一、前言

离心式风机叶轮是风机的心脏部件,风机的性能和寿命很大程度上都取决于叶轮的设计和制造。磨损和腐蚀对风机的破坏作用,直接关系到风机的寿命,所以,对风机叶轮的磨损与腐蚀研究以及防止措施,对于保证风机正常运行至关重要。我公司与一些大专院校及研究所进行合作,对风机叶轮的磨损与腐蚀及防止措施做了一些研究开发工作,特别在提高风机叶轮表面质量,解决耐磨及防腐方面,取得了一定的成果,并已逐步应用到了离心式通风机叶轮上,使用效果良好。

二、风机叶轮的磨损与防止措施

风机叶轮的磨损与磨料的成分、粒度、浓度、形状、冲击速度、冲击角度、气体的化学成分、性质、温度及湿度等因素有关。而叶轮内部气体流动的不均匀性又加速了磨损。作为防止叶轮磨损的措施:一是减少进入风机的粉尘和腐蚀性气体,为此必须得对风机运行系统进行改造;二是设法使局部磨损趋于均匀磨损,这就需要提高叶轮的耐磨性。

若提高叶轮的耐磨性可采用高硬度和耐磨性好的材料。这不仅会给叶轮制造工艺带来困难,而且从经济角度来看也不合理。因此提高风机叶轮的表面质量,对叶轮磨损严重部位堆焊或喷焊(喷涂)耐磨层以及在叶片上加一层衬板以求达到耐磨是一种经济合理的解决办法。

1.涂覆防磨涂料

目前主要防磨涂料有树脂防腐耐磨涂料,橡胶防腐耐磨涂料,石英加水玻璃和陶瓷防腐耐磨材料等。

为使890耐磨化合物能在风机叶轮上使用,我公司和切斯特顿公司联合进行了一些试验。890耐磨化合物是一种用于修补和保护遭受磨蚀的金属表面的陶瓷复合材料,这种化合物的耐磨性及与母材的结合力均较好。但890耐磨化合物涂覆厚度必须得达到6ｍｍ或再厚一些,这对一些窄流道或启动要求较严格的转子是不合适的,同样,在叶片上加一层耐磨衬板来解决风机叶轮磨损也存在此类问题。

2.叶片表面堆焊

表面堆焊就是选用一定的堆焊焊条(或焊丝),手工电弧(或自动焊)堆焊在叶片易磨损的部位,来提高叶片表面质量,以保护叶片和提高叶片寿命。叶片堆焊焊条一般选用Ｄ217、Ｄ237、Ｄ317Ｂ、Ｄ707和Ｄ717等,Ｄ217和Ｄ237堆焊金属属于马体钢,有一定的抗磨损能力,但堆焊裂纹倾向较大。Ｄ317Ｂ堆焊材料是由大量碳化钨(ＷＣ)颗粒分布在金属基体上构成的一种堆焊合金,由于ＷＣ熔点和硬度都很高,所以焊道金属硬度也很高而且耐冲击,硬度ＨＲＣ≥60,堆焊金属裂纹倾向较小。至于Ｄ237与Ｄ317Ｂ焊条堆焊我公司在马鞍山钢铁公司烧结风机叶轮上已进行了对比试验,试验结果表明Ｄ317Ｂ焊条堆焊抗磨损及耐冲击能力优于Ｄ237。现在Ｄ217、Ｄ237及Ｄ317Ｂ焊条已成功使用在我公司的烧结风机叶轮上,在各钢铁企业的使用情况也良好。

3.表面喷焊(喷涂)

喷焊工艺是用热源将自熔合金粉末喷射和熔融于工件表面并使其形成致密的喷焊层的工艺。现在各喷焊耐磨粉末基本上都是采用Ｎｉ-Ｃｒ-Ｂ-Ｓｉ系列的镍基喷焊粉末。它们的喷焊层基本组织是Ｎｉ-Ｃｒ-Ｆｅ的固溶体,同时存在着大量硼的化合物和碳化钨,这些ＷＣ颗粒均匀分布在Ｎｉ基喷层中,这些颗粒是均匀而不连续,但可以形成一个硬度达ＨＲＣ70的骨架。Ｎｉ基材料则填充在骨架中,在经受磨粒冲刷时,可以承受高度磨粒的磨损。喷焊表面硬度为ＨＲＣ55～70,其基本成分为Ｎｉ60%+ＷＣ35%。我公司在宝钢二期工程中应用了该技术,随后又在攀枝花钢铁公司、首都钢铁公司、鞍山钢铁公司、马鞍山钢铁公司等钢铁公司应用,使用效果良好。2001年,又在武汉钢铁公司ＩＤＦ转子上喷焊和局部喷涂ＷＣ粉末,效果良好。哈尔滨焊接研究所也研制了部分镍基喷涂粉末及镍基硬质合金,现已用于电站锅炉风机的叶轮修复上。

三、风机叶轮的防腐蚀措施

风机叶轮的腐蚀磨损主要是风机输送介质中含有腐蚀性气体引起的腐蚀及应力腐蚀。由于输送介质不同引起的腐蚀种类也不同。为了防止腐蚀及叶轮腐蚀磨损的发生,通常采用以下措施:选用耐蚀作用强的不锈钢做叶轮材料;在叶轮表面上涂镀或喷涂防腐层和提高叶轮表面质量以解决腐蚀磨损问题。

1.叶轮耐腐蚀磨损材料的选择

奥氏体不锈钢(如1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ)屈服强度低,不适宜制造转速高的叶轮,适用于作为一般的低速风机防腐叶轮材料。在含有ＣＯ2等带腐蚀性气体及烟雾的介质时主要用Ｃｒ13类不锈钢,但应注意应力腐蚀,而要求耐蚀性强转速高的风机叶轮则广泛使用了马氏体沉淀不锈钢,如0Ｃｒ17Ｎｉ4Ｃｕ4Ｎｂ及ＦＶ520Ｂ等。

2.叶轮耐蚀层的涂镀

非晶镀镍—磷(Ｎｉ-Ｐ)合金是近几年比较成功的一种表面防腐涂镀方法。由于理想的非晶态结构和镀层的合金特性,避免了晶界腐蚀和晶界缺陷,镀层硬度为ＨＲＣ50～70的Ｎｉ-Ｐ合金镀层耐腐蚀、耐磨损及对盐酸、硫酸、磷酸和烧碱的耐蚀性强。

风机叶轮表面涂镀非晶镀镍—磷(Ｎｉ-Ｐ)合金作为一种良好的耐腐蚀工艺方法,我公司已成功使用在马鞍山钢铁公司及武汉钢铁公司的风机上,效果良好。

3.叶轮耐蚀层的喷涂

风机叶轮耐蚀性喷涂有表面热喷涂及等离子喷涂等。喷涂材料有镍及镍合金丝、粉;不锈钢丝、粉等。镍及镍合金喷涂层对氢硫酸、磷酸、氰化氢酸、氢氟酸、醋酸、硫酸亚铁溶液和干燥气等介质,耐腐蚀性较好,但对盐酸、硝酸、醋酸钾、亚硫酸等介质,耐腐蚀性则不好。

不锈钢中的奥氏体不锈钢用于热喷涂较多,如1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ,具有良好的工艺性,在多数氧化性介质和某些还原性介质中有较好的耐蚀性。我公司在云南锡业公司风机的叶轮表面上热喷涂了1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ,应用效果良好。

风机叶轮耐蚀性还有其他一些方法,比如橡胶防腐涂料,环氧树脂涂料等。我公司对离心式风机叶轮用了切斯特顿公司的897表面用复合材料做了一些耐腐蚀性试验,效果良好。

风机叶轮的耐磨与防腐方法较多,受风机运行系统工况条件及叶轮制造工艺方法不同的限制,风机叶轮的耐磨与防腐方法各企业也有差异,这里不再赘述。