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引用 排粉机叶轮磨损机理及防磨堆焊   

2014-10-20 19:08:47|  分类: 【科技频道】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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排粉机叶轮磨损机理及防磨堆焊  

  彭振伟 刘永生 王力 王宗玉

  摘要 分析了排粉机叶轮磨损机理,认为磨损部位呈犁沟状是劣质煤中的石英、长石颗粒所致.采用特堆707碳化钨电焊条堆焊叶轮,并介绍了具体的堆焊工艺.
  关键词 排粉机叶轮 磨损 堆焊 硬度
  分类号 TK223.26

THE WORN MECHANISM OF THE CENTRIFUGAL IMPELLER
OF MILL FAN AND WEAR PREVENTED SURFACE WELDING

Peng Zhenwei
(Jiamusi Municipal Company 154002)
Liu Yongsheng
(Jiamusi Electric Power Plant )
Wang Li
(Jiamusi Municipal Company)
 Wang Zhongyu
(Jiamusi Electric Power Plant )

  ABSTRACT In this paper ,we analyze the worn mechanism of the impeller of mill fan and think that the worn part of plow channel shape is resulted from the quartz and feldspar grain of poor coal.We weld the centrifugal impeller by special 707 tungsten carbide surface welding electrode and indroduce concrete surface welding industrial art.
  KEYWORDS the centrifugal impeller of mill fan,wearing , surface welding , hardness.

0 前言
  排粉机叶轮在发电设备中磨损比较严重,一般因局部磨损其使用寿命仅有6-12个月,而且中间还要用焊接的方法进行修复.佳木斯发电厂近年来通过对叶轮的磨损机理进行研究,分析了磨损因素及防磨措施,采用了几种不同的耐磨堆焊材料对叶轮进行堆焊和金属喷涂试验,并做比较,最后选用特堆707碳化钨电焊条堆焊叶轮. 经过几年的生产运行证明,效果良好,其使用寿命可以提高5倍,解决了排粉机叶轮磨损严重的问题,提高了经济效益.

1 叶轮的磨损部位及磨损机理

图 1 排粉机叶轮叶片磨损部位

排粉机叶轮的主要磨损部位如图1所示,图中影线部位是叶片的易磨损区,其余部位磨损较轻.
  叶轮的磨损主要是运行中高速风中含有8%~15%的煤粉颗粒冲蚀、切削的机械作用造成的.根据磨损叶片外观可以看到宏观表面上呈沟状,近似水流冲蚀的谷沟,微观上则呈微小犁沟状,其形成原因可作如下分析.
1.1 微观小犁沟产生机理
  根据磨损状况分析,从低倍放大镜中可以看到叶片金属表面上有一些微观犁沟,其产生的原因是电厂用煤多为劣质煤,佳厂用煤1994年前11个月的平均含灰量为35.35%,灰渣中成分主要是长石与石英.当煤粉颗粒以零或较小的入射角度与叶片接触并做相对运动时,煤粉中硬度高而且带棱角的石英(HV1150)和长石(HV640-830)等杂质颗粒,在叶片金属表面用棱角犁出一道道微观犁沟,将金属推向沟的两旁或前端,产生极大的塑性变形.其后在煤粉中的长石、石英等杂质颗粒的反复作用下,经反复塑变、强化,最终剥落而成磨屑,从而形成一道道犁沟.经多次塑变而成的磨屑呈块状或片状,其上可以看到层状折痕,表面有台阶、压坑和裂纹[1].
1.2 宏观犁沟产生机理
  从照片上可以看到不同大小的宏观犁沟,并可以看到层状折痕和表面台阶.产生宏观犁沟的主要原因是在煤粉中石英、长石等杂质颗粒的长时间反复作用下,经反复塑变、强化,最终剥落而成磨屑,一些截面积较大的微观犁沟逐渐扩大,相邻的微观犁沟,变成了宏观小犁沟宏观小犁沟又逐渐扩大,变成了宏观大犁沟.其上可以看到与磨屑相似的层状折痕和表


面台阶.从照片上还可以看到离叶片出口端部越近部位磨损越严重,其主要原因是叶轮越靠近出口处线速度越大,与煤粉颗粒接触相对速度亦越大,增加了磨损能量.根据上述分析,煤粉颗粒以零或较小的入射角度与叶片金属接触时,切削和犁沟磨损是主要原因,叶片的硬度起重要作用.
1.3 磨损与材料硬度及磨料硬度的关系
  磨损与材料硬度Hm、磨料硬度Ha之比Hr=Hm/Ha(相对硬度)有关[1](如图2所示),还与磨粒形状有关,带棱角的磨粒导致切削磨损严重.引起叶轮磨损的主要因素是煤粉颗粒中含有一些硬度高而且带棱角的石英、长石等杂质颗粒(用磨煤机磨球砸碎的颗粒呈块状带棱角),其硬度比叶轮材料低碳钢(HV150)、普低钢(HV170)高得多,而叶轮材质与石英及长石的相对硬度,石英Hr≤0.15,长石Hr≤0.2,都在图中Ⅲ区内,所以磨损严重;而煤粉对叶轮的磨损则相反,煤粉硬度(HV300)比叶轮材料的硬度低得多, 叶轮与煤粉的相对硬度很高,Hr≥5,在图2的Ⅰ区内,所以煤粉对叶轮磨损极小.

图 2 相对耐磨性ε与相对硬度Hr的关系

1.4 提高叶轮易磨损区硬度是减少磨损的有效措施
  通过对叶轮堆焊试验 ,测得堆焊层硬度达HRC60(HV713) 左右,其堆焊层与长石的相对硬度为Hr=713/(640-830)≥0.86-1.1,在图2中位于Ⅰ、Ⅱ区内,而与石英的相对硬度为Hr=713/1150≤0.63在图2中位于Ⅲ区内, 所以长石对堆焊层磨损较轻,而石英则较严重.上述分析,堆焊后的叶轮,煤粉几乎不磨损,长石磨损较轻,石英磨损严重.然而灰分中石英含量较少,所以磨损量可大幅度降低,因而起到防磨作用.因此,叶轮易磨损区采用硬度高、耐磨性能好的堆焊材料具有一定的意义.

2 对叶轮材料的要求及防磨材料的选择
  排粉机叶轮转速1450r/min,扭矩及直径较大,对材料的韧性要求较高,一般普遍采用焊接结构制造叶轮.易磨损区应有较高硬度和耐磨性,以提高叶轮的使用寿命.目前,叶轮普遍采用低碳钢、普低钢制造.
  通过对叶轮磨损机理的分析;应合理选择堆焊材料,过去佳木斯发电厂曾采用过高铬合金粉块碳弧堆焊和高铬合金铸铁型等电焊条堆焊叶轮,发现堆焊的叶轮耐磨性较好,但工艺很差,如:堆焊时电弧燃烧不稳定,成型不好,飞溅大(粉块堆焊除外),烟尘大,劳动条件极差,抗裂性能不好.
  所以近年来佳厂采用特堆707 碳化钨电焊条堆焊叶轮.因为碳化钨合金是由大量碳化钨颗粒分布在金属基体上构成的一种合金,由于碳化钨熔点高(接近2600°C),所以它可基本不熔化而存在于焊缝中,“镶嵌”甚至“钎接”在基体上构成硬质合金复合材料堆焊层[2].因此,在所有堆焊合金中它的抗低应力磨料磨损性能最好,而且具有一定的耐热性能.与上述方法相比,特堆707 碳化钨电焊条堆焊有下列优点:1)耐磨性能优异;2)工艺性能好,成型美观,电弧稳定,飞溅少;3)烟尘较少,劳动条件较好,虽然抗裂性较差,较上述电焊条、粉块为好,但是堆焊表面仍有裂纹.由于排粉机叶轮受低应力磨料磨损,煤粉颗粒对叶片的冲击应力较小,故堆焊层裂纹对叶轮的耐磨性能和使用性能影响很小,能满足叶轮的使用要求.

3 叶轮的堆焊工艺
  1) 应尽量使叶片处于水平状态,以便于施焊.
  2) 焊前用钢丝刷清理叶片表面堆焊部位上的油污、锈垢.然后使用硬纸板等按叶片的磨损区域放样,画到叶片上,以保证各个叶片堆焊部位相同.
  3) 堆焊材料选用Φ4.0mm特堆707焊条,焊前烘干温度为(300℃~350℃)×1h.
  4) 焊接电源应采用直流反接,焊接电流为 150A~170A.
  5) 堆焊时,应严格控制熔池温度,以免提高稀释率,降低堆焊层硬度.
  6) 各叶片的堆焊层厚度及形状应均匀一致, 以免叶轮运行一段时间后因磨损不均发生振动.

作者简介:彭振伟,男,1965年7月20日生,1987年毕业于佳木斯工学院,学士学位,现任黑龙江省东方市政建设开发集团公司工程师。

作者单位:彭振伟 (佳木斯市政公司 ,佳木斯,154002)
刘永生 (佳木斯发电厂)
王力 (佳木斯市政公司)
王宗玉 (佳木斯发电厂)

参考文献
 1 陈墨耕. 耐磨铸铁. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社,1990
 2 周振丰.金属熔焊原理与工艺(下册). 北京: 机械工业出版社,1984

 


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