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使用离子注渗碳化钨耐磨材料的效果分析
日期:【2016-07-07 13:20】 共阅:【】次

 水泥的原料和燃料,不但数量大,而且对设备磨损严重,使立磨、高效选粉机、燃烧器、收尘器内的零部件以及料斗、溜槽、辊轮等都需用耐磨材料制造。过去,这些零部件耐磨面大多采用堆焊或热喷涂碳化钨(以下简称WC)来抗磨,收到了一定效果,但耐磨性仍然偏低。

 
如堆焊WC的立磨护板使用寿命最长的不会超过4个月;选粉机叶片、燃烧器中煤风管,在堆焊或热喷涂WC后使用寿命也达不到一个大修理期。这些零部件更换和维修频繁,使设备运转效率减低,增加了成本,制约了生产的发展。 为了提高这些设备的耐磨性,北京永固运通表面合金科技有限公司研制出WC—钢耐磨材料,它是在机械加工后的各种钢铁零部件的耐磨面上,通过高能离子注渗进WC, WC层达到1—1.5mm。,其中富集层达到0.3一0.5 mm。该材料具有高硬、高强、高韧及高的抗疲劳性,其耐磨性达到堆焊或热喷涂WC层的5一6倍。因此,高能离子注渗WC一钢耐磨产品倍受水泥行业工程界的青睐。 1使用效果 目前在水泥行业中离子注渗WC耐磨产品主要用于立磨、高效选粉机、多通道燃烧器的耐磨零部件,都取得了十分满意的使用效果。 1.1立磨而寸磨零部件 我国大型水泥企业,多采用立磨粉碎生料。这些立磨大部分从丹麦等国进口,该磨生料粉碎日产量大,使立磨内的护板、拉竿套、冷却水管等零部件磨损很快。如立磨里的内外护板,原在钢板上堆焊8一10 mm厚的WC,其使用寿命达不到4个月。现在钢板上注渗进WC,钢板内WC富集层为0.3一0.4 mm 。经华新、国投等水泥集团的长期使用,其寿命达到原堆焊WC耐磨板的6倍以上。
 
1.2高效选粉机耐磨零部件 选粉机是水泥生产的主要设备之一。为了提高选粉效率,高效选粉机逐步替代过去使用的低效选粉机。高效选粉机的旋转体速度和气流速度也要加大,要求选粉机内的许多零部件具有高的耐磨性。如某高效选粉机的叶片只有6 mm)享,过去采用热喷涂WC来解决,由于耐磨性不足,使高效选粉机达不到“高效”。现在改用6 mm厚钢板注渗WC,使用效果很好。天津水泥设计院仕名公司等单位制造的高效选粉机中的叶片、连接板、衬板、布料器、撒料盘等零部件都采用了离子注渗WC材料,使高效选粉机的使用寿命达到同类选粉机的5倍以上。
 
1.3多通道燃烧器零部件 水泥企业回转窑普遍采用各种二通、三通、四通或多通道燃烧器。燃烧器的煤风管、调节板等零部件磨损很快。特别是煤风管,它是由两种不同直径的钢管组成,直径大多在。219 mm以下,其长度均超过800 mm,大管里面,小管外面需要耐磨。由于径长比很小,不论堆焊或热喷涂WC,大管里面耐磨性均比小管外面耐磨性差,使煤风管寿命减少。现改用离子注渗WC,大小管耐磨面处处耐磨性一样,而且耐磨性大大提高。天津、武汉、扬州等地的燃烧器制造厂家都使用离子注渗、VC的煤风管,提高使用寿命5倍以上,使水泥企业在一个大修理期内无需更换煤风管,受到了用户的好评。 2效果分析 从立磨护板、选粉机叶片、燃烧器煤风管实际使用效果来看,离子注渗WC零部件比堆焊、喷涂WC的零部件的耐磨性高5一6倍。
 
三种表面工艺都是以高耐磨的WC为抗磨载体,堆焊WC耐磨层最厚,大多为4—10 mm。离子注渗we富集层只有0.35 mm左右。为什么薄的比厚的更耐磨呢?这需要从各自WC层的形成工艺,WC层组织结构及耐磨机理加以说明。 目前堆焊WC的工艺大多数是手工氧—乙炔或电弧堆焊,也有用高频感应或宽带极堆焊的。普遍使用的热喷涂方法有火焰、电弧、等离子喷涂,还有超音速火焰喷涂、爆炸喷涂,后者质量虽好,但价格太高,一般机械很少采用。目前机械工程中的堆焊和喷涂基本上是人工操作,人为因素较多,工艺参数控制不严,WC分解脱炭严重,WC层内都存在较多孔隙和微裂纹。WC层与基体之间以机械结合为主,冶金结合为辅,宏观界面清晰可见(见图1) (略)。 
 
高能离子注渗WC工艺是在真空下进行,对所有耐磨面同时进行离子注渗,工艺参数均由电脑控制。由于是通过比纳米还小的离子进行注渗,钢基体内的WC颗粒尺寸微小、数量众多、弥散分布,两者是冶金结合,梯度变化,没有宏观界面(见图2) (略)。 由于堆焊、喷涂、离子注渗WC的工艺不同,WC耐磨层宏观和微观组织结构也不同,使它们抵抗磨损的能力表现出很大的差距。 从高能离子注渗WC层的金相组织和硬度分布曲线来看,在这种组织结构中,WC和钢基体两者是优势互补,表面具有WC的高硬度、高耐磨性,心部则保持了所选钢基体原来的硬度、强度和韧性。在表面与心部之间还存在一个性能渐变的梯度过渡区,有效地避免了性能突变时可能引起的材料破坏。在WC富集层内,无数细小WC颗粒起着弥散强化的作用,使钢基体提高了强度和抗疲劳性能。在磨损工况下,基体强度的提高,就是增强了WC颗粒经受磨损的支持能力;抗疲劳性能的提高使WC颗粒崩裂脱落的危险大大减少。由于这些因素综合作用,使WC本身的抗磨能力得到了充分发挥,宏观表现出来的结果就是耐磨性很高。堆焊、热喷涂WC的耐磨层虽然很厚,但它与基体不是完全冶金结合,也没有过渡层,还有许多细小孔隙和微裂纹,还存在许多没有金属支持的WC聚合体。这一切使WC颗粒的支持能力减弱了。在剧烈磨损条件下,支持力不足的WC颗粒很快被磨掉,宏观表现出来的结果就是耐磨性差。所以堆焊、热喷涂形成的厚的WC层,远不如离子注渗的薄的WC层耐磨。
 
3结束语 现代水泥生产中的立磨、高效选粉机、燃烧器中许多耐磨零部件,过去大多采用堆焊或热喷涂WC来抗磨,耐磨效果尚可,但不理想。现用高能离子注渗WC耐磨层替代堆焊或热喷涂WC耐磨层,耐磨性提高了5—6倍,其技术经济效果十分显著。因此高能离子注渗WC耐磨材料值得在水泥行业耐磨设备中推广应用。
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