摘要：高爐噴吹煤粉是降低成本的重要措施，煤粉輸送耐磨管的磨損，是制約噴煤的一個難題。本文結合實際，對耐磨管磨損的機理和降低磨損的有 效措'施作出了分析。
關鍵詞：高爐噴煤粉耐磨管磨損
1引言
某新建的高爐噴煤工程設計是向一座 400m3高爐輸送煤粉，采用較先進的中間罐、 噴吹罐串聯，連續噴吹新工藝，6t/h濃相輸 送，底出料單根總管送至爐前分配器,再分送 至各風口，總管徑為<560x5,支管徑為$22 x3.5,共14根。試生產期間，由于各種原 因，斷續試噴半月左右，支管陸續磨穿，先是 彎管后是直管段，均發現被磨損。試生產期 間，輸送粉量1.5 ~ 2t/h,壓縮空氣量700m3/h, 噴槍9 ~ 10支，彎管最小彎曲半徑在噴槍進 口處為500mm，其余均為1000mm。實際情況 最先磨穿的在噴槍進口處。
2耐磨管內流體的一般運動狀態
從磨損的概念得知，磨損問題包括兩個 相互關聯的現象，即粒子與被磨表面的相互 作用。因此磨損一定與氣固兩相流態及顆粒 的運動狀態有關。氣體輸送煤粉顆粒通過管 道時，運動方式大致可分為下面幾種：
2.1 旋轉運動
顆粒的旋轉運動是因為氣體的速度梯度 使作用在顆粒上的力不均勻；煤粉顆粒形狀 不對稱，各點所受阻力不同，產生旋轉力矩； 顆粒與管壁之間的摩擦、碰撞以及顆粒間的 相互碰擦等。煤粉顆粒的旋轉速度很大，據 有關資料，大約在103 ~ 104r/s這個量級，甚 至更高，其旋轉速度隨著顆粒直徑的減少而 增大，并與氣體輸送速度成正比。
2.2振動
具有較大脈沖速度的氣體，曳引煤粉顆
粒，引起顆粒的振動，大顆粒對脈沖氣體有惰性，直徑大于60 ~7μm的煤粉顆粒，基本上不隨氣流振蕩，小顆粒則隨氣流同頻振蕩，但 振幅一般小于氣流振幅。
2.3 跳動
跳動是由于煤粒與管壁碰撞或煤粉堆積時，受氣體吹動，而引起壁面反彈或煤粉的隨機聚散。
2.4平動
顆粒的平動是其主體運動，是由向前的氣流曳引的結果。
顆粒的不同運動狀態會同時出現幾種，形成更加復雜的運動，造成更加復雜的磨損，使研究磨損更困難。
3彎管處煤粉顆粒的運動狀態
煤粉顆粒在彎管處的運動狀態，比直管段要復雜。在直管段，顆粒所受外力是氣流的推動力和重力，以及顆粒與管壁間的撞擊 和顆粒間的碰撞。處在彎管處的顆粒，除受 前面的幾種力外，還受到離心力的作用，而離 心力隨顆粒的運動改變方向，使顆粒與管壁 間的接觸力產生變化;重力的方向雖然不變， 但它影響著顆粒的運動速度，當它的方向與 顆粒運動方向一致時，會使顆粒運動速度加 大。反之,會減小。顆粒的運動速度又影響 到離心力，離心力與耐磨管磨損又有一定的關 系，所以彎管的磨損比直管更加復雜，顆粒會 因離心力的作用，旋轉速度更加快，反彈力更 大，反彈頻率增加，能量消耗增加。
4耐磨管的磨損的原因分析
依據氣體和煤粉在耐磨管內流動特點，以及顆粒的運動方式，耐磨管磨損主要來自以下方面的原因：
4.1磨粒磨損
圖（1）是輸送管磨損后的內表面
煤粉可稱磨粒，這是由于顆粒在管壁上 滾動或滑動產生的，顆粒會在壁面上施加一個隨機的交變摩擦力，而使顆粒作用點的材料，前部受壓力，后部受拉力，雖然這種力很 小，但長期大量的顆粒作用，終會使材料發生 表面疲勞，而產生裂紋，直至剝落。
4.2切削磨損
顆粒的旋轉，加上煤粒的不規則形狀，當顆粒與管壁接觸時，顆粒尖角變像“車刀”一 樣，切削壁面，速度足夠快時，會在壁面上切削出一條溝痕，或直接切掉一部分金屬，也有一些速度不大的顆粒，可能會嵌人管壁，但緊跟其后的大量顆粒將會繼續作用，將嵌人的 顆粒沖刷走，暴露出創口，被繼續沖刷，從而引起嚴重磨損。磨損速度與煤粒的運動速度、旋轉速度，與管壁的接觸壓力、接觸頻率 有關，即：顆粒與管壁接觸點的相對速度越 大，接觸壓力越大，接觸頻率越高，磨損速度 越快。
4.3 顆粒的沖擊
壓縮空氣和煤粉混合物以高速沖刷管 壁，有些顆粒嵌人壁面材料，使材料發生塑性 變形，另一些顆粒則反彈出來，壁面承受連續 不斷的沖擊力，產生疲勞，長期下去，管壁材 料會因疲勞而剝落。研究證明，正沖擊下材 料表面所受應力不是最大，而離表面很淺一 層材料應力最大，此應力是材料剝落的主要 原因。斜沖擊下，包含正沖擊和切削作用的 合成，一些顆粒在材料表面沖出凹痕，局部拱 起，接著而來的顆粒又將拱起部分輾平，如此 反復作用致使材料疲勞，裂紋形成，產生破 壞。
5降低磨損的措施
據研究，對于塑性材料，沖擊角度與磨損 率有關，見圖1。從圖中看出，沖擊臨界角 20°,小于20°,磨損率隨角度增大而急劇加大；大于20°,隨角度的增大而逐漸減小，接近 90°時，磨損率最低。
圖（2）沖擊角度與磨損率關系
材料硬度對磨損率也有影響，材料硬度越高，磨損越慢；反之，材料硬度越低，磨損越快。加工硬化現象，提高了材料硬度，減緩了 材料的磨損速度，延長了材料壽命。
從上述分析得知，耐磨管磨損與材料硬度， 顆粒沖擊角度，顆粒與壁面接觸時的相對速 度，接觸壓力有關。沖擊角度，相對速度，接' 觸壓力都與輸送速度有關，接觸壓力與耐磨管 的曲率半徑成反比，磨損速度與顆粒輸送速 度的三次方成正比例，與彎管的曲率半徑成 反比例，與材料硬度成反比。因此降低速度是減少磨損的最有效的方法，再輔以其他的措施，可以達到有效減輕磨損的目的。
(1) 減少壓縮空氣用量，以濃相輸送代替 稀相輸送。
(2) 增大分配器后支管直徑，降低實際速度。
(3) 加大彎管的曲率半徑，減少接觸壓力；采用冷彎彎管，使耐磨管產生冷作硬化，提高彎管的初始硬度。
(4) 將有些彎管改成鋼板做的斜板過渡接頭，鋼板與氣流進人方向45。以上角度，以 避開20°的沖擊臨界角，同時，鋼板厚度可加大，以延長使用壽命。
(5) 如果可能，選用硬度高、耐磨的管材。 采用以上措施后，有效地降低了耐磨管磨損速度，延長了耐磨管的使用壽命。
(6) 輸送耐磨管磨損后可以采用耐磨管修補專用顆粒膠進行磨損修復。
