摘要：磨损是某些机器零件在工作中难以避免的一种损坏现象。火力发电厂中有不少设备的零、部件即属于易磨损件，如风扇磨煤机的冲击板，在运行过程中要受到煤块、煤粒的不断磨损而逐渐损耗。虽然风扇磨煤机具有占地少、效率高、容易实行自动控制等优点，但由于冲击板的使用寿命短，限制了它的应用和推广。
关键词：风扇磨；冲击板磨损
前言
原煤从高处沿煤管落入磨煤机内，被高速旋转的冲击板击碎，煤粉在离心力和气流作用下从蜗壳出口飞出。冲击板是磨煤机中的主要易磨损件，其使用寿命仅几百小时。其磨损不仅直接造成冲击板的大量损耗，还引起了备件供应紧张、检修量大、磨煤效率降低、发电成本提高等一系列问题。冲击板工作表面凹凸不平，还有星罗棋布的撞击坑，并在高度和厚度方向产生了严重的不均匀磨损。
一、风扇磨冲击板的工作条件及特点
风扇磨属于高速磨煤机，转速425-1000 r/min，叶轮外缘最大线速度可达到100 m/min。尽管煤属于软磨料（250 HV 左右），但在相对速度大于80m/min 的条件下，对打击板的磨损作用不容忽视。同时煤中还含有高硬度的质点，在含量高并呈尖角状时，将加剧对冲击板的磨损。此外，当风扇磨磨制褐煤时，煤中可能含有较多硫及水分，还将伴有腐蚀磨损。风扇磨中不但有煤块，同时不可避免的混有石块、木块、铁块等杂质，这些都对冲击板形成更大的冲击。因此，冲击板不但要有较好的耐磨性，还必须有足够的韧性才能保证使用要求。风扇磨的主要运动部件是叶轮，冲击板靠叶轮上的支柱依托，并利用压块或衬板固定，冲击板的截面近似于矩形，呈板状，安装在叶轮上的支柱上。有依靠的压紧固定形式，为应用高硬度材料创造了条件。冲击板的寿命低，不但由于不断更换消耗大量的金属材料，更因为停产大大影响破碎机的生产效率，甚至成为生产的限制性环节。
二、风扇磨冲击板磨损分析
1.工作面内缘的磨损分析。落入两块撞击板之间的磨料将受到冲击板的撞击。由于磨料下落的速度V远小于内缘的线速度，速度合成后使磨料相对板面的撞击角度很大，接近90°，撞击速度可近似认为与内缘线速度相等。高角度撞击区的范围大小可以这样来估算，从两板之间落入最深的磨料是紧贴着前一块板的后背落下的。两冲击板间空隙距离大约16cm，也就是说，后一块板向前运动16cm 就要与下落最深的磨料相撞，经计算通过这段距离只要3ms 左右。如果磨料下落速度按10m/s 计算，磨料最多下落3cm左右就与冲击板相撞，所以高角度撞击区仅限于冲击板工作面内缘的一窄条。落入磨机内的磨料，块大的其运动方向改变得少，细小的就会较快地改变方向，随气流运动。所以大量细小的磨料必然随气流比较顺利地进入叶道，对高角度撞击产生低角度撞击和滑动磨损，由于原煤中细磨粒已经相当多，在风道中被加热干燥粉碎后，数量更多，因此它们产生的磨损不可忽视。高角度撞击区之所以很光亮，正是由于这种细磨粒的抛光作用。可见，高角度撞击区的磨损方式是粒子高角度撞击为主，同时也有相当程度的滑动磨削。
2.工作面主要部分的磨损分析。冲刷区的磨损形貌非常独特，它形成一种比较有规律的一排排很深的波纹状沟槽。为了研究这个区域的磨损问题，首先必须明确磨料与板面的相对运动状态，进而确定磨料与板面的作用方式，然后才能对表面沟槽的形成原因作出解释。已经粉碎的细小磨料，在离心力作用下以及气流的带动下，沿冲击板表面向外滑动，从出口流出去燃烧。至于大块磨料在高角度撞击区被击碎后，碎片中的大部分也会沿冲击板表面运动，并具有比较高的滑动初速度。当然，有的碎块也可能与冲击板产生多次不同角度的撞击。国外有人研究过风扇磨煤机中煤的磨碎过程，认为主要是煤粒与冲击板内缘的碰撞以及与冲击板表面的磨擦。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆煤粉在碰撞磨碎中颗粒大的占的比重小，主要作用是摩擦磨碎。这也就是说，击碎的煤粒是沿冲击板表面向外滑动的。总之，磨粒在这个区域里的运动，大部分是冲刷。少部分是不同角度的撞击，冲刷（即高速滑动）起主要磨损作用，而不同角度的撞击对材料的失效过程也有相当影响，加剧了磨损过程。一个工件宏观的磨损形貌是无数单个磨粒磨损作用的综合结果。前面磨粒改变了冲击板表面的形态，必然会影响随后磨粒的运动状态和磨损过程。磨粒将随的增大越切越深，沿着与表面有一定斜度的方向切削下去。但是由于热应力和接触应力，磨粒可能破碎，或者切入的棱角会破碎；另一方面由于磨粒切入金属中的深度与其直径相比小得多，所以磨粒的重心在板面之上，且高得多。在惯性离心力（作用在重心上）、气流冲击力以及下部受的阻力形成的力偶作用下，磨粒一边切削，一边转动，因此切削到一定距离后，重心偏到一定程度，就随气流翻滚走了，紧接着又开始下一段的切削作用。这就会在材料表面留下一个微小的台阶，虽然这个台阶很低，但是它对随之而来的磨粒很有影响，有可能使它们在台阶处也终止磨削而翻滚走，从而使台阶进一步加深，而且由于以下两种原因，斜坡的宏观坡度会逐渐增加。
3.冲击板内侧面的磨损分析。这个硬度与高碳钢和中碳钢的马氏体组织的硬度相比还差一些，而且磨粒切削与犁沟时，对刃下面的材料产生的加工硬化并不充分，硬化层很薄，随后而来的磨粒就有可能透过硬化层切入软基体，使材料磨损掉。因此，在低角度撞击和冲刷的情况下，高锰钢由于磨损过程中的加工硬化所提高的耐磨性是有限的。高角度撞击区的硬化层较厚且硬度较高，对于大量细磨粒的抛光会有一定抗磨作用，而对于磨粒的高角度撞击可能会引起次表层开裂。
三、冲击板防磨方法
1. 对原材质合金化或进行热处理硬化。我们曾设想在原材料的基础上进行热处理，或在原材料的基础上添加些合金元素再进行热处理硬化的方法，而在调查研究中，我们发现原材料合金化并淬硬后，果然可提高些硬度，延长些使用寿命，但硬度提高有限，效果不会很显著。为了很好的发挥多元高铬铸铁的耐磨性，铸件毛坯必须经过硬化处理。尽管处理前后的碳化物形状、分布、数量及显微硬度等各项指标不会发生实质上的变化，基体组织却发生了根本的转变。同时在960～980℃保温较长时间，过饱和奥氏体中会有富铬碳化物析出，形成粒状的M23C6型碳化物。通常认为该项在不降低机械强度的条件下对提高抗磨性有利。所以按照原来的生产经验，采用了高温保温为2.5～3.5 h，直接出炉强制风冷，夏季适当进行喷雾冷却，这样铸件本体硬度可以达到55～60 HRC。淬火后的铸件经（250±20℃），保温5 h 的低温回火，有利于减小铸件在硬化处理时所产生的应力。
2.堆焊。将耐磨的高铬铸铁电焊条堆焊到的冲击板上，用高铬铸铁电焊条堆焊成一道道 堤坝，并在冲击板进口处的横边上也堆焊了高铬铸铁。以上处理，均显著地延长了冲击板的使用寿命。
结束语
硬磨料冲刷的磨损过程主要是微切削和犁沟；低角度撞击除切削、犁沟之外，还有挤出唇和翻皮；高角度撞击的磨损过程初步认为是凿削和次表层加工硬化引起的开裂。磨粒随气流沿板面向外运动时，由于惯性离心力和科氏力不断增大，使冲击板越靠外侧磨损越严重，产生斜坡。同时由于磨粒的滚动或棱角的破碎，在板面上留下台阶，逐渐形成波纹状沟槽。防磨措施也是多方面的，尚需继续探索。
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论文作者:张宏伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：磨损论文; 磨料论文; 角度论文; 风扇论文; 铸铁论文; 气流论文; 硬度论文; 《基层建设》2019年第19期论文;