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| 防护技术在水泥生产中的应用介绍 | |
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当代的工业生产需要进行连续无故障地操作运行，这对于企业降低经营费用、减少维修需求、合理配置劳动定员来说十分重要。在严酷的国际竞争环境下，工业企业的运作，不再是一个简单的是与非的决策，取而代之的是，要在一个可以做出多种决定的范围内选择最佳的决策。这一点原则上适用于所有的行业，但对于基础工业，尤其是水泥工业，特别适用。水泥厂的输送系统和储存设施每天都需要处置大量的磨蚀性散装物料，各类输送设备和其他设备的部件，除非在设计和防护上有足够的考虑，否则它们只能在短期内正常工作。除了优化总平面布局、减少输送距离外，不同部件的材质选择也显得特别重要。 1.经受时间考验的耐磨防护材料在20世纪中叶，水泥厂的建设者们和经营者们选用了传统的金属材料，甚至考虑使用特殊的合金材料来制造设备，但在工业实践中，它们始终未能达到理想的使用寿命。随后，人们开发了耐磨材料衬砌来解决生产中的磨损问题。此后，这种趋势一直在延续。至今，科研人员已经研发出各种各样的陶瓷耐磨材料、金属耐磨材料以及橡胶和树脂等高分子耐磨材料。 所有这些材料都具有各自不同的特性，例如不同的硬度、耐磨性、持续工作温度、摩擦系数及不可忽视的材料成本等。因此，根据具体的设备工作参数选择正确的材料是十分重要的。设备工作参数包括物料粒度大小和形状、石英含量、输送速度、工作压力和温度、可能达到的温度峰值、化学边界条件，等等。就以上这么多的影响因素而言，要想从数学上计算磨蚀率是不现实的。从不断变化的操作运行条件来看，这种计算也是不可能的。因此，只能依靠水泥厂多年积累下来的在设计、运行、材料使用等方面的实践经验。 在特定条件下能够顺利使用多年的典型耐磨材料有： （1）Abresist 玄武岩耐磨浇铸料是一种由熔融的玄武岩组成的耐磨矿物材料，它适用于由摩擦产生的磨损情况。它可用于高达350℃的环境条件，现已成功应用于管道、料仓、旋风筒和选粉机的耐磨内衬中。 （2）Kalcor 锆刚玉是一种由氧化铝和氧化锆混合熔融组成的浇铸材料，它可以用于存在高磨蚀应力或高温的环境。 （3）Kalocer 高铝陶瓷是一种由90%～93%的A l2O3组成的烧结陶瓷材料。这种材料可以被压制成平片状，具有极高的耐磨性能，它的应用使内衬产品可以做得很薄。另外，在管道中还可以使用氧化铝圆筒状内衬及片状或很小的马赛克内衬，这些方法也可以综合应用于大型部件的内衬。 2.灵活、新的解决方案 Kalcret 是一种典型的新型硬质合成材料。从一般意义上说，它是一种水泥胶结的耐磨材料，其骨料由多种高硬度、强耐磨的无机物集料组成。由于其不同组分的颗粒结构能很好地组合在一起，因此这种材料具有致密的整体密度，从而使水泥中的微孔被超细的硅质颗粒———微米级甚至纳米级的硅质颗粒所填充。该产品的结构组成取决于埋入水泥基质中的硬骨料组分。 耐磨材料的主要特性表现为其承受磨损应力的材料硬度，此类应力可以用标准化的试验方法来模拟。举例说，使用美国ASTMC704标准冲刷试验的方法，其试验结果对于摩擦性磨损以及超硬陶瓷材料的实际使用结果具有很好的符合性。在ASTMC704标准冲刷试验中，磨料流以设定的参数冲刷试件，试件的磨损量可以被测定。其他的试验方法可以用于别的材料，例如金属。这些方法包括Brinell 试验法，Vickers试验法，以及Rockwell试验法等。 ASTMC704标准冲刷试验方法常用于各种不同类型的陶瓷材料。用此方法，Abresist 玄武岩耐磨浇铸料及Kalc ret 硬质合成材料的耐磨值达到了大约2cm2，这个试验结果非常理想，可以确保这些材料在许多实践应用中具有足够的使用寿命，而且也清楚地说明它们比传统的耐磨材料优越。此外，现代的物料输送系统经常在严酷的条件下运行（如很大的输送量、很高的输送速度等），这就要求设备内衬具有更好的耐久性，而其他比较典型的优质材料包括Kalcor锆刚玉和Kalocer 高铝陶瓷，它们的磨蚀率明显很低，因此在冲刷试验中表现出较好的耐磨值。这些材料甚至在设备处于最大产能时，也具有足够长的使用寿命。 如果可以短期停机，对于维修者来说，必要的耐磨材养护时间是十分重要的。对于标准的Kalcret 材料，在规定的养护时间内，其抗压强度的发展与时间成正比，其强度曲线在初期显得比较陡，大约在6d 后达到最大值。实际上，在大约8h 后就可以达到其最终强度的75%，这意味着设备可以重新正常运行了（指维修后的重新启动）。 硬质合成材料可以采用涂抹、浇铸、喷涂或预制构件锚固的方法进行施工。其中，涂抹法是最常用的施工方法，它可以安全地将新材料覆盖在老材料之上。喷涂法在大面积施工方面突显出极大的优越性，其施工速度可以超过5m2/h，既省时又省钱。 对于短暂时间的停机，可以使用预制的Kalcret材料构件。这对几何形状相对简单的环境特别适用，如平面形或圆筒形。预制构件的优越性在于它们在安装前必须进行养护，而它们的养护简单、快速又可靠。预制构件在安装后可以立即投入使用，即便用在高温设备中也是如此。像Kalcret 这类产品的预制构件也可以和带有绝热材料的背衬同时供货，根据需要的绝热要求，选择相对较薄的衬垫可以达到满意的绝热效果。举例说，30mm 厚的Kalcret 耐磨内衬的背面可以再加上一层30mm 厚的微孔绝热层，其总厚度为60mm ；当内侧温度达到700℃时，钢壳体外侧的温度则只有80℃。 3.金属的耐磨保护 Kalmetall-W 是一种在坚固的金属基体上生成的多种表面硬化体系及表面硬质涂层。金属基体是强度的承载体，它可以是标准钢或特殊钢，根据不同的用途而定。表面硬化层就是耐磨层，它是在碳化铬基层上由C-Cr-Fe 系统组成。它可使金属产品获得很大的硬度，如使用某种特定的合金，其强度可高达820HV ，如果增加其他的合金元素，还可以改良其强度稳定性和高温稳定性。在焊接系统的协助下，可以生产出标准的板材，其尺寸可达到2m×4m ，可以使用等离子气切割装置切割出外形，随后用卷板机来成型，然后制作内衬或完全自支撑的部件。在一些特殊的环境，有些管道或其他部件需要加内衬，典型的例子就是小口径管道的内衬和磨辊、磨盘的表面硬化层，可以使用该产品。该产品可以延长新部件的使用寿命，或翻新原部件以适应设备的运行周期。 Kalmetall-C 是硬质浇铸料，比如硬镍浇铸料或NiHard 。根据不同的合金组成和硬化工艺，它可以适应不同的耐磨或耐冲击要求。它适用于平面形状、筒状及磨辊的形状，此类产品的硬质浇铸件可以用作内衬材料及自支撑构件。由于它是浇铸产品，大批量生产会有很好的经济效益。与Kalmetall-W 相类似，Kalmetall-C 的性能与合金的组成有关。Cr对硬度十分重要，Mo 对淬透性十分重要，Ni对韧性十分重要。硬质浇铸件的一个典型的例子就是制作磨辊，它全是由硬镍浇铸件制作，其直径可达3000mm ，宽度可达800mm 。 4.新型高耐磨陶瓷 当代最新开发的陶瓷产品之一就是Kalcor S 锆刚玉。传统的Kalcor 产品是一种熔融浇铸的制品，而新产品是用细粉料冷态成型，然后煅烧而成。由于在材料的组成中加入了微米级和纳米级的添加剂，使得这种材料的性能具有更广泛的适应性，特别是对材料的硬度、高温稳定性、耐温度峰值的冲击等性能的适应。此外，与Kalcor 相比，这种材料更易于成型。而成型过程中的耐磨性能损失极小，即使是薄壁结构的内衬构件，也不会有孔隙、气泡出现；其表面光滑，尺寸误差很小。 Kalsica碳化硅陶瓷是众所周知的材料，这类材料可应用于各个工业领域。多年以来，科研人员对这类材料进行了不断的改进和探索，使其变得更加精致，具有更好的耐磨性和高温稳定性。当然，此类材料的价格相对昂贵，因此在基础工业中的应用很有限。 5.紧固件系列 尽管有许多不同的材料具有可靠的耐磨性能可供选用，但是在实际应用中，由于紧固可靠性方面的问题，它们被逐一淘汰。因此，为了确保耐磨层工作的持久性，技术先进的紧固件系列的设计变得非常重要。 对于金属材料，通常可以用螺纹锚固、焊接或悬挂等方法紧固，但对陶瓷材料而言，紧固问题就变得复杂多了。采用环氧树脂进行胶结或用砂浆凝结，仅适用于温度不超过150℃的环境。对于更高的温度，或者有振动、需要悬吊固定的情况，仍然需要使用机械紧固系统。典型的例子就是使用焊块进行紧固，焊块的一头锚入陶瓷块，另一头焊接在基板上，这种固定方法为安装工作提供了相当大的灵活性。 除了焊块固定法之外，穿孔固定法也是可行的。这种方法既可以使用螺栓，也可以使用焊接销钉。虽然穿孔紧固法简便易行，但其灵活性较差，而且施工中必须要小心，如果紧固时施加了过大的力矩，陶瓷片就会碎裂。 热绝缘材料被广泛应用于工业上的高温操作系统中，同时，在这些系统中还需要使用耐磨材料。对既要耐磨又要耐高温的综合需求，需要专业的知识和经验。笔者以干燥机为例(它的工作温度大约是800℃)，来说明耐磨和耐高温两者相结合的设计情况，其中包括Kalcor锆刚玉、Kalcret硬质合成材料、内侧隔热层、钢板、V外侧隔热层等耐磨耐高温材料。 高耐磨的Kalcor 锆刚玉片，以中心穿孔的机械方式固定在钢质基材上。必须注意，锆刚玉片之间不可以相互连在一起(以使它们在温度变化时留有膨胀的余地)，因为在处置高磨蚀性的物料时，这种连接方式具有明显的风险。因此，在Kalcor锆刚玉衬片之下应有Kalcret硬质合成材料层，它可以有效地防护这些连接件。此外，还有一种方法就是使用小型的K a l o c e r高铝陶瓷片为连接件提供防护。 例如：设备内侧的隔热层紧固在耐磨内层之下，然后固定在钢板壳体上，最后是设备外侧的隔热层。 对高温设备的隔热要求是基于以下原因：(1)需要保持生产工艺要求的高温；(2)希望设备以节能的方式运行；(3)避免设备外表高温带来的危害。 虽然仅仅使用内隔热层就可以获得良好的隔热效果，但是设备的钢壳体的温度可能会低于结露点，这就存在钢壳体受腐蚀的风险。此外，内衬的膨胀量会比钢壳体大一些，从而造成了内衬组件之间的附加膨胀应力。如果把内隔热层移到壳体外面来，壳体温度低于结露点的问题就可以解决，但壳体自身的温度会变得很高，以至于必须使用昂贵的耐热钢才行。 将钢壳体里外都加上隔热层是一个聪明的解决办法。这样，钢壳体的温度就可以调节到人们所希望的水平，不但使其膨胀量几乎等于内衬层的膨胀量，同时还消除了壳体温度降到低于结露点的风险。内外隔热层与耐磨层组合在一起的结构是一个非常好的解决方案，在实际应用中，每一块Kalcor锆刚玉陶瓷片都是用一个柔性连接件与钢壳体相连接的。 7.无故障地连续运行 水泥厂中的许多装备都会受到磨蚀的侵害。受磨蚀之害的不仅有原料储存系统和生料制备、煤粉制备系统及煤粉入窑通道，还有熟料、混合材和水泥的粉磨及输送系统。 在使用了陶瓷、金属、树脂和橡胶等各类型的耐磨材料后，水泥厂设备的使用寿命延长了，无故障运行的目的达到了。在实践中，各种耐磨材料的组合应用表现出了良好的性能，它们使整套设备中不同磨损强度的各个部位具有近似的使用寿命，因此在技术上和经济上都非常合理。 水泥厂中经受磨蚀之害的典型例子是粉磨系统，它们需要可靠的耐磨防护；这不仅是指磨机本身，而且包括其上下游的设备。在一台立磨里，磨盘、磨辊、磨辊叉臂架的防护装置以及磨机内壁都需要进行耐磨防护。这些部件使用的耐磨材料包括Abresist玄武岩耐磨浇铸料、Kalocer高铝陶瓷、Kalmetall -W硬质堆焊料或Kalmetall -C硬质浇铸料。 在多数情况下，磨辊和磨盘首先是用Kalmetall -C硬质浇铸料浇铸而成，然后外覆Kalmetall -W硬质堆焊料，以延长其使用寿命。这些部件在运行了一定的周期后，可以用另外的Kalmetall -W硬质堆焊料进行翻新再造。 物料的选粉作业发生在磨机的下游，根据不同部位的不同磨蚀应力，可以分别选用Kalocer高铝陶瓷、Kalmetall -W硬质堆焊料、Abresist玄武岩耐磨浇铸料或kalcret硬质合成材料来制作内衬。多年以来，Abresist玄武岩耐磨浇铸料是标准的选粉机内衬材料，但近年来kalcret硬质合成材料却逐步在耐磨内衬应用领域取得优势，它的优点是没有形状复杂的内衬片需要在现场进行安装。kalcret硬质合成材料是袋装供应、现场混料、喷涂法施工，因此能适应设备的各种几何形状。 另一个典型的耐磨材料应用实例就是管道系统。在水泥厂里，管道系统绝大部分是气动系统，生料、熟料或煤粉的管道输送需要长寿命的管道内衬，特别是对管道弯头而言。很显然，弯管现在也可以用KaIdetect~硬质合成材料来制作内衬。通常情况下，管道系统的内衬是预制后送到现场的。 8.技术上的新进展 如今，耐磨材料的使用已成为众所周知的标准化施工步骤，而且一般都能获得良好的使用效果。今后，有关耐磨材料技术的新进展，必然会随着耐磨保护系统在硬度、耐磨性和经济性等方面的改善而不断涌现。 不同材料的组合应用，可以形成有效的耐磨保护系统。而要实现这一点，一方面要靠各种耐磨材料的适用性，另一方面要靠多年积累的实践经验。典型的应用实例是管道系统，耐磨性较好的材料被用在弯管上，而直线段可以用一般性的材料。其他的例子还包括在大型的管道弯头中，高耐磨的Kalcor锆刚玉被用于弯管的外径一侧，而较便宜的Abresist玄武岩耐磨浇铸料则被用于弯管的内径一侧；如果弯管会受到很大的冲刷荷载，则需在弯管的外径一侧使用Kalmetall -C硬质浇铸料，而在弯管的内径一侧可以使用较便宜的kalcret硬质合成材料。此外，搅拌机也经常使用组合材料来防磨损。其底部使用Kalocer高铝陶瓷材料，而安装在卸料门附近用于密闭底部的导轨，则使用Kalmetall -W硬质堆焊料来防磨损。 耐磨的橡胶软管是一个新的应用实例，它灵活性强，几乎适用于任何情况。它可以被用作膨胀节、减震器或变径管，尤其是在空间有限的环境，更能突显其优点。当然，在气力输送有棱角的物料时橡胶软管的期望寿命却是很短的。在这种情况下，Keraflex系统是一个很好的解决方案。其圆锥形的耐磨衬片可以相互搭接贴合，形成可弯曲的内衬。 另一种新型综合防磨蚀产品是陶瓷橡胶合成材料，其商品名称是Keraflex，它在许多工业领域的应用与日俱增，其中也包括水泥行业。虽然陶瓷材料在防止摩擦性磨损方面表现优秀，但在抗冲击性磨损方面却相当糟糕；而橡胶的性能却恰恰相反，它综合了两种材料各自的优点。陶瓷片被热熔在橡胶中，其产品已经被成功应用，如皮带机的卸载点，那里的Keraflex陶瓷橡胶复合材料达到了令人满意的使用寿命。该系列产品中也有使用较为便宜的Kalmetall -W硬质堆焊材料的，其抗冲击性磨损的性能可能更为可靠。在这些产品中，用Kalmetall -W硬质堆焊材料制作的元件取代了陶瓷片。 KaIdetect磨损探测装置对预防因磨穿而造成的环境污染或气动系统失效十分有用。该装置有一个电气系统，环绕着管道内衬有一组电流回路，在内衬被磨蚀、导线被磨断时，回路中的电流就中断了，由此可以给操作者发出警示信号，或直接切断系统的电源。该产品常被用于有危险性的或有污染性的散装物料输送系统。 9.结束语 在当代，种类繁多的陶瓷和金属耐磨材料，以及橡胶和树脂等高分子耐磨材料都可以用来解决水泥厂设备的磨蚀问题。材料的正确选择可以确保流程的无故障连续运行，同时在经济上也是合理的。而有效保护流程装置的前提，是耐磨材料能可靠地固紧在需要保护的表面上。 当代耐磨防护技术的进展体现在改善耐磨体系的实用性上。这不仅包括耐磨材料的灵活组合应用，同时也包括能够防止摩擦磨损和冲击磨损以及磨损监测系统的开发。在综合应用信息及多年实践经验的基础上，人们总能提出既经济又合理的解决方案，使耐磨防护技术适用于任何工业性装置，特别是水泥行业的生产设施。 安平县振超金属丝网制品厂生产水泥筛分网，过滤网，规格全，质量优，品质保证。 振超网业http://www.apychl.com |
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