非金属耐磨材料在矿山过流设备中的选择与应用

非金属耐磨材料在矿山过流设备中的选择与应用(大冶有色金属股份有限公司铜山口铜矿，湖北大冶435122)摘要：设备过流件的磨损和腐蚀是影响矿山、冶金、石油、化工、电力等行业生产和可持续发展的重要因素之一，本文简要介绍和分析了不同类型耐磨材料在过流设备上对比和主要影响因素，通过对其主要性能进行测试和现场试验，表明非金属耐磨材料在过流设备上的使用具有良好的市场前景和广泛的社会经济效益。关键词：非金属耐磨材料、耐磨度、过流件、工况条件ApplicationofNonmetalWear-resistantMaterialsinover-currentdevice(DayeNon-FerrousMetalsCompany,HubeiDaye,435100)Abstract:Thispaperintroducesmethodsandinfluencingfactorsofnonmetalwear-resistantcoatingmaterialsbasedonover-currentdevice.theindustrytrialhasbeencompletedinthemineralprocessingplant,toshowithasabrightprospectofbeingapplied.Keywords:Nonmetalwear-resistantmaterials,wear-proofdegree,operatingmodecondition前言在冶金、化工、矿山、电力、石油等工业生产过程中，过流设备的磨损和腐蚀是不可避免的，工况条件的不同使这些过流件的使用寿命也存在着很大的差异，给企业正常生产和设备维护带来很大困难，生产成本也不断加大。据不完全统计，2010年我国因磨损和腐蚀造成的经济损失在9500亿元,机电产品失效原因的70%属于磨损和腐蚀,约有80%的机器零部件都是因为磨损而失效。铜山口铜矿是大冶有色金属公司的主要生产矿山之一,1985年建成投产,选矿工艺流程为碎矿-磨矿-浮选-脱水,经过铜钼混合浮选、铜硫分离、铜钼分离,目前，矿山选矿处理能力由原设计的99万t/a（3000t/d）提高到132万t/a（4000t/d），由于矿石中部分铜矿物与黄铁矿连生,其粒度细微,不易分离,可选性不佳,容易造成选矿设备负荷过重和老化现象，特别是过流设备（如碴浆泵、球磨机、浮选机）过流件磨损严重，因此，如何利用新技术和新材料解决过流设备的磨损问题，提高过流件的使用寿命，降低设备备件的损耗，提高资源综合利用率、减少资源浪费，降低生产成本，节能降耗，是矿山实现资源高效利用,经济效益、社会效益、环境效益的有机统一和可持续发展的必由之路。一、过流件磨损失效的机理碴浆泵（涡漫泵）是有色金属矿山选矿工艺流程中最常见的过流设备，由于通流物质为含有固体颗粒的两相流，其工作介质决定了过流部件的破坏主要为流体磨粒磨损。通常根据流体中的固体颗粒与过流部件工作面的接触方式，其常见的破坏形式主要有3种。1、冲击磨损矿浆中的固体颗粒以大的冲击角高速冲击泵体表面，使泵体表面依次产生弹性变形和塑性变形，塑性变形不能恢复导致材料破坏；固体颗粒反复高速冲击泵体表面，塑变反复进行，造成疲劳破坏。2、剥蚀固体颗粒以较小角度高速冲击泵体表面，当平行于物体表面的分速度较高时，粒子能量足以使材料表面发生剥蚀。尖锐颗粒使部件表面产生切削破坏，磨损形态为沟槽状痕迹；圆形颗粒使部件表面产生犁切破坏，磨损形态为波纹状痕迹。3、研磨破坏这是固体颗粒进入到两部件之间受压且有相对运动时发生的磨损失效形式。由于两滑移面对粒子的压碾作用，形成脆性破坏或塑性破坏。同时，被碾碎的颗粒碎片还会进一步引起小角度剥蚀破坏。实际工况条件下，过流件的磨损过程十分复杂，实际表现出来的磨损现象也不能简单地归为某一种基本磨损类型，而往往是基本类型的复合或派生，如气蚀磨损、冲蚀磨损和微动磨损等，此外，过流件的使用寿命往往还受工况条件的影响，如流速、矿浆（砂浆）浓度、压力、酸碱性等，一般情况下，过流件的气蚀磨损和冲蚀磨损都存在，往往汽蚀的存在进一步加快了过流件的磨损的进程，气蚀磨损严重者，其扩展深度可达20mm以上，甚至穿透过流件的基体。气蚀磨损和冲蚀磨损都称为侵蚀磨损，它们都可以看成疲劳磨损的派生形式，就本质上来说，都是由于机械力造成的表面疲劳破坏，但液体的化学和电化学作用加速了它们的破坏速度。二、过流件主要破坏部位从我矿选矿流程中使用的碴浆泵的使用情况来看，由于磨损机理不同，各泵位之间的磨损也不一样。一般情况下，当小角度剥蚀占主导地位时，磨损较为严重，主要的破坏部位为叶轮、泵壳、前后护板等过流部件。在吸嘴和叶轮叶片根部主要的磨损方式为剥削磨损，涡流的增加使磨损加剧。叶轮磨损严重的，往往以大角度冲击破坏为主，吸入侧有因涡流而引起的破坏，当（矿浆）泥浆进入叶轮后，速度由轴向变为径向，由于惯性作用，泥浆颗粒仍以较大的轴向速度冲击叶轮，且频率很高，引起严重破坏；另外，进入叶轮和泵壳之间的硬颗粒引起研磨破坏。在泵壳内，（矿浆）泥浆中的固体粒子在弯曲流道内，由于离心力的作用撞击泵壳内壁，由于泵壳的水力设计特点决定了不可能为大角度冲击，均为小角度犁切或切削磨损。三、影响碴浆泵磨损的因素1、固体颗粒粒度对磨损的影响大颗粒往往传递更高的冲击能量，使磨损加剧。细颗粒能形成滑移层，保护过流部件免受冲击磨损，虽然滑移也产生磨损，但大大降低了过流件的整体磨损量。2、转速的影响过流件的磨损随转速的增加，磨损量呈几何指数增加。一般，选矿车间使用渣浆泵电机转速都是额定的，800-1000转/min，正常情况下，在保证扬程和流量的前提下，应尽量选用低转速，有条件的可以选用调速电机来控制转速。3、矿浆（泥浆）浓度的影响一般工况条件下，选矿流程中的矿浆浓度在20%～50%之间，随浓度的增加，磨损加剧，但当浓度增加到一定值后，磨损量随浓度的增加而降低。4、泵工作地点影响在不影响选矿工艺流程的情况下，泵的工作点应布置在其最佳效率点，当泵的流量、流速、水头、扬程等偏离其最佳工作效率点时，也会引起涡流增加，使磨损加剧。四、非金属耐磨材料的选择和应用大冶有色公司铜山口矿选矿工艺流程由碎矿、磨矿、脱水三大部分组成，矿浆和尾矿的输送主要是采用渣浆泵输送，共有各种类型渣浆泵20余台套，主要型号为：125ZGB-360、150ZGB-360、200ZBG-760等，渣浆泵的泵体、叶轮多采用高铬合金整铸，采购成本也较高。由于矿浆（特别是尾矿）的输送量大、运距远，每台泵的过流件（前后护板、护套、叶轮等）的更换周期较短，约为40～60天，造成生产使用过程中过流件消耗量较大，更换频繁维护费用高，年消耗金额约60～80万元，工人劳动强度大，对于选矿的成本单耗影响较大，严重影响生产和企业效益，而对于磨损的过流件通常只能做废品处理。为降低生产成本，提高过流件的使用寿命，我们和省外的科研院所合作对此难题进行了科技攻关，选用DX非金属耐磨材料对已经报废的渣浆泵过流件（前后护板、泵壳、叶轮）进行整体修复试验，该材料具有施工方便、耐磨度高、耐酸碱、与金属粘合强度高等特点，完全适合选矿流程中的固体双相或多相流体输送设备过流件的修复和保护，特别是对于有酸碱腐蚀等特殊工况条件下的过流设备的磨损具有其它金属材料性能所不具备的防腐性能。其理化性能见表1。DX耐磨材料主要性能指标单位实测值备注密度g/cm32.7剪切强度Mpa45.2平均值抗拉强度Mpa77.1平均值抗压强度Mpa88平均值耐磨度g/Min0.1～0.6为检验非金属耐磨材料在渣浆泵过流件修复后的磨损情况，我们选择在3#球磨混合精矿再磨矿浆输送的1#渣浆泵（150ZGD-630A型）进行现场试验（所输送的矿浆浓度为15%，粒度为-200目占75%左右，矿浆量为100～130m3/h），试验结果表明，1＃泵位新备件平均使用寿命为1440小时(连续运转2个月)，经DX非金属耐磨材料修复后，试验件连续运转使用时间已超过2个半月（1900小时），且目前仍在使用，修复成本仅为新件的70％左右，达到了预期效果。五、结语实践证明，采用新技术、新材料提高矿山过流设备的循环利用是完全可行的，可有效降低过流设备磨损，提高过流件的使用寿命，减少过流设备的维护成本，降低工人劳动强度，同时也是矿山实现资源综合利用和循环经济发展模式的一种途径,不仅可调和制约矿山可持续发展的矛盾,推进绿色矿山建设,而且还可为矿山创造出新的经济效益。参考资料作者简介：曾汉东（1968-），男，助理工程师，现从事机械设备及技术管理工作。单位：大冶有色金属股份有限公司铜山口铜矿邮编：435122通讯地址：湖北省大冶市陈贵镇铜山口大冶有色铜山口铜矿机动能源部联系电话：[phone]邮箱：[e-mail]