耐磨陶瓷在水泥行业的应用？

近年来，随着国内大量基础设施建设，水泥行业发展迅速，掀起了升级换代和技术创新的高潮，生产技术和管理模式也发生了质的变化。新型干法由于采用了生料预均化、生料均化、旋风预热、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。技术的革新和规模的扩大，一方面提高了生产率和工作条件，另一方面也使以前不太关注的设备磨损问题变得越来越突出。设备的磨损严重影响了水泥工业的正常生产，从而导致生产成本和维护成本的增加。因此，寻找一种经济可行的设备防磨方法，大大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、节约资源具有重要意义。本文论述了磨损的机理，分析了水泥工业设备磨损的特点，介绍了耐磨陶瓷这一成熟可靠的高科技产品在水泥设备防磨中的应用。一、水泥工业设备磨损的机理根据磨损的机理和形式，磨损可分为磨粒磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。不同的磨损类型采用不同的防磨措施和耐磨材料。深入细致的磨损失效分析是为了找出哪种磨损机制产生磨损，从而选择不同的耐磨材料和耐磨措施。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，还与磨料的物理性质(主要是硬度和粒度)直接相关，其中颗粒对磨损材料的冲蚀角影响最大。颗粒冲蚀角为0度时，属于纯滑动喷射，主要磨损是磨粒，相当于在滑动摩擦的共同作用下，松散颗粒引起的一种磨损。随着喷射角的增大，磨粒磨损的比例减小，表面疲劳磨损的比例相应增大。当角度为90°时，表面疲劳磨损占主导地位。这时候材料的韧性就很重要了，韧性好的材料磨损率低。比如橡胶冲蚀角度到90度是最好的耐磨材料，冲蚀角度到0度是最差的材料。Pool和Finnie利用气固两相流对金属材料在不同冲击角度下的磨损率进行了实验研究，进一步证实了韧性材料的最大磨损角为20 -30度，脆性材料的最大磨损角为90度的结论(如图1)。图1显示了陶瓷、金属和橡胶三种不同材料的冲蚀磨损与冲蚀角的关系。从图1可以看出，陶瓷材料在小角度冲蚀时磨损失重最小。新型干法生产线大量采用自动化程度高的封闭式气力输送系统，循环过程中物料以冲蚀磨损为主。例如粉末进料管、风扇、旋风分离器、粉末分离器等。物料输送系统主要是疲劳和磨损，如溜槽和料斗。二、设备耐磨原理水泥行业的设备基础材料大多由钢材组成，钢材磨损是设备磨损的外在表现。由于磨损问题一般只发生在表面和零件上，采用表面防护措施来控制和延缓表面损伤是解决磨损问题的有效途径。如上所述，磨损机制取决于颗粒碰撞的冲蚀角。冲蚀角较小时(一般小于25度)，磨损形式以切削机制为主，提高硬度是提高材料耐磨性的有效方法。冲蚀角较大时，由于颗粒的冲击功被材料变形吸收，材料的韧性或变形能力对耐磨性起决定性作用。寻找一种硬度更高的材料来处理有冲蚀磨损的设备表面，无疑是最好的办法。在几十年的发展历程中，耐磨材料的研究和创新从未停止。铸石、铸钢、合金钢、热喷涂、耐磨涂层、耐磨水泥等材料。其中，氧化铝陶瓷以其高耐磨、高硬度、抗氧化、耐腐蚀以及极高的高低温强度成为应用最广泛的耐磨材料之一。煤和水泥厂灰中几乎所有硬质矿物颗粒的硬度都高于普通碳钢，但一般不会高于耐磨陶瓷，仅次于金刚石。对于以疲劳磨损为主的物料输送系统，不仅要考虑物料的硬度，还要注意其韧性。理论研究表明，在疲劳磨损中，硬度不再是耐磨性的标志，材料的弹性模量成为该条件下影响材料耐磨性的主要因素。

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