中國(guó)粉體網(wǎng)訊 旋流器是一種高效分離混合介質(zhì)的設(shè)備，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件、處理量大、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于石油化工、煤炭發(fā)電、工業(yè)除塵及環(huán)境保護(hù)等方面。
旋流設(shè)備按其應(yīng)用的不同分為不用的類型，例如，水力旋流器、重介質(zhì)旋流器等，但無(wú)論哪一種旋流設(shè)備，在進(jìn)行旋流分離工作與物料接觸的過程中都存在磨損問題。旋流器壁面磨損不但會(huì)縮短其整體使用壽命，而且由于關(guān)鍵部位尺寸的改變而降低了旋流器的分離效率，使操作性能惡化。研究磨損情況需要對(duì)其具體情況具體問題，例如物料硬度、形狀、大小；磨損位置；旋流器內(nèi)部流場(chǎng)等。本文主要介紹幾種用于內(nèi)襯抗磨損的材料。
旋流器常用的耐磨材料
目前旋流器內(nèi)襯所用的耐磨材料可分為：金屬和金屬化合物、聚氨酯制品類和非金屬耐磨材料類。
1）金屬和金屬化合物耐磨材料
代表性材料有高錳鋼（ZGMn13）和高猛合金系列（ZGMn13Cr2MoRe）、抗磨系列（Cr15MoZCu）、耐磨合金鋼系列（ZG40SiMnCrMo）等。高錳鋼系列材料硬度較低（HB170-230）,在未硬化前耐磨性有限，如其表面充分硬化，則價(jià)格大幅提升；抗磨鉻鑄鐵系列具有較好的抗耐磨性，但韌性較低，使用中如內(nèi)部有鑄造缺陷或出現(xiàn)開裂，磨損后由于其焊接性不好，難以維修。20世紀(jì)70年代前，由于選擇受限，旋流器內(nèi)襯材料多選用抗磨鑄鐵類和耐磨合金類材料或使用金屬材料整體鑄造，但金屬材料的耐腐蝕性比非金屬耐磨材料差。
￭高鉻鑄鐵
高鉻鑄鐵是較好的、常用的耐磨材料，主要用鑄造方法制得，鉻含量大于17%、小于3%，以高強(qiáng)度的馬氏體為基體并含有大量高硬度的M7C3碳化物。
目前，國(guó)內(nèi)外主流的高鉻鑄鐵Cr15、Cr20和Cr26在我國(guó)、美國(guó)和日本均已大批量生產(chǎn)和應(yīng)用。現(xiàn)階段應(yīng)用實(shí)踐表明，其硬度可達(dá)60HRC以上，具有很好的耐磨性。高鉻鑄鐵是旋流器發(fā)展初期使用廣泛的耐磨材料。根據(jù)現(xiàn)階段的實(shí)際生產(chǎn)情況，高鉻鑄鐵可以滿足直徑小于500mm的濃縮分級(jí)旋流器的使用要求，當(dāng)直徑超過500mm時(shí)，其使用壽命明顯下降。高鉻鑄鐵不利于焊接，如因遇鑄造缺陷，其使用壽命更短，回收后二次鑄造將造成能源浪費(fèi)。高鉻鑄鐵雖然具有成本低、利于整體成型以及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但尚不能滿足大型重介質(zhì)旋流器的耐磨性要求。
2）聚氨酯類耐磨材料
典型代表材料為聚氨酯化合物，其硬度較低，但具有較好的韌性和耐腐蝕性。當(dāng)承受垂直或大角度的沖擊時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出較好的耐磨性；在浸沒狀態(tài)下，其耐磨性是硬質(zhì)合金鋼的8倍。但對(duì)于硬顆粒物和顆粒尖銳的物料，其抗切削磨損的性能變差。
￭聚氨酯
聚氨酯彈性體(PU)是一種介于橡膠和塑料之間的、具有極佳耐磨性及其他優(yōu)良性能的合成高分子材料。雖然聚氨酯具有一定的彈性與硬度，現(xiàn)階段已經(jīng)在磁選機(jī)、浮選機(jī)溢流堰和礦漿管道內(nèi)應(yīng)用，但其應(yīng)用的范圍均為平面，并且要求其平面過流液體含固體量少且顆粒小。雖然聚氨酯已經(jīng)在內(nèi)徑小于350mm的煤泥重介質(zhì)旋流器上作為耐磨襯里成功應(yīng)用，可以有效延長(zhǎng)使用壽命，但當(dāng)應(yīng)用在內(nèi)徑大于350mm的重介質(zhì)旋流器時(shí)，隨著處理煤粒的增大，聚氨酯在大顆粒煤斜角沖擊時(shí)的微切削作用下，垂直方向出現(xiàn)刺穿和開裂，萌生微裂紋并生長(zhǎng)擴(kuò)大和脫落，使其耐磨性失效。根據(jù)文獻(xiàn)可知，聚氨酯的耐磨壽命在速度為1.97m/s時(shí)最佳，但是內(nèi)徑350mm的旋流器入口速度約4m/s，聚氨酯不能在最佳的速度范圍內(nèi)服役，這也抑制了聚氨酯在大型重介質(zhì)旋流器內(nèi)襯中的應(yīng)用。
3）非金屬耐磨材料
非金屬耐磨材料一般指陶瓷及其多相、多組分復(fù)合材料系列。該類型材料出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，其開發(fā)的系列產(chǎn)品種類較多，代表性的誘三氧化二鋁（剛玉，Al2O3）及增韌三氧化二鋁、碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硅結(jié)合碳化硅（Si3N4+SiC）及其多相、多組分復(fù)合耐磨材料等。該類型材料的特點(diǎn)為密度、強(qiáng)度均較大，密度可達(dá)3.50~6.05g/cm3，抗彎強(qiáng)度可達(dá)285~1000MPa，并具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐磨性（耐磨性相當(dāng)于錳鋼的266倍，高鉻鑄鐵的171倍）、韌性和抗振性，可有效防止沖擊造成的破損和剝落。
￭剛玉
剛玉耐磨襯里是由氧化鋁按一定的顆粒級(jí)配并添加多種添加劑，混合后在壓力機(jī)或等靜壓情況下成型，經(jīng)一定的燒結(jié)溫度曲線高溫?zé)�。剛玉耐磨襯里具有原材料資源豐富，燒成制品硬度高、耐磨損以及化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，密度約3.7g/cm3，顯微硬度可達(dá)1900HV，抗彎強(qiáng)度大于285MPa。目前，大部分重介質(zhì)旋流器均采用剛玉作為耐磨襯里，應(yīng)用于內(nèi)徑小于1000mm的旋流器，可滿足其使用壽命要求。雖然現(xiàn)階段有研究表明，向氧化鋁陶瓷內(nèi)添加氧化鋯、碳化硅、碳化鈦和纖維等進(jìn)行增韌處理，增韌后的氧化鋁抗彎強(qiáng)度可達(dá)到641MPa，但其性能指標(biāo)尚不能滿足大直徑重介質(zhì)旋流器的耐磨性要求。
￭碳化硅
碳化硅具有比氧化鋁高的硬度、耐磨性的特點(diǎn)，并且碳化硅的燒制方法與氧化鋁相似。因碳化硅易被氧化生成SiO2，故必須在真空或在還原氣氛下繞結(jié)。
碳化硅的燒結(jié)溫度一般在1800℃以上，成本高，限制了其在重介質(zhì)旋流器上的應(yīng)用。目前，俄羅斯已用廉價(jià)原材料制備高性能SiC耐磨材料且已規(guī)模生產(chǎn)，其他國(guó)家還是空白�，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外碳化硅陶瓷材料所能達(dá)到的最優(yōu)性能指標(biāo)：彈性模量為450GPa(日本)，抗彎強(qiáng)度為550GPa(日本)，密度為3.15g/cm3(德國(guó))，熱導(dǎo)率約為0.98W/(m•K)(日本)，熱膨脹因數(shù)為4.02×10-6℃。目前，德國(guó)和烏克蘭應(yīng)用反應(yīng)燒結(jié)制備碳化硅耐磨襯里已經(jīng)應(yīng)用在旋流器上，使用壽命可達(dá)7~8年。
隨著重介質(zhì)旋流器大型化的發(fā)展，剛玉耐磨襯里已經(jīng)不能滿足使用壽命需要，雖然煤炭科學(xué)研究總院唐山研究院研制的碳化硅耐磨襯里在直徑1500mm重介質(zhì)旋流器上應(yīng)用，但因碳化硅脆性大，使用壽命較短。如果碳化硅的韌性能夠滿足大型重介質(zhì)旋流器耐磨性的要求，后續(xù)將會(huì)有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)；因此，碳化硅增韌是后續(xù)研究開發(fā)的重點(diǎn)。
新型材料介紹
1）OI陶瓷耐磨材料
OI陶瓷耐磨材料是基于提高旋流器內(nèi)襯材料耐磨性的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的新型材料。OI陶瓷的主要成分是氧化鋁，并輔以不同類型的微量元素和其他添加劑的新陶瓷品種。在硬度、密度、耐沖擊磨損與抗彎強(qiáng)度性能方面均能滿足旋流器襯里材料要求，且性價(jià)比較高，OI陶瓷作為旋流器襯里，對(duì)提高旋流器使用壽命，減緩旋流器工況磨損具有重要意義。
氮化硅結(jié)合碳化硅材料適用于生產(chǎn)礦山機(jī)械（如旋流器、砂漿泵、挖掘機(jī)等）的耐磨部件，應(yīng)用前景廣泛，國(guó)內(nèi)已有做旋流器內(nèi)襯的先例，該材料主要特點(diǎn)是耐磨、耐高溫、耐腐蝕，但氮化硅結(jié)合碳化硅材料應(yīng)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的沖擊韌性、均勻性與其他部件設(shè)備的連接、成型、黏結(jié)和噴涂技術(shù)方面進(jìn)一步提高，以便更好服務(wù)于礦山機(jī)械。
2）高鉻合金白口鑄鐵
高鉻合金白口鑄鐵由于具有較好的耐磨性能、機(jī)械性能和工藝性能，被選為旋流器內(nèi)襯材料。硬化處理后洛氏硬度HRC可達(dá)65左右，相同工況下磨損體積僅是高絡(luò)鑄鐵磨損體積的15%、碳素鋼磨損體積的12%。用其作旋流器內(nèi)襯可提高旋流器的使用壽命，國(guó)內(nèi)已有其作為內(nèi)襯的先例，并取得很好的效果。
3）耐磨合金KMTBCr28
耐磨合金KMTBCr28具有優(yōu)異耐磨性能、耐腐蝕性能，金川有色金屬公司利用其作為內(nèi)襯研制了高效耐磨雙金屬?gòu)?fù)合350mm脫泥水力旋流器。該旋流器不但耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性好，而且整體性好、剛度好、安全可靠、尤其當(dāng)溫度較高、所處理物料較粗、硬度較大、粒形較尖銳時(shí)，該水力旋流器更能顯示出其優(yōu)異的耐磨、耐腐蝕性能。
小結(jié)
合理選擇研究適合的耐磨材料關(guān)系到旋流器使用壽命和制造成本等重要因素。
參考文獻(xiàn)：
蔣明虎等.旋流器磨損研究進(jìn)展
周彪等.重介質(zhì)旋流器耐磨襯里材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
梁浩.煤用旋流器內(nèi)襯磨損形式及材料選取研究
