Адгезионное взаимодействие углеродистых рабочих масс с поверхностями агрегатов - фактор их повреждения

А.А. Санди

Цель работы - поиск возможностей уменьшения адгезии углеродистых сред с рабочими поверхностями тепловых агрегатов и оборудования. Адгезионное взаимодействие углеродистых материалов с рабочими поверхностями является существенным фактором который влияет на ход процесса термической переработки а так же на надежность и долговечность агрегатов.

Установлено что напряжение адгезионного отрыва угольной шихты от конструкционных материалов P. при наг ревании в стационарном температурном поле 620…670 'С имеет наибольшие значения этих величин проявляются в интервале 200…800 'С от начала нагревания. Результаты приведены на рис. I. Проведенные ранее исследования показали, что на адгезионное взаимодействие с конструкционными материалами в температурном поле определяющее влияние оказывают характеристики сырья.

Рисунок 1 – Напряжения разрушения

Смена мощности на разрыв P и адгезии A рабочей массы в температурном поле для разных материалов при разной продолжительности контактов P и A . I – Со сталью СТ 3.2- с серым чугуном;3 - с сталью 12Х18Н10Т;4-с динасокварцитовым бетоном5 - с шамотным бетоном:6 - с шамотным мертелем.

Анализ экспериментальных результатов показал следующее. Под действием высоких температур и механических влияний, поверхностные слои конструкционных материалов которые контактируют с сырьем, изменяют свои физико-механические свойства, что приводит также к изменению адгезионных свойств.

С целью определения динамики изменения адгезионных свойств в зависимости от длительного воздействия температурного поля при контакте с рабочей массой была проведена серия многоразовых экспериментов на аналогичных образах исследуемого материала. Момент времени каждого испытания соответствовал времени максимального адгезионного взаимодействия для пары взаимодействующих материалов, который был определен на основе полученные ранее данных.

Было установлено, что для всех исследованных конструкционных материалов в температурном поле напряжение адгезионного отрыва C в начальный период выше, чем после длительного взаимодействия с сырьем. Это можно объяснить гем, что в первые 3... 6 часов контакта конструкционных материалов с угольной шихтой в температурном поле интенсивно протекает процесс насыщения углеродом поверхности материала, который приводит к ослаблению адгезионного взаимодействия. Адгезия нагретых углешихтовых масс к металлическим сильнее чем к огнеупорам.

Наибольшее значение A наблюдается в сером чугуне СЧ15. .Адгезионнго взаимодействие со сталями СтЗ и 12Х18НШТ немного слабее.

Напряжение адгезионного отрыва P для динасокварцитового и шамотного бетонов и мертелей всегда меньше, чем для металлов, этому способствует образование графитоподобных отложений, которые накапливаются в микронеровностях поверхности огнеупоров и имеют разрыхленную структуру.

Для шамотного мертеля напряжения адгезионного отрыва P в начальный период малы. Через два часа циклических испытаний они немного возрастают и потом, постепенно снижаясь, остаются практически неизменными. Это обьясняется тем, что поверхность мертеля представляет собой зернистую структуру и некоторые мнкрочастички очень слабо связаны с другими. В самом начале эксплуатации такого материала происходит отрыв из поверхности свободных частиц мертеля. После того, как все "свободные" частицы извлечены из поверхности, наблюдается адгезионное взаимодействие рабочей массы с более прочной структурой образца мертели. Далее протекает процесс насыщения углеводом поверхности, который снова приводит к снижению адгезионного взаимодействия.

Анализ экспериментальных исследований взаимодействия рабочей массы с разными материалами показал, что слой графитоподобного материл который образуется на поверхности разделения сред, по своим свойствам и влиянием на процесс продвижения рабочих масс в камере играет позитивную роль. Поэтому целесообразно проводить мероприятия, которые обеспечивают образование и сохранении графитоподобных отложений в микро- и макронеровностях рабочих поверхностей и тем самым снижать адгезионное взаимодействие и усилия продвижения рабочей массы на поверхностях агрегатов.

На основании обобщения комплекса исследований адгезионного взаимодействия угольных шихт при нагревании с рабочими поверхностями агрегатов можно сделать несколько выводов, имеющих практическое значение:

- адгезия к металлическим поверхностям более сильно проявлялся, чем к поверхностям огнеупоров.

- микронеровности поверхности огнеупоров не является фактором повышающим адгезию.

- наличие графитообразных отложений может способствовать снижению адгезии.