原煤仓斗内刮壁式清堵装置刮刀断裂原因分析.pdf

收稿日期:作者简介:陈长冰()男安徽安庆人教授博士生文章编号:()原煤仓斗内刮壁式清堵装置刮刀断裂原因分析陈长冰王云龙徐可凡薛雨晴(合肥学院 城市建设与交通学院安徽 合肥)摘要:伴随着我国火力发电产业的快速发展与其紧密相关的仪器原煤仓旋转清堵装置的使用率也更加频繁 某公司原煤仓内刮壁式清堵装置由于刮刀断裂不能正常运行为防止该类事件的再次发生对断裂的刮刀进行现场勘验、化学成分分析、力学试验、金相检验以及电镜扫描发现 代替 时强度不足是导致刮刀断裂的主要原因关键词:煤仓清堵装置刮刀化学成分分析力学试验金相检验电镜中图分类号:文献标志码:在火电厂中原煤、煤泥等颗粒性物料储存仓(也称原煤仓)的使用十分普及 然而在储存仓出料的过程中往往会出现物料堵塞的现象严重影响设备的正常运行 特别是在配置了直吹式制粉系统的大型火电厂中原煤仓一旦发生下煤堵塞机组就要被迫降低出力而甩负荷或者出现锅炉燃烧不稳定而造成大量投油严重时会造成锅炉灭火、机组非计划停运 为了解决原煤仓防堵问题比较常见的就是配备旋转清堵装置旋转清堵装置包含以下 大部分:过渡仓、活化清堵料仓、插板门、落煤管清堵装置 清堵装置的刮刀在工作的过程中由于原煤仓清堵装置满负荷运转时无法承受相应的磨擦及弯曲载荷先发生异常磨损减薄损伤使其承载强度再度降低产生应力集中处生成微裂纹进而迅速扩展直至完全破断 对某企业发生断裂的清堵装置刮刀进行研究运用现场勘验、宏观检验、化学成分分析、金相检验以及电镜扫描等方法分析其断裂的原因 现场勘验某企业的原煤仓清堵装置如图 所示在每套斗内刮壁式清堵装置中沿原煤仓下部的仓壁圆周等分安装了 组刮刀 原煤仓清堵装置及斗内刮刀的设计资料显示:斗内清堵装置材质 斗内刮刀组采用国外进口的高强度耐磨钢板折弯、锻打并经过特种加强处理并留有足够的设计裕量设计要求至少在 年大修期内不需要更换刮刀组件图 原煤仓清堵装置外观 根据图纸及现场断裂的刮刀组件可知刮刀是采用 厚的(新牌号)钢板折弯成 直角、等边边长 长度 的构件 刮刀主体的中部和每相隔 的距离处均加工了 个 的腰型孔用 的六角螺栓安装三角形固定块用于安装刮刀的连接传力杆留存在现场的刮刀组件断裂均发生在中部的 个腰型孔部位如图 所示 刮刀 直角折弯的外侧角背处出现较多裂纹刮刀断口出现壁厚减薄的现象且断口无缩颈现象边缘无剪切唇断口面出第 卷 第 期 年 月兰州工业学院学报 .现一个主裂纹和多个微裂纹的层状断裂特征刮刀断裂起始于 腰型通孔内壁处如图 所示图 断裂的斗内刮壁式清堵装置刮刀图 刮刀断裂现象 为了鉴定刮刀断裂原因现场从断裂的内置刮刀组件取样并对其断口的宏观、微观、化学成分、力学性能等进行检测分析 化学成分分析对断裂刮刀片进行化学成分分析结果见表 表 化学成分分析结果(质量分数/)元 素测定值标准值.由表 可知将所检元素百分含量与/不锈钢和耐热钢牌号及化学成分对比均符合标准规定的(新牌号)钢化学成分范围 力学试验在断裂刮刀片截取部分试块实测其拉伸性能、硬度、冲击性能结果分别见表 参照/不锈钢热轧钢板和钢带中表 和 的规定结合表 表明的经检测的断裂刮刀相关力学性能参数属于经退火处理的马氏体钢的力学性能参数范围 从表 可看出 刮刀实测值 冲击性能横向冲击性能明显比纵向冲击性能低表明刮刀所用 板材性能存在明显的方向性表 拉伸性能试样屈服强度/抗拉强度/伸长率/表 硬度布氏硬度平均值()、()、()表 冲击性能项目热处理工艺冲击值/(/)冲击平均值/(/)横向冲击经退火处理、纵向冲击经退火处理、金相检验在刮刀断裂部位截取试块制备金相试样 试样先在未侵蚀情况下进行显微组织观察试块中的夹杂物含量按标准/评定夹杂物为:硫化物类 级、氧化铝类 级、硅酸盐类 级、环状氧化物类 级故断裂刮刀的夹杂物级别较低继续观察可发现 腰型孔内壁处出现凹坑及由其扩展成微裂纹如图()所示裂纹前端纤细如图()所示末端形成多条裂纹如图()所示断口以沿晶断裂为主、穿晶为辅的方式扩展如图()所示 经腐蚀后对刮刀断件观察基体组织呈现带状分布晶粒度为 级晶粒不均匀如图()所示基体组织为:铁素体碳化物碳化物沿铁素体晶界呈网状分布属退火组织(见图()且裂纹附近基体组织呈现带状分布晶粒度为 级、晶粒不均匀基体组织为铁素体碳化物属退火组织(见图()、图()第 期 陈长冰等:原煤仓斗内刮壁式清堵装置刮刀断裂原因分析图 金相检验断口裂纹形貌图 基体组织分布图 裂纹附近基体组织 电镜扫描用扫描电镜对刮刀断裂部位进行观察断裂为层状断口如图()所示断口表面呈现严重摩擦破损痕迹断口面可见结晶颗粒(见图()断口处及韧窝条带出现摩擦损伤的痕迹(见图()、()断口面显现晶粒外形的沿晶断裂特征及二次裂纹(见图()断口表现为沿晶少量韧窝的混合断裂特征形貌 技术分析.参数对比关于原煤仓清堵装置刮刀材料的代用正如原技术协议所述由于清堵装置的刮刀是该装置的主要部件直接关系到整体性能和安全可靠性因此技术协议规定了刮刀材料使用进口的高强度耐磨钢 但在设计的刮刀产品图纸上刮刀的材料却被设计为不锈钢 虽然提供了经批准的代用资料但在其代用原因的说明中引用了不当和作废的材料标准(/和/)也没有代用的试验验证证据图 扫描电镜断口裂纹形貌 是日本标准/规定的铸钢材料而(新牌号)是我国标准/不锈钢热轧钢板和钢带规定的不锈钢热轧钢板材料根据标准/、/中规定的化学成分和机械性能等指标对原煤仓清堵装置中刮刀使用的 材料的理化试验结果进行对比分析具体数据如表 所示 从表 可以看出 属于高锰钢铸件的成分范围特点是含、量都较高而 属于马氏体型不锈钢的成分范围特点是含 量低、含 量高 从表 可以看出就屈服强度和抗拉强度而言 的标准值要比 标准值及其 刮刀实测值高很多根据对原煤仓清堵装置刮刀材料的 冲击性能检测发现断裂刮刀所用 板材性能存在明显的方向性其横向耐冲击性能明显低于纵向 兰州工业学院学报 第 卷此外从刮刀横向折弯成 直角处可见明显的微裂纹也说明所用 板材横向性能较差表 化学成分对比结果材料元素 标准值.标准值经退火处理 刮刀实测值经退火处理、.应用特性对比 属奥氏体锰钢铸件材料奥氏体锰钢铸件具有承受冲击载荷和严重摩擦作用下使钢发生显著硬化的特性而且载荷越大其表面的硬化程度越高耐磨性就越好是典型的耐磨钢 属马氏体不锈钢因含铬量高使钢具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性能 马氏体不锈钢在高温状态的组织为奥氏体经过淬火后奥氏体转变为马氏体故称其为马氏体不锈钢 马氏体不锈钢退火组织为铁素体碳化物碳化物沿铁素体晶界呈网状发布使得钢的强度和耐蚀性很差 因此 要经过调质处理后方可使用通过上述的比较分析同时由于原煤仓清堵装置中刮刀需工作在承受高磨损和高冲击的工况下因此原技术协议中规定的原煤仓清堵装置中刮刀 铸钢材料不可用 不锈钢材料替代 在没有经过可靠的设计计算和试验验证的情况下用低性能材料随意替代原煤仓清堵装置重要部件的材料不仅违反了设计原则也为产品发生质量故障埋下了隐患.断裂刮刀结构的检测结果分析根据宏观检查、金相检验和微观检查结果刮刀断裂部位均位于其中部 个 的腰型孔位置断口出现壁厚减薄、无缩颈现象边缘无剪切唇断口面出现一个主裂纹和多个微裂纹的层状断裂特征断口表面呈现严重摩擦破损痕迹断口面可见结晶颗粒及韧窝条带、显现晶粒外形的沿晶断裂特征及二次裂纹、表现为沿晶少量韧窝的混合断裂特征形貌等均表明刮刀断裂起始于 腰型孔内壁处从刮刀组件结构和工作原理分析断裂处是刮刀在工作时受力(矩)最大的地方而此处又被加工了 个腰型孔进一步降低了该部位的材料和结构抗弯(拉)强度综上分析发生断裂的原煤仓清堵装置刮刀所选用的 材料承载强度低导致在原煤仓清堵装置满负荷运转时无法承受相应的磨擦及弯曲载荷先发生异常磨损减薄损伤使其承载强度再度降低造成在刮刀中部 个 腰型孔内壁应力集中处生成微裂纹进而迅速扩展直至完全破断 结语对某企业断裂的原煤仓斗内刮壁式清堵装置刮刀进行鉴定通过宏观观察发现其在腰型孔处出现裂纹金相检验显示 和 淬火之后组织成分存在较大的差异微观分析观察到刮刀先发生异常的磨损变形再产生应力集中最后迅速断裂 力学试验说明 的力学性能较差无法达到 的承载应力极限导致刮刀在原煤仓清堵装置满负荷运行中发生断裂原煤仓清堵装置刮刀的材料不符合技术协议的要求代用的材料强度不能满足规定的使用工况 该原煤仓清堵装置的设计输出没有实施相应的设计确认不能保证设计的产品满足用户和技术协议规定的使用要求参考文献:赵华蒋文.原煤仓防堵煤新技术及其经济性分析第 期 陈长冰等:原煤仓斗内刮壁式清堵装置刮刀断裂原因分析.电力科技与环保():.刘志明郑东海李滢.火电厂原煤仓清堵装置的应用与改进.煤矿机械():.戴润民杨寒松郝娜等.田庄选煤厂原煤仓堵仓原因及解决办法.煤矿机械():.():.():.曾祥录梁军华韩俊峰.车削 钢刀具磨损试验研究.粉末冶金工业():.王金良孙正金.搅拌桨叶断裂分析与改进.化工管理():.孟令岩赵国平王轶等.刮板冷凝器刮刀断裂分析.石油和化工设备():./不锈钢和耐热钢牌号及化学成分.北京:中国标准出版社./不锈钢热轧钢板和钢带.北京:中国标准出版社./钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法.北京:中国标准出版社./高锰钢铸件.东京:日本标准协会./不锈钢棒.北京:中国标准出版社./高锰钢铸件.东京:日本标准协会.():.:(责任编辑:曾贤灏)兰州工业学院学报 第 卷