東莞天潤建材：耐磨陶瓷在水泥行業的應用

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最近幾年，伴隨著國內大批的基礎設施建設，水泥行業發展迅速，掀起了升級換代和技術革新的高潮，生產工藝和管理模式也發生了質的變化。新型干法以其采用了原料預均化、生料均化、旋風預熱和窯外分解等多項新技術,系統產量高、產品質量好、噸水泥熱耗低、生產效率高、能耗和污染輕，成為發展的主流。

　工藝的革新和規模的擴大，一方面提高了生產率、改善了工作條件，另一方面使設備磨損這個以前并不十分令人關注的問題變得越來越突出。設備磨損已嚴重影響水泥行業的正常生產并因此導致生產成本和維護費用的增加。因此，找到一種經濟可行的設備防磨方法，大幅度地延長耐磨件的使用壽命，對提高設備生產效率、降低生產成本、節約資源方面具有重大意義。

　本文從探討磨損的機理開始，分析水泥行業設備磨損的特點，介紹一種成熟可靠的高科技產品——耐磨陶瓷在水泥設備防磨上的應用。

一、水泥行業設備磨損的機理

根據磨損的機理和形式，磨損可分為:磨料磨損、沖蝕磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損等多種類型。不同的磨損類型采用的抗磨措施和選用的耐磨材料都不同。進行深入細致的磨損失效分析就是為了弄清是哪一種磨損機理產生的磨損,從而選擇不同的耐磨材料和抗磨措施。

下面主要談談水泥行業設備磨損中常見的沖蝕磨損和疲勞磨損。

Finnie等人的研究結果表明，沖蝕磨損中材料的磨損率不僅與材料本身的特性有關，而且與磨料的物性（主要是硬度和粒度）直接相關，其中以顆粒對磨損材料的沖蝕角度影響最大。粒子沖蝕角為0度時，屬純滑動噴射，以磨粒磨損為主，相當于松散的顆粒在滑動摩擦復合作用下所引起的一種磨損。隨著噴射角的增大，磨粒磨損所占的比重減少，表面疲勞磨損的比重相應增加。當為90角時，表面疲勞磨損占主導地位。這時候材料的韌性很重要，韌性好的材料磨損率就低，如橡膠對90度的沖蝕角是最好的防磨材料，而對0度的沖蝕角卻是最差的材料。

Pool和Finnie等用氣固兩相流對金屬材料在不同沖擊角下的磨損率進行了實驗研究，進一步證實了韌性材料最大磨損角為20度-30度，脆性材料的最大磨損角為90度的結論（如圖1）。



圖1為陶瓷、金屬和橡膠三種不同性質材料的沖蝕磨損與沖蝕角的關系曲線，由圖1可以看出，陶瓷材料在小角度沖蝕磨損時，磨損失重最小。

新型干法線大量采用自動化程度較高的封閉式氣力輸送系統，物料在流轉過程中主要以沖蝕磨損為主。如送粉管道、風機、旋風筒、選粉機等。

而物料輸送系統則以疲勞磨損為主，如溜槽、料斗等。

二、設備防磨的原理

水泥行業大部分設備基材由鋼鐵組成，鋼鐵磨耗是設備磨損的外在表現形式。由于磨損問題一般僅僅發生在零件的表面和局部，因而采用表面防護措施控制和延緩表面的破壞，成為解決磨損問題的有效方法。

上文提到，磨損機理取決于粒子碰撞的沖蝕角，當沖蝕角比較小時（一般認為小于25度），磨損形式以切削機理為主，此時增加硬度是提高材料耐磨性的有效方法；當沖蝕角較大時，由于靠材料變形來吸收粒子的沖擊功，此時材料的韌性或變形能力對耐磨性起決定性作用。

對于以沖蝕磨損為主的設備，找到一種硬度較高的材料對設備表面進行處理無疑是最好的方法。在幾十年的發展歷程中，耐磨材料的研究和創新從未停止過。鑄石、鑄鋼、合金鋼、熱噴涂、耐磨涂料、耐磨膠泥等材料。其中氧化鋁陶瓷以其高耐磨性、高硬度、耐氧化、耐腐蝕性和極高的耐高低溫強度性能,已成為一種應用最廣泛耐磨材料。

在水泥廠的煤和灰中，幾乎所有硬質礦物質顆粒硬度會高于一般碳鋼的硬度，但一般不會超過耐磨陶瓷的硬度，耐磨陶瓷的硬度僅次于金剛石。

對于以疲勞磨損為主的物料輸送系統，就不但要考慮材料的硬度還要關注其韌性，理論研究表明疲勞磨損中，硬度不再成為耐磨與否標志，材料的彈性模量成為影響材料在此條件下耐磨性的主要影響因素。

三、耐磨材料的選型原則

根據水泥廠設備磨損的原理，將設備分為氣力輸送設備和物料輸送設備，氣力輸送設備的防磨以提升表面材料的硬度為主，物料輸送系統的防磨以提升防磨材料的韌性為主，硬度為輔。

材料的磨損特性與材料的強度等機械性能不同,它是一個與磨損工況條件密切相關的系統特性。實際上設備耐不耐磨,不是單純設備本身材料的問題，是環境參數(如沖角、沖蝕速度、沖蝕時間和溫度等) 、磨粒性能(如硬度、粒度和形狀等) 、靶材性能(如硬度、斷裂韌性和顯微組織結構等)共同作用的結果。所以,耐磨材料的選擇必須結合其實際使用條件來考慮。

設備的磨損和防磨是一個矛盾體，掌握常用耐磨材料各自的特點，再根據不同部位的磨損性質和工作條件，有針對性地選擇適宜的耐磨材料和防磨方法，才能有效提高設備的綜合抗磨損能力，從而提高設備的整體壽命和可靠性。

耐磨材料的種類很多，各有優缺點，適用于不同的范圍和場合，本文重點研究耐磨陶瓷在水泥設備上的應用。

四、耐磨陶瓷產品介紹

耐磨陶瓷的范疇很廣，常用的耐磨陶瓷是95氧化鋁陶瓷