摘 要： 碳化硅陶瓷在解決碳化硅陶瓷的大型化、脆性和不同材料復(fù)合的可靠性等在渣漿泵領(lǐng)域應(yīng)用的難題后，成為理想的重型渣漿泵的制作材料。本文研究了碳化硅陶瓷重型渣漿泵的工藝和結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求及檢驗手段等，在此基礎(chǔ)上制修訂了該種產(chǎn)品的企業(yè)標準。文中介紹了產(chǎn)品的型式與基本參數(shù)、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等標準規(guī)范。該標準適用于輸送含有磨蝕、腐蝕性渣漿的離心式碳化硅陶瓷重型渣漿泵。該標準的制、修訂對于提高該類產(chǎn)品的技術(shù)水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞：碳化硅陶瓷；重型渣漿泵；標準化研究

1前言

選礦、冶金、化工等工業(yè)使用的渣漿泵及其它過流部件不僅要承受固體顆粒的磨蝕，也要受到化學物質(zhì)的酸堿腐蝕。國內(nèi)渣漿泵的過流部件的制造基本上都采用耐磨合金材料。普遍存在磨損大、腐蝕嚴重，泵的過流部件價格昂貴，使用壽命短，備件更換頻繁，運行成本高等問題。特別是超重磨蝕、強酸堿的漿體輸送，顆粒大、濃度高、酸堿腐蝕強，傳統(tǒng)渣漿泵的使用壽命更短，有的工況使用壽命僅為一周，被稱為“星期泵”。

為解決傳統(tǒng)金屬泵的使用壽命短、運行效率低、運行成本高等技術(shù)難題。長期以來，經(jīng)過國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員和專家學者不斷探索和努力，研究和開發(fā)了各種體系的材料和結(jié)構(gòu)，包括新型耐磨或耐腐蝕特種合金材料[1-2]、橡膠材料[3-4]、涂覆耐磨防腐涂層[5-6]、有機/無機復(fù)合材料[7-9]、先進陶瓷材料[10-12]等。其中采用先進陶瓷材料制造的渣漿泵被認為是解決傳統(tǒng)離心式渣漿泵缺陷的最有前景的技術(shù)途徑。

碳化硅陶瓷具有良好的耐磨蝕、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能，是渣漿泵制作的理想材料。但受材料成型工藝、制造工藝水平、材料特性等限制，如何提高陶瓷材料的強韌性和抗沖擊性能、實現(xiàn)高效制造和可靠加工、實現(xiàn)部件大型化等關(guān)鍵技術(shù)，是陶瓷材料在渣漿泵應(yīng)用的世界難題。

針對選礦、冶金、化工行業(yè)應(yīng)對耐強磨蝕性、抗沖擊、耐高溫、耐酸堿腐蝕惡劣工況的特種渣漿泵迫切需求，公司在碳化硅陶瓷制造技術(shù)和陶瓷泵結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新，突破了碳化硅陶瓷材料的大型化、脆性和不同材料復(fù)合的可靠性等在渣漿泵領(lǐng)域應(yīng)用的難題，研發(fā)了一種大型、耐磨、耐腐蝕碳化硅陶瓷重型渣漿泵和成套制備專利技術(shù)[13-14]。同等磨損、腐蝕條件下，達到耐磨合金材料的使用壽命的5倍以上，大大提升了泵的使用壽命，能大幅提升設(shè)備運行效率，節(jié)能降耗成效顯著，市場前景廣闊。

碳化硅陶瓷泵在我國研發(fā)已有二十多年，受材料成型工藝、制造工藝水平、材料特性等限制，未實現(xiàn)大型化和批量化應(yīng)用。經(jīng)查JB/T 8096-2013《離心式渣漿泵》規(guī)定了抗磨白口鑄鐵、橡膠材質(zhì)的離心式渣漿泵的技術(shù)要求，未涉及碳化硅陶瓷材質(zhì)渣漿泵的技術(shù)要求，碳化硅陶瓷泵的生產(chǎn)處于還無標準可執(zhí)行。為了盡快實現(xiàn)公司碳化硅陶瓷重型渣漿泵的批量生產(chǎn)和市場應(yīng)用，公司在陶瓷泵產(chǎn)品標準化方面進行研究，制定了企業(yè)標準Q/HY TCB01-2018《碳化硅陶瓷 重型 渣漿泵》，該標準于2018年發(fā)布實施。隨著陶瓷泵的研發(fā)逐步從金屬泵陶瓷化轉(zhuǎn)變?yōu)殚_發(fā)使用壽命更長、效率更高的高性能陶瓷泵，產(chǎn)品系列逐步完善、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)也不斷優(yōu)化，公司在2022年對該標準予以修訂和補充。通過該標準的制修訂和實施，實現(xiàn)專利產(chǎn)品化，產(chǎn)品標準化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和促進技術(shù)進步。

2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點

陶瓷泵的產(chǎn)品設(shè)計基于原有金屬泵的流道設(shè)計以及泵體安裝尺寸等參考設(shè)計，以便與金屬泵進行互換，便于陶瓷泵的市場推廣；同時根據(jù)碳化硅陶瓷材料特性進行產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計，在此基礎(chǔ)上進行泵型的開發(fā)試制，尋找設(shè)計的優(yōu)缺點，并不斷優(yōu)化完善設(shè)計方案。

公司開發(fā)了一種碳化硅陶瓷復(fù)合材料重型渣漿泵結(jié)構(gòu)：以碳化硅特種陶瓷（特別是高性能氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料）作為渣漿泵作為耐磨損、抗沖擊、耐酸堿腐蝕主體；在磨損、沖擊最嚴重的部位設(shè)置超耐磨陶瓷，提升陶瓷泵過流部件整體使用壽命；金屬骨架增加陶瓷件的整體強度，并實現(xiàn)與其它泵部件的螺紋連接；復(fù)合粘接材料實現(xiàn)金屬與陶瓷材料復(fù)合和密封，有效防止?jié){液滲漏。將高性能碳化硅陶瓷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用于碳化硅陶瓷泵的葉輪、蝸殼、護板，形成完整密閉的耐強力磨損、抗沖擊、耐酸堿腐蝕的型腔。

3 研究主要內(nèi)容

3.1 技術(shù)依據(jù)

在制、修訂標準的過程中，對國內(nèi)外碳化硅陶瓷泵的研發(fā)進展情況，進行了詳細的調(diào)研，對公司生產(chǎn)的碳化硅陶瓷重型渣漿泵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和專利技術(shù)進行了分析，對材料和產(chǎn)品性能檢測，參考JB/T 8096-2013《離心式渣漿泵》及其它的國家、行業(yè)標準。該項企業(yè)標準的制修訂，對提高公司產(chǎn)品質(zhì)量、滿足客戶需求、促進技術(shù)進步提供了可靠的保證。碳化硅陶瓷重型渣漿泵的結(jié)構(gòu)和工藝特點、技術(shù)水平和用戶的使用要求是制定本標準的基礎(chǔ)和主要技術(shù)依據(jù)。該標準按照GB/T 1.1-2020《標準化工作導(dǎo)則 第1部分：標準的結(jié)構(gòu)和編寫》進行標準編寫。標準規(guī)定了碳化硅陶瓷重型渣漿泵的型式與基本參數(shù)、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等。標準文件適用于輸送含有磨蝕、腐蝕性的固體顆粒的漿體的碳化硅陶瓷渣漿泵。

3.2型式與基本參數(shù)

碳化硅陶瓷重型渣漿泵的型號命名方法參考GB/T 10888-1989《離心式渣漿泵形式與基本參數(shù)》結(jié)合行業(yè)習慣和公司使用需求，2018版的標準根據(jù)適用范圍將研發(fā)的碳化硅陶瓷重型渣漿泵劃分兩大系列即HAH系列和ZVT系列，由于不同出口直徑和葉輪直徑的陶瓷泵的流量、揚程等性能參數(shù)表現(xiàn)不同，所以在型號命名中將出口直徑和葉輪直徑進行明確。因此完整的產(chǎn)品型號應(yīng)為：產(chǎn)品系列+出口直徑值-葉輪名義直徑值。根據(jù)2018年-2022年，碳化硅陶瓷重型渣漿泵的產(chǎn)品開發(fā)情況，在2022年標準修訂中增加豐富了HAH系列、ZVT系列，并新增了HG系列。

3.2.1 HAH系列

HAH系列陶瓷重型渣漿泵主要針對礦山選礦工序重磨蝕大流量的工況。命名規(guī)則：HAH+出口直徑值（單位mm）-葉輪名義直徑值（單位mm）

示例：HAH150-560代表該泵為HAH系列，出口直徑為150mm，葉輪名義直徑為560mm

其主要性能參數(shù)（泵輸送清水時）見表1。

3.2.2 ZVT系列

ZVT系列陶瓷重型渣漿泵主要針對冶金行業(yè)的中重磨蝕漿體、中大顆粒、腐蝕、磨蝕的漿液輸送。命名規(guī)則：ZVT+出口直徑值（單位mm）-葉輪名義直徑值（單位cm）

示例：ZVT300-70代表該泵為ZVT系列，出口直徑為300mm，葉輪名義直徑為700mm。

其主要性能參數(shù)（泵輸送清水時）見表2。

3.2.3 HG系列

HG系列陶瓷重型渣漿泵主要針對礦山、冶金、氧化鋁等行業(yè)的中重磨蝕漿體、腐蝕、磨蝕的漿液遠距離輸送。命名規(guī)則：HG+出口直徑值（單位mm）-葉輪名義直徑值（單位mm）

示例：HG250-960代表該泵為HG系列，出口直徑為250mm，葉輪名義直徑為960mm。

其主要性能參數(shù)（泵輸送清水時）見表3。

4 技術(shù)要求

在標準中規(guī)定了陶瓷泵的性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計、主要零件材料和使用的技術(shù)要求，并按經(jīng)規(guī)定程序批準的圖樣和技術(shù)文件制造。陶瓷泵主要零部件的材料性能應(yīng)符合表4的規(guī)定。其中碳化硅陶瓷指樹脂結(jié)合碳化硅陶瓷、氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷、重結(jié)晶碳化硅陶瓷、無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷中的一種，根據(jù)介質(zhì)、工況要求進行選材。

標準中對陶瓷泵的耐磨主體使用的氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料的理化性能，其理化性能指標的分析檢驗，按國家現(xiàn)有標準規(guī)定執(zhí)行；其理化性能應(yīng)符合于表5的規(guī)定，并規(guī)定當過流部件需滿足更惡劣的介質(zhì)、工況要求時，可以采用其他陶瓷材料進行局部或整體替換。

產(chǎn)品的檢驗規(guī)則分為出廠檢驗和形式檢驗，標準主要對產(chǎn)品的型式檢驗做了較為具體的規(guī)定檢驗項目包括：運轉(zhuǎn)試驗、性能試驗、氣蝕試驗及必要時進行噪聲和振動試驗。為保證陶瓷泵產(chǎn)品在用戶正常運行，標準中規(guī)定了產(chǎn)品使用要求：渣漿中的固體顆粒最大尺寸不應(yīng)大于25mm，任何情況下電動機禁止反向旋轉(zhuǎn)；陶瓷過流部件使用壽命應(yīng)符合表6的規(guī)定。

5標準實施及產(chǎn)品應(yīng)用情況

碳化硅陶瓷重型渣漿泵的標準自2018年發(fā)布實施并于2022年根據(jù)運行情況再次修訂，很好的指導(dǎo)了陶瓷泵的設(shè)計和制造。2022年陶瓷泵實現(xiàn)量產(chǎn)900多臺套，產(chǎn)品一檢合格率達到97%以上。產(chǎn)品在強磨蝕、強腐蝕、高固含量、大顆粒等工況上有明顯的競爭優(yōu)勢，同等工況環(huán)境使用壽命是傳統(tǒng)金屬泵的5倍以上。

5.1大顆粒沖擊工況案例

某金礦選廠中間泵，工況為最大粒徑10～12mm占比20%，重量濃度40%，碎鋼球可入腔，漿體常溫，屬于重磨蝕工況。原金屬泵為250/200ST，使用壽命為60天左右。HAH200-740陶瓷泵的使用壽命達到14個月，是原金屬泵的7倍左右。

5.2大顆粒、高固含量、堿腐蝕工況案例

某鉬業(yè)公司一分漿泵，工況為鐵鉬礦漿，最大粒徑及其占比：10-13mm占10%，中值粒徑：5mm；重量濃度55～60%，PH值：8.4。原金屬泵為80ZJ42，使用壽命為2天左右。HG80-510陶瓷泵的使用壽命達到24天，是原金屬泵的12倍。

5.3高固含量工況案例

智利某公司-超高濃度、重磨蝕工位，工況為礦漿重量濃度高達82%，漿液比重為2～2.4，中值粒徑40微米，原泵AH4/3的使用壽命為15天左右。HG80-510陶瓷泵的使用壽命達到10個月，達到原金屬泵的20倍左右。

5.4強腐蝕、高溫工況案例

某鈾業(yè)公司-濕法冶煉氧壓浸出工藝，壓濾機給料工位，工況為含固量30%-40%，含20-45g/L硫酸，溫度70-85℃，中值粒徑65微米。酸腐蝕、強磨蝕、高溫性能參數(shù)周期性波動，汽蝕嚴重，原泵150QNFB-200-70-420材質(zhì)為氟塑料和金屬，過流件壽命5-7天。HAH100-400陶瓷泵的使用壽命達到580天，達原泵的80倍以上。

6結(jié)論

公司利用碳化硅陶瓷具有良好的耐磨蝕、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能，在碳化硅陶瓷制造技術(shù)和陶瓷泵結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新，突破了碳化硅陶瓷材料的大型化、脆性和不同材料復(fù)合的可靠性等在渣漿泵領(lǐng)域應(yīng)用的難題，研發(fā)出了一種大型、耐磨、耐腐蝕碳化硅陶瓷重型渣漿泵和成套制備專利技術(shù)；并在產(chǎn)品標準化進行研究，制定并修訂完善了碳化硅重型陶瓷渣漿泵企業(yè)標準。該標準的制修訂填補了國內(nèi)對碳化硅陶瓷泵的標準空白，對于提高該類產(chǎn)品的技術(shù)水平具有重要意義。

產(chǎn)品的使用壽命和節(jié)能高效是用戶比較關(guān)注的重要指標。公司將繼續(xù)重點在特大型陶瓷過流部件制備工藝、陶瓷泵專用水力模型和新型復(fù)合陶瓷應(yīng)用、中小陶瓷泵型無金屬外殼泵體結(jié)構(gòu)等方面進行研究，完成特大型、高揚程、高效率、高使用壽命、綠色環(huán)保的碳化硅陶瓷泵的研發(fā)。由于產(chǎn)品系列仍在逐步完善、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)也將不斷優(yōu)化，所以產(chǎn)品系列還有待進一步完善，產(chǎn)品的性能參數(shù)的考核檢驗方法還有待進一步的試驗研究，待產(chǎn)品系列和方法成熟后，可在下一次修訂時予以修改和補充。

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