國內(nèi)外耐磨襯板發(fā)展現(xiàn)狀

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國內(nèi)外耐磨襯板發(fā)展現(xiàn)狀 摘要：本文針對冶金機械中刮板機襯板，鐵礦燒結(jié)機襯板，球磨機襯板，運煤系統(tǒng)等的磨損問題，對國內(nèi)外常用各類耐磨襯板進行對比，指出各類耐磨襯板的耐磨性能，耐高溫性能，抗沖擊性能及經(jīng)濟效益的優(yōu)劣，并指出其所適合的工況類別，最后展望了國內(nèi)外耐磨襯板領(lǐng)域研究的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：耐磨白口鑄鐵襯板；高錳鋼襯板；磁性襯板；雙金屬復(fù)合耐磨板；合金襯板 耐磨襯板，是指耐磨鋼板通過切割、卷板變形、打孔和焊接等生產(chǎn)工藝加工，用于運輸和丌采設(shè)備上的耐磨部件。冶金、礦山、機械、鐵路、建材、煤炭、電力、化工、農(nóng)機和軍工等各部門均使用大量的耐磨材料。目前，國內(nèi)外廣泛使用高錳鋼作為設(shè)備耐磨材料的首選。然而許多研究結(jié)果表明，在弱沖擊載荷作用下，高錳鋼并不耐磨。因為水韌處理后的高錳鋼，初始硬度低(僅HRC20左右)，在中等沖擊載荷作用下不能產(chǎn)生足夠的加工硬化，導(dǎo)致強度和韌性均不足。所以國內(nèi)外紛紛研制新的耐磨材料取代高錳鋼作為新的耐磨材料。選擇適應(yīng)不同情況的襯板材料可使物流順暢，經(jīng)久耐用，是實現(xiàn)安全、文明生產(chǎn)的一大課題。 1.耐磨白口鑄鐵襯板 耐磨白口鑄鐵可分為普通白口鑄鐵和高鉻白口鑄鐵兩個發(fā)展階段。是歷史上主要的耐磨件。 1.1普通白口鑄鐵 在戰(zhàn)國時期出土的農(nóng)具文物金相組織中發(fā)現(xiàn)了蠕蟲樣石墨組織，這就是可鍛鑄鐵，成分測定表明其為低硅高碳高錳高硫的完全白口組織[1]。普通白口鑄鐵合金元素含量很低，硬質(zhì)點少，顯微組織是P+網(wǎng)狀滲碳體或低溫萊氏體。網(wǎng)狀滲碳體脆性大，裂紋傾向明顯，極易斷裂和磨損失效。但是由于它生產(chǎn)工藝簡單，在歷史上被應(yīng)用了很長一段時間。一些學(xué)者對白口鑄鐵的微合金化做了不少研究，一定程度上改善了白口耐磨鑄鐵的力學(xué)性能和使用性能。白口鑄鐵在等溫淬火熱處理后得到貝氏體組織，內(nèi)部的粒狀的共晶碳化物可以提高沖擊韌性，被用來制造小型耐磨襯板[2]。 不添加合金元素的普通白口鑄鐵，工程上被應(yīng)用于： （1）耐磨性要求不高的抗磨鑄件。 （2）可鍛鑄鐵白口胚件。 用于抗磨鑄件的化學(xué)成分特點為含碳量高、含硅量低，目的是增加滲碳體數(shù)量提高耐磨性?？慑戣T鐵白口胚件的成分卻含硅相對偏高，含碳偏低，以加速石墨化退火過程，改善退火石墨形狀。 1.2高鉻鑄鐵 其基體組織硬度很高，在低沖擊載荷下能較好地抵抗切削磨損，鐵鉻碳化物顆粒作為硬質(zhì)相鑲嵌在基體上，基體起了支撐作用并能減緩切削效果，從而使高鉻鑄鐵具備了很好的耐磨性。其缺點是沖擊韌性和抵抗裂紋擴展的能力差。當(dāng)載荷增大時容易在碳化物顆粒處萌生微裂紋，有可能使工件斷裂而整體失效。并且在沖擊和鑿削的雙重作用下極易出現(xiàn)疲勞脆性，使耐磨性降低。為克服上述缺點，近年來有學(xué)者研究開發(fā)了低合金耐一磨鑄鋼。低合金耐磨鑄鋼沖擊韌性高于鑄鐵，組織中貝氏體鐵素體條與殘余奧氏體薄膜相間排列，在大的沖擊載荷下，殘余奧氏體會誘發(fā)馬氏體相變和塑性變形，可吸收30%以上的沖擊功，減少裂紋的萌生與擴展，從而提高了整體耐磨性，可代替高鉻鑄鐵作為新的耐磨件。 高鉻鑄鐵具有優(yōu)異的抗磨能力，良好的韌性和抗蝕性。在采礦、水泥、電力、筑路機械、耐火材料等方面應(yīng)用十分廣泛，常見于襯板，錘頭，磨球材質(zhì)。80年代以后更被廣泛用于拋丸清理機的室體制作和拋丸器葉片、襯板的制作上，能非常有效防止高速密集的彈丸束擊穿鋼板殼體。目前，高鉻鑄鐵在高等級公路大型施工成套設(shè)備[3]中的應(yīng)用范圍正在擴大，具有廣泛的應(yīng)用前景。 2.高錳鋼耐磨襯板 高錳鋼是歷史最悠久的一種耐磨材料，是由英國Robert Hadfield于1882發(fā)明的，故亦稱Hadfield鋼[4]。奧氏體高錳鋼最初是在純鐵中加入錳鐵得到的，經(jīng)水淬后得到單相奧氏體組織。1883年，Hadfield獲得英國專利，在隨后幾年里測定了它的物理性能及工藝性能。1892年，第一次使用這種材料制作鑄件。18%年確定了它的熱處理的水淬溫度。1902年進一步確定了高錳鋼鑄件的水淬為980℃- 1050℃,以保證鋼的韌性和強度。后來經(jīng)不斷研究將碳含量大體確定為1.2%左右，錳含量定為12%-13%左右，并且一直沿用到現(xiàn)在[5][6]。 高錳鋼作為一種優(yōu)良的耐磨材料，它具有良好的耐磨性加工硬化，但如果工件受不到足夠的沖擊力或摩擦力，就不會產(chǎn)生充分的加工硬化現(xiàn)象，工件的耐磨性也就大為降低[7]。對于厚大斷面工件，芯部常常出現(xiàn)碳化物而降低其使用性能；寒冷條件下使用的高錳鋼常出現(xiàn)脆斷現(xiàn)象；而在濕磨條件下面臨腐蝕磨損的向題[8]。這些實際應(yīng)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，又促使人們在的基礎(chǔ)上尋找新的解決方法[9]。 在我國，從上世紀(jì)五六十年代起至今廣泛使用高錳鋼作為設(shè)備的耐磨材料。高錳鋼成了耐磨材料的代名詞。人們幾乎把高錳鋼作為一種萬能的耐磨材料來使用，然而在實踐過程中發(fā)現(xiàn)[11]，高錳鋼的起始硬度低，如果在使用中不能發(fā)生加工硬化，就無法發(fā)揮高錳鋼潛在的耐磨能力。許多研究結(jié)果表明，在弱沖擊載荷作用下，高錳鋼并不耐磨。因為水韌處理后的高錳鋼，初始硬度低，僅為HRC20左右，對使用后的高錳鋼襯板分析測試發(fā)現(xiàn)，其表面硬度只有HRC30-40，硬化層深度只有0.05-0.1cm，在中等沖擊載荷作用下不能產(chǎn)生足夠的加工硬化，強度和韌性均不足，是襯板磨損非常嚴(yán)重的原因所在。 高錳鋼襯板可用于球磨機，破碎機,裝載機,挖掘機,刀具,推土機挖斗及刀板,螺旋輸送機等耐磨損結(jié)構(gòu)件制作設(shè)備?？刹捎脷飧罴庸?進行各種焊接.盡管鋼板的強度很高,但冷彎性能良好,可進行冷加工成型。高錳鋼主要用途如下： （1）冶金工業(yè)：主要用在燒結(jié)和煉鐵等、料倉襯板、料車、喉管、布料器及底座、料斗、管道、泵殼、破碎機部件、出渣槽、風(fēng)機、振動篩等； （2）水泥工業(yè)：沖擊盤、管道、泵殼、磨機內(nèi)襯、破碎機零件、出渣槽、各種底盤、振動篩等； （3）電力工業(yè)：出灰管、料倉、風(fēng)機葉片、燃燒器管線、輸料槽和料斗內(nèi)襯、破碎機部件、磨煤機部件、空氣處理系統(tǒng)和運輸機； （4）煤炭行業(yè)：主要用于洗選煤和采掘及礦物運輸、卡車貨槽襯板、料倉內(nèi)襯、輸料槽內(nèi)襯、破碎機部、蓋板、耐磨棒和耐磨板； 高錳鋼襯板用于冶金工業(yè)上時，主要被用于球磨機用耐磨襯板。球磨機高錳鋼襯板是用來保護球磨機筒體，使球磨機筒體免受研磨體和物料直接沖擊和磨擦，同時也可利用不同形式的高錳鋼襯板來調(diào)整研磨體的運動狀態(tài)，以增強研磨體對物料的粉碎作用，有助于提高磨機的粉磨效率，增加產(chǎn)量，降低金屬消耗。球磨機高錳鋼襯板有三大特點： （1）高耐磨、耐沖擊：球磨機高錳鋼襯板經(jīng)科學(xué)合理的合金元素配方，使該球磨機襯板具有良好的理化性能，硬度HRC45－55以上，沖擊韌性值25J以上，使用壽命是高錳鋼的2倍以上。能夠承受巨大的沖擊力度。在工作中能長期保持襯板的表面形狀，以保證磨機穩(wěn)定提高5%以上的產(chǎn)量。 （2）高強度、高韌性：在球磨機高錳鋼襯板淬火過程中，采用熱穩(wěn)定性能好的專用雙介質(zhì)淬火劑為介質(zhì)，使產(chǎn)品達到高強度、高硬度和高韌性的配合，以滿足了耐磨損的工藝要求。 （3）高性價比、適應(yīng)性能強：球磨機高錳鋼襯板經(jīng)先進的工藝處理，它具有淬火硬度高、韌性值高的特點，使該高錳鋼襯板具有良好的耐磨性能，與普通襯板相比，球磨機高錳鋼襯板表現(xiàn)出了卓越的性價比。能適應(yīng)礦山濕磨、干磨、混合磨等。 高錳鋼條形襯板是球磨機使用時間最長、最普遍的一種襯板，結(jié)構(gòu)形式為高低結(jié)構(gòu)，用壓條和螺栓固接，但通過多年的使用發(fā)現(xiàn): （1）噪音大。浮選廠房球磨機附近的噪音高達100 dB，對操作者的身心健康，特別是對人的聽力有很大的傷害。 （2）球磨機存在漏礦現(xiàn)象。由于礦石和磨礦介質(zhì)對襯板的沖擊和對緊固螺栓的磨損，特別是磨機內(nèi)部筒壁的不平，磨機的螺栓孔經(jīng)常出現(xiàn)漏礦現(xiàn)象，需要經(jīng)常停機對螺栓進行緊固，不僅影響設(shè)備的作業(yè)率，而且磨機的漏礦進到大小齒輪中還會對齒輪的壽命造成影響，甚至造成大齒輪的提前報廢。 （3）錳鋼襯板的檢修量大。一段0 3.2 mX3.1 m球磨機的錳鋼襯板使用壽命約4. 5個月，二段磨機襯板約13.5個月，每次的檢修勞動強度都很大，一塊大的襯板重達256 kg，小的襯板也有110 kg，必須靠吊車配合，一套襯板的重量 38 t,檢修一次一般需連續(xù)工作56小時才能把襯板更換完畢。筒內(nèi)外全憑哨音和手勢間接聯(lián)系，極易發(fā)生人身事故。 目前，對高錳鋼的研究工作主要集中在高錳鋼的合金化及工藝控制方面。由于高錳鋼基體強度低，添加合金元素鉻、鑰后產(chǎn)生固溶強化；添加Ti, V等碳化物形成元素，通過彌散熱處理工藝可在奧氏體基體上獲得彌散分布的有硬質(zhì)點的組織[13]。這些彌散的硬質(zhì)點不僅自身有很好的硬度和耐磨性，同時還可阻礙位錯的運動，從而提高加工硬化能力，提高耐磨性。工藝上的改進主要是利用鑄后余熱進行退火。 3.金屬磁性耐磨襯板 金屬磁性襯板[15]主要有磁性材料，保護磁性材料用的金屬外殼，磁性材料和金屬外殼粘接用的不溶性粘合劑構(gòu)成，用粘合劑將磁性材料粘接在金屬外殼而成的產(chǎn)品稱金屬磁性襯板。當(dāng)金屬磁性襯板被安裝在球磨機內(nèi)，襯板利用自身的永久磁力，一面牢牢地吸附在筒體、端蓋上，另一面將球磨機內(nèi)碎和小的鐵磁性介質(zhì)緊緊吸附上，形成了吸附保護層，當(dāng)保護層達到一定厚度以后，襯板與運動中的磨礦介質(zhì)和物料之間不再產(chǎn)生直接沖擊和磨蝕，從而降低了襯板的磨損速度，使襯板的使用周期大大延長。而保護層始終處于磨耗與補充的動態(tài)平衡之中，起到了永久保護磁性襯板的作用。磁性襯板的壽命可以達到一般錳鋼襯板的數(shù)倍。工作原理見示意圖1。 圖1金屬磁性襯板工作原理示意圖. 磁性襯板使用時間較晚，磁性襯板考慮到物料的密度、硬度、粒度及工作不同的特點，分別選用不同材料作為襯板基本材料，通過適當(dāng)?shù)墓に噷弩w和永磁體固結(jié)起來，板體上設(shè)置凸起部分便于存料，防止吸附在襯板表面的磁性物質(zhì)滑移，具有以下特點: （1）提高磨機作業(yè)率，磁性襯板重量輕筒體無螺栓，安裝時間縮短7-8小時（根據(jù)球磨機大小不同，安裝時間也不同），安裝次數(shù)是錳鋼襯板安裝次數(shù)的1/8-1/10次，由于筒體無螺栓勿須停車緊螺絲。 （2）使用磁性襯板省電，使用磁性襯板減少磨機旋轉(zhuǎn)力矩，因此理論上肯定省電。且磁性襯板重量輕，是錳鋼襯板的40-50%，厚度僅為錳鋼襯板的60%-70%。所以能使球磨機電耗降低，比錳鋼襯板降低7%-10%。 （3）安裝對筒壁和端蓋的平面度要求較高。不允許出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象，需要對筒壁和端蓋進行處理，另外，出口和人口端蓋的磁性襯板安裝的磁力方向與受到的離心力方向垂直，削弱了吸附牢固強度。所以，為了防止磁性襯板移動，需要在人口與出口端蓋位置增加一圈固定螺絲，增加了漏礦點。 （4）由于磁性襯板（包括礦墊層在內(nèi)）的厚度比錳鋼襯板薄，因此球磨機容積增大有利于提高磨機臺時能力。 （5）便于安裝，磁性襯板靠磁力吸附在底板上，減輕了安裝的勞動強度，避免了傳統(tǒng)襯板因重量太大而造成的安裝事故。 （6）磁性襯板能使球磨機球耗降低，比錳鋼襯板降低10%左右。 （7）密封性好。由于磁性襯板是靠磁力直接吸附在筒壁上，不需要螺栓，減少筒體的漏礦現(xiàn)象，避免礦漿甩進大小齒輪，延長了使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。 同傳統(tǒng)錳鋼襯板相比，具有壽命長、重量輕、厚度薄等特點，它既省球、節(jié)電、噪音小、作業(yè)率高，又無須螺栓固定，安裝方便，不漏礦漿，工作環(huán)境好，大大降低了工人的勞動強度，人身事故少，備件消耗少。根據(jù)生產(chǎn)實踐驗證，在大型球磨機上使用磁性襯板其壽命比錳鋼襯板延長4-6倍，其綜合效益十分顯著，是冶金礦山增效降耗的有利措施，深受現(xiàn)場歡迎。 4.雙金屬耐磨復(fù)合襯板 雙金屬耐磨復(fù)合鋼板是在普通鋼板或耐熱鋼板、不銹鋼板基體上以Cr7C3碳化物為主要耐磨層的耐磨板。該復(fù)合板具有高耐磨性、耐沖擊、可變形和可焊接等性能，可像鋼板一樣直接進行卷曲變形、切割和打孔等加工環(huán)節(jié)，其壽命可提高5-10倍?？梢詽M足一定工況下零件耐磨損的要求。它應(yīng)用粉末冶金復(fù)合技術(shù)和硬堆焊工藝，通過碳極電弧和堆焊專用設(shè)備，在塑性很好的普通低碳鋼或低合金鋼板上堆焊高硼系合金鑄鐵材料制作而成，并可依客戶要求和不同工況條件制作出不同厚度耐磨層，耐磨層由于是電弧熔接應(yīng)力分散，表面產(chǎn)生細(xì)微裂紋，此裂紋不會擴散至基板，不影響耐磨性能。但在落煤斗及煤倉等耐磨件上，其作用及失效類型類似于堆焊件，容易在沖擊載荷作用下發(fā)生耐磨層與基體鋼板之間的剝離，襯板的使用壽命反而會降低。 與眾多耐磨板相比，雙金屬耐磨復(fù)合鋼板也有其顯著的特點： （1）高耐磨性能：采用國際耐磨復(fù)合鋼板通用的合金體系，具有優(yōu)異的抗磨粒磨損性能，采用冶金熔合的方法，耐磨層與基材實現(xiàn)冶金結(jié)合。合金層的化學(xué)成分中碳含量和鉻含量較高，碳化物磨損方向垂直分布，使耐磨性比鑄造合金提高了一倍以上； （2）良好的耐沖擊性：耐磨層抵抗磨損介質(zhì)的磨損，基板優(yōu)良的韌性可承受介質(zhì)的載荷，使復(fù)合板具有良好的耐沖擊性，可以應(yīng)用的振動、沖擊較強的工況條件下； （3）良好的耐腐蝕性：因耐磨復(fù)合鋼板的合金層中含有高百分比的金屬鉻，故有一定防銹蝕和耐腐蝕能力； （4）易于加工：耐磨復(fù)合鋼板可以制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的鋼板，重量輕，加工方便靈活。由于采用軟質(zhì)基板，因而可以向內(nèi)冷彎成形，可以用等離子弧、碳弧等熱源切割。可以拼焊成型，使現(xiàn)場焊接工作變得省時、方便； （5）較高的性價比：耐磨復(fù)合鋼板制造成本較高，使用壽命也有所提高，加之維修費用和停機損失的降低，使該復(fù)合板具有較高的性價比； 雙金屬耐磨復(fù)合板可用于冶金機械、建材機械、電力機械、礦山機械等行業(yè)中的各種易磨損設(shè)備零件的表面強化。典型的應(yīng)用有： （1）直接用復(fù)合板下料、滾圓、焊接成各類耐磨輸送管道。如粉料空氣輸送系統(tǒng)，高爐水渣系統(tǒng)； （2）根據(jù)設(shè)計要求向用戶提供由復(fù)合板制造的耐磨配件，如磨機襯板、攪拌機刀片、風(fēng)機葉片等； （3）直接向用戶提供復(fù)合鋼板，由用戶自行下料，拼焊完成現(xiàn)場施工項目。如料倉、溜槽等； （4）根據(jù)用戶零件磨損面積的大小，提供預(yù)制單元供現(xiàn)場拼焊維修。減輕現(xiàn)場焊接工作量。如工程機械的鏟斗、挖泥船的挖泥斗； 雙金屬耐磨復(fù)合鋼板與其他襯板相比，具有著自己的使用優(yōu)勢。首先，提高經(jīng)濟效益，減少停機時間提高設(shè)備運轉(zhuǎn)率， 提高設(shè)備作業(yè)率，減少停產(chǎn)檢修損失，提高產(chǎn)能，增加效益。其次，降低生產(chǎn)成本，維修成本，減少磨耗使設(shè)備產(chǎn)能降低及耗電增加的損失，減少工人數(shù)量，一次投資長期受益，性價比高。最后，改善生產(chǎn)環(huán)境，大大降低磨耗破損落料而污染環(huán)境，避免跑冒滴露，有利環(huán)境保護，有利于廠區(qū)清潔。 5.合金耐磨襯板 5.1低中合金耐磨襯板 低合金鋼的出現(xiàn)可以追溯到19世紀(jì)的1870年，一種碳含量0.64～0.9%和鉻含量0.54～0.68%、抗拉強度685Mpa、彈性極限410Mpa鋼，第一次被采用于工程結(jié)構(gòu)，建造了跨度158.5m的拱形橋梁。但這種鋼不理想也是十分明顯的，需要軋后熱處理，難以機械加工，耐蝕性又不良。隨后的一個多世紀(jì)的時間，世界各國不斷探索，大體上可以把低合金鋼區(qū)劃為三個不同特征的發(fā)展階段，在20世紀(jì)20年代以前，20～60年代及60年代以后。前兩個階段姑且合稱為傳統(tǒng)的低合金鋼發(fā)展階段，后一階段可以稱為現(xiàn)代低合金鋼發(fā)展階段（后面我們稱它為微合金鋼Microalloyed Steel）。 低、中合金耐磨鋼的合金含量低，是近年來國內(nèi)外發(fā)展較快的鋼種，如德國蒂森克擄伯的XAR系列，口本的JFE-EH系列，德國的迪林根400V等[10]；國內(nèi)發(fā)展出來的低、中合金鋼系列如Cr-Mo系、Cr-Mo-Mn系，Cr-Mo-V系，Cr-Ni-Mo系等。由于低合金鋼(合金元素含量<5%)和中合金(合金元素含量6%-8%)在通常情況下貴重元素如Ni含量較少，所含有的元素如Cr，Mn，Mo，Si，RE等國內(nèi)資源豐富;鋼中添加的合金元素主要有Cr，Mn，Si,Mo,Ni, Al,W等。這些合金元素可以提高耐磨鋼的淬透性和淬硬性，通過不同的熱處理可以獲得所需要的力學(xué)性能[11-14]。在硬度大于5 OHRC的情況下，沖擊功可達20J/cm2，低合金耐磨鋼加入的合金元素種類繁多，其牌號較為復(fù)雜，典型的低合金鋼有貝氏體鋼、馬氏體鋼、馬氏體一貝氏體鋼等。 低合金鋼的力學(xué)性能特別是硬度和韌性可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)整，可根據(jù)不同的使用條件，將強度、沖擊韌度和耐磨性能綜合考慮和匹配。只要不因脆性而引起斷裂，其耐磨性隨硬度的提高而增強。通常低合金耐磨鋼以高強韌性、高硬韌性著稱。其強度和硬度高于耐磨錳鋼而在非大沖擊磨損工況可替代錳鋼；其塑、韌性高于耐磨鑄鐵，而在一定沖擊載荷的磨損工況，使用壽命高于耐磨鑄鐵。 耐磨鋼加入合金元素的主要目的在于提高淬透性、強度、韌度和耐磨性。最常用的添加元素是Mo、Cr、Mn、Ni、和Si等。耐磨低合金鋼的鑄造、焊接性能與其它低合金鋼相似，碳量高時焊接性能較差。低合金耐磨鋼，可按熱處理和含碳量分類。 5.2高合金耐磨襯板 在國外，高合金耐磨討板[17]以其高耐磨性和長使用壽命（一般在5年以上），早已得刊廣瑟應(yīng)用。我國抗磨高合金白口鑄鐵的研究始于20世紀(jì)，70年代束，由于材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝技術(shù)、價格、市場等多種原因，未能推廣應(yīng)用。我國企業(yè)市場需求，較早在國內(nèi)開展高合金耐磨襯板的研究，目前產(chǎn)品已應(yīng)用于鄭州寶順，山東大宇、北京新璀等多家水泥廠的大型磨機，均取得了良好的經(jīng)濟效益。 高合金耐磨襯板具有如下優(yōu)勢： (l)高合金耐磨襯板可穩(wěn)定使用6-8年以上，產(chǎn)品質(zhì)量合格率高，管理維護成本低。 (2)襯板性能穩(wěn)定，與國外同類產(chǎn)品比，僅采購成本一項即可降低約46%，經(jīng)濟效益顯著。 (3)襯扳厚度有的不足40mm，在鋼球平均球徑75mm的工況條件下，經(jīng)受了考驗，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。 (4)極大地降低了管理維護工作量，節(jié)約耗材。高合金耐磨[20]村板具有耐磨性好，使用壽命長等優(yōu)點，在大型和特大型水泥磨中使用，5年內(nèi)不需更換，可大大提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)率，降低生產(chǎn)成本和管理維護費用，實現(xiàn)高產(chǎn)低耗穩(wěn)定運行，經(jīng)濟效益顯著，具有很高的推廣應(yīng)用價值。 鎳硬鑄鐵:鎳硬白口鑄鐵是由澳大利亞Climax公司于1928年研制成功，是耐磨白口鑄鐵發(fā)展的里程碑。它是在普通白口鑄鐵中加入3.0%-5.0%Ni和1.5%-3.5%Cr，促使奧氏體延遲向珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變，加之鉻能抑制鎳的石墨化作用，有助于形成穩(wěn)定的滲碳體。雖然鎳硬鑄鐵在生產(chǎn)工藝上比較簡單，但其本質(zhì)的脆性使其應(yīng)用受到很大的限制。我國從國外引進的鎳硬鑄鐵主要用于雜質(zhì)泵設(shè)備上的葉輪、護板等。由于我國的鎳資源比較缺乏，且價格昂貴。所以我國國內(nèi)生產(chǎn)的鎳硬鑄鐵很少。 6.其他類型耐磨襯板 6.1耐磨復(fù)合剛玉襯板 耐磨復(fù)合剛玉是將特種耐磨剛玉陶瓷片與令用橡膠經(jīng)過高溫硫化處理，鑲嵌在特種橡膠內(nèi)，再與金屬板一體硫化粘接成整體，形成堅固且有緩沖力的防磨層。耐磨復(fù)合剛玉具有如下優(yōu)點： （1）耐磨損，其耐磨性相當(dāng)十錳鋼的266倍，高鉻鑄鐵的171. 5倍，但考慮到橡膠的老化現(xiàn)象，其耐磨性能只是普通鋼板的3倍。 （2）耐嚴(yán)寒耐高溫，由十在橡膠中添加了多種成分，使橡膠在一50℃的低溫和250℃的高溫環(huán)境下也不會改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而避免橡膠老化，瓷片脫落。 （3）加土鋪設(shè)簡單，由十該材料較軟，可以隨母體成型，鋪設(shè)速度快，鋪設(shè)成本低，可以在較復(fù)雜的曲面進行成型。 耐磨復(fù)合剛玉的缺點為:（1）抗沖擊性能雖然有一定的提高，但和鋼質(zhì)襯板相比，抗沖擊性能較差，若采用耐磨復(fù)合剛玉，應(yīng)在容易出現(xiàn)沖擊的地方用其它耐磨鋼板代替；（2）安裝牢固性能不及其他襯板。 耐磨復(fù)合剛玉在市場上較容易采購，其原材料和鋪設(shè)成本與NM360相當(dāng)。建議在沒有沖擊，但對耐磨性有一定要求的場合鋪設(shè)該襯板，尤其是不規(guī)則曲面或者一介質(zhì)系統(tǒng)，鋪設(shè)該材料較好。 6.2環(huán)納復(fù)合襯板 隨著樹脂合成技術(shù)與塑料改性技術(shù)的深人發(fā)展，國內(nèi)成功研究開發(fā)出了環(huán)納復(fù)合襯板，它是以基礎(chǔ)工程塑料為基料，通過加入改性單體與之反映而制成的復(fù)合塑料襯板。板材是通過化學(xué)方法共聚、接枝、交聯(lián)、和物理改性、增強、共混成型，在原料中根據(jù)配方加人墨粉、PTEF、氮化硼,Mo凡等，使其摩擦系數(shù)降低更加耐磨；在強度及耐熱方面加人了高嶺土、滑石粉、及A1z03等無機填料；加人了磷系阻燃劑、導(dǎo)電炭黑阻使產(chǎn)品具有了阻燃抗靜電性能；為了提高產(chǎn)品的硬度和沖擊強度，分別添加貴重的稀土元素，使之生產(chǎn)的環(huán)納復(fù)合襯板具有耐高溫、阻燃、易成型等優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、是一種理想的襯板產(chǎn)品。 環(huán)納復(fù)合耐磨襯板材[24]主要用于電力煤炭、冶金、化工等行業(yè)中易磨損和腐蝕較嚴(yán)重的設(shè)備料倉內(nèi)襯，主要使用部位如下: 環(huán)納復(fù)合板材采取不同的配方與加工方法制成性能超強的特種工程耐磨襯板、其耐磨性可達到普通炭鋼的數(shù)十倍、有著超強的耐磨性能，優(yōu)良的潤滑性能，耐高低溫、即阻燃，抗靜電為一體，吸水率低、耐化學(xué)性強、在較強的外力和加熱條件下其剛性及耐熱性俱佳，是超高分子量聚乙烯、和尼龍的換代產(chǎn)品，環(huán)納復(fù)合襯板自從問世以來已成功用于：唐山國豐鋼鐵有限公司、南陽天益發(fā)電有限公司、汽車卸煤溝、云南永昌鋼鐵公司、河北遷安燕鋼、天津天豐鋼鐵公司、唐鋼第一煉鐵廠、京唐港鋼鐵有限公司等一系列國家大型項目。通過實踐證明環(huán)納復(fù)合襯板在解決煤炭、水泥、鋼鐵、電力、焦化、玻璃、等行業(yè)的粉料對其儲運設(shè)備粘接導(dǎo)致的堵塞、不暢、腐蝕，不耐磨、等問題上，有著優(yōu)質(zhì)、高效、長壽、高性價比根據(jù)目前情況、環(huán)納襯板使用壽命比其它襯板延長五倍以上，并且效果大大優(yōu)于其它襯板性能，由于其優(yōu)越性，為企業(yè)每年大量節(jié)省備件費用，減輕了生產(chǎn)系統(tǒng)的勞動強度，提高物料輸送能力、增加了各類料倉的壽命3-5倍以上、給企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟效益。 6.3聚乙烯耐磨襯板 6.3.1超高分子量聚乙烯耐磨襯板 超高分子聚乙烯板簡稱UHMW-PE，是分子量高于150萬的熱塑性工程塑料，具有自潤滑性、耐磨、不粘著性、抗沖擊、對酸堿的優(yōu)良耐腐蝕性。廣泛應(yīng)用于鋼鐵、電力、煤炭、水泥、礦山等行業(yè)的煤倉、料倉等部位。近幾年在電廠的運煤系統(tǒng)落煤管系統(tǒng)中也常被用作襯板。但是超高分子聚乙烯板之所以耐磨，主要是與物料之間的摩擦阻力減小，聚乙烯板與煤炭之間的摩擦因數(shù)僅為鋼板的1/3-1/4。另外，超高分子聚乙烯板的硬度較低，用尖銳的物體就可劃出較深的印痕，不能耐受塊狀物料的沖擊，對無尖角的物體耐磨效果較明顯，如對粉狀物體的輸送襯板、爐前原煤倉內(nèi)襯、電廠的排灰管等比較適合，在一定范圍內(nèi)可以替代不銹鋼，提高經(jīng)濟效益。超高分子聚乙烯板具體性能[25]如下： (1)高耐磨性：靜摩擦系數(shù)為0.07，相當(dāng)于不銹鋼的9倍，聚四氟乙烯的6-7倍，HDPE的2倍。 (2)耐腐蝕性：可以在80℃的濃鹽酸中應(yīng)用，在75%的濃硫酸、20%的硝酸中性能穩(wěn)定。 (3)抗沖擊性：抗沖擊性居尼龍之首，無論是外力強沖擊、內(nèi)部壓力波動，都難以使其開裂。其沖擊強度是聚氯乙烯的20倍，尼龍66的10倍，聚四氟乙烯的8倍。 (4)耐低溫性：在一269℃低溫下，具有一定的延展性。 (5)不粘附性：吸水率極低具有自潤滑特點。因此，其物理機械性能與使用的工作條件中的濕度因素?zé)o關(guān)。 6.3.2高密度聚乙烯耐磨襯板 高密度聚乙烯襯板英文縮寫為HDPE，具有良好的耐熱性和耐寒性，化學(xué)穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性，機械強度好。 (1)自潤滑不吸水性：破壞因吸水形成分子鏈，消除粘結(jié)，下料自然順暢。 (2)使用成本低：與同等功能產(chǎn)品如空氣炮、振動器、不銹鋼襯板等相比較，費用大大降低。 (3)高耐磨、抗沖擊：加入多種改良劑，保持原有特性，靜摩擦系數(shù)0.07，提高更具實用性優(yōu)點。 6.3.3聚四氟乙烯耐磨襯板 聚四氟乙烯是四氟乙烯[26]的聚合物。英文縮寫為PTEE，其制品用途廣，具有極為優(yōu)越的綜合性能:自潤滑性、耐高低溫(-192℃-260℃ )、耐化學(xué)腐蝕、耐氣候、高絕緣、高潤滑、表面不粘附性、不燃性等優(yōu)良特性。 (1)耐高低溫性：使用工作溫度達2500C，具有良好的機械韌性;即使溫度下降到一1960C，也可保持5%的伸長率。 (2)耐化學(xué)腐蝕性：對大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑，表現(xiàn)出惰性、能耐強酸強堿、水和各種有機溶劑。 (3)耐氣候性：有塑料中最佳的老化壽命。 (4)不粘附性：是固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質(zhì)，它的摩擦系數(shù)為0.04，僅為聚乙烯的1/5，這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力極低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。 (5)耐大氣老化性：耐輻照性能和較低的滲透性:長期暴露于大氣中，表面及性能保持不變。 6.4聚氨酯復(fù)合襯板 聚氨酷彈性體是一種介于橡膠與塑料之間的高分子材料，它在具備一定彈性的同時，還具有很好的耐磨耐溫性能和抗撕裂能力。若將該樹脂與無機非金屬硬質(zhì)填料結(jié)合制成復(fù)合材料，則既可以增加材料的耐磨強度，又可緩解研磨體對襯板的沖擊能力，提高襯板壽命。隨著硬質(zhì)填料的摻入可大大降低襯板的成本，提高襯板的競爭能力。 硬質(zhì)填料與聚氨酷復(fù)合的關(guān)鍵在于二者的界面結(jié)合問題。一般無機填料很難直接與聚氨醋緊密的復(fù)合。以石英砂為例，若將砂粒不經(jīng)任何處理加入到聚氮酷中，砂粒與聚氨酷的結(jié)合只存在簡單的機械結(jié)合，而沒有其他更強的鍵合。若作為耐磨材料使用，其剝離強度明顯達不到要求。因此，制備聚氮酷硬質(zhì)填料復(fù)合襯板，首先要考慮二者的界面結(jié)合間題?；瘜W(xué)鍵是所有各種鍵合中鍵能最大的一種。硬質(zhì)填料聚氨酷復(fù)合耐磨襯板[27]具有以下特點: (1)由于聚氨醋復(fù)合襯板具有很好的耐磨性和很強的耐腐蝕性，可延長襯板的使用壽命和使用周期。降低磨機維修費用，提高工作效率。 (2)聚氨醋復(fù)合襯板只有鋼襯重量的1/6，剛玉、陶瓷重量的1/3左右。使用復(fù)合襯板可降低設(shè)備的載荷，達到了節(jié)能降耗的目的。 (3)針對不同的使用要求可以靈活地加入不同的硬質(zhì)填料，以適用于不同的領(lǐng)域。例如加入剛玉砂作為填料來代替剛玉襯，}司理也可替代成本較高的其它襯板，其適應(yīng)性廣，不污染物料。 (4)由于聚氦醋的阻尼和吸收作用，減弱了噪音水平，可改善工作條件。 (5)相對剛玉襯、莫米石襯降低了襯板的成本，而且安裝維修方便。 綜上所述，石英砂聚氮酚復(fù)合材料磨機襯板具有明顯的優(yōu)勢和十分廣闊的發(fā)展前景，值得我們進一步的探索與研究。 6.5耐磨陶瓷襯板 隨著陶瓷與金屬連接技術(shù)的逐步發(fā)展，陶瓷襯板[30]由十其耐磨性能強越來越多地成為研究的重點，而為了避免粘接而造成的結(jié)合強度低，在高溫環(huán)境下易老化。采用陶瓷與金屬的釬焊連接，提高使用壽命，增強設(shè)備安全穩(wěn)定性。A1203陶瓷具有硬度高，有很好的耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫性能，可以在1 600℃高溫下長期使用，是一種很有前途的陶瓷材料。其主要特點如下: (1)硬度高，耐磨性強。經(jīng)有關(guān)單位測定，其洛氏硬度為80-90 HRC，比礦石、煤、灰渣等物質(zhì)都要硬，其耐磨性相當(dāng)十普通低碳鋼的266倍。 (2)密度小，性價比高。氧化鋁陶瓷的密度為3. 6-3. 9 g/cm;，不足鋼鐵的一半，同等厚度的氧化鋁陶瓷比鋼鐵類材料能多施土1倍以上的面積。 (3)耐沖擊性差，加土困難。氧化鋁陶瓷硬度高，脆性大，強沖擊下容易碎裂脫落，并且極難加土，施土?xí)r一只能用金剛石鋸進行切割。 火力發(fā)電廠的運煤系統(tǒng)落煤管中常用的陶瓷復(fù)合材料目前主要是搪瓷襯板和三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板兩種。 搪瓷襯板是在金屬鋼板表面高溫焙燒瓷釉是一種陶瓷復(fù)合材料，瓷釉和基板的牢固結(jié)合，其滲透密著性能良好，瓷釉熔化在基板上，像鏡面一樣的光滑，具有硬度高、耐高溫、耐磨、光潔、絕緣等特點。一般金屬基板是普通碳鋼，鋼板厚度可根據(jù)工程實際要求選擇，在火力發(fā)電廠落煤管系統(tǒng)中一般基板厚度不小于6mm。因為搪瓷襯板的表面光潔度高，因此在耐磨的同時，也能有效解決落煤管的粘堵問題，搪瓷襯板的市場價格一般為8000元/t，性價比適中，因而在國內(nèi)電廠中應(yīng)用較多。 三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板是陶瓷、橡膠、鋼板的組合制品，將特種陶瓷片與橡膠直接硫化在帶螺栓的鋼板上而制成三合一結(jié)構(gòu)(陶瓷+橡膠+鋼板)，襯板與落煤管管孽直接通過螺栓固定，陶瓷塊較小，常為半球形或方形，特點是:在鋼板與陶瓷中間又加設(shè)橡膠層緩沖，克服了陶瓷不耐沖擊、易碎裂的弱點，同時橡膠吸收沖擊能量，消音效果顯著，金屬底板及聯(lián)件不與物料接觸，避免腐蝕磨損。另外三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板更換方便。因此三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板目前在國內(nèi)電廠中應(yīng)用較多。 7.小結(jié) 綜上所述，提高襯板的耐磨性，提高襯板的使用壽命，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率和利用率，減少更換次數(shù)，生產(chǎn)經(jīng)濟耐用的耐磨襯板，能產(chǎn)生極大的經(jīng)濟和社會效益，具有廣泛的應(yīng)用前景。在耐磨襯板材料的研究發(fā)展中，國內(nèi)外都取得了很大的進步，但在實際應(yīng)用和推廣方面還需加大努力，許多科研成果未轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，主要由于沒有認(rèn)清每種襯板的特點和優(yōu)越性，從而針對自己所需的襯板進行選擇。所以，今后應(yīng)大力推廣對襯板的認(rèn)識，并且開發(fā)新材料，降低消耗，提高經(jīng)濟效益。 致謝 參考文獻 [1].隋金玲.變質(zhì)對中錳鋼組織和性能的影響[J].金屬熱處理，2006, (7):11 [2] American Meterl.Soci.，Metal Handbooks, 1978 [3].晁達兵.高歌耐磨鑄鐵在筑路機械上的應(yīng)用.筑路機械與施工機械化.1990，(5):22 [4].龔正春，劉產(chǎn)軍.熱處理對高鉻鑄鐵磨損特性的影響[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2001.(6): 58-62 [5] Bradley Faster Co, World Mining Equipment, Oct. 1986 [6] H. 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