耐磨衬板分析与应用.doc

耐磨衬板分析与应用
卢正伟（157015）
华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂

摘要：结合火力发电厂输煤机落煤筒选用的耐磨衬板材料进行分析，选择适合各种工况下的耐磨性材料的应用范围。
关键词：耐磨衬板、材料、分析、应用

火力发电厂输煤系统每天担负着数千吨煤炭输送任务，落煤筒内的衬板受冲击，磨损量较大，一般电厂输煤胶带机落煤筒衬板选用16MFn的普通钢板，半年左右即被磨穿，给检修和维护带来很大的工作量。
1、当前使用的几种材料
输煤系统衬板最早使用的是白口铸铁。其缺点是很脆，不能承受冲击载荷，易断裂，亦不宜制成细长、薄的形状。用它来制作落煤筒衬板，厚度曾达40mm，现已很少在电厂输煤系统中使用。
目前普遍推广应用高锰钢作为耐磨材料。这种材料经过淬火处理后具有较高的强度和韧性，并有良好的耐磨性及无磁性。在电厂磨煤机、碎煤机中使用的M13钢，就是属于这类产品。由于磨料的质地较软，冲击力小，所用锰钢的耐磨性能不能充分体现。电厂输煤系统工作的物料是煤炭，硬度小，主要工况是滑动摩擦，冲击轻微，即使转运点有较大落差，冲击力度亦远非碎煤机、磨煤机的工况所能比拟。因此，输煤系统落煤筒及煤斗中衬板用高锰钢板材是不可取的。
为了获得较高的硬度现采用合金元素来取代部分碳作为钢的强化元素，制成一种稀土耐磨铸钢。这种钢自身的硬度与一般钢材接近，但当淬火空冷后其硬度可达到HRC50，用此材料制作球磨机衬板和环锤式破碎机的环锤，在电厂使用中均取得了良好的效果。根据实测，使用稀土耐磨铸钢粉碎1吨煤消耗的金属量为0.0288克，而使用Mn13时约为0.11克。当煤的可磨系数为0.37；煤中矿物含量W=1.4%时，磨煤机衬板采用稀土耐磨铸钢或Mn13时，磨损率分别为10.5克及34.8克，前者耐磨性比后者提高近二倍。
由此看出，当工况中冲击量不大时，稀土耐磨铸钢能提高耐磨性能，价格亦比高锰钢低。已经广泛应用于电厂磨煤、碎煤设备、输煤系统落煤筒内以及锅炉的弯头、喷咀，耐磨效果比较明显。
这种衬板与落煤筒采用沉头螺栓固定，考虑到铸造时的流动性，衬板的厚度一般不小于16mm。
2、超高分子聚乙烯
90年代初期，我国开发生产了超高分子聚乙烯板材，国际上通称UHMW—PE，这种板材其优点是：
A：表面光滑，磨擦系数低，不易与物料粘结。
B：耐磨性好，使用寿命长
C：环境温度较低时冲击强度高
D：吸水率低
E：抗腐蚀性强
除此以外，它还具有适用温度范围广，（-200℃~+90℃），消音性能好、重量仅为钢的1/7以及切割容易等优点。
超高分子聚乙烯板在我国已有多家电厂应用，电厂输煤系统落煤筒及原煤斗衬板一般选用15-20mm的板材。如果落煤筒或煤斗为钢板制作，最好使用不锈钢沉头螺栓固定。由于板材具有少量弹性，因此可以在弯曲半径较大的筒仓内随仓壁成弧使用，安装时必须与筒壁结合严密，防止物料自接缝处钻入造成膨胀。为此应选用大型板材，以减少接缝。除此以外要保证联接件的数量，每平方米应不少于30个以上，而且接缝处联接件密度还应适当增加。
3、特种陶瓷
超耐磨陶瓷是工业用陶瓷的一个品种，采取不同的工艺与加工方法可以制成耐磨性达到普通碳钢的数十倍到上百倍的超耐磨性能。这种材料主要由AL2O3等材料合成，主要优点为：
A：可以达到极高的硬度，具有一般材料无法比拟的耐磨性，其耐磨性高达一般钢材的42倍。
B：能耐受高温。
C：衬砌方便、使用范围广
D：与工件接合如采用橡胶硫化法时，使冲击强度提高，缓冲性加强，工作噪音明显减弱。
E：重量轻。耐磨陶瓷的比重为3.6g/cm3，不及钢材一半。
F：耐腐蚀、锈蚀，耐酸碱，化学稳定性好。输煤系统使用的环境及运送的物料经常比较潮湿，锈蚀严重，特别当煤的含硫量高时更甚，陶瓷性能稳定，丝毫不受影响。
G：阻力系数小，运行时不易粘结物料。
除此以外，陶瓷还有无毒，线收缩率小，绝缘性能良好等优点。但其质脆，抗冲击性能差。
4、复合型陶瓷耐磨衬板
复合耐磨板是陶瓷、橡胶、钢板的组合制品，即将厚度为5mm的陶瓷小块排列用橡胶硫化固接在钢板上，硫化前在钢板的背面先按要求焊接好固定耐磨板用的螺栓，橡胶层的厚度为5mm，钢板与橡胶的粘接强度为70-80kg/cm2，陶瓷与橡胶亦为70-80kg/cm2。钢板的厚度可根据板的尺寸决定，一般为3-4mm，复合型陶瓷耐磨板的结构见下图：
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这种组合板材的特点是：
A：利用钢板，使复合耐磨衬板的整体机械强度大为提高。将陶瓷制成10×10至24×24平方毫米的小块，使抗冲击性能加强，中间又加设橡胶层缓冲，从而克服了陶瓷不耐冲击、易碎裂的弱点，使材料的性能以充分发挥。
B：陶瓷与钢板之间加设了橡胶硫化层，解决了陶瓷与钢板二者线膨胀系数不同造成脱落，而且缓冲了对陶瓷的冲击，提高了复合板的冲击强度。还可吸收