當代耐磨防護技術在水泥廠的應用(上)

　　當代的工業(yè)生產(chǎn)需要進行連續(xù)無故障地操作運行，這對于企業(yè)降低經(jīng)營費用、減少維修需求、合理配置勞動定員來說十分重要。在嚴酷的國際競爭環(huán)境下，工業(yè)企業(yè)的運作，不再是一個簡單的是與非的決策，取而代之的是，要在一個可以做出多種決定的范圍內選擇最佳的決策。這一點原則上適用于所有的行業(yè)，但對于基礎工業(yè)，尤其是水泥工業(yè)，特別適用。水泥廠的輸送系統(tǒng)和儲存設施每天都需要處置大量的磨蝕性散裝物料，各類輸送設備和其他設備的部件，除非在設計和防護上有足夠的考慮，否則它們只能在短期內正常工作。除了優(yōu)化總平面布局、減少輸送距離外，不同部件的材質選擇也顯得特別重要。

　　1.經(jīng)受時間考驗的耐磨防護材料
　　在20世紀中葉，水泥廠的建設者們和經(jīng)營者們選用了傳統(tǒng)的金屬材料，甚至考慮使用特殊的合金材料來制造設備，但在工業(yè)實踐中，它們始終未能達到理想的使用壽命。隨后，人們開發(fā)了耐磨材料襯砌來解決生產(chǎn)中的磨損問題。此后，這種趨勢一直在延續(xù)。至今，科研人員已經(jīng)研發(fā)出各種各樣的陶瓷耐磨材料、金屬耐磨材料以及橡膠和樹脂等高分子耐磨材料。

　　所有這些材料都具有各自不同的特性，例如不同的硬度、耐磨性、持續(xù)工作溫度、摩擦系數(shù)及不可忽視的材料成本等。因此，根據(jù)具體的設備工作參數(shù)選擇正確的材料是十分重要的。設備工作參數(shù)包括物料粒度大小和形狀、石英含量、輸送速度、工作壓力和溫度、可能達到的溫度峰值、化學邊界條件，等等。就以上這么多的影響因素而言，要想從數(shù)學上計算磨蝕率是不現(xiàn)實的。從不斷變化的操作運行條件來看，這種計算也是不可能的。因此，只能依靠水泥廠多年積累下來的在設計、運行、材料使用等方面的實踐經(jīng)驗。

　　在特定條件下能夠順利使用多年的典型耐磨材料有：
　?。?）Abresist
　　玄武巖耐磨澆鑄料是一種由熔融的玄武巖組成的耐磨礦物材料，它適用于由摩擦產(chǎn)生的磨損情況。它可用于高達350℃的環(huán)境條件，現(xiàn)已成功應用于管道、料倉、旋風筒和選粉機的耐磨內襯中。

　?。?）Kalcor 鋯剛玉是一種由氧化鋁和氧化鋯混合熔融組成的澆鑄材料，它可以用于存在高磨蝕應力或高溫的環(huán)境。

　?。?）Kalocer 高鋁陶瓷是一種由90%～93%的A l₂O₃組成的燒結陶瓷材料。這種材料可以被壓制成平片狀，具有極高的耐磨性能，它的應用使內襯產(chǎn)品可以做得很薄。另外，在管道中還可以使用氧化鋁圓筒狀內襯及片狀或很小的馬賽克內襯，這些方法也可以綜合應用于大型部件的內襯。

　　2.靈活、新的解決方案
　　Kalcret 是一種典型的新型硬質合成材料。從一般意義上說，它是一種水泥膠結的耐磨材料，其骨料由多種高硬度、強耐磨的無機物集料組成。由于其不同組分的顆粒結構能很好地組合在一起，因此這種材料具有致密的整體密度，從而使水泥中的微孔被超細的硅質顆粒———微米級甚至納米級的硅質顆粒所填充。該產(chǎn)品的結構組成取決于埋入水泥基質中的硬骨料組分。

　　耐磨材料的主要特性表現(xiàn)為其承受磨損應力的材料硬度，此類應力可以用標準化的試驗方法來模擬。舉例說，使用美國ASTMC704標準沖刷試驗的方法，其試驗結果對于摩擦性磨損以及超硬陶瓷材料的實際使用結果具有很好的符合性。在ASTMC704標準沖刷試驗中，磨料流以設定的參數(shù)沖刷試件，試件的磨損量可以被測定。其他的試驗方法可以用于別的材料，例如金屬。這些方法包括Brinell 試驗法，Vickers試驗法，以及Rockwell試驗法等。

　　ASTMC704標準沖刷試驗方法常用于各種不同類型的陶瓷材料。用此方法，Abresist 玄武巖耐磨澆鑄料及Kalc ret 硬質合成材料的耐磨值達到了大約2cm²，這個試驗結果非常理想，可以確保這些材料在許多實踐應用中具有足夠的使用壽命，而且也清楚地說明它們比傳統(tǒng)的耐磨材料優(yōu)越。此外，現(xiàn)代的物料輸送系統(tǒng)經(jīng)常在嚴酷的條件下運行（如很大的輸送量、很高的輸送速度等），這就要求設備內襯具有更好的耐久性，而其他比較典型的優(yōu)質材料包括Kalcor鋯剛玉和Kalocer 高鋁陶瓷，它們的磨蝕率明顯很低，因此在沖刷試驗中表現(xiàn)出較好的耐磨值。這些材料甚至在設備處于最大產(chǎn)能時，也具有足夠長的使用壽命。

　　如果可以短期停機，對于維修者來說，必要的耐磨材養(yǎng)護時間是十分重要的。對于標準的Kalcret 材料，在規(guī)定的養(yǎng)護時間內，其抗壓強度的發(fā)展與時間成正比，其強度曲線在初期顯得比較陡，大約在6d 后達到最大值。實際上，在大約8h 后就可以達到其最終強度的75%，這意味著設備可以重新正常運行了（指維修后的重新啟動）。

　　硬質合成材料可以采用涂抹、澆鑄、噴涂或預制構件錨固的方法進行施工。其中，涂抹法是最常用的施工方法，它可以安全地將新材料覆蓋在老材料之上。噴涂法在大面積施工方面突顯出極大的優(yōu)越性，其施工速度可以超過5m²/h，既省時又省錢。

　　對于短暫時間的停機，可以使用預制的Kalcret材料構件。這對幾何形狀相對簡單的環(huán)境特別適用，如平面形或圓筒形。預制構件的優(yōu)越性在于它們在安裝前必須進行養(yǎng)護，而它們的養(yǎng)護簡單、快速又可靠。預制構件在安裝后可以立即投入使用，即便用在高溫設備中也是如此。像Kalcret 這類產(chǎn)品的預制構件也可以和帶有絕熱材料的背襯同時供貨，根據(jù)需要的絕熱要求，選擇相對較薄的襯墊可以達到滿意的絕熱效果。舉例說，30mm 厚的Kalcret 耐磨內襯的背面可以再加上一層30mm 厚的微孔絕熱層，其總厚度為60mm ；當內側溫度達到700℃時，鋼殼體外側的溫度則只有80℃。

　　3.金屬的耐磨保護
　　Kalmetall-W 是一種在堅固的金屬基體上生成的多種表面硬化體系及表面硬質涂層。金屬基體是強度的承載體，它可以是標準鋼或特殊鋼，根據(jù)不同的用途而定。表面硬化層就是耐磨層，它是在碳化鉻基層上由C-Cr-Fe 系統(tǒng)組成。它可使金屬產(chǎn)品獲得很大的硬度，如使用某種特定的合金，其強度可高達820HV ，如果增加其他的合金元素，還可以改良其強度穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性。在焊接系統(tǒng)的協(xié)助下，可以生產(chǎn)出標準的板材，其尺寸可達到2m×4m ，可以使用等離子氣切割裝置切割出外形，隨后用卷板機來成型，然后制作內襯或完全自支撐的部件。在一些特殊的環(huán)境，有些管道或其他部件需要加內襯，典型的例子就是小口徑管道的內襯和磨輥、磨盤的表面硬化層，可以使用該產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以延長新部件的使用壽命，或翻新原部件以適應設備的運行周期。

　　Kalmetall-C 是硬質澆鑄料，比如硬鎳澆鑄料或NiHard 。根據(jù)不同的合金組成和硬化工藝，它可以適應不同的耐磨或耐沖擊要求。它適用于平面形狀、筒狀及磨輥的形狀，此類產(chǎn)品的硬質澆鑄件可以用作內襯材料及自支撐構件。由于它是澆鑄產(chǎn)品，大批量生產(chǎn)會有很好的經(jīng)濟效益。與Kalmetall-W 相類似，Kalmetall-C 的性能與合金的組成有關。Cr對硬度十分重要，Mo 對淬透性十分重要，Ni對韌性十分重要。硬質澆鑄件的一個典型的例子就是制作磨輥，它全是由硬鎳澆鑄件制作，其直徑可達3000mm ，寬度可達800mm 。

　　4.新型高耐磨陶瓷
　　當代最新開發(fā)的陶瓷產(chǎn)品之一就是Kalcor S 鋯剛玉。傳統(tǒng)的Kalcor 產(chǎn)品是一種熔融澆鑄的制品，而新產(chǎn)品是用細粉料冷態(tài)成型，然后煅燒而成。由于在材料的組成中加入了微米級和納米級的添加劑，使得這種材料的性能具有更廣泛的適應性，特別是對材料的硬度、高溫穩(wěn)定性、耐溫度峰值的沖擊等性能的適應。此外，與Kalcor 相比，這種材料更易于成型。而成型過程中的耐磨性能損失極小，即使是薄壁結構的內襯構件，也不會有孔隙、氣泡出現(xiàn)；其表面光滑，尺寸誤差很小。

　　Kalsica碳化硅陶瓷是眾所周知的材料，這類材料可應用于各個工業(yè)領域。多年以來，科研人員對這類材料進行了不斷的改進和探索，使其變得更加精致，具有更好的耐磨性和高溫穩(wěn)定性。當然，此類材料的價格相對昂貴，因此在基礎工業(yè)中的應用很有限。

　　5.緊固件系列
　　盡管有許多不同的材料具有可靠的耐磨性能可供選用，但是在實際應用中，由于緊固可靠性方面的問題，它們被逐一淘汰。因此，為了確保耐磨層工作的持久性，技術先進的緊固件系列的設計變得非常重要。

　　對于金屬材料，通常可以用螺紋錨固、焊接或懸掛等方法緊固，但對陶瓷材料而言，緊固問題就變得復雜多了。采用環(huán)氧樹脂進行膠結或用砂漿凝結，僅適用于溫度不超過150℃的環(huán)境。對于更高的溫度，或者有振動、需要懸吊固定的情況，仍然需要使用機械緊固系統(tǒng)。典型的例子就是使用焊塊進行緊固，焊塊的一頭錨入陶瓷塊，另一頭焊接在基板上，這種固定方法為安裝工作提供了相當大的靈活性。

　　除了焊塊固定法之外，穿孔固定法也是可行的。這種方法既可以使用螺栓，也可以使用焊接銷釘。雖然穿孔緊固法簡便易行，但其靈活性較差，而且施工中必須要小心，如果緊固時施加了過大的力矩，陶瓷片就會碎裂。（未完待續(xù)）