邵曉克

山東興和特種材料有限公司，山東 臨沂 276000

非金屬耐磨材料在水泥工業(yè)粉磨設(shè)備中的應(yīng)用

邵曉克

山東興和特種材料有限公司，山東 臨沂 276000

設(shè)備的磨損和防磨是一個(gè)矛盾體，掌握常用耐磨材料的特點(diǎn)，再根據(jù)不同部位的磨損性質(zhì)和工作條件，有針對(duì)性地選擇適宜的耐磨材料和防磨方法，才是設(shè)備防磨的科學(xué)方法。常用非金屬耐磨材料有SHC耐磨陶瓷、SHN納米陶瓷、SHA合金陶瓷、SHT鈦金陶瓷、SHH高溫陶瓷。在水泥工業(yè)粉磨系統(tǒng)中，立磨諸多部件 （內(nèi)錐體、靜態(tài)葉片、選粉機(jī)殼體、選粉機(jī)軸套、立磨筒體、磨輥密封環(huán)、磨輥軸套、刮料板、噴口環(huán)）、輥壓機(jī)側(cè)擋板、磨機(jī)出口管道彎頭及膨脹節(jié)以及粉磨系統(tǒng)之回轉(zhuǎn)卸料器、循環(huán)風(fēng)機(jī)葉輪、風(fēng)機(jī)殼體、三道鎖風(fēng)閥閥板等科學(xué)地選用非金屬耐磨材料，能起到事半功倍的防磨損作用。

磨損 防磨 立磨 輥壓機(jī) 磨機(jī)

0 引言

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，全球能源的三分之一是最后表現(xiàn)為消耗或克服某種形式的摩擦上。腐蝕、磨損和斷裂是材料失效的三種主要形式，其中由于摩擦導(dǎo)致磨損失效約占設(shè)備損壞的70%以上，全世界每年因此損失都在上千億美元。改善潤(rùn)滑、降低磨損可以帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，據(jù)估計(jì)約占各國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值2%以上。在我國(guó)，這一比例高達(dá)4%。

不僅如此，磨損還帶來(lái)了其他問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)企業(yè)因磨損而引起的停機(jī)時(shí)間占總停機(jī)時(shí)間的50%以上。設(shè)備磨損問(wèn)題已經(jīng)成為工業(yè)企業(yè)能否高效運(yùn)營(yíng)的至關(guān)重要的因素。

通過(guò)系統(tǒng)的防磨改造，可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率8%，減少能源消耗10%，降低防磨投入40%。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇的今天，企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力就體現(xiàn)在細(xì)微之處的革新，在設(shè)備防磨方面先人一步，就能確保處處領(lǐng)先。

而在水泥行業(yè)，每生產(chǎn)1 t水泥需要粉磨各種物料3 t以上，粉磨成本占生產(chǎn)總成本的35%左右，而粉磨系統(tǒng)的維修量約占全廠設(shè)備總維修量的60%，其鋼鐵消耗占工廠鋼鐵總消耗的55%以上。因此，如何選用合適的耐磨材料和抗磨方式，有效提高粉磨系統(tǒng)設(shè)備的抗磨損能力，從而提高設(shè)備的壽命和可靠性，就成為眾多設(shè)備和使用廠家共同關(guān)注的問(wèn)題。本文就非金屬耐磨材料在水泥工業(yè)粉磨設(shè)備的應(yīng)用情況進(jìn)行闡述。

1 磨損與防磨

設(shè)備的磨損和防磨是一個(gè)矛盾體，掌握常用耐磨材料的特點(diǎn)，再根據(jù)不同部位的磨損性質(zhì)和工作條件，有針對(duì)性地選擇適宜的耐磨材料和防磨方法，才是設(shè)備防磨的科學(xué)方法。

1.1 影響磨損的主要因素

1.1.1 磨料的性質(zhì)

磨料的硬度、顆粒大小、磨粒形狀對(duì)磨損都有較大影響。實(shí)驗(yàn)表明，磨料硬度越高，磨損越嚴(yán)重；一般磨粒尺寸在20μm～200μm 時(shí)，材料磨損率隨磨損尺寸的增大而上升，但磨粒尺寸增加到某一臨界值時(shí)材料磨損率幾乎不變或變化很緩慢；多角狀磨粒比球狀圓滑磨粒在同樣條件下磨損量大4倍，相對(duì)來(lái)說(shuō)，磨粒形狀對(duì)韌性材料影響較大，對(duì)脆性材料影響較小。

1.1.2 靶材的性質(zhì)

靶材的硬度、韌性和彈性模量是決定此種材料是否耐磨的決定性因素，一般來(lái)講，靶材的硬度越高、韌性越好、彈性模量越大，材料的性能越好。但是靶材的硬度與韌性以及彈性模量是否適合某一工況，并不完全取決于材料本身，而很大程度上依賴(lài)外部環(huán)境的變化，這也是防磨的精髓和重點(diǎn)。

塑性材料和脆性材料沖蝕性能的明顯不同是由其不同的沖蝕機(jī)理決定的，對(duì)于金屬等韌性材料，微切削（見(jiàn)圖1左）是主要沖蝕機(jī)制；而對(duì)于陶瓷等脆性材料，裂紋（見(jiàn)圖1右）擴(kuò)展和交叉產(chǎn)生脆性斷裂是主要沖蝕機(jī)制。

圖1 沖蝕機(jī)理

1.1.3 入射速度

實(shí)驗(yàn)表明，速度對(duì)磨損的影響程度最大，磨損量與速度的三次方成正比。

1.1.4 入射角

入射角是指靶材表面和入射粒子運(yùn)動(dòng)軌跡之間的夾角，當(dāng)入射角度很低時(shí)，入射粒子在垂直材料表面方向上的動(dòng)能分量不足以造成材料的嚴(yán)重破壞時(shí)，脆性材料體現(xiàn)出高硬度的優(yōu)越性來(lái)，呈現(xiàn)出比韌性材料更低的沖蝕率。這也是為什么彎頭、三通、異徑管、分配器等管道比直管磨損更嚴(yán)重的原因，在用管道輸送物料的系統(tǒng)中，彎頭處的沖蝕磨損比直管部分的磨損大約嚴(yán)重50倍。

入射角的影響與靶材類(lèi)型有關(guān)，塑性材料在20°～30°角沖擊時(shí)，破壞最大。而脆性材料在垂直沖擊時(shí)破壞最大。

1.2 設(shè)備防磨的主要措施

磨料的硬度、顆粒大小及幾何形狀都是由工藝決定，輕易無(wú)法改變，防磨的重點(diǎn)在于改變靶材的性質(zhì)以及創(chuàng)造良好的外部條件。

1.2.1 降低入射角

在條件允許的情況下，可增大彎頭曲率半徑，一般曲率半徑選擇管徑的5 倍最為適當(dāng)。盡量避免使用蝦米彎頭，而改為更平滑的熱彎彎頭（見(jiàn)圖2），使管道內(nèi)氣流通暢。

1.2.2 降低物料流速

在保證管內(nèi)粉塵不沉降的前提下，盡量控制管內(nèi)風(fēng)速。有很多時(shí)候過(guò)快的流速并不是工藝要求，而是設(shè)計(jì)不合理造成的，比如風(fēng)壓偏大、管道口徑設(shè)計(jì)偏小或有堵料現(xiàn)象等。

1.2.3 選用合適的耐磨材料

設(shè)備防磨需要遵循的一般原則是 選用的耐磨材料硬度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磨料的硬度。除此之外，還要關(guān)注不同工況對(duì)材料的特殊要求，根據(jù)設(shè)備磨損的原理，將設(shè)備分為氣力輸送設(shè)備和物料輸送設(shè)備，氣力輸送設(shè)備的防磨以提升表面材料的硬度為主，對(duì)于以疲勞磨損為主的物料輸送系統(tǒng)，就不但要考慮材料的硬度，還要關(guān)注其韌性和彈性模量。

圖2 蝦米彎頭和更平滑的熱彎彎頭

抗磨損材料可分為三大類(lèi)：金屬和金屬化合物，如具有特殊性質(zhì)的合金鋼；陶瓷及其復(fù)合材料；塑料或橡膠，特別是橡膠和聚氨酯化合物。當(dāng)某種工況特別復(fù)雜，單一材料無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，可以把這三種材料相互結(jié)合起來(lái)使用，如鋼與橡膠、陶瓷與金屬和橡膠與陶瓷的復(fù)合材料。

2 常用非金屬耐磨材料

2.1 SHC耐磨陶瓷

SHC耐磨陶瓷主要成分是高純度氧化鋁，由于氧化鋁優(yōu)異的性能和良好的性?xún)r(jià)比，是目前應(yīng)用最廣泛的陶瓷材料。它被用于要求高耐磨、良好的耐腐蝕性以及耐壓的地方。由于它的絕緣性能，也常常被用于電子產(chǎn)品。

2.2 SHN納米陶瓷

SHN納米陶瓷是一種由氧化鋁、碳氮化合物及稀土氧化物所組成的一種復(fù)合陶瓷，其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)使分子間的鍵能顯著增強(qiáng)，同時(shí)添加稀土氧化物，通過(guò)微晶理論、彌散強(qiáng)化理論和雙骨架結(jié)構(gòu)來(lái)補(bǔ)強(qiáng)，使陶瓷材料在強(qiáng)度和韌性上得到極大提高。

當(dāng)SHC耐磨陶瓷無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)械性能要求時(shí)，這種材料會(huì)是完美的選擇，與SHA合金陶瓷相比，具有更優(yōu)的性能價(jià)格比。

SHN納米陶瓷通過(guò)以下途徑增加陶瓷韌性：

（1）在納米晶體結(jié)構(gòu)下，鄰近的原子共享一個(gè)邊界，體積更小，密度更大，從而使它變得更加堅(jiān)硬。

（2）盡可能降低陶瓷材料中缺陷尺寸，細(xì)化陶瓷組織的晶粒、降低氣孔的尺寸、減少有害雜質(zhì)。

（3）在原材料中添加稀有元素，主要是抑制其晶粒長(zhǎng)大，易于在材料內(nèi)部形成了一種均勻致密的微晶結(jié)構(gòu)，使材料抗彎強(qiáng)度提高，斷裂韌性增加。

（4）在陶瓷制備過(guò)程中添加SIC晶須，晶須在拔出和斷裂時(shí)，都要消耗一定的能量，從而使外加負(fù)荷的一部分或大部分能量被消耗掉，以減緩裂紋擴(kuò)展，并使主裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中轉(zhuǎn)向、分叉，從而起到增韌作用。

2.3 SHA合金陶瓷

SHA合金陶瓷是目前市場(chǎng)上最堅(jiān)韌的陶瓷材料之一，是硬度和韌性最佳平衡的完美結(jié)合體。

SHA合金陶瓷具有高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、極高的耐磨性及耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)良的物化性能。它的高沖擊性能、高抗彎強(qiáng)度和硬度使其成為工況惡劣高沖擊部位防磨的最佳材料。它的低導(dǎo)熱性使其是用于高壓機(jī)械零件熱絕緣的理想材料。由于它的熱膨脹系數(shù)接近鋼鐵，已經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)中金屬機(jī)械配件的理想替代品。

SHA合金陶瓷采用機(jī)械合金化工藝合成，粉體內(nèi)添加的金屬陶瓷結(jié)合劑由高熔點(diǎn)高硬度的金屬氧化物、碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物等，高熔點(diǎn)金屬或其合金，燒結(jié)助劑和少量的稀土氧化物組成。

SHA合金陶瓷已經(jīng)在陶瓷、耐火材料、機(jī)械、電子、光學(xué)、航空航天、生物、化學(xué)等各種領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。

2.4 SHT鈦金陶瓷

SHT鈦金陶瓷晶體結(jié)構(gòu)與金剛石非常相似，化學(xué)鍵類(lèi)型相同，晶格常數(shù)相近，因此具有與金剛石相近的硬度和強(qiáng)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金和陶瓷，是迄今為止僅次于金剛石的人工合成材料。

SHT鈦金陶瓷采用鈦?zhàn)鳛榻Y(jié)合劑，加入Y、Dy等的氧化物和氮化物以及Ce、Nd、Gd、Lu等稀土元素與硼化鋁和硼化鈦一起滲入到晶粒間，促使聚晶致密，提高材料的強(qiáng)度。

SHT鈦金陶瓷不但具有金剛石的許多優(yōu)良特性，而且有更高的熱穩(wěn)定性和對(duì)鐵族金屬及其合金的化學(xué)惰性。用于加工高硬度材料時(shí)具有比硬質(zhì)合金及陶瓷更高的耐磨性，能減少大型零件加工中的尺寸偏差或尺寸分散性。可替代硬質(zhì)合金刀具的新型材料，是硬質(zhì)合金刀具材料加工綜合效益的8～10倍。

SHT鈦金陶瓷作為超硬磨料在不同行業(yè)的加工領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在更是成為航空航天、汽車(chē)、微電子、真空設(shè)備、光電通信、貴金屬冶煉等工業(yè)不可或缺的重要材料。2.5 SHH高溫陶瓷

SHH高溫陶瓷以其抗氧化性強(qiáng)、耐磨性能好、硬度高、熱穩(wěn)定性好、高溫強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率大以及抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性，在高溫、熱沖擊、腐蝕性等惡劣環(huán)境中顯示出其獨(dú)有的優(yōu)越性。

通過(guò)獨(dú)特工藝使陶瓷在液相燒結(jié)過(guò)程輔以高溫等靜壓后處理，促進(jìn)致密而均勻的顯微結(jié)構(gòu)的形成，表面氮化處理消除了開(kāi)口氣孔，得到韌性很高的陶瓷材料。

它具有較低的熱膨脹系數(shù)和高導(dǎo)熱系數(shù)，使其制品在加熱及冷卻過(guò)程中受到的熱應(yīng)力較小，這就是SHH高溫陶瓷抗熱震性特別好的原因。

3 非金屬耐磨材料在水泥工業(yè)粉磨設(shè)備中的典型應(yīng)用

3.1 立磨系統(tǒng)防磨

作為重要的原料制備設(shè)備，立磨從一誕生起，就始終面對(duì)磨損的考驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在立磨失效的零部件中約有80%以上屬于金屬磨損所造成的直接或間接后果。金屬磨損會(huì)造成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率降低，工件更換維修頻繁、能耗增加等。

3.1.1 立磨內(nèi)錐體

噴口環(huán)吹來(lái)的高速氣流夾雜著硬質(zhì)顆粒在此匯集，沖刷內(nèi)錐體，很快就會(huì)被磨損（見(jiàn)圖3），需要頻繁修補(bǔ)。分析其磨損原因，這里既有粗顆粒物料滑動(dòng)造成的磨粒磨損，也有由高濃度含塵氣體夾帶粗顆粒物料高速?zèng)_刷造成的沖擊磨損。

圖3 磨損嚴(yán)重的內(nèi)錐體

內(nèi)錐體一旦磨穿，會(huì)造成：

（1） 部分粗粉無(wú)法回到磨盤(pán)，在選粉區(qū)打轉(zhuǎn)，擾亂選粉區(qū)氣流，造成不必要的物料內(nèi)循環(huán)。

（2） 使選粉機(jī)內(nèi)錐體與噴口環(huán)之間風(fēng)速過(guò)低，含塵氣體無(wú)法在此加速，一部分含塵氣體到達(dá)不了選粉區(qū)域，造成不必要的物料內(nèi)循環(huán)，導(dǎo)致磨機(jī)能耗增加，產(chǎn)量降低。

3.1.2 立磨靜態(tài)葉片

靜態(tài)葉片是高效選粉機(jī)（圖4）粗細(xì)分離的重要部件，當(dāng)含塵氣體在通過(guò)時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)形成強(qiáng)制渦流，大顆粒因慣性較大保持原有運(yùn)動(dòng)方向而與導(dǎo)風(fēng)葉片的背風(fēng)面相撞失去動(dòng)能落入內(nèi)錐體，較細(xì)粉則隨氣流進(jìn)入選粉區(qū)域進(jìn)行分選。

由于高速氣流長(zhǎng)期沖刷，靜態(tài)葉片磨損嚴(yán)重，對(duì)于生料、煤粉等磨蝕性不強(qiáng)的物料，采用耐磨鋼板尚可勉強(qiáng)使用；對(duì)于水泥、礦渣等高磨蝕性物料，一般也僅能使用幾個(gè)月。

圖4 高效選粉機(jī)

靜態(tài)葉片一旦磨損失效，就會(huì)使不合格顆粒進(jìn)入選粉區(qū)，造成粗細(xì)粉返混，帶來(lái)分割粒徑偏差，降低分級(jí)精度。

3.1.3 選粉機(jī)殼體

選粉機(jī)殼體受轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)攜帶的硬質(zhì)顆粒沖刷（圖5），顆粒硬度較高，沖刷角度不規(guī)則，且在高速運(yùn)行中獲得強(qiáng)大動(dòng)能，對(duì)殼體造成沖蝕磨損并伴隨較大的振動(dòng)，形成不規(guī)則溝槽。

3.1.4 選粉機(jī)軸套

選粉機(jī)主軸軸套（圖6）內(nèi)充有潤(rùn)滑油，對(duì)主軸軸承起潤(rùn)滑作用，如果采用現(xiàn)場(chǎng)電焊焊補(bǔ)方法堵漏，不僅存在著火不安全因素，而且焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊渣一旦掉入潤(rùn)滑油里，將造成軸承損壞。

采用耐磨材料可以有效防護(hù)軸套免受磨損，支撐桿可以采用工廠預(yù)制的防磨防護(hù)。

3.1.5 立磨筒體

立磨筒體所處理的物料是各種粒度、硬度不一的顆粒，這些物料在中速磨內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，不停地對(duì)中速磨各部分機(jī)體產(chǎn)生摩擦、沖刷和撞擊，筒體磨損在所難免。立磨筒體磨損的原因比較復(fù)雜，這里面既有粗顆粒物料滑動(dòng)造成的磨粒磨損，也有由高濃度含塵氣體高速?zèng)_刷造成的風(fēng)蝕磨損，還有由粗顆粒物料甚至磨機(jī)破碎的研磨體等異物高速撞擊所造成的沖擊磨損。

圖5 選粉機(jī)殼體受轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)攜帶的硬質(zhì)顆粒沖刷

圖6 選粉機(jī)主軸軸套

特別是磨盤(pán)以上2 m內(nèi)區(qū)域，不但沖刷嚴(yán)重，而且有大塊顆粒物料撞擊，采用傳統(tǒng)的防磨處理，均不能達(dá)到良好效果?？梢栽谀ケP(pán)以上2 m內(nèi)區(qū)域裝貼焊接型耐磨陶瓷（見(jiàn)圖7）。該產(chǎn)品采用獨(dú)特工藝制成，具有高硬度、高韌性的特點(diǎn)，同時(shí)改變了傳統(tǒng)的粘貼安裝方式，采用粘膠、螺釘雙重固定，特別適合在溫度較高且有一定沖擊的部位使用。

圖7 磨盤(pán)以上2 m內(nèi)區(qū)域裝貼焊接型耐磨陶瓷

3.1.6 立磨磨輥密封環(huán)

立磨磨盤(pán)座與架體間有兩道密封裝置，如果這些地方密封損壞，漏風(fēng)嚴(yán)重，將會(huì)影響噴口環(huán)的風(fēng)速，造成吐渣加重。

立磨磨輥密封環(huán)采用熱硫化工藝將耐磨陶瓷按照一定的布局硫化在特種橡膠內(nèi)，見(jiàn)圖8。這種結(jié)構(gòu)既發(fā)揮了氧化鋁陶瓷耐高溫磨損、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，又體現(xiàn)了橡膠材料高強(qiáng)度、高韌性和密封性好的特點(diǎn)，且一體化設(shè)計(jì)，便于更換和安裝。

3.1.7 立磨磨輥軸套

立磨軸承和骨架油封要達(dá)到正常使用壽命，必須做好磨輥的密封。一般輥套是由耐磨材料鑄造而成，輥套的耐磨性是決定輥套使用壽命的主要因素，但輥套屬脆性材料，硬度過(guò)高，會(huì)使輥套的抗震效能減低，使用時(shí)發(fā)生脆裂，嚴(yán)重時(shí)輥套在熱處理過(guò)程中就可能發(fā)生斷裂。

圖8 立磨磨輥密封環(huán)上的耐磨陶瓷

造成輥套磨損的主要因素有以下原因：

（1）大塊物料在磨輥與磨盤(pán)的擠壓下，部分物料濺出，直接沖擊輥套。應(yīng)力集中處受到物料沖擊次數(shù)越多，則磨損越嚴(yán)重。

（2）碾過(guò)的物料越過(guò)磨盤(pán)邊緣的擋料環(huán)，被從噴口環(huán)噴出的熱風(fēng)吹起，高速氣流夾雜著物料沖刷輥套。

解決輥套磨損問(wèn)題，目前通常做法是在易磨損區(qū)域進(jìn)行耐磨焊條堆焊處理。這種方法雖然不失為可行的方法，但表面堆焊對(duì)工件的熱輸入量高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。最重要的是與硬質(zhì)顆粒硬度相比，耐磨焊條的硬度偏低，不足以達(dá)到抗磨的目的，使用壽命往往不足半年，頻繁的更換與維修，維修人員深受其苦。

推薦采用陶瓷立磨磨輥軸套，主要材料選用SHN納米陶瓷材料，采用機(jī)械與粘膠雙重固定的辦法，可使陶瓷牢固地與鋼鐵結(jié)合。壽命比現(xiàn)有耐磨堆焊輥套至少延長(zhǎng)10～15倍，而且可以提高立磨的可靠性，延長(zhǎng)了立磨磨輥密封的工作壽命，降低了軸承損壞的概率。

3.1.8 立磨刮料板

目前刮料板一般使用堆焊耐磨板，由于物料顆粒大、硬度高、落差大，對(duì)刮板磨損沖擊嚴(yán)重，一般使用1～2個(gè)月即磨損失效。

針對(duì)刮板大顆粒磨損沖擊的運(yùn)行工況，可采用燕尾結(jié)構(gòu)將SHA合金陶瓷制成襯板，襯板采用包邊設(shè)計(jì)可以有效保護(hù)陶瓷，襯板易磨損底側(cè)和外側(cè)用U型陶瓷防護(hù)。

3.1.9 立磨噴口環(huán)

噴口環(huán)是由環(huán)繞磨盤(pán)的斜向菱形槽口組成的，入磨氣體在噴口環(huán)和導(dǎo)向錐作用下呈旋流風(fēng)人磨，阻止物料通過(guò)噴口環(huán)下跌，符合粒度要求的物料由旋流風(fēng)輸送到上部分離器。此處風(fēng)速高達(dá)80～90 m/s，在含塵氣體沖刷下磨損非常嚴(yán)重。噴口環(huán)襯板磨損以及噴口環(huán)與磨盤(pán)之間的間隙增大，磨腔內(nèi)不能形成良好的旋向風(fēng)，使風(fēng)壓失衡或噴口環(huán)風(fēng)速不夠，吹不起磨盤(pán)邊緣溢出的物料。

操作中為保證噴口環(huán)風(fēng)速，必然調(diào)大風(fēng)機(jī)前風(fēng)閥開(kāi)度，以增大風(fēng)量。這將導(dǎo)致三個(gè)不好的結(jié)果，第一是選粉機(jī)風(fēng)量超過(guò)額定風(fēng)量，選粉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高，回粉量增大，選粉效率降低；第二是由于風(fēng)量加大，立磨及其選粉機(jī)內(nèi)部風(fēng)速加快，設(shè)備磨損加??；第三是由于風(fēng)量加大，風(fēng)機(jī)電流增大，風(fēng)機(jī)能耗增加，由于回粉量增大，立磨能耗增加，因此系統(tǒng)能耗增加。

采用專(zhuān)利技術(shù)生產(chǎn)的噴口環(huán)襯板具有耐磨損、抗沖刷、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使用壽命是普通耐磨板的20倍以上。噴口環(huán)的磨損見(jiàn)圖9。

圖9 噴口環(huán)的磨損

3.2 回轉(zhuǎn)卸料器

部分水泥廠家生料入磨（輥）定量給料的鎖風(fēng)喂料裝置為回轉(zhuǎn)卸料器，其原理是當(dāng)上部料倉(cāng)的物料靠自重落下充填在葉片之間的空隙中，隨葉片的旋轉(zhuǎn)而在下部卸出。硬質(zhì)顆粒在葉片的帶動(dòng)下不斷刮擦筒壁，致使筒壁磨損嚴(yán)重?？稍诨剞D(zhuǎn)卸料器的殼體內(nèi)襯耐磨陶瓷，使用壽命可延長(zhǎng)20倍以上。

3.3 循環(huán)風(fēng)機(jī)葉輪

現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)粉體輸送基本都是靠封閉式管道輸送，風(fēng)機(jī)作為動(dòng)力源是必不可少的設(shè)備。但是風(fēng)機(jī)葉輪作為易耗件普遍存在磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，如不及時(shí)進(jìn)行檢修，極易導(dǎo)致軸瓦燒壞，甚至引發(fā)葉片斷裂及飛車(chē)等重大事故，嚴(yán)重影響系統(tǒng)安全與經(jīng)濟(jì)效益。

傳統(tǒng)的葉片表面防磨的工藝主要是耐磨堆焊，由于施工過(guò)程中，工作面瞬間高溫受熱，葉輪的熱應(yīng)力和變形問(wèn)題難以克服。

近年來(lái)，將硬度更高的耐磨陶瓷應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉輪上是個(gè)炙手可熱的課題。但是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)葉輪上安裝耐磨陶瓷絕非簡(jiǎn)單的工藝，這里不但要克服陶瓷在高速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，還要克服溫度、濕度、腐蝕對(duì)陶瓷和粘膠的影響，另外還涉及空氣動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)理論?？梢哉f(shuō)耐磨陶瓷應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉輪代表了耐磨陶瓷應(yīng)用的尖端技術(shù)。

目前此項(xiàng)技術(shù)已獲得重大突破，被廣泛推廣應(yīng)用。與傳統(tǒng)防磨方式相比，采用耐磨陶瓷對(duì)葉輪進(jìn)行防磨有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）耐磨性能提高20倍。風(fēng)機(jī)葉輪是典型的低沖射角磨損，此種工況陶瓷擁有最高的耐磨性，比耐磨堆焊耐磨20倍以上。

（2）保持葉輪原有結(jié)構(gòu)。與表面堆焊及熱噴涂等熱態(tài)工藝會(huì)對(duì)葉輪造成熱應(yīng)力和變形相比，耐磨陶瓷安裝屬于冷態(tài)防磨，幾乎不影響葉輪原有結(jié)構(gòu)。

（3）減輕葉輪重量，使能耗更低。

陶瓷密度只相當(dāng)于耐磨堆焊的1/3，與采用耐磨堆焊相比增重更小，降低設(shè)備負(fù)荷，延長(zhǎng)軸承壽命。

（4）采用合理的結(jié)構(gòu)可使陶瓷安裝牢固，運(yùn)行安全可靠。

目前大多數(shù)采用陶瓷對(duì)葉輪進(jìn)行防磨的工藝是粘貼方式，這種工藝主要采用有機(jī)或無(wú)機(jī)粘接劑將耐磨工程陶瓷塊粘接在葉輪的葉片及中(后)盤(pán)等易磨損的部位。由于粘接劑在高溫下粘接強(qiáng)度急劇下降，且葉輪轉(zhuǎn)速較高，線(xiàn)速度較大（通常大于120 m/s），故此類(lèi)型陶瓷防磨葉輪僅能應(yīng)用于低溫工作環(huán)境，并且其工作穩(wěn)定性較差，安全性也不太可靠。而且這種工藝無(wú)法對(duì)葉輪磨損最嚴(yán)重的葉片進(jìn)風(fēng)口及葉片根部進(jìn)行有效防護(hù)，使用效果大打折扣。

山東興和特種材料有限公司采用獨(dú)特結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖10、11、12），利用機(jī)械原理將燕尾陶瓷鑲嵌進(jìn)焊接在葉片上的鋼鐵燕尾條卡條上，同時(shí)配合耐高溫?zé)o機(jī)粘合劑粘貼，實(shí)現(xiàn)機(jī)械、粘膠雙重保護(hù)，即使陶瓷塊破裂，也不會(huì)脫落，增加了葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性、穩(wěn)定性。特制的流線(xiàn)形陶瓷部件，巧妙地利用葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的防止葉片入口處陶瓷元件的脫落，將沖蝕角的角度大大減少，以分散高速固粒的沖擊能量，從而顯著地提高了葉片入口端部的抗沖蝕磨損能力。

風(fēng)機(jī)殼體的磨損原因很復(fù)雜，是空氣動(dòng)力學(xué)磨料的沖蝕磨損、低應(yīng)力擦傷型磨料磨損和腐蝕磨損聯(lián)合作用的結(jié)果。三種磨損形式中以空氣動(dòng)力學(xué)磨料的沖蝕磨損為主，低應(yīng)力擦傷型磨料磨損和腐蝕磨損為輔；同時(shí)低應(yīng)力擦傷型磨料磨損和腐蝕磨損將加劇空氣動(dòng)力學(xué)磨料的沖蝕磨損。

圖10 L型陶瓷有效保護(hù)葉片與輪盤(pán)接縫處

圖11 流線(xiàn)型設(shè)計(jì)的U型陶瓷保護(hù)磨損嚴(yán)重的葉片迎風(fēng)面

圖12 陶瓷蓋帽保護(hù)輪轂上的螺釘免受物料磨損

3.4 風(fēng)機(jī)殼體

而且風(fēng)機(jī)殼體在運(yùn)行中震動(dòng)較大，采用傳統(tǒng)粘貼耐磨陶瓷片的方法不可行，很容易造成脫落。

推薦采用燕尾型耐磨陶瓷，該產(chǎn)品主要利用機(jī)械原理將燕尾陶瓷鑲嵌進(jìn)焊接在葉片上的鋼鐵燕尾條卡條上，同時(shí)配合耐高溫?zé)o機(jī)粘合劑粘貼，實(shí)現(xiàn)機(jī)械、粘膠雙重保護(hù)，即使陶瓷塊破裂，也不會(huì)脫落，增加了運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性、穩(wěn)定性。由于卡條處于陶瓷塊的保護(hù)下，氣體介質(zhì)不會(huì)直接沖刷卡條，卡條不存在磨損問(wèn)題。

3.5 三道鎖風(fēng)閥閥板

立磨三道鎖風(fēng)閥是用于給立磨喂入物料的裝置。第一道的作用是截?cái)辔锪?，控制進(jìn)料量和時(shí)間；第二道的作用是鎖風(fēng)；第三道的作用是既鎖風(fēng)又卸料，將物料喂入磨機(jī)。因?yàn)橥掏铝看?，閥板磨損非常嚴(yán)重，甚至一兩個(gè)月就要更換，一線(xiàn)人員工作量非常大。三道鎖風(fēng)閥閥板的磨損會(huì)造成系統(tǒng)漏風(fēng)，出磨溫度低，壓差過(guò)小。對(duì)系統(tǒng)的熱耗、電耗、產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行、生產(chǎn)環(huán)境等方面均會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。

可以采用SHA合金陶瓷，輔以合理的固定方式，制作的三道鎖風(fēng)閥閥板具有高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、極高的耐磨性等特點(diǎn)。使用壽命可達(dá)3年以上，大大提高了設(shè)備運(yùn)行效率。

3.6 輥壓機(jī)側(cè)擋板

輥壓機(jī)側(cè)擋板的作用是保證輥壓機(jī)的粉碎效果，不使喂料從擠實(shí)區(qū)沿軸向流出。側(cè)擋板的磨損（圖13）主要發(fā)生在兩處：一是緊靠在輥?zhàn)觽?cè)面，沿著端隙地方的邊緣磨損；另一個(gè)是在兩輥?zhàn)拥拈g隙處側(cè)擋板下端的磨損，由于這里承受的應(yīng)力最高，磨損也最嚴(yán)重。

圖13 側(cè)擋板的磨損

輥壓機(jī)側(cè)擋板雖然是個(gè)不起眼的零部件，但因?yàn)槟p特別嚴(yán)重，硬度較高的耐磨堆焊板也僅僅能使用一兩個(gè)月就要更換或修補(bǔ)，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)效率。當(dāng)兩端側(cè)擋板磨損嚴(yán)重，工作間隙值變大時(shí)，邊緣漏料更將不可避免，在顯著減少擠壓后物料細(xì)粉含量的同時(shí)，部分粗顆粒物料還將進(jìn)入后續(xù)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)分級(jí)設(shè)備，對(duì)分級(jí)機(jī)內(nèi)部造成較大磨損。

可將耐磨陶瓷材料安裝在鋼板上，整體提供，安裝方便快捷，使用壽命可達(dá)2年以上。

3.7 旋風(fēng)收塵器

旋風(fēng)收塵器是利用高速旋轉(zhuǎn)的含塵氣流中的離心力將粉塵從空氣中分離出來(lái)的干法收塵設(shè)備。旋風(fēng)收塵器的外殼經(jīng)常被磨損漏風(fēng)，造成除塵效率下降，產(chǎn)量降低。風(fēng)粉從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入旋風(fēng)筒，物料在重力和旋風(fēng)筒的雙重作用下，改變流向，在筒內(nèi)形成螺旋風(fēng)向。高速氣流夾雜著物料對(duì)筒壁進(jìn)行磨蝕。實(shí)踐證明，采用耐磨陶瓷對(duì)旋風(fēng)除塵器筒體進(jìn)行防磨是非常有效的。3.8 磨機(jī)出口管道彎頭及膨脹節(jié)

物料在管道內(nèi)變徑部分及彎頭等處流動(dòng)時(shí)，由于流點(diǎn)在急變處其速度（大小及方向）發(fā)生變化，存在著加速度所產(chǎn)生的慣性力；同時(shí)流線(xiàn)不能按壁面形狀平行流動(dòng)而是產(chǎn)生局部渦流區(qū)，這樣不僅使流體消耗其機(jī)械能量而且加重了流體對(duì)管道內(nèi)壁的磨擦，從而縮短了管道的使用壽命。管道總磨損量決定于管內(nèi)風(fēng)速(顆粒沖擊速度也是由管內(nèi)風(fēng)速?zèng)Q定) 、入射角、粉塵質(zhì)量濃度以及粉塵和管壁的摩擦系數(shù)。管內(nèi)風(fēng)速?zèng)Q定了粉塵顆粒的運(yùn)動(dòng)和沖擊速度。實(shí)驗(yàn)表明：速度對(duì)磨損的影響程度最大，磨損量與速度的三次方成正比。塑性材料的壁面，當(dāng)入射角為0°時(shí)，磨損率幾乎為0，因此直管部位的磨損通常很小。當(dāng)入射角增加到20～25°時(shí)，磨損率達(dá)到最大值，再增加到90°時(shí)，磨損率又下降。

磨損會(huì)造成系統(tǒng)漏風(fēng), 影響塵源控制效果, 破壞除塵系統(tǒng)功能, 甚至造成系統(tǒng)癱瘓；對(duì)于高架除塵管道, 磨損會(huì)使管道的強(qiáng)度和剛度急劇下降, 帶來(lái)不安全隱患。因此管道的磨損不容忽視。

一般可通過(guò)以下方法減輕磨損：

（1）在保證管內(nèi)粉塵不沉降的前提下，盡量控制管內(nèi)風(fēng)速。

（2）合理設(shè)計(jì)吸塵罩結(jié)構(gòu)和抽風(fēng)位置，控制罩口風(fēng)速，盡量避免過(guò)多粗顆粒進(jìn)入系統(tǒng)管道。

（3）有條件時(shí)，可增大彎頭的曲率半徑。

（4）更換耐磨陶瓷管道或在管道內(nèi)襯貼耐磨陶瓷。

4 結(jié)束語(yǔ)

耐磨陶瓷的生產(chǎn)、施工以及針對(duì)實(shí)際工況提出解決方案是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要對(duì)磨損件的失效分析、對(duì)磨損機(jī)理的認(rèn)識(shí)以及正確的思路和豐富的材料學(xué)知識(shí)，不同廠家采取的工藝和方法不同，同樣的產(chǎn)品就不能有同樣的效果。

另外，選擇一家質(zhì)量和信譽(yù)優(yōu)的企業(yè)作為合作伙伴至關(guān)重要，不但產(chǎn)品品質(zhì)和服務(wù)得到保證，更重要的是這些企業(yè)在長(zhǎng)期的防磨實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以提供更加專(zhuān)業(yè)、可靠的防磨方案，避免再走彎路。經(jīng)驗(yàn)不足，不妥之處，敬請(qǐng)海涵，希望本文對(duì)水泥工業(yè)粉磨系統(tǒng)的設(shè)備防磨產(chǎn)品選型能有所幫助。

2015-03-20）

TQ 72.622.22:TU278

B

008-0473(20 5)04-0049-09

0. 6008/j.cnki. 008-0473.20 5.04.0 4