洗煤廠重介質旋流器過度磨損規律及解決措施研究

張在平

（汾西礦業集團有限責任公司洗煤廠，山西 介休 032000）

引言

重介質旋流器是一種結構簡單、無運動部件的常規選煤設備，具有分選效率高、分選密度調節范圍寬、便于實現自動化、適應性強等優點，在我國各地煤礦洗煤廠得到廣泛應用。重介質旋流器是一種利用強于重力幾十倍甚至幾百倍的離心力場選煤的分選機，其分選過程是靠自身的結構與外部操作的配合，從而實現最佳分選效果。但是，由于其分選原理是靠高速旋轉形成的離心場來實現，加之洗煤過程保持高負荷運轉，很容易導致旋流器內部過度磨損，使設備的使用壽命大大降低[1-2]。某礦常年運行一座處理能力每年300 萬t的洗煤廠，其洗選工藝即采用三產品重介質旋流器工藝，在運行過程中，出現了極為嚴重的旋流器內部磨損現象。本文即針對其磨損情況展開統計學檢測與分析，找出其磨損規律和原因，并提出針對性的解決措施，從而提高設備使用壽命，保障安全穩定運行。

1 重介質旋流器磨損機理分析

根據我國洗煤廠的實際使用情況分析，重介質旋流器的磨損形式較為復雜，是切削磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損共同形成的復合磨損[3-4]。

1）切削磨損。重介質旋流器在分選過程中，物料和懸浮液帶壓沿內壁切線方向進入旋流器，懸浮液及物料中的高硬度微小顆粒在高速運動中會對旋流器內壁造成劃傷，即使微小顆粒硬度不大，甚至小于旋流器材質的硬度，也會在無形中對旋流器內壁產生累積磨損作用。

2）疲勞磨損。兩個接觸表面做純滾動或滾動與滑動復合摩擦時，在高接觸壓應力的作用下，經過多力循環后，在其相互作用表面的局部地區產生小塊材料剝落，形成麻點或凹坑，這種表面疲勞磨損或簡稱疲勞磨損。疲勞磨損會從旋流器表面逐漸向深部發展，在反復的沖擊作用下逐漸擴展。

3）腐蝕磨損。在摩擦過程中，金屬會與周圍介質發生化學反應或電化學反應，使腐蝕和磨損共同作用而導致金屬表面物質的損失，這種現象稱為腐蝕磨損。由于懸浮液的化學成分較多，內壁與懸浮液微粒之間可能發生化學反應或者電化學反應，使旋流器內壁發生腐蝕磨損，

2 磨損情況的統計學檢測與分析

2.1 磨損情況的統計學檢測

研究的基礎性工作是對洗煤廠重介質旋流器的磨損現狀進行調查分析，根據重介質旋流器的工作原理及磨損機理，沿著物料和懸浮液的流動方向，在各入料口、出料口、一段中部、二段中部等位置在旋流器內壁上選取9 個測點，然后按照時間的推移測量并記錄9 個測點的磨損量，磨損量可根據壁厚值來計算。重介質旋流器測點設置見圖1。

圖1 重介質旋流器測點設置示意圖

經過為期半年的測量，得出9 個測點的壁厚值平均數據，如下頁表1 所示。分析可以得出，按照標準的初始壁厚值30 mm，平均磨損量的統計數值分別為0.18 mm、0.29 mm、0.08 mm、0.11 mm、0.41 mm、0.09 mm、0.12 mm、0.29 mm、0.18 mm。

2.2 磨損規律和原因分析

根據表1的統計數據進行分析，在1—9 號測點中，磨損量最大的是5 號測點，即原煤入口處，平均磨損量達到0.41 mm；其次是2 號及8 號測點，即一段中下部及精煤出口處，平均磨損量達到0.29 mm；第三是1 號及9 號測點，即一段中上部及介質入口處，平均磨損量為0.18 mm，磨損量最小的是3 號及6 號測點，即二段中上部及矸石出口處，平均磨損量為0.08 mm 及0.09 mm。總結可得出：

表1 9 個測點壁厚值統計表

1）重介質旋流器原煤入料口及精煤出料口的磨損較為嚴重，由于物料進入及流出時自身帶有一定速度，且粗糙度較大，缺少介質的潤滑，會對內壁造成較大的沖擊和擠壓。

2）在旋流器內部，一段中部及二段中部均是筒壁上部磨損量要輕于下部磨損量，這是由于物料和懸浮液混合體在內部旋流運動，對筒壁產生沖擊，在下部速度達到最快，在向上部運動過程中旋流速度會逐漸降低，從而沖擊性降低，因此上部的磨損量要明顯減輕。

3）在筒壁的一段與二段之間，磨損量也有明顯區別，一段的磨損程度要高于二段，主要是由于約60%的精煤從一段出料口流出，只有約40%的物流進入二段，二段物料流量要明顯少于一段。

3 針對性解決措施

重介質旋流器內壁的磨損是不可完全消除的，但可以從材質、加工、設計方面進行優化，如考慮選擇合適的材料，保證旋流管的內表面加工質量，還可以從實際流場出發，在不影響效率的前提下，對旋流器結構進行合理的設計，可使旋流器磨損損壞程度有所降低[5-6]。根據前文對旋流器內壁磨損情況的統計學檢測與分析，提出以下針對性解決措施：

1）在旋流器內壁增加耐高溫耐磨損的氧化鋁陶瓷涂層，保證涂層額厚度在2 mm 以上，覆蓋整個內壁的全部，這是最常規最簡單的改良方法。同時，要在原煤入口處、一段中下部及精煤出口處等區域加厚涂層，從而提高整體的耐磨效果。

2）在產品設計及選材階段，要選用更耐磨耐用的金屬材料來鑄造旋流器，例如，可使用具有較高耐磨性的低碳錳鋼材料代替常規的碳鋼材料，提高產品出廠時的整體強度。

3）在生產過程中加強管理，做好設備的維護工作。例如，對設備的安裝工藝、操作流程要嚴格按照使用說明書或者操作規程進行，避免過負荷使用；同時對于介質的選用及調配要嚴格按照要求，防止對內壁的非必要腐蝕；還要加強旋流器等設備的維修與維護，防止設備帶病作業，保障設備具有良好的工作環境、潤滑條件等。

4 結語

洗煤廠必須改變粗放的管理方式，從設備的選型、安裝、使用、維護等方面入手，優化設備工作環境及工況條件，同時，根據設備內壁磨損程度的不同，在施加內壁涂層時有重點地對磨損嚴重區域加厚涂層，通過多維度的管理優化，降低重介質旋流器內壁的磨損程度，延長設備使用壽命，提高技術及經濟效益。