经过对采用粘贴陶瓷的牡丹江热电厂、呼和浩特热电厂、哈尔滨热电厂等的考察,认为北京钛盾科技公司的陶瓷粘贴技术比较成功,牡丹江热电厂与1999年6月对叶轮进行的防磨处理,至今已运行4万多小时,运行中未发现问题。定期检查时,偶尔发现有少量瓷片脱落,现场自己就可以贴补,瓷片厚度仅为2毫米,对叶轮的重量影响不大,可以现场施工。维护简单,效益可观。因此我厂决定采用陶瓷粘贴技术,对引风机叶轮进行耐磨处理。
四、风机叶轮粘贴陶瓷片的可行性分析
风机叶轮粘贴陶瓷防磨效果取决于两个条件,第一,首先要求陶瓷耐磨性能优异,其耐磨性应当比WC喷涂喷焊材料或堆焊材料高至少三倍以上。其次,要求陶瓷与金属之间可靠连接,即使用的粘接剂的粘接强度要高,韧性要好,而且耐温耐腐蚀, 耐老化寿命至少在十年以上,强度下降不超过10%。而且陶瓷防磨对于机组为水膜除尘引风系统有不挂灰的特点。
4.1 耐磨陶瓷的性能
作为耐磨材料使用的陶瓷主要有氧化铝、碳化硅、氮化硅及氧化锆等。针对风机叶轮的使用工况,耐磨陶瓷采用冷压烧结氧化铝陶瓷,其主要特点是价格便宜,密度小,耐磨性能优异。经实测,采用冷压烧结的氧化铝陶瓷块硬度为HRA88,比重3.7,耐磨性是高铬铸铁的5倍左右,普通碳钢的100倍左右。在风机上使用,陶瓷片的厚度只有1.5mm,每平方米(10000片)的重量只有5.5公斤。在风机叶片的入口处,可以采用U型陶瓷块,在迎风面尺寸可以达到6mm。相对于一般的热喷涂及堆焊材料,因最大厚度只有1-3mm,因此,陶瓷的耐磨性能完全可以达到预期的目标。
4.2 胶粘剂性能校核
相对于排粉机90℃的运行温度,引风机的运行温度要高些,在140-160℃之间,但排粉机叶轮的转速比引风机高二倍以上,而且是在带硬质颗粒的高速冲刷气流作用下工作。因此要求胶粘剂必须具备一定的耐高温性能,同时具有一定的抗剪强度和抗老化性能。陶瓷的热膨胀系数只有金属的一半,因而还需要胶粘剂具有良好的韧性。据此配制的胶粘剂主要性能如下:不同温度下抗拉强度(金属-金属)分别为50MPa(室温)、36 MPa(100℃)、20MPa(150℃);抗剪强度分别为28MPa(室温)及20 MPa(100℃)、10MPa(150℃)。胶粘剂的韧性介于陶瓷与金属之间,固化后不收缩。
经计算,在90℃温度下,当一个直径为Ф2020的排粉风机叶轮以1440rpm转动时,在叶轮最边缘上一块10×10×1.5 (mm)的瓷片受到的向心力为0.446(kgf),而此时胶粘剂所能提供的抗剪力为360(kgf)(100℃),粘接力的大小是瓷片受到向心力的近450倍。可见胶粘剂具有极高的粘接保险系数。
五、试验结果分析
根据以上可行性分析以及参照其他厂的应用经验,我厂于2003年5月大修期间对其中的一台引风机叶轮进行了粘贴瓷片的防磨处理,,在叶片的鱼头部位、叶片迎风面及后盘的连接部位,分别复合了耐磨陶瓷片和特殊形状的陶瓷耐磨件。其中叶片表面使用尺寸为10×10×1.5mm的陶瓷片,入口处用U型陶瓷片,迎风面厚度为6mm。施工过程中严格按照现场施工工艺进行,表面喷砂处理,金属及陶瓷表面活化偶联剂处理及相应的加热固化处理。粘贴完后不作动平衡直接投入使用。期间,锅炉燃用煤灰份在45%以上。经一年运行,陶瓷磨损非常轻微,状况良好。2005年大修检查,发现除有少量的瓷片脱落外,其他基本完好。
分析不同部位的陶瓷片磨损情况发现,在沿气流流动方向的平面上瓷片磨损平均不到0.1mm,越靠近叶轮外圆,即叶片的出口端,磨损越严重,平均磨损0.2mm,明显比中盘轮毂两侧处磨损严重。这是由于越靠近叶轮的外圆周,气流流速愈大,因而磨损就愈严重。与沿气流方向相比,在沿气流垂直方向上(入口处鱼头部位)的瓷片磨损最为严重,最多可达0.3-0.5mm。实际上这正符合了陶瓷冲刷机理,即气流入射角愈大,磨损愈严重。而且由于接缝处形成的涡流使得沿接缝处金属基体磨损最为严重,甚至可以把金属衬板磨穿,使得局部陶瓷完全悬空,造成部分迎风接缝处瓷片脱落。
