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当代耐磨防护技术在水泥厂的应用
当代的工业生产需要进行连续无故障地操作运行,这对于企业降低经营费用、减少维修需求、合理配置劳动定员来说十分重要。在严酷的国际竞争环境下,工业企业的运作,不再是一个简单的是与非的决策,取而代之的是,要在一个可以做出多种决定的范围内选择最佳的决策。这一点原则上适用于所有的行业,但对于基础工业,尤其是水泥工业,特别适用。水泥厂的输送系统和储存设施每天都需要处置大量的磨蚀性散装物料,各类输送设备和其他设备的部件,除非在设计和防护上有足够的考虑,否则它们只能在短期内正常工作。除了优化总平面布局、减少输送距离外,不同部件的材质选择也显得特别重要。 

 
 1.经受时间考验的耐磨防护材料 

  在20世纪中叶,水泥厂的建设者们和经营者们选用了传统的金属材料,甚至考虑使用特殊的合金材料来制造设备,但在工业实践中,它们始终未能达到理想的使用寿命。随后,人们开发了耐磨材料衬砌来解决生产中的磨损问题。此后,这种趋势一直在延续。至今,科研人员已经研发出各种各样的陶瓷耐磨材料、金属耐磨材料以及橡胶和树脂等高分子耐磨材料。 

  所有这些材料都具有各自不同的特性,例如不同的硬度、耐磨性、持续工作温度、摩擦系数及不可忽视的材料成本等。因此,根据具体的设备工作参数选择正确的材料是十分重要的。设备工作参数包括物料粒度大小和形状、石英含量、输送速度、工作压力和温度、可能达到的温度峰值、化学边界条件,等等。就以上这么多的影响因素而言,要想从数学上计算磨蚀率是不现实的。从不断变化的操作运行条件来看,这种计算也是不可能的。因此,只能依靠水泥厂多年积累下来的在设计、运行、材料使用等方面的实践经验。 

  在特定条件下能够顺利使用多年的典型耐磨材料有: 

  (1)Abresist 玄武岩耐磨浇铸料是一种由熔融的玄武岩组成的耐磨矿物材料,它适用于由摩擦产生的磨损情况。它可用于高达350℃的环境条件,现已成功应用于管道、料仓、旋风筒和选粉机的耐磨内衬中。 

  (2)Kalcor 锆刚玉是一种由氧化铝和氧化锆混合熔融组成的浇铸材料,它可以用于存在高磨蚀应力或高温的环境。 

  (3)Kalocer 高铝陶瓷是一种由90%~93%的Al2O3组成的烧结陶瓷材料。这种材料可以被压制成平片状,具有极高的耐磨性能,它的应用使内衬产品可以做得很薄。另外,在管道中还可以使用氧化铝圆筒状内衬及片状或很小的马赛克内衬,这些方法也可以综合应用于大型部件的内衬。 

  
2.灵活、新的解决方案 

  K a l c r e t 是一种典型的新型硬质合成材料。从一般意义上说,它是一种水泥胶结的耐磨材料,其骨料由多种高硬度、强耐磨的无机物集料组成。由于其不同组分的颗粒结构能很好地组合在一起,因此这种材料具有致密的整体密度,从而使水泥中的微孔被超细的硅质颗粒———微米级甚至纳米级的硅质颗粒所填充。该产品的结构组成取决于埋入水泥基质中的硬骨料组分。 

  耐磨材料的主要特性表现为其承受磨损应力的材料硬度,此类应力可以用标准化的试验方法来模拟。举例说,使用美国ASTMC 704标准冲刷试验的方法,其试验结果对于摩擦性磨损以及超硬陶瓷材料的实际使用结果具有很好的符合性。在ASTMC704标准冲刷试验中,磨料流以设定的参数冲刷试件,试件的磨损量可以被测定。其他的试验方法可以用于别的材料,例如金属。这些方法包括B rinell 试验法,Vick rs 试验法,以及Rockwell 试验法等。 

  ASTMC704标准冲刷试验方法常用于各种不同类型的陶瓷材料。用此方法,Abresist 玄武岩耐磨浇铸料及K a l c r e t 硬质合成材料的耐磨值达到了大约2c m2,这个试验结果非常理想,可以确保这些材料在许多实践应用中具有足够的使用寿命,而且也清楚地说明它们比传统的耐磨材料优越。此外,现代的物料输送系统经常在严酷的条件下运行(如很大的输送量、很高的输送速度等),这就要求设备内衬具有更好的耐久性,而其他比较典型的优质材料包括Kalcor 锆刚玉和Kalocer 高铝陶瓷,它们的磨蚀率明显很低,因此在冲刷试验中表现出较好的耐磨值。这些材料甚至在设备处于最大产能时,也具有足够长的使用寿命。 

  如果可以短期停机,对于维修者来说,必要的耐磨材养护时间是十分重要的。对于标准的Kalcret 材料,在规定的养护时间内,其抗压强度的发展与时间成正比,其强度曲线在初期显得比较陡,大约在6d 后达到最大值。实际上,在大约8h 后就可以达到其最终强度的75%,这意味着设备可以重新正常运行了(指维修后的重新启动)。 

  硬质合成材料可以采用涂抹、浇铸、喷涂或预制构件锚固的方法进行施工。其中,涂抹法是最常用的施工方法,它可以安全地将新材料覆盖在老材料之上。喷涂法在大面积施工方面突显出极大的优越性,其施工速度可以超过5m2/h ,既省时又省钱。 

  对于短暂时间的停机,可以使用预制的Kalcret 材料构件。这对几何形状相对简单的环境特别适用,如平面形或圆筒形。预制构件的优越性在于它们在安装前必须进行养护,而它们的养护简单、快速又可靠。预制构件在安装后可以立即投入使用,即便用在高温设备中也是如此。像Kalcret 这类产品的预制构件也可以和带有绝热材料的背衬同时供货,根据需要的绝热要求,选择相对较薄的衬垫可以达到满意的绝热效果。举例说,30m m 厚的K a l c r e t 耐磨内衬的背面可以再加上一层30m m 厚的微孔绝热层,其总厚度为60mm ;当内侧温度达到700℃时,钢壳体外侧的温度则只有80℃。 

 
 3.金属的耐磨保护 

  Kalmetall -W是一种在坚固的金属基体上生成的多种表面硬化体系及表面硬质涂层。金属基体是强度的承载体,它可以是标准钢或特殊钢,根据不同的用途而定。表面硬化层就是耐磨层,它是在碳化铬基层上由C -Cr -Fe 系统组成。它可使金属产品获得很大的硬度,如使用某种特定的合金,其强度可高达820HV ,如果增加其他的合金元素,还可以改良其强度稳定性和高温稳定性。在焊接系统的协助下,可以生产出标准的板材,其尺寸可达到2m ×4m ,可以使用等离子气切割装置切割出外形,随后用卷板机来成型,然后制作内衬或完全自支撑的部件。在一些特殊的环境,有些管道或其他部件需要加内衬,典型的例子就是小口径管道的内衬和磨辊、磨盘的表面硬化层,可以使用该产品。该产品可以延长新部件的使用寿命,或翻新原部件以适应设备的运行周期。 

  Kalmetall -C 是硬质浇铸料,比如硬镍浇铸料或NiHard 。根据不同的合金组成和硬化工艺,它可以适应不同的耐磨或耐冲击要求。它适用于平面形状、筒状及磨辊的形状,此类产品的硬质浇铸件可以用作内衬材料及自支撑构件。由于它是浇铸产品,大批量生产会有很好的经济效益。与Kalmetall -W 相类似,Kalmetall -C 的性能与合金的组成有关。Cr 对硬度十分重要,Mo 对淬透性十分重要,Ni 对韧性十分重要。硬质浇铸件的一个典型的例子就是制作磨辊,它全是由硬镍浇铸件制作,其直径可达3000m m ,宽度可达800m m 。 

  
4.新型高耐磨陶瓷 

  当代最新开发的陶瓷产品之一就是Kalcor -S 锆刚玉。传统的Kalcor 产品是一种熔融浇铸的制品,而新产品是用细粉料冷态成型,然后煅烧而成。由于在材料的组成中加入了微米级和纳米级的添加剂,使得这种材料的性能具有更广泛的适应性,特别是对材料的硬度、高温稳定性、耐温度峰值的冲击等性能的适应。此外,与Kalcor 相比,这种材料更易于成型。而成型过程中的耐磨性能损失极小,即使是薄壁结构的内衬构件,也不会有孔隙、气泡出现;其表面光滑,尺寸误差很小。 

  Kalsica 碳化硅陶瓷是众所周知的材料,这类材料可应用于各个工业领域。多年以来,科研人员对这类材料进行了不断的改进和探索,使其变得更加精致,具有更好的耐磨性和高温稳定性。当然,此类材料的价格相对昂贵,因此在基础工业中的应用很有限。 

  
5.紧固件系列 

  尽管有许多不同的材料具有可靠的耐磨性能可供选用,但是在实际应用中,由于紧固可靠性方面的问题,它们被逐一淘汰。因此,为了确保耐磨层工作的持久性,技术先进的紧固件系列的设计变得非常重要。 

  对于金属材料,通常可以用螺纹锚固、焊接或悬挂等方法紧固,但对陶瓷材料而言,紧固问题就变得复杂多了。采用环氧树脂进行胶结或用砂浆凝结,仅适用于温度不超过150℃的环境。对于更高的温度,或者有振动、需要悬吊固定的情况,仍然需要使用机械紧固系统。典型的例子就是使用焊块进行紧固,焊块的一头锚入陶瓷块,另一头焊接在基板上,这种固定方法为安装工作提供了相当大的灵活性。 

  除了焊块固定法之外,穿孔固定法也是可行的。这种方法既可以使用螺栓,也可以使用焊接销钉。虽然穿孔紧固法简便易行,但其灵活性较差,而且施工中必须要小心,如果紧固时施加了过大的力矩,陶瓷片就会碎裂。
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