摘要：高炉喷吹煤粉是降低成本的重要措施，煤粉输送耐磨管的磨损，是制约喷煤的一个难题。本文结合实际，对耐磨管磨损的机理和降低磨损的有 效措'施作出了分析。
关键词：高炉喷煤粉耐磨管磨损
1引言
某新建的高炉喷煤工程设计是向一座 400m3高炉输送煤粉，采用较先进的中间罐、 喷吹罐串联，连续喷吹新工艺，6t/h浓相输 送，底出料单根总管送至炉前分配器,再分送 至各风口，总管径为<560x5,支管径为$22 x3.5,共14根。试生产期间，由于各种原 因，断续试喷半月左右，支管陆续磨穿，先是 弯管后是直管段，均发现被磨损。试生产期 间，输送粉量1.5 ~ 2t/h,压缩空气量700m3/h, 喷枪9 ~ 10支，弯管最小弯曲半径在喷枪进 口处为500mm，其余均为1000mm。实际情况 最先磨穿的在喷枪进口处。
2耐磨管内流体的一般运动状态
从磨损的概念得知，磨损问题包括两个 相互关联的现象，即粒子与被磨表面的相互 作用。因此磨损一定与气固两相流态及颗粒 的运动状态有关。气体输送煤粉颗粒通过管 道时，运动方式大致可分为下面几种：
2.1 旋转运动
颗粒的旋转运动是因为气体的速度梯度 使作用在颗粒上的力不均匀；煤粉颗粒形状 不对称，各点所受阻力不同，产生旋转力矩； 颗粒与管壁之间的摩擦、碰撞以及颗粒间的 相互碰擦等。煤粉颗粒的旋转速度很大，据 有关资料，大约在103 ~ 104r/s这个量级，甚 至更高，其旋转速度随着颗粒直径的减少而 增大，并与气体输送速度成正比。
2.2振动
具有较大脉冲速度的气体，曳引煤粉颗
粒，引起颗粒的振动，大颗粒对脉冲气体有惰性，直径大于60 ~7μm的煤粉颗粒，基本上不随气流振荡，小颗粒则随气流同频振荡，但 振幅一般小于气流振幅。
2.3 跳动
跳动是由于煤粒与管壁碰撞或煤粉堆积时，受气体吹动，而引起壁面反弹或煤粉的随机聚散。
2.4平动
颗粒的平动是其主体运动，是由向前的气流曳引的结果。
颗粒的不同运动状态会同时出现几种，形成更加复杂的运动，造成更加复杂的磨损，使研究磨损更困难。
3弯管处煤粉颗粒的运动状态
煤粉颗粒在弯管处的运动状态，比直管段要复杂。在直管段，颗粒所受外力是气流的推动力和重力，以及颗粒与管壁间的撞击 和颗粒间的碰撞。处在弯管处的颗粒，除受 前面的几种力外，还受到离心力的作用，而离 心力随颗粒的运动改变方向，使颗粒与管壁 间的接触力产生变化;重力的方向虽然不变， 但它影响着颗粒的运动速度，当它的方向与 颗粒运动方向一致时，会使颗粒运动速度加 大。反之,会减小。颗粒的运动速度又影响 到离心力，离心力与耐磨管磨损又有一定的关 系，所以弯管的磨损比直管更加复杂，颗粒会 因离心力的作用，旋转速度更加快，反弹力更 大，反弹频率增加，能量消耗增加。
4耐磨管的磨损的原因分析
依据气体和煤粉在耐磨管内流动特点，以及颗粒的运动方式，耐磨管磨损主要来自以下方面的原因：
4.1磨粒磨损
图（1）是输送管磨损后的内表面
煤粉可称磨粒，这是由于颗粒在管壁上 滚动或滑动产生的，颗粒会在壁面上施加一个随机的交变摩擦力，而使颗粒作用点的材料，前部受压力，后部受拉力，虽然这种力很 小，但长期大量的颗粒作用，终会使材料发生 表面疲劳，而产生裂纹，直至剥落。
4.2切削磨损
颗粒的旋转，加上煤粒的不规则形状，当颗粒与管壁接触时，颗粒尖角变像“车刀”一 样，切削壁面，速度足够快时，会在壁面上切削出一条沟痕，或直接切掉一部分金属，也有一些速度不大的颗粒，可能会嵌人管壁，但紧跟其后的大量颗粒将会继续作用，将嵌人的 颗粒冲刷走，暴露出创口，被继续冲刷，从而引起严重磨损。磨损速度与煤粒的运动速度、旋转速度，与管壁的接触压力、接触频率 有关，即：颗粒与管壁接触点的相对速度越 大，接触压力越大，接触频率越高，磨损速度 越快。
4.3 颗粒的冲击
压缩空气和煤粉混合物以高速冲刷管 壁，有些颗粒嵌人壁面材料，使材料发生塑性 变形，另一些颗粒则反弹出来，壁面承受连续 不断的冲击力，产生疲劳，长期下去，管壁材 料会因疲劳而剥落。研究证明，正冲击下材 料表面所受应力不是最大，而离表面很浅一 层材料应力最大，此应力是材料剥落的主要 原因。斜冲击下，包含正冲击和切削作用的 合成，一些颗粒在材料表面冲出凹痕，局部拱 起，接着而来的颗粒又将拱起部分辗平，如此 反复作用致使材料疲劳，裂纹形成，产生破 坏。
5降低磨损的措施
据研究，对于塑性材料，冲击角度与磨损 率有关，见图1。从图中看出，冲击临界角 20°,小于20°,磨损率随角度增大而急剧加大；大于20°,随角度的增大而逐渐减小，接近 90°时，磨损率最低。
图（2）冲击角度与磨损率关系
材料硬度对磨损率也有影响，材料硬度越高，磨损越慢；反之，材料硬度越低，磨损越快。加工硬化现象，提高了材料硬度，减缓了 材料的磨损速度，延长了材料寿命。
从上述分析得知，耐磨管磨损与材料硬度， 颗粒冲击角度，颗粒与壁面接触时的相对速 度，接触压力有关。冲击角度，相对速度，接' 触压力都与输送速度有关，接触压力与耐磨管 的曲率半径成反比，磨损速度与颗粒输送速 度的三次方成正比例，与弯管的曲率半径成 反比例，与材料硬度成反比。因此降低速度是减少磨损的最有效的方法，再辅以其他的措施，可以达到有效减轻磨损的目的。
(1) 减少压缩空气用量，以浓相输送代替 稀相输送。
(2) 增大分配器后支管直径，降低实际速度。
(3) 加大弯管的曲率半径，减少接触压力；采用冷弯弯管，使耐磨管产生冷作硬化，提高弯管的初始硬度。
(4) 将有些弯管改成钢板做的斜板过渡接头，钢板与气流进人方向45。以上角度，以 避开20°的冲击临界角，同时，钢板厚度可加大，以延长使用寿命。
(5) 如果可能，选用硬度高、耐磨的管材。 采用以上措施后，有效地降低了耐磨管磨损速度，延长了耐磨管的使用寿命。
(6) 输送耐磨管磨损后可以采用耐磨管修补专用颗粒胶进行磨损修复。
