设备抗蚀耐磨的生产实验.pdf

** ；矿 山机 电； h ㈣㈣ 设备抗蚀耐磨的生产实验 东乡铜矿蕾广性 ／ 、 提要 本文介绍了东乡铜矿在生产实验的基础上，对使用寿命甚短的矿井轴流通风机和排水 ／ 的主要零部件，进行了失效分析，迫朔其原因所在对症下药，在零部件表面 衬包了 玻璃铜，或 、 ／ 用电捌镀镍镀层，依靠它们的 良好隔离作用和抗蚀性及耐磨性，很好地保护 了基体，大大地延长 一 、生产 简况 东乡铜矿的矿石类型主要是辉铜黄铁矿， 黄铜黄铁矿 ，含硫高达 3 4 ．8 ％，加上地下涌 水大，形成了以含铜、铁为主的各种金属酸性 废水。除此，矿石 自燃发火还时有发生，产生 大量的烟毒和硫酸随气体流抽出地表 按照设计，在开采前期，坑下通风主要是 采用主、副井和二号斜井进风，矿体东翼 的一 号斜井井 口安装一台 7 0 B ， 一 1 l I 8型矿井抽 风机的抽出式通风系统。1 9 8 5年，根据生产 发展的需要，采掘作业向下部中段延深，为改 善坑下通风条件，改用了主、副井和一号斜井 进风，改在二号斜井井 口安装一台 6 2 A】 4 ～ l l 一 2 4型矿井轴流通风机，进行抽风的通风系 统。 坑下大量的酸性废水，生产 中段采用分段 排水、非生产 中段用集 中排水相结合的方法， 排水泵在当时国内无台适耐酸泵的情况下，曾 先后使用 l 5 0 D 一3 O 7型耐酸泵。 由于坑下采场作业条件恶劣，矿井铀流通 风机一停机，采场就无法作业，生产要被迫停 止。若排水泵停机在四小时以上，坑下就会被 废水淹井。因此，这两类设备成为生产系统中 的关键设备。但 白 1 9 7 2年投人生产运行后 ， 其主要零部件都过早失效，使用寿命甚短，如 表 l 所示 ，效果很 不理想 。 硬度 数量 寿命 设备型号 名称 零部件名称 材质 戋拽形式 { H B 1 l件．套 天’ 7 0 B -I l l 8型 叶 片 直 线 型 帕 1 5 F I l 7 l 6 5 0 前 骧 需 蚀 磺 舁 矿井 菠聋 风帆 畦风 口、 主风筒 、扩 散茼 l 5 F 1 l 7 l 5 4 0 锈 蚀成 千孔 百疮 6 2 A1 ． - l 1 _ 2 4 型 叶片 扭曲型 Z L 4 9 0 8 9 0 前缘锈蚀呈无数坑 渝 矿井■藏通风帆 进风口、主风椅、扩散筒 l 5 F I 1 7 I 9 0 0 锈蚀成千孔 百疮 叶轮 Hr l 9 7 - 2 6 I 3 ～5 圭表面庸蚀成坑商 4 BA- 6型 木最 泵壳 HT I 9 7 - 2 6 9 l 7 ～l 0 腐蚀井穿洞 DKS垂耐酸象 泵壳等 A I S i 音生 l 6 0 庸蚀并穿橱 l S O DⅡ 一 O x 7 耐酸泵 莲蓬头的阀芯 H T 【 7 0 2 2 9 5 ～7 圭表词嵩蚀 呈点坑 有色矿山一 1 9 5 9 ． 5 2 7 维普资讯 二 、失效分析 针对生产状况，围绕设备 }娶零部件过 甲 失效，对工作环境的介质、温度或湿度、腐蚀 性，与零部件表面接触的物料颗粒硬度、相对 滑动速度，进行了调查研究，分析其失效的原 因主要是零 部件 的材质 、 尤其是 其表面 的性 能 与环境的组台不当，现分别叙述如 F 1 、矿井轴流 通风机 坑 下开采 的铜矿石 ，主要是 辉铜黄 铁矿和 黄铜黄铁矿，含硫 高 矿 泊 燃 发火 时有发 生 。矿石燃 烧时 ，产生 了大量 的烟 毒，其 中有 S O， ； 同时还 生 成 F e ， O 。 后者 又是 S O2 氧 化 成 S O 的 催 化 剂 ， 故 也 生成 S O ， 即烟 毒 中 有很多硫 酸。 另外 ，在凿 岩爆破 中，有大量 的 硬质矿尘微颗粒，一同混入坑下气体流中 乜 型 若 擅 球 罅 厚 度 当矿井轴流通风机工作时，气体流分别 轴 流通风 机 丰要零部 件 内或 外表 面接 触， 当材 质是 1 5 F钢 时，气体 流 中的 S O2 、S O3 对钢铁 的腐蚀正好起着催化剂作用 通常一个分 的 S O 可促使生成 l 5 ～4 0个分 _f的铁锈，其反 应式 如下 F e H2 S O4 一 - F e S O4 F e 2 S O{ 3 Fe O H2 OH2 S O4 H2 S O4 参与反应 后叉析 出 F Fe 2 e Fe 8 Fe O oH2 e - 3 Fe O4 H 2 O 3 Fe ] 04 o ． 7 S 02 4． 5 H2 O- - 9 Fe O ‘ OH 8个分 f铁锈变成了 9个分子铁锈，依此 循环 ，腐蚀进一步加 速。当然，其速度的快 慢，与相对湿度、水膜厚度、污染物的成分和 含黉相关 图 1 图 1 腐蚀速度关系图 叶片的使用寿命之所以 婀． 由失教的叶 让残体 图 2 和叶片的工况 图 3 分析可 一 2 8一 图 2 直线叶片残体 力 x，其值止成为流行方 向的迎 风阻 力，叶 有 色 矿 山-I 9 8 9 5 垒 一 一～一一 ／／ ，． 一 维普资讯 片前缘又是气体流流行的正面障碍，硬质矿尘 微颗粒对前 缘进行 冲刷 、碰撞 磨 抒 { ，大大加 速 了传 质 过程 ，连 续破 坏 叶 片 前缘 表 面膜 。 娃 然，机械力 磨损和腐蚀的复合作用，破坏 速度迅 速骤增 。 2 、水泵 开采 中，由于铜矿 石和废石 堆 中的硫 化铁 矿 、氧化 硫铁 杆 菌 ，与 空气 中的 氧和 地下 水 生产用水结合，生成具有极强氧化性的硫酸离 铁 溶液 ，p H2 ～3 ，并使矿石和废石 中的多 种 金属 或 低 价 金 属 化合 物 生成 各种 硫酸 盐 ， 由此 形 成 以含 铜 、铁 为 主的各 种 金 属 废 水。其废水中的成份和含量如表 2 I 成分 Cu P b Zn l e Cd Al F Cr COD 0 28 ～ 0．02 ～ 00 0 5～ 含量 9 - 7 8 4 0 ． 1 ～0 2 5 6 ～2 O 1 ． 9 00 5 ～2 8 0 0 0 4 l ～ l 7 ． 8 l 7 7 0． 4 9 2 ． 8 形成 酸性废 水 的主要 反应方 程式 是 2 F e S 2 7 Q 2 H2 02 F e S O 4 2 Hz S O4 4 F e S O4 O2 2 H2 S O4 2 F e 2 S O4 3 _ 2 H2 O F e S ， F b ， S O4 3 F e S O4 2 S 2 S 2 H2 0- I- 3 O2 ；2 r t 2 S O4 Cu 2 S F e 2 S O4 2 02 2 CuS O4 2 F S O Cu CO3’ C u OH ， 2 H2 S O4 2 Cu S O4 3 Hz O- I - CO2 CuFe S 2 4 02 Cu S O4 F e S O4 Zns 2 O2 Zn S O4 当水泵工作时，电机驱动叶轮旋转，酸性 废 水经吸水管 上升流人 叶轮 的吸水 r 】 _并 进 人 叶片问的流道内，由泵壳导流向压水 口排m。 这样 水泵的叶轮 泵壳，尤其是莲蓬头 中的 阀芯 是浸泡在酸性废水 中。若零件的材质是 钢铁时，硫酸盐还原细菌则促使下列反应 一 一 S O 8 一S 4 H2 D 对钢铁腐 蚀时析 出 H。 原 f态被细 菌消 耗 ， 同 时 消除 阴极 反应 的 极化 ，把 F 变 为 F e S 黑色 而 防 止 F e 积 累， 即消除 阳极极 化，从而使电化学腐蚀迅速进行 ，零部件遭受 严 重腐蚀 。此过 程 阴阳极 在一起 ，只受细 菌 数 有 色矿 山-1 9 8 9 5 量的影响，而细菌恰在这过程中很快繁殖，故 细菌的存在是危险的，有 害的。这就是 4 B A _ 6型水泵寿命甚短的原因所在。 而 DKS型耐 酸泵的使用 寿命为何也短 主 要是泵 的 材质是 AJ S i 合金 ． 酸性 废 水 中的 C l r 离子与合金 中的 A l ”离子发生置换腐蚀 作用的结果 。 三、试验设想及 实验 情况 由失效分析得出，零部件使用寿命短，主 要是腐蚀磨损所至。要解决这类问题，一般途 径有两条一是改善使用条件，以提供降低腐 蚀 、磨损速度的有利环境 二是从设 计、工 艺、材质、使用维修方面采用新的措施。前者 花钱多，不够现实，而未考虑。故设想的注意 力集中在后一条，并主要是在零件表面进行强 化和防护，依靠 良好的隔离性抗蚀耐磨性来保 护基体，延 长使用寿命 ，发挥材料的潜在力。 但考虑到实际的腐蚀或磨损情况是很复杂 的， 要正确选择材料又是个复杂的问题，故栗取分 三步进行的试验。 l ，用 C r l 8 Ni 9 C u 3 T i 不锈钢板，厚 2毫 求，制作 7 0 B ， 一 l l l 8型矿井轴流通风机 的 直线型叶 片，通过生产实验， 同材质是 1 5 F 维普资讯 钢钣 的进行综 台 比较 ，根据效 果好坏 而定 。 1 9 8 0年 ， 根 据 库 存 ， 用 2毫 米 厚 的 Cr l 8 Ni 9不锈钢钣，制作了 7 0 B r l 1 一 l 8型 矿井轴 流通风机 的直线 型叶片 l 6片，成车 1 5 2 0元，经生产使 用，仅 7 0天，叶片前缘全 被腐蚀磨穿了。分析其原因是此种不锈钢钣抗 蚀性一般，而耐磨性能差 这样，成本是用 1 5 F钢钣制 作 的三倍 ，使用 寿命 才是其 1 ． 4 倍，效果更差。 2 、用环氧树脂胶衬包玻璃纤维 简称玻 璃 钢 在抽 风机 的进 风 口、主 风筒 、 扩散 筒 、 叶片的内或外表面上，使它们具有 良好 的抗蚀 性 。 1 9 8 1 年 2 月，在 7 0 B ， 一 l l l 8型矿井轴 流通风机的进风 口、主风筒、扩散筒和叶片的 内或外表面上衬包 了玻璃钢，厚 2毫米，耗成 奉 9 0 0 0元 ，由于’防腐施工中，步数部位除锈 不彻底，结果仅用 了六十余天，叶片和主风筒 顶部局部脱落，导致运转不平衡、振动骤增， 被迫停机将玻璃钢铲除掉，实验中断。 1 9 8 5年 5月，又对新 的 6 2 Al 4 一 l 】 一 2 4 型矿井轴流通风机 的进风 口、主风筒 扩散 筒、扭曲型叶片 Z L 4 等内或外表面衬包 了 玻璃钢，平均厚度 3毫米，耗成本 l l 万元。 经使用至今， 除叶片的寿命为 l 4个月外 ，其 余的都是完好 。足以证明，除叶片表面要具有 抗蚀耐磨性能外，其它的表面具有 良好的抗蚀 性 即可。即衬包玻璃钢是行之有效的。 3 、采用热喷涂或电刷镀新技术 ，在抽风 机的进 风口、主风筒 、扩散筒、叶片， 以及 1 5 0 DⅡ 一3 07型耐酸泵配用的莲蓬头阙芯表 面上，喷涂或刷镀具有抗蚀耐磨的防护层，再 通过生产实验论证效果。 1 9 8 6年 3月 ， 在加 工 1 5 0 DⅡ一 3 O7型 耐酸泵的莲蓬头阙芯时，增加了全表面刷镀一 层厚 0 ． 1 毫米 的镍镀层，如图 4所示，使其获 得 表面 硬度 HB 5 7 8 ，既 有 较好 的抗 蚀性 ，又 有良好的耐磨性。经实验使用，成本只增加了 2 5 元，而使用寿命达 7 5 天，是原寿命的 1 0 - -- 2 O倍 。 1 9 8 6年 9月 ，对 6 2 A1 4 - - 1 l 2 4型矿井 轴流通风机 的新扭 曲叶片前缘部位 链 了厚 0 ． 1毫米 的镩链 层 ，如 图 5所 示 ．成本 S 片 只增加 1 0 2元，但使用至 1 9 8 8年 9月 底，叶片还是完好，预计寿命可达三年，是原 寿命的 l 2 倍． 圈 5 扭 曲型 叶 片 四、效果 评价 针对两类设备零部件的不同工况，分别使 有色矿山一1 9 8 9 ． 5 维普资讯 用玻璃钢、镍镀层，不仅投资省、易实施，而 3 示。 且使用寿命长，综合效益高，其前后对比如表 材 质 栅 值 寿命 年停 检 直 接损 戋 问接 损 失 鬟 防 音 I l { 受 备 埋号 名称 零部 件 名称 基 验 悚 护 fi元 ／套 J l 天 l 砍 ／人 工瘫 】 f 万 元 万 元 层 前 1 5 F 无 O 0 5 6 7 ／ 04 4 8 2 3 0 片 直线 型 无 01 5 2 5／4 0 08 0 7 0 B 一】 l l 8型 后 【 5 F 玻 璃钢 01 2 8 0 68 1 6 ． 5 矿井轴 流通 风 机 避 风口． 丰风筒 前 【 5 F 无 】 3 4 0 5 4 0 O 6 7 ／8 0 2 6 2 6 9 8 扩 敲筒 等 后 【 5 F 玻璃钢 2【 7 0 晤局 部脱 落 ，窘验 中斯， 未有结 果 前 Z L 4 无 n 4 4 B 4 ／3 2 l 8 2 4 【 3 0 l 48 2 4 叶片恤 瑚型1 Z L 4 玻 璃钢 0 4 8 0 4 2 0 0 9 ／7 2 0 3 ， 0 0 3 4 3 后 型 ZL 4 镶 链层 0 4 5 8 l 0 8 0 0 3 4／2 ． 7 O ． 【 铂 1l 2 5 1 ． 2 8 3 矿井轴 流通风 机 盎 风口， 主 厩 筒 前 】 5 F 无 『 9 2 0 O ／6 0 O ． 8 2 8 2 0 0 2 0 B 2 8 扩1 敦筒 等 后 玻 璃钢 2 9 5 8 预计 2 7 0 0 O1 3 ／加 O 4 0 6 ．6 o 7 0 0 【 5 0 D_广 3 07 酊 Hr 无 0 0 5 7 6 0／3 o 0 6f 8 0 I 8 莲 蓬头 阀芯 一 耐 酸 摹 后 HT 镶 链层 01 2 3 4 B ／2 ．4 0 2 3 8 02 3 8 注间接损失按停产一天 5万元计算 从表3 可看出，6 2 A 1 1 1 --2 4 型矿井 五、结束语 轴流通风机的进 出口、主风筒、扩散筒等，衬 包玻 璃钢詹 ，每年减 少了停机检修 O ．2 7状， 减少直接和间接损失 1 3 ． 8 2 8万元；而叶片刷 镀镍 镀层 后，每年 减少 了停机检修 3 ．6 6次， 减少直接和闻接损失 l 3 ． 5 4 万元。另 1 5 0 D ～ 3 0 7型耐酸泵莲蓬头的 阀 ，刷镀镍镀层 后，每年每台减少了停泵检修 5 5次，减少直 接损失 0 ． 3 8 万元；按 4台计算 ，每年可节约 资金 I 5 2万元。几 项 合计 ，每 年节 约资金 2 8 ． 8 9万元。故实验是成功的。 由于实际的腐蚀磨损情况是复杂的，它涉 及到组元间的相互作用，也涉及到材质与复杂 多样的环境及服役条件的适用性；加上目前我 们对腐蚀磨损问题 的认识还尚停留在定性、统 计经济分析和实验论证的阶段，尽管在解决这 类问题 已取得了显著效果，今后还必须继续实 验总结和提高。 参考文献 略 ⋯ ⋯ ■⋯⋯ ∞ 上接第 7 3 页 第 5章，槽型洗矿机；第 6章，振动洗矿机 ； 洗涤实践。可供选厂工程技术人员阅读 北京 第 7 章，、喷流洗矿机，第8章，击碎与分离粘 图书馆索书号3 - 8 8 T D2 9 1 T 7 0 8 2 土杂质的特殊方法；第 9章，选厂矿物原料 的 李怀先 有色矿山-1 9 8 9 ． 5 3 】一 维普资讯