环境不同而腐蚀磨损的程度不同。需指出的是输煤设备转动机械的轴承也会发生腐蚀磨

8、损，这是由于润滑油中含有腐蚀化学成分，滑动轴承材料很容易被润滑油里的酸性物质腐蚀，比较明显的特征是在轴承表面生成黑点，逐渐扩展成海绵状空洞，在摩擦过程中成小块剥落。含有银、铜成分的轴承，在油温高时与油中硫化物生成的硫化物膜易破裂，降低了防磨作用。电厂输煤设备往往同时伴随着磨粒磨损和腐蚀磨损，电厂用煤范围广、品种多（含有石英砂、刚玉、泥土等坚硬质点物质），且含有不同程度带有腐蚀液体介质的水份，磨料（煤）中有硫化物矿物如磁铁矿等存在时，氧可使腐蚀及电化学腐蚀增加，这时磨损的主要行为是磨粒磨损和腐蚀磨损的相互作用，即腐蚀加速了磨粒磨损，而磨料将腐蚀产物从表面除去后，又使新金属表面暴露在外，加快了腐蚀

9、的速度。2 防磨材料的选择电厂输煤设备磨损中，对设备损坏的主要是黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损，不仅造成输煤设备零部件的频繁更换，而且浪费大量的人力和时间，同时对输煤环境的构成严重影响。相对以上三种磨损来说，疲劳磨损对输煤设备的影响较小，只要保证检修质量和运行维护措施得当，可以把疲劳磨损对设备运行的影响降到最低。因此，输煤设备防磨材料（以及相对应的防磨措施）的选择主要从降低黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损对输煤设备的影响来考虑。 随着科技的不断发展，防磨材料的选择越来越广泛。根据输煤设备不同磨损部位可以选择不同的防磨材料。目前，对防磨材料的分类，在学术上还没有严格的定义。为论述方便起见，暂且把它们分

10、成两类：一类是金属耐磨材料，另一类是非金属耐磨材料。2.1 金属防磨材料 金属防磨材料有合金耐磨铸钢、合金耐磨铸铁、金属复合铸造耐磨材料。合金耐磨铸钢有铸造耐磨高锰钢、低合金耐磨铸钢、空淬贝氏体耐磨铸钢等。合金耐磨铸铁有低合金耐磨铸铁、高铬合金白口铸铁。金属复合铸造耐磨材料在电厂输煤设备中应用很少或几乎不用，这里不做多述。（1）铸造耐磨高锰钢。常见的有ZGMn13,传统高锰钢是经水处理后直接使用不具备耐磨性，只有受到强烈冲击作用产生硬化后，才能表现出优良的耐磨性。为此在使用前将高锰钢进行强化，提高其硬度。在此基础上，可以对其进行微合金化（加入微量元素及稀土）、沉淀硬化处理、预硬化处理来提高耐磨

11、性能。为降低生产成本，近年来中锰钢的使用越来越多。与高锰钢相比较，受到冲击载荷或磨损作用更易诱发其金相组织改变和加工硬化，在小冲击功的载荷工况下有更强的硬化能力。 上述铸造耐磨锰钢最突出的优点是具有高的韧性，通过加工硬化来提高耐磨性，但是还是存在合金元素含量较高、加工较复杂（生产成本高），易变形、开裂等，有时处理不好还会使材料的脆性增加。这种耐磨材料，在早期电厂的输煤设备破碎机中使用较多，主要用作加工环锤。（2） 低合金耐磨铸钢。是20世纪60年代发展起来的一种耐磨材料，这种钢以废钢为主要原料，添加少量合金元素，铸造成型，在其硬度大于60HRC的前提下，冲击韧性可达2040J/cm2，低于高锰

12、钢但优于各类铸钢。在低合金钢中加入元素如Si、Mn、B和稀土，适当加入少量Cr、Mo、V、Ti、Ni等合金元素，并经适当热处理获得良好的强韧性，满足不同的使用要求。例如:ZG50Cr2MnSiNiMo耐磨钢是针对破碎机锤头研制的一种新型耐磨材料，该材料生产的锤头使用寿命比高锰钢提高1倍以上，目前许多电厂输煤设备中环锤破碎机锤头、挤压式破碎机鳄板、滚轴筛的筛齿都有这种耐磨材料以及近似该种性能耐磨材料的使用。（3） 空淬贝氏体耐磨铸钢。新型空淬贝氏体钢属于非调质钢中的一类，在生产中热加工成型工序与淬火工序结合，实现空淬自硬，省去了淬火工序，不仅节约了能源，简化了工艺，提高了生产效率，而且可以避免由

13、于淬火引起的变形、开裂及氧化、脱碳等热处理缺陷。空淬贝氏体钢具有良好的综合性能，近年来，我国在早年研制开发空淬贝氏体钢的基础上又起得了长足的进步，又发明了其他系列空淬贝氏体钢种，其中研制的稀土空淬贝氏体耐磨铸钢的耐磨性为高锰钢的两倍以上，并已应用在电厂破碎机锤头、衬板上。由空淬贝氏体耐磨材料离心铸造的钢管还具有良好的焊接性能，已用在大口径输煤管道上。（4） 合金耐磨铸铁材料。在普通白口铸铁中分别加入微量元素（称微合金化），如锰、钨、硼、钒、铬等，使其白口铸铁耐磨性能大大提高，尤其是高铬合金白口铸铁具有良好的抗磨料磨损性能。在输煤设备上可用在往复式给煤机、圆盘式给煤机的叶爪或底板、侧面衬板上以及

14、落煤管、煤斗、溜槽正对煤冲击的衬板和犁煤器的犁头上。（5） 高强度耐磨钢板。具有相当高的；其机械性能是普通低合金钢板的3倍到5倍；可显著提高机械相关部件的磨损耐性；因此提高机械的使用寿命；降低生产成本。该产品通常达到360450HB，进口Hardox耐磨钢板最高能达600HB。用于矿山及各种工程机械用耐磨易损件加工和制造等适用的结构钢板。该钢板易于切割，钢板切割方法适用于冷切割和。冷切割包括有、剪切、锯切或磨料切割；热切割包括有氧气燃料火焰切割（以下简称“火焰切割”）、等粒子切割和，另该钢板还具有良好的焊接性能，故加工成形相对简单，主要可用作衬板及导轨耐磨板。以上介绍的是电厂输煤设备主要使用的

15、金属防磨材料。一些电厂输煤设备上，还在使用16Mn等低合金钢防磨，由于其防磨性能差，使用寿命短，维修频繁，正逐步被淘汰。另外，对于输煤设备零部件的局部磨损，还可以采取用特殊耐磨焊条进行堆焊。2.2非金属防磨材料非金属防磨材料，如耐磨涂料、超高分子量聚乙烯板材、特种耐磨陶瓷等，因其防磨性能优良，施工检修维护方便，近些年，上述后两种耐磨材料在电厂输煤设备上也被广泛使用。（1） 耐磨涂料。以某种耐磨材料为基体，同时添加其它材料超细粉末、复合材料粉末、复合胶黏剂等原料，配制成一种双组分常温固化涂料。这类耐磨涂料很多，可以涂刷，也可以喷涂，并可以通过高温烧结使其表面形成致密、光滑、坚硬的耐磨体。严格来说

16、，有的耐磨涂料也有含金属粉末的成分，也有称为金属防磨涂料，由于不是完全的金属成分基体，因此，在这里也把它归结非金属耐磨材料的范围。耐磨涂料在电厂输煤设备上也有应用，如把防磨涂料涂刷或喷涂在堆取料机的斗子、犁煤器上的犁头、皮带机上料斗、圆盘式给煤机的叶爪上。由于防磨涂料抗压、抗冲击、抗疲劳、吸附及抗粘性能不能满足输煤设备防止磨损的需要，因此，其使用受到了限制，而在电厂锅炉尾部受热面管束、风烟道、制粉送粉管道的防磨中使用较多。（2） 超高分子量聚乙烯板材。属于高分子材料，它是通过塑料、橡胶、纤维等原料通过物理、化学方法合成的一种材料，具有高耐磨、耐腐蚀、自润滑、不易粘的特点。近年来，超高分子量聚乙烯板材也常被使用在电厂输煤设备的防磨上。如输煤设备的落煤管、落煤斗、煤仓、煤沟、煤槽等部位，可根据设备防磨表面尺寸切割拼合，再通过螺栓连接在防磨的表面，防磨效果良好。它的不足