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近十幾年來，重介質選煤工藝在國內迅猛發展，已成為目前主流選煤方法之一。大型、高效的三產品重介質旋流器作為主選設備也得到了廣泛推廣與應用，其一段的最大直徑已達到1.5m。旋流器多數采用鋼筒內襯氧化鋁陶瓷結構，屬損耗性設備，其壽命取決于自身質量、煤的物理性質、工藝參數等諸多因素。在生產實踐中，旋流器的實際使用壽命差距很大，以二段旋流器為例，壽命低的僅兩三個月，高的則能達到1年，甚至更長。

旋流器的損壞是不可避免的，但很多旋流器并未達到正常的使用壽命便過早失效，給企業造成了較大的經濟損失。因此，分析旋流器損壞原因，并進行有針對性的改進，對延長其使用壽命，充分發揮其性能具有重要意義。

1 旋流器的正常損壞

旋流器工作過程中，煤、磁鐵礦粉和水災筒體內以5-10m/s甚至更高的速度螺旋前進，形成比較復雜的流場，產生了較大的離心力，使煤、磁鐵礦粉與襯塊之間相互摩擦，從而導致襯塊逐漸磨損。由于物料的不均勻性和不規則性，其運動過程中還會產生對襯塊的撞擊，使襯塊表面發生微觀小顆粒損失，進而加劇磨損。在正常情況下，雖然不同部位的磨損程度不一致，但這種磨損是平滑的，即襯塊只有磨耗，沒有明顯的局部破損。隨著旋流器的不斷使用，某個部件的襯塊被磨穿后，該部件即失效，這屬于旋流器的正常損壞。

受到旋流器的工作原理和結構的影響，在正常損壞中，各個部件損壞的速度有很大差異，通常表現為一段損壞較慢，二段損壞較快。而一段又表現為導向筒損壞較快，中部筒損壞較慢。導向筒主要的損壞點一般是在連接管與圓筒交接部的下方（見圖1），這主要是由于物料在該處有直線運動與周向運動的轉換，對襯塊產生了較大的沖擊力所致。二段導向筒與一段的類似，但因二段內矸石等物料較多，磨損會更加嚴重。二段另一個損壞較快的位置是在錐筒出口端、錐筒長度的1/3-1/4區域，這個部位受力變化較大，加上位置不穩定的零軸向速度包絡面尖端的液流擠壓以及重物相互撞擊作用于襯塊，使襯塊易發生嚴重磨損。

旋流器部件的失效通常僅僅是局部很小區域被磨穿（見圖2）而導致整個部件報廢。報廢部件的大多說襯塊磨損程度還很小，甚至不到1/5，因此，旋流器即便是在正常磨損的狀況下，也難免造成較大的經濟損失。

旋流器襯塊的磨損機理比較復雜，文獻中提到的有微切削磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損等，而真正導致局部磨損嚴重的主要因素是物料的沖擊。常用于旋流器的氧化鋁襯塊抗磨性能很好，但抗沖擊能力較差，有文獻提出采用碳化硅等性能更加優越的耐磨材料來替代氧化鋁襯塊，但終因價格較高等因素未能推廣。

針對以上問題，煙臺金花選煤工程有限公司改進了旋流器的設計，如在上述提到的關鍵部位采用含氧化鋯的增韌氧化鋁陶瓷襯塊來改善旋流器的磨損狀況；針對不同部位使用不同厚度的襯塊，使旋流器各部件的磨損趨于同步，經過現場使用，效果很好。例如，一臺直徑1.3m的旋流器在黑龍江某選煤廠運行了15個月，至今二段旋流器尚未更換導向筒和錐筒；一臺直徑1.45m的旋流器在山西某選煤廠運行了12個月，每天工作20個小時，二段旋流器仍正常工作，這表明改進后的旋流器更加經濟耐用。

2 旋流器的非正常損壞

旋流器的非正常損壞主要表現為局部襯塊脫落、局部襯塊磨穿、局部沿縫隙磨穿、局部襯塊破裂等。造成損壞的原因主要有：襯塊質量不均衡、粘貼效果差、筒體制造質量差、設計問題、物料中有鐵件等，具體情況分析如下。

2.1 襯塊質量不均衡

受原料和燒制過程的影響，不同襯塊的硬度、韌性差別很大。實踐中發現，同一廠家不同批次的襯塊，由于燒制時在爐中的位置、溫度等不同，其硬度和韌性也存在差異，硬度小的易磨損，韌性差的易碎裂。旋流器實際工作過程中，往往會出現某一襯塊因質量差先于其他襯塊磨損或破裂而脫落的現象，從而使臨近襯塊受沖擊而脫落，造成旋流器的非正常損壞。如圖3所示的襯塊因質量較差而碎裂。

2.2 襯塊粘貼效果差

襯塊粘貼效果差也會導致襯塊脫落，產生的原因有以下幾點：

（1）粘貼膠質量差。粘貼膠的品種較多，質量差別較大，對襯塊的粘結強度影響很大，因此選用粘貼膠應充分考慮其粘結強度。

（2）筒體未打磨干凈。筒體是鋼制品，表面通常有鐵銹和油污，粘貼前如不打磨干凈，或打磨后不及時粘貼而重新產生氧化層，都會導致粘結強度降低。

（3）粘貼未嚴格按要求操作。通常表現為膠的雙組份配比不合適、粘貼溫度過低、膠配好后放置時間過長等。

（4）粘貼時縫隙過大。由于筒體和襯塊的不規則性，粘貼時襯塊間的縫隙難以避免，但縫隙過大會導致縫隙處的填膠被其他物料介質沖刷開，從而磨穿筒體，造成損壞；即便不磨穿，由于縫隙處的杠桿效應，襯塊受力惡化，邊緣損壞會越來越嚴重，直至碎裂脫落。

2.3 筒體制造質量差

旋流器筒體多為鋼板卷制，而且很多筒體卷制后內壁不進行機械加工，這就造成了筒體的尺寸和形狀有較大的誤差，尤其是錐筒，因其下口直徑小，誤差更大。

（1）尺寸誤差。卷筒尺寸誤差是難以避免的，一般情況下，尺寸誤差不會對旋流器的工作造成太大影響。但若誤差太大，將造成兩部件連接處形成較大縱向臺階，襯塊極易受沖擊而損壞或脫落。

（2）圓度誤差。圓度誤差在卷筒中也是不可避免的，常見的是卷成橢圓或不規則形狀。圓度誤差一般對旋流器的工作參數影響不大，但不圓度過大將造成兩部件連接處產生縱向臺階。局部不圓度過大將使襯塊貼合不良，在襯塊尺寸較大時，還將產生橫向臺階和縫隙，從而受到物料沖擊而損壞。在錐筒的縱向焊縫處，因錐筒本身不易卷制，且前段直徑小，這種情況更易發生，因此也有將錐段改為鑄件并進行機械加工的。

（3）錐度誤差。錐度誤差的危害主要體現在兩段相接處因錐度不一致使接縫處的襯塊貼合不良，造成局部斷裂。

（4）焊接問題。筒體卷制后，接縫需要焊接，焊縫常見問題有：內壁未對齊，理想狀態下，焊接面應里口對齊，但由于卷筒誤差，導致里口無法對齊，出現臺階，且臺階不均勻，常見于兩段相接的橫向焊縫；理想的焊縫應是外側的坡口焊縫，但實際生產中錐段焊縫難以保證不在內壁，焊縫打磨后不平整，且曲率相差較大。上述問題使襯塊在焊縫區域貼合效果差，易產生臺階造成脫落。

要解決筒體制造質量差的問題，最簡單的方法就是筒體卷制或制造后對內壁進行機械加工，這就需要提高制造成本。

2.4 設計問題

因設計問題導致的旋流器局部損壞也是不容忽視的，常見的有以下幾點：

（1）襯塊的厚度設計不合理。有相當多的旋流器各部位的襯塊設計厚度都相同，導致磨損和沖擊大的部位先損壞。解決的辦法是加大薄弱部位的厚度或改用更好的材料，雖然成本略有提高，但總體上是經濟的。

（2）關鍵部位襯塊的形狀、材質等仍需進一步探討。以一段旋流器入料端導向筒方口與圓筒相交處的襯塊為例，有的采用兩塊襯塊拼接，有的采用整塊三角形襯塊，但頂部太尖。由于此處襯塊處于懸臂狀態，且經常受到物料的沖擊和側向擠壓，因此極易破裂損壞，大直徑旋流器的問題更突出，見圖4。目前有的生產廠家將此處的襯塊改用合金鑄件，雖解決了襯塊碎裂問題，但合金鑄件的耐磨性能通常不如陶瓷。筆者建議將該處襯塊改用含氧化鋯的增韌陶瓷，且頂部應設計較大圓角，以改善其磨損狀況。

（3）邊緣襯塊尺寸太小。邊緣部位的襯塊有一段面沒有支撐，且此處物料的運動發生改變又使得襯塊受力較大，若襯塊尺寸太小則極易脫落導致局部損壞，因此邊緣的襯塊有效粘結長度不應小于100mm。

2.5 入料中混有鐵件

雖然選煤廠的煤流系統都設有除鐵器，但在實際生產中，鐵件進入旋流器的現象并不少見。對旋流器造成的損壞主要發生在錐段出口段1/3-1/4錐段長度的位置。錐件在這個位置因其密度大，緊貼襯塊旋轉排不出去，會不斷撞擊和磨削襯塊，造成襯塊出現凹槽而損壞，見圖5。可見，完善除鐵系統并加強管理是必要的。

分析可知，旋流器的非正常損壞由很多因素引起，而且經常是多個因素共同作用。因此，對旋流器運行的每一過程都應加強重視，嚴格把關，任何疏忽都會造成不良后果。

3 結語

綜上所述，在生產實踐中，旋流器無論是發生正常損壞還是非正常損壞，都會帶來巨大的經濟損失。雖然旋流器是損耗設備，但若能使其均衡損耗將大大減少制造和使用成本，提高其使用壽命，改善企業的經濟效益。因此，旋流器從設計到制造乃至使用，都有很大的改進空間。