楊昌凱，曾漢東

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦， 湖北大冶市 435122）

非金屬耐磨材料在礦山過(guò)流設(shè)備中的選擇與應(yīng)用

楊昌凱，曾漢東

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦， 湖北大冶市 435122）

設(shè)備過(guò)流件的磨損和腐蝕是影響礦山、冶金、石油等行業(yè)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，簡(jiǎn)要分析了過(guò)流件磨損失效機(jī)理及主要影響因素，提出采用DX非金屬耐磨材料對(duì)已報(bào)廢的渣流泵過(guò)流件進(jìn)行修復(fù)。通過(guò)對(duì)其主要性能進(jìn)行測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證明該非金屬耐磨材料可減少過(guò)流設(shè)備磨損、提高其使用壽命、降低使用成本，具有良好的市場(chǎng)前景和廣泛的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

非金屬耐磨材料；耐磨度；過(guò)流件；渣漿泵；磨損機(jī)理

0 前 言

在冶金、化工、礦山、電力、石油等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，過(guò)流設(shè)備的磨損和腐蝕是不可避免的，工況條件的不同使這些過(guò)流件的使用壽命也存在著很大的差異，給企業(yè)正常生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)帶來(lái)很大困難，生產(chǎn)成本也不斷加大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)因設(shè)備磨損和腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失為9500億元，機(jī)電產(chǎn)品失效原因大多為磨損和腐蝕，約有80%的機(jī)器零部件都是因?yàn)槟p而失效。

銅山口銅礦是大冶有色金屬公司的主要生產(chǎn)礦山之一，礦石主要有用礦物成份為銅、黃鐵礦、鉬、硫等，采用銅鉬混合浮選、銅硫分離、銅鉬分離技術(shù)進(jìn)行浮選，選礦處理能力為4000t／d，工藝流程為碎礦－磨礦－浮選－脫水，受銅礦物與黃鐵礦連生成礦條件和選礦工藝的影響，屬于難分離礦石，可選性不佳，生產(chǎn)過(guò)程中極易造成選礦設(shè)備負(fù)荷過(guò)重和老化現(xiàn)象，特別是過(guò)流設(shè)備（如碴漿泵、球磨機(jī)、浮選機(jī)）過(guò)流件磨損嚴(yán)重。因此，如何利用新技術(shù)和新材料解決過(guò)流設(shè)備的磨損問(wèn)題、提高過(guò)流件的使用壽命、降低生產(chǎn)成本，是礦山實(shí)現(xiàn)資源高效利用，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的有機(jī)統(tǒng)一和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1 過(guò)流件磨損失效的機(jī)理及主要破壞部位

1.1 過(guò)流件磨損失效機(jī)理

碴漿泵（渦漫泵）是金屬礦山選礦工藝流程中最常見(jiàn)的過(guò)流設(shè)備。根據(jù)流體中的固體顆粒與過(guò)流部件工作面的接觸方式，其常見(jiàn)的破壞形式主要有沖擊磨損、剝蝕、研磨破壞3種。由于通流物質(zhì)為含有固體顆粒的礦漿，其工作性質(zhì)決定了過(guò)流部件的破壞主要為流體顆粒磨損。

實(shí)際工況條件下，過(guò)流件的磨損機(jī)理非常復(fù)雜，磨損現(xiàn)象也不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是單一的磨損類(lèi)型，而往往是多種形式的復(fù)合或派生，如氣蝕磨損、沖蝕磨損和研磨破壞等。此外，過(guò)流件的使用壽命往往還受工況條件的影響，如流速、礦漿（砂漿）濃度、壓力、酸堿性等，正常工況下，過(guò)流件的氣蝕磨損和沖蝕磨損都存在，且往往是氣蝕的存在進(jìn)一步加快了過(guò)流件磨損的進(jìn)程，氣蝕磨損嚴(yán)重者，其擴(kuò)展深度可達(dá)20mm以上，甚至穿透過(guò)流件的基體。理論上氣蝕磨損和沖蝕磨損屬于侵蝕磨損，也可以作為疲勞磨損的派生形式，其實(shí)質(zhì)主要是由于機(jī)械力造成的表面疲勞破壞，是礦漿的化學(xué)和電化學(xué)作用使過(guò)流件的耐磨度減小。

1.2 過(guò)流件主要破壞部位

從該礦選礦流程中使用的各種碴漿泵的使用情況來(lái)看，除工況條件和泵位不同時(shí)磨損情況也不同外，實(shí)際工況情況下，礦漿濃度不同其磨損程度也存在較大的差異。礦漿濃度較低時(shí)，過(guò)流件磨損以剝蝕為主，氣蝕為輔，在吸嘴和葉輪葉片根部主要的磨損方式為剝削磨損，渦流的增加使磨損加??；礦漿濃度較高時(shí)，過(guò)流件磨損以沖擊磨損為主，特別是在有渦流的情況下，由于礦漿中大顆粒的慣性和離心作用，泥漿顆粒以較大的動(dòng)能沖擊葉輪，且頻率很快，則造成過(guò)流件破壞嚴(yán)重，主要是葉輪和護(hù)板之間的間隙小容易引起研磨破壞。在蝸殼內(nèi)，泥漿（礦漿）中的顆粒在圓形流道內(nèi)受離心力的作用撞擊泵殼內(nèi)壁，蝸殼受到全方位的沖擊，磨損以犁切或切削磨損和氣蝕磨損為主。

2 碴漿泵磨損的影響因素

（1）碎礦細(xì)度。正常情況下，碎礦細(xì)度與過(guò)流件的磨損程度成正比，主要原因是：粒度越大，往往傳遞的動(dòng)能也越大，使磨損加劇，而細(xì)顆粒能形成滑移層，保護(hù)過(guò)流部件免受磨損，降低了過(guò)流件的整體磨損量。

（2）轉(zhuǎn)速。理論上，過(guò)流件的磨損量隨轉(zhuǎn)速的增加，呈幾何指數(shù)增加。該礦選礦車(chē)間使用渣漿泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速都是額定的，為800～1000r／min，不利于減少過(guò)流件的磨損。因此，應(yīng)在保持流量和揚(yáng)程的前提下，盡量選用低轉(zhuǎn)速，有條件的可以選用調(diào)速電機(jī)來(lái)控制轉(zhuǎn)速。

（3）礦漿（泥漿）濃度。一般工況條件下，礦漿濃度為20%～50%，磨損量隨著礦漿濃度的增加而增加，但當(dāng)濃度增加到40%以上時(shí)，磨損量隨濃度的增加反而減小。

（4）泵工作地點(diǎn)。在不影響選礦工藝的情況下，泵應(yīng)根據(jù)需要放置在效率較高的地點(diǎn)，避免因效率過(guò)低或超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生渦流，使過(guò)流件磨損加快。

3 非金屬耐磨材料的選擇和應(yīng)用

大冶有色公司銅山口礦選礦工藝流程由碎礦、磨礦、脫水三大部分組成，礦漿和尾礦的輸送主要采用渣漿泵輸送，共有各種類(lèi)型渣漿泵20余臺(tái)，主要型號(hào)為125ZGB－360、150ZGB－360、200ZBG－760等，渣漿泵的泵體、葉輪多采用高鉻合金整鑄，采購(gòu)成本也較高。由于礦漿（特別是尾礦）的輸送量大、運(yùn)距遠(yuǎn)，每臺(tái)泵的過(guò)流件（前后護(hù)板、護(hù)套、葉輪等）的更換周期較短，約為40～60d，造成生產(chǎn)使用過(guò)程中過(guò)流件消耗量較大，更換頻繁維護(hù)費(fèi)用高，年消耗金額約60～80萬(wàn)元，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)于選礦的成本單耗影響較大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和企業(yè)效益，而對(duì)于磨損的過(guò)流件通常只能做廢品處理。

為降低生產(chǎn)成本，提高過(guò)流件的使用壽命，該礦和省外的科研院所合作進(jìn)行了科技攻關(guān)，選用DX非金屬耐磨材料對(duì)已經(jīng)報(bào)廢的渣漿泵過(guò)流件進(jìn)行整體修復(fù)試驗(yàn)。該材料具有施工方便、耐磨度高、耐酸堿、與金屬粘合強(qiáng)度高等特點(diǎn)，完全適合選礦流程中的固體雙相或多相流體輸送設(shè)備過(guò)流件的修復(fù)和保護(hù)，特別對(duì)于處于酸堿腐蝕等特殊工況條件下的過(guò)流設(shè)備的磨損，具有其它金屬材料性能所不具備的防腐性能。其理化性能見(jiàn)表1。

表1 DX耐磨材料主要性能

為檢驗(yàn)非金屬耐磨材料在渣漿泵過(guò)流件修復(fù)后的磨損情況，選擇在3＃球磨混合精礦再磨礦漿輸送的1＃渣漿泵（150ZGD－630A型）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，所輸送的礦漿濃度為15%，粒度為－200目占75%左右，礦漿量為100～130m3／h。試驗(yàn)結(jié)果表明，1＃泵位新備件平均使用壽命為1440h（連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2個(gè)月），經(jīng)DX非金屬耐磨材料修復(fù)后，試驗(yàn)件連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)使用時(shí)間已超過(guò)1900h（2個(gè)半月），且目前仍在使用，修復(fù)成本僅為更換新件的70%左右，達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié) 論

實(shí)踐證明，在使用各種類(lèi)型過(guò)流設(shè)備的礦山中，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際工況條件，合理配置，采用新技術(shù)、新材料提高其過(guò)流設(shè)備的循環(huán)利用是完全可行的。DX非金屬耐磨材料的應(yīng)用，不但能減少過(guò)流設(shè)備的磨損、降低消耗、提高過(guò)流件的使用壽命、減少過(guò)流設(shè)備的維護(hù)成本、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且也是礦山實(shí)現(xiàn)資源綜合利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的一種有效途徑，對(duì)推進(jìn)礦山可持續(xù)發(fā)展、提高礦山經(jīng)濟(jì)效益、促進(jìn)資源綜合利用來(lái)說(shuō)都是非常有意義的。

2012－03－01）

楊昌凱（1963－），男，工程師，現(xiàn)從事礦山設(shè)備及技術(shù)管理工作，Email：13451074345＠163.com。