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1、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
2、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
3、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
4、产了超高分子聚乙烯板材，国际上通称UHMWPE，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
5、。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
6、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： 1 1-1这种组合板材的特点是：A：利用钢板，使复
7、合耐磨衬板的整体机械强度大为提高。将陶瓷制成1010至2424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。还可吸收冲击能量，消音效果亦非常显著。C：组合衬板可以根据要求在工厂内一次做成，保证了工件的质量，又方便安装。D：与煤斗、管道固接用的螺栓与钢板焊接后被硫化在橡胶层内，衬板外表光滑，没有外露物，不影响物料流动，螺栓亦没以磨损，陶瓷层一直使用到磨透为止，材料利用率高。E：金属底板及联件不与物料
8、接触，从而避免了腐蚀磨损。牡丹江第二发电厂燃料老厂车间与2004年3月5日，在输煤三段对四段落煤筒中冲击落差高度6米处，同时安装了10块复合型陶瓷耐磨衬板和10块铸钢衬板，进行比较性试验。经过一年运行于2005年3月5日进行检测。复合型陶瓷耐磨衬板磨损量为0.5-0.7mm,无裂纹、凹坑，表面光滑,接合处无漏粉现象。铸钢衬板磨损量为6-8mm,局部磨损量达到10mm，接合处出现漏粉现象。由此可以看出，陶瓷在落煤筒、煤斗中使用，是一种比较理想的材料，但耐磨陶瓷价格昂贵，是影响推广使用的原因之一。5、综合技术经济分析综上可以清楚的看出，当前适用于落煤筒、煤斗衬板，既有较好的耐磨性，又有良好的流动性
9、的材料，主要集中在超高分子聚乙烯、稀土耐磨铸钢及超耐磨陶瓷三者上。下面对三种材料作以分析：A：耐磨性聚乙烯板耐磨性可达碳钢的6倍，与煤炭之间的摩擦系数仅为钢板1/31/4，表磨擦的工况下，其耐磨性可望达到碳钢的4倍左右，但是聚乙烯板的硬度很低，用小刀可划出较深的刀痕，不能耐受颗粒物料的冲击。在落煤筒中特别是在碎煤机以前的输煤系统中使用是不可行的。经实践证明，聚乙烯板的使用寿命并不比普通碳钢长。稀土耐磨铸钢的耐磨性为一般碳钢的3-4倍。超耐磨陶瓷的耐磨性能是一般的钢板无法比拟的，在当前的工艺条件下，陶瓷的耐磨性可达到一般碳钢35倍左右，经过工艺改进，可望达到50倍以上。B：磨擦系数经对比试验测定
10、，各种材料与煤炭之间的磨擦系数为：类别混凝土钢板及稀土铸钢铸石聚乙烯陶瓷不锈钢摩擦系数0.6-0.70.45-0.580.3-0.450.1-0.20.25-0.40.3-0.4C：抗冲击性能与强度就材料自身来说，稀土耐磨铸钢性能最好，如在冲击强烈的磨煤机中应用，决非另二种材料所能比拟。陶瓷块经橡胶衬垫后，可以经受5kg铁3m高程的冲击或300mm煤块4m高程的冲击。如采用加强型陶瓷块，10kg的铁球3m高程冲击仍不碎裂。只有在4kg尖锐的铁器以4m高程冲击时陶瓷块才偶有碎裂，聚乙烯板抗冲击性能很差，对一般的煤块亦难抵御，使用条件受较大限制。D：消声功能煤流冲击落煤筒时，能产生80dB以上强烈
11、噪声，加装衬板后均能适当减轻。衬陶瓷并采用橡胶硫化的效果最为明显，其次是聚乙烯板，稀土铸钢板与一般钢板一样，减噪性能较差。E：材料利用率这里所指的材料利用率主要与固定方式有关。稀土铸钢板如采用沉头螺栓，当钢板磨至与螺栓部锥体根部相齐时衬板将脱落，约有4mm钢板无法利用。耐磨陶瓷不论用橡胶硫化或树脂黏结，固定螺栓是不可露的，在冲击较强的工况中，一般可以使用到衬板被磨穿为止，材料可以充分利用。F：抗腐蚀性聚乙烯及陶瓷化学稳定性好，不会发生锈蚀，而稀土铸钢则不然。G：适用温度聚乙烯的使用温度一般不得超过90。陶瓷尽管自身可承受高温，但需受固定需用的橡胶或树脂类影响，适用温度大致在100左右，而稀土铸
12、钢耐高温性能较好。H：加工性能聚乙烯及稀土铸钢制成后切割比较方便，并可根据需要钻制固定用孔洞。耐磨陶瓷板制成后需要用特种刀具切割，螺钉数量及位置亦不易改动。6、结论A：输送散状物料系统中管道、漏斗及容易产生腐蚀的部位应选用超耐磨陶瓷复合衬板，根据试验，适用范围可用如下考虑：1）煤块最大粒度达300mm，垂直段落差不大于2m；煤块最大粒度为100mm，垂直段落差不大于4m以及所有倾斜的管段、溜槽的受磨面可衬砌5mm陶瓷片。2）挡板、头部滚筒处的挡煤板可衬砌5mm陶瓷片。3）煤块最大粒度达300mm，垂直段落差大于4m直接冲击面可选用抗冲击型陶瓷片，其余部位仍可选用5mm陶瓷片。B：对于粉状物料或粒度很小，基本无冲击的场合或物料水份多、粘性大，容易粘结的受料面，例如原煤斗、圆筒仓、导料槽二侧的裙板、刮板输送机的槽体及输送煤泥的料槽，适宜选用高分子聚乙烯板衬砌。C：煤斗、落煤筒由于斗壁倾角偏小，堵塞频繁或工艺中个别易产生堵塞的部分，亦宜采用高分子聚乙烯板初砌。D：物料坚硬、粒度大，冲击强烈以及运行温度较高的部位仍应选用稀土耐磨铸钢。作者简介：卢正伟，男，1996年毕业于华北电力大学机械设计与制造专业。现担任华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂燃料老厂车间主任。联系电话：0453-6363280 133351333620通迅地址：华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂邮编：157015
