东莞天润建材：耐磨陶瓷在水泥行业的应用

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最近几年，伴随着国内大批的基础设施建设，水泥行业发展迅速，掀起了升级换代和技术革新的高潮，生产工艺和管理模式也发生了质的变化。新型干法以其采用了原料预均化、生料均化、旋风预热和窑外分解等多项新技术,系统产量高、产品质量好、吨水泥热耗低、生产效率高、能耗和污染轻，成为发展的主流。

　工艺的革新和规模的扩大，一方面提高了生产率、改善了工作条件，另一方面使设备磨损这个以前并不十分令人关注的问题变得越来越突出。设备磨损已严重影响水泥行业的正常生产并因此导致生产成本和维护费用的增加。因此，找到一种经济可行的设备防磨方法，大幅度地延长耐磨件的使用寿命，对提高设备生产效率、降低生产成本、节约资源方面具有重大意义。

　本文从探讨磨损的机理开始，分析水泥行业设备磨损的特点，介绍一种成熟可靠的高科技产品——耐磨陶瓷在水泥设备防磨上的应用。

一、水泥行业设备磨损的机理

根据磨损的机理和形式，磨损可分为:磨料磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等多种类型。不同的磨损类型采用的抗磨措施和选用的耐磨材料都不同。进行深入细致的磨损失效分析就是为了弄清是哪一种磨损机理产生的磨损,从而选择不同的耐磨材料和抗磨措施。

下面主要谈谈水泥行业设备磨损中常见的冲蚀磨损和疲劳磨损。

Finnie等人的研究结果表明，冲蚀磨损中材料的磨损率不仅与材料本身的特性有关，而且与磨料的物性（主要是硬度和粒度）直接相关，其中以颗粒对磨损材料的冲蚀角度影响最大。粒子冲蚀角为0度时，属纯滑动喷射，以磨粒磨损为主，相当于松散的颗粒在滑动摩擦复合作用下所引起的一种磨损。随着喷射角的增大，磨粒磨损所占的比重减少，表面疲劳磨损的比重相应增加。当为90角时，表面疲劳磨损占主导地位。这时候材料的韧性很重要，韧性好的材料磨损率就低，如橡胶对90度的冲蚀角是最好的防磨材料，而对0度的冲蚀角却是最差的材料。

Pool和Finnie等用气固两相流对金属材料在不同冲击角下的磨损率进行了实验研究，进一步证实了韧性材料最大磨损角为20度-30度，脆性材料的最大磨损角为90度的结论（如图1）。



图1为陶瓷、金属和橡胶三种不同性质材料的冲蚀磨损与冲蚀角的关系曲线，由图1可以看出，陶瓷材料在小角度冲蚀磨损时，磨损失重最小。

新型干法线大量采用自动化程度较高的封闭式气力输送系统，物料在流转过程中主要以冲蚀磨损为主。如送粉管道、风机、旋风筒、选粉机等。

而物料输送系统则以疲劳磨损为主，如溜槽、料斗等。

二、设备防磨的原理

水泥行业大部分设备基材由钢铁组成，钢铁磨耗是设备磨损的外在表现形式。由于磨损问题一般仅仅发生在零件的表面和局部，因而采用表面防护措施控制和延缓表面的破坏，成为解决磨损问题的有效方法。

上文提到，磨损机理取决于粒子碰撞的冲蚀角，当冲蚀角比较小时（一般认为小于25度），磨损形式以切削机理为主，此时增加硬度是提高材料耐磨性的有效方法；当冲蚀角较大时，由于靠材料变形来吸收粒子的冲击功，此时材料的韧性或变形能力对耐磨性起决定性作用。

对于以冲蚀磨损为主的设备，找到一种硬度较高的材料对设备表面进行处理无疑是最好的方法。在几十年的发展历程中，耐磨材料的研究和创新从未停止过。铸石、铸钢、合金钢、热喷涂、耐磨涂料、耐磨胶泥等材料。其中氧化铝陶瓷以其高耐磨性、高硬度、耐氧化、耐腐蚀性和极高的耐高低温强度性能,已成为一种应用最广泛耐磨材料。

在水泥厂的煤和灰中，几乎所有硬质矿物质颗粒硬度会高于一般碳钢的硬度，但一般不会超过耐磨陶瓷的硬度，耐磨陶瓷的硬度仅次于金刚石。

对于以疲劳磨损为主的物料输送系统，就不但要考虑材料的硬度还要关注其韧性，理论研究表明疲劳磨损中，硬度不再成为耐磨与否标志，材料的弹性模量成为影响材料在此条件下耐磨性的主要影响因素。

三、耐磨材料的选型原则

根据水泥厂设备磨损的原理，将设备分为气力输送设备和物料输送设备，气力输送设备的防磨以提升表面材料的硬度为主，物料输送系统的防磨以提升防磨材料的韧性为主，硬度为辅。

材料的磨损特性与材料的强度等机械性能不同,它是一个与磨损工况条件密切相关的系统特性。实际上设备耐不耐磨,不是单纯设备本身材料的问题，是环境参数(如冲角、冲蚀速度、冲蚀时间和温度等) 、磨粒性能(如硬度、粒度和形状等) 、靶材性能(如硬度、断裂韧性和显微组织结构等)共同作用的结果。所以,耐磨材料的选择必须结合其实际使用条件来考虑。

设备的磨损和防磨是一个矛盾体，掌握常用耐磨材料各自的特点，再根据不同部位的磨损性质和工作条件，有针对性地选择适宜的耐磨材料和防磨方法，才能有效提高设备的综合抗磨损能力，从而提高设备的整体寿命和可靠性。

耐磨材料的种类很多，各有优缺点，适用于不同的范围和场合，本文重点研究耐磨陶瓷在水泥设备上的应用。

四、耐磨陶瓷产品介绍

耐磨陶瓷的范畴很广，常用的耐磨陶瓷是95氧化铝陶瓷