金魔金屬抗磨修復(fù)劑節(jié)能試驗(yàn)研究

李盛初，談赟

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100080）

在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，一些金屬零件難免會(huì)受到磨損，甚至造成設(shè)備的損壞。近年來(lái)，隨著各國(guó)資源的不斷消耗，能源危機(jī)日益成為各國(guó)發(fā)展的關(guān)注焦點(diǎn)。在我國(guó)，每年有上千億元的經(jīng)濟(jì)損失是由于磨損使得設(shè)備使用壽命短、耗能大而造成的。目前，市場(chǎng)上有許多種金屬抗磨修復(fù)劑，這些產(chǎn)品的質(zhì)量和性能各不相同。本研究的主要目的是探究金魔金屬抗磨修復(fù)劑的實(shí)際應(yīng)用情況。

目前，該產(chǎn)品已經(jīng)在煤炭、冶金、電力等行業(yè)有了一定程度的應(yīng)用。但在具體設(shè)備應(yīng)用中還需要精細(xì)化研究。本文希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備試驗(yàn)，為推廣該產(chǎn)品應(yīng)用探索更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

1 金魔金屬抗磨修復(fù)劑實(shí)驗(yàn)室研究

1.1 金魔材料的作用機(jī)理

摩擦副運(yùn)動(dòng)表面“鋸齒”狀的凸凹體將加入潤(rùn)滑油(脂)中的“金魔”材料進(jìn)一步研磨，并使其充分細(xì)化。細(xì)化后的“金魔”材料吸附、滲透到摩擦表面，摩擦副表面凹坑處存留的污染物被“金魔”材料中的磷酸鹽玻璃體清除并由被研磨細(xì)化的修復(fù)劑微粒填充。當(dāng)摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其摩擦面間可產(chǎn)生瞬間閃溫，促使“金魔”材料在催化劑、活化劑作用下發(fā)生微燒結(jié)、微冶金作用，形成一層金屬陶瓷修復(fù)層。摩擦面磨損嚴(yán)重時(shí)表面凸凹更明顯，運(yùn)動(dòng)時(shí)就有較多機(jī)會(huì)產(chǎn)生更高的閃溫，“金魔”材料發(fā)生微燒結(jié)、微冶金的機(jī)會(huì)也越多；隨著磨損部位的逐漸修復(fù)，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)不能提供形成修復(fù)層所需要的摩擦能時(shí)，修復(fù)層厚度不再增加。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹

金魔金屬抗磨修復(fù)劑的主要功能是對(duì)設(shè)備的表面磨損進(jìn)行修復(fù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高潤(rùn)滑質(zhì)量。為此利用抗磨儀器進(jìn)行直觀檢驗(yàn)。

抗磨試驗(yàn)機(jī)：主要是潤(rùn)滑油企業(yè)推廣高端高抗磨低磨損潤(rùn)滑油和推廣高級(jí)金屬抗磨修復(fù)劑之用，適用于試驗(yàn)潤(rùn)滑油及與抗磨劑混合后的潤(rùn)滑抗磨性能。

設(shè)備工作原理：在一定外力負(fù)荷下，機(jī)油由于鋼珠和磨輪互相摩擦運(yùn)動(dòng)，在增加負(fù)荷的條件下，也就是在不斷增加砝碼的過(guò)程中，以最終油膜破裂，摩擦鋼珠和磨輪抱死的最多砝碼數(shù)量為依據(jù)，從而判斷機(jī)油的極壓耐磨性，進(jìn)一步證明潤(rùn)滑油性能的優(yōu)異、品質(zhì)的好壞。

使用方法：

（1）首先，選擇220V的電源，接通電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)讓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，用隨機(jī)配帶的油石條沾普通潤(rùn)滑油對(duì)磨輪進(jìn)行完全打磨并擦干凈磨輪，隨后關(guān)閉電源。將圓柱鋼珠置于試驗(yàn)機(jī)短杠桿槽中并固定好，使杠桿保持平衡。

（2）選取潤(rùn)滑油裝入油盒（以浸沒(méi)磨輪3～5mm為宜），將油盒和長(zhǎng)杠桿裝在機(jī)器上。

（3）起動(dòng)電機(jī)，先運(yùn)轉(zhuǎn)一下，然后每隔一段時(shí)間（如2～5s）在長(zhǎng)杠桿端部逐個(gè)加上砝碼，直到鋼珠與磨輪抱死停止，立刻關(guān)閉電源，記錄此時(shí)添加砝碼數(shù)量后將砝碼取下。最后，取下短杠桿，觀察圓柱鋼珠的磨痕面積，磨痕深度，和磨痕粗糙度。

（4）所加砝碼個(gè)數(shù)越多，圓柱鋼珠磨痕面積越小，磨痕光潔度越高的潤(rùn)滑油抗磨性能越好。可以以此為依據(jù)，與其他測(cè)試組別進(jìn)行綜合對(duì)比，一般情況下，有鮮明的對(duì)比效果。

（5）如果要試驗(yàn)?zāi)撤N抗磨添加劑與潤(rùn)滑油混合后的抗磨試驗(yàn)，則將抗磨劑按一定添加比例注入油盒，與原潤(rùn)滑油混合，攪拌均勻，裝上油盒，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用普通的殼牌潤(rùn)滑油和金魔金屬抗磨修復(fù)劑在抗磨試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，分四個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，觀察不加入金魔金屬抗磨修復(fù)劑時(shí)，殼牌潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能；第二階段，觀察添加金魔金屬抗磨修復(fù)劑后，殼牌潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能；第三階段，觀察表面經(jīng)過(guò)修復(fù)后，在殼牌潤(rùn)滑油單獨(dú)作用時(shí)的摩擦力改善情況；第四階段，觀察表面經(jīng)過(guò)修復(fù)后，在沒(méi)有潤(rùn)滑油作用下，俗稱“干摩擦”時(shí)，摩擦力改善情況。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

第一階段的試驗(yàn)在電流平衡后，添加到第四塊砝碼便迅速抱死，鋼珠表面磨損嚴(yán)重。第二階段試驗(yàn)在電流平衡后，添加到第十二塊砝碼仍未抱死，鋼珠表面磨損極其微小。第三階段試驗(yàn)在電流平衡后，添加到第十二塊砝碼后抱死，鋼珠表面磨損很小。第四階段試驗(yàn)在電流平衡后，添加到第十二塊砝碼后抱死，鋼珠表面磨損很小。

1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）在將金魔金屬抗磨修復(fù)劑加入潤(rùn)滑油后，明顯提高了潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能；（2）金魔金屬抗磨修復(fù)劑具有突出的修復(fù)效果，設(shè)備經(jīng)過(guò)金魔修復(fù)后，明顯降低了對(duì)潤(rùn)滑油性能的要求，使?jié)櫥偷氖褂脡勖娱L(zhǎng)了；（3）真正感受到“金屬陶瓷層”的存在，提高了設(shè)備的抗磨性能，大大延長(zhǎng)的使用壽命。

2 不同設(shè)備加入金魔節(jié)點(diǎn)情況的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究

2.1 昆鋼羅茨鐵礦球磨機(jī)修復(fù)應(yīng)用的研究

（1）問(wèn)題簡(jiǎn)述。昆鋼羅茨鐵礦球磨機(jī)已使用多年，齒輪箱齒輪磨損嚴(yán)重。金魔金屬抗磨修復(fù)劑可以用來(lái)修復(fù)齒輪的磨損，齒輪得到修復(fù)后，球磨機(jī)的電耗應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁纳疲鄳?yīng)的能耗也會(huì)降低。故擬通過(guò)修復(fù)齒輪進(jìn)行節(jié)電。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備。昆鋼羅茨鐵礦一號(hào)磨機(jī)和二號(hào)磨機(jī)。

（3）實(shí)驗(yàn)方案。經(jīng)過(guò)和鐵礦相關(guān)部門溝通，選用兩臺(tái)齒輪磨損較嚴(yán)重一號(hào)和二號(hào)球磨機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，添加金魔之前，跟蹤統(tǒng)計(jì)球磨機(jī)近一周耗電量及對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量，確認(rèn)齒輪箱潤(rùn)滑油的數(shù)量，根據(jù)潤(rùn)滑油和金魔添加比例確定添加金魔的用量添加金魔后，對(duì)比添加“金魔”前后的電耗數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)分析。表1為部分跟蹤數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)匯總，我們得出加注金魔后一號(hào)磨機(jī)平均每小時(shí)電耗為214.811kW，二號(hào)磨機(jī)平均每小時(shí)電耗為145.056kW，小于加注金魔前一號(hào)磨機(jī)平均每小時(shí)電耗263.155kW，二號(hào)磨機(jī)平均每小時(shí)電耗188.380kW。一號(hào)磨機(jī)每小時(shí)節(jié)電48.344kW，二號(hào)磨機(jī)每小時(shí)節(jié)電43.324kW。以上數(shù)據(jù)可以說(shuō)明，加注金魔使耗電量變少，機(jī)器設(shè)備更加節(jié)能，更加環(huán)保。

表1

2.2 濟(jì)源鋼鐵球團(tuán)廠風(fēng)機(jī)金魔應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備。濟(jì)源鋼鐵球團(tuán)廠一號(hào)風(fēng)機(jī)和二號(hào)風(fēng)機(jī)。

（2）實(shí)施目的和實(shí)施方案。本實(shí)驗(yàn)研究的目的是進(jìn)行濟(jì)源鋼鐵球團(tuán)廠一號(hào)和二號(hào)抽風(fēng)機(jī)用電量的橫向?qū)Ρ取?shí)施方案比較簡(jiǎn)單，首先統(tǒng)計(jì)1號(hào)和2號(hào)抽風(fēng)機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后給1號(hào)抽風(fēng)機(jī)加入金魔金屬抗磨修復(fù)劑，2號(hào)不加入金魔金屬抗磨修復(fù)劑，過(guò)一段時(shí)間，統(tǒng)計(jì)兩個(gè)風(fēng)機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

（3）數(shù)據(jù)分析。加注金魔前兩個(gè)風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)描述：加注金魔前1號(hào)和2號(hào)主抽風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速均為1070轉(zhuǎn)，1號(hào)風(fēng)機(jī)電流為28.9A，2號(hào)風(fēng)機(jī)電流為26A。

加注金魔后半年后兩個(gè)風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)描述：1號(hào)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1172轉(zhuǎn)，電流為31A，2號(hào)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1090轉(zhuǎn)，電流仍為26A。

首先，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們可以計(jì)算1號(hào)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高了，提高這些轉(zhuǎn)速，如不加金魔，電流應(yīng)該提高數(shù)量。

X=1172/1070=1.095 (轉(zhuǎn)速提高了1.095倍)。

Y=1.095×1.095×1.095=1.313（電流的提高為轉(zhuǎn)速提高比列的三次方）。

Z=1.313×28.9=37.9（A）。

所以，如果不加金魔，如把轉(zhuǎn)速提高到1172，對(duì)應(yīng)的電流應(yīng)該是37.9A。現(xiàn)在，加了金魔，實(shí)際電流為31A，說(shuō)明金魔起了作用，僅這一項(xiàng)就節(jié)電約24%。

其次，我們可以發(fā)現(xiàn)，沒(méi)加金魔之前，兩個(gè)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速都是1070轉(zhuǎn)，但1號(hào)風(fēng)機(jī)的電流為28.9A，2號(hào)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為26A。這說(shuō)明1號(hào)風(fēng)機(jī)在加入金魔前，本身就比2號(hào)風(fēng)機(jī)的費(fèi)電11%。

2.3 昆鋼股份本部分公司煉鐵廠三燒2號(hào)脫硫水泵應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備。昆鋼股份本部分公司煉鐵廠三燒二號(hào)脫硫水泵B泵軸承。

（2）實(shí)施目的和實(shí)施方案。本實(shí)驗(yàn)研究目的是對(duì)比添加金魔前后，水泵電流變化情況。添加金魔前，首先，對(duì)水泵之前的電流進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)水泵的軸承的機(jī)油量，給水泵軸承加注了15mm濃縮型金魔。添加金魔后半小時(shí)后，沒(méi)發(fā)現(xiàn)設(shè)備有異常現(xiàn)象后，交代現(xiàn)場(chǎng)人員做好機(jī)油補(bǔ)油記錄和電流變化情況記錄。

（3）數(shù)據(jù)分析。添加金魔前，對(duì)水泵的電流進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，表2為實(shí)際測(cè)量記錄表。從表2數(shù)據(jù)可以看出，加金魔前平均電流為123.6A，加入金魔后平均電流在115～120A范圍內(nèi)，通過(guò)計(jì)算，電流降低了9%。

表2

2.4 濟(jì)源鋼鐵集團(tuán)煉鋼水泵金魔金屬抗磨修復(fù)劑的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備。濟(jì)源鋼鐵集團(tuán)煉鋼1號(hào)水泵和3號(hào)水泵。水泵電機(jī)：型號(hào)：YKK450-4；電機(jī)功率：250kW；電壓等級(jí)：10000V；PT變比為100；CT變比為15。

（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)施方案。本實(shí)驗(yàn)研究目的是對(duì)比添加金魔前后水泵耗電量的變化情況。添加金魔前，首先，對(duì)水泵之前的耗電量進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)水泵的軸承的機(jī)油量，按照一定比例給水泵軸承加注了濃縮型金魔。添加金魔后半小時(shí)后，沒(méi)發(fā)現(xiàn)設(shè)備有異常現(xiàn)象后，交代現(xiàn)場(chǎng)人員做好機(jī)油補(bǔ)油記錄和耗電量的變化情況記錄。

（3）數(shù)據(jù)分析。由表3可以看出，加入金魔材料后，每一千方節(jié)電率在3.4%～4%，本次使用金魔材料費(fèi)用6000元左右，一年的節(jié)省費(fèi)用應(yīng)在6萬(wàn)元以上，性價(jià)比極好。相比其他實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)節(jié)電效果稍差，因?yàn)橄噍^其他設(shè)備，本設(shè)備的磨損程度較小。

表3

3 結(jié)語(yǔ)

潤(rùn)滑油的摩擦系數(shù)是0.125～0.129，加入適量的金魔金屬抗磨修復(fù)劑后，摩擦系數(shù)系數(shù)降低為0.0487，所以潤(rùn)滑效果大大提高，以致消耗在摩擦上的無(wú)功耗損大大降低，從而大大減少設(shè)備的耗電量；此外，金魔金屬抗磨修復(fù)劑，會(huì)利用摩擦功，在摩擦副表面形成金屬陶瓷改性層。該改性層既堅(jiān)硬又光滑，摩擦減少，使軸承壽命大大延長(zhǎng)，從而達(dá)到降低能耗的目的。節(jié)能節(jié)電效果和機(jī)器的磨損程度有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，設(shè)備的磨損程度越高，節(jié)能節(jié)電的效果越好。總之，從金魔金屬抗磨修復(fù)劑在節(jié)電方面所帶來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益效果來(lái)看，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其成本，建議推廣使用。