耐磨陶瓷在水泥行业的应用 - 文章

耐磨陶瓷在水泥行业的应用

作者：湖南精城特种陶瓷有限公司邵晓克

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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，它是以氧化铝含量大于95%的氧化铝为原料，经1700℃高温烧结而成的，通过添加不同的添加剂，可以精确地控制化学组成和具有优异性能的陶瓷。耐磨陶瓷以其优异的综合性能和较为合理的价格成为设备防磨的首选。

(一)耐磨陶瓷主要性能指标

(二)性能特点

n 硬度高

洛氏硬度为HRA85-90，硬度仅次于金刚石。

n 耐磨性能好

根据权威机构检测，冲蚀磨损情况下，耐磨陶瓷的耐磨性是普通钢铁的几十倍。

n 抗冲击性能好

陶瓷通过增韧配方可以形成较强的晶体结合键，使氧化铝陶瓷的抗冲击性大大增强。

n 稳定性好

耐磨陶瓷具有超强的稳定性，即使温度达到摄氏1600度,也不会变形，耐磨性能几乎没有损失。

n 重量轻

其密度为3.6g/cm3，不到钢铁的一半，用耐磨陶瓷代替其他笨重的耐磨材料可大大减轻设备负荷。

(三)性能对比

目前国内的耐磨陶瓷发展迅速，其理化指标已达到国际顶尖技术的标准，如下表是在国内应用最广泛的精城耐磨陶瓷与日本九州工业陶瓷公司及标准块SS400的耐磨性能对比。

实验采用典型喷砂实验模拟现场，采用45°喷射角，喷射材料选用与工业输送粉体非常接近的标准材料，对耐磨陶瓷在粉体输送过程中的抗磨作用很有说服力。

实验说明

试验方法：粉体喷射磨损试验
试验装置：新东喷射装置（MY-3OB）
喷射材料：见附表
测试对象：九州工业陶瓷生产的氧化铝陶瓷，精城的送测样品及SS400标准块
喷射压力：0.1Mpa（喷嘴口的压力约为120m/s）
喷射时间：30min
喷射距离：30mm
喷射角度：45
测试次数：每种材料各两次
试验温度：室温

磨耗粉尘的性质测试表

(四)陶瓷的安装方式

陶瓷的耐磨性得到普遍认可，大家十分关心的是能否确保安装的设备上的陶瓷不碎裂、不脱落。这也是在使用过程中的关键，如果选型不合理、施工不注意，很可能造成陶瓷的脱落，得不偿失。

目前陶瓷的安装方式有多种，其中粘贴式、焊接式、燕尾装卡式最为普遍。

1. 粘贴式

粘贴式安装简便，成本较低，尤其适合现场大面积施工，节约检修时间。粘贴式的关键是粘胶和施工工艺。水泥厂设备一般温度较高，传统工艺采用环氧类胶粘贴耐磨陶瓷。这类粘胶主要是有机成分，不耐高温（最高耐温150℃），且易老化。满足不了长期运行的要求，一旦长期在超高温情况下运行，粘胶极易老化变脆成为粉碎。尤其是遇到骤热骤冷的情况，陶瓷与钢管的热膨胀系数不一致，再加上有机粘胶较脆，很容易造成整块陶瓷剥落。

目前这个问题已得到解决，据了解，精城和清华大学联合开发了GWJ-350耐高温无机粘合剂，这种粘合剂最高耐温350℃,可在室温下固化，具有相当高的强度和韧性。尤其值得称道的是，这种胶热膨胀系数介于钢铁和陶瓷之间（9×10-6m/ m.K），同时粘接剂的微纤维结构，可以很好地调节由于陶瓷与钢铁热膨胀不一致所带来的对陶瓷的挤压，最大限度地保证陶瓷在各种恶劣的环境中长期运行不脱落。

2. 焊接式

焊接式是将透过陶瓷中间的焊接孔将陶瓷焊接在设备上，同时配合粘胶粘贴达到双重保险的目的。焊接式适合于高温管道（500℃）或有轻微冲击的部位，如窑尾除尘管道、增湿塔进出口管道等。

3. 燕尾装卡式

燕尾装卡式是将两条梯形钢条平行焊接在设备上，形成燕尾槽，然后将燕尾陶瓷穿进燕尾槽的一种安装方法。此种方法工艺成熟可靠，可耐700℃高温，特别适合运动部件，如风机叶轮的防磨。但是此种工艺复杂，只适合平面施工。

(五)物料输送系统的防磨

上面一再提到耐磨陶瓷适用于磨蚀角较小的情况，那么对于磨蚀角较大或存在较大冲击的部位，陶瓷就不能用了吗？答案是否定的。其实，湖南精城特种陶瓷有限公司早在10年前就在国内率先推出了陶瓷橡胶一体硫化衬板。这种衬板是将经过增韧处理后的耐磨陶瓷硫化在橡胶中，很好地结合了陶瓷的高硬度和橡胶的缓冲和抗疲劳性能方面的优点，可以很好地解决水泥厂大块物料输送过程中的防磨问题。橡胶除具有良好的抗磨损和防腐蚀作用外，也能防止因物料聚集造成停产和降低噪声。但是，橡胶的加入只是一定程度上解决了抗冲击问题，也有其适用范围，下图是该种产品在不同物料粒度、落差和冲击角度下的使用范围。

另外由于橡胶的加入，限制了其在高温的应用，目前该种产品只适用于温度较低的部位。据了解，精城正在开发一种既耐高温有抗冲击的新产品，其主要原理是对陶瓷增韧和配合螺栓等机械安装方式，成功后可望解决更大范围的设备磨损问题。

五、耐磨陶瓷在水泥行业的应用

(一)风机叶轮

在新型干法生产线中，都是负压操作，电收尘风机、窑尾风机、蓖冷机风机、旋风风机等都处于非常重要的位置。研究风机的防磨，对新型干法水泥生产线的生产设备管理，具有重要意义。将耐磨陶瓷应用在风机叶轮上也是耐磨陶瓷应用中最难的课题，不但要克服陶瓷在高速运转所产生的离心力，还要克服温度、湿度、腐蚀对陶瓷和粘胶的影响，另外还涉及空气动力学、摩擦学理论，具有很强的代表性，因此这里拿出来单独讨论。

1. 磨损原因探析

风机叶轮的磨损原因很复杂,是空气动力学磨料的冲蚀磨损、低应力擦伤型磨料磨损和腐蚀磨损联合作用的结果。三种磨损形式中以空气动力学磨料的冲蚀磨损为主,低应力擦伤型磨料磨损和腐蚀磨损为辅；同时低应力擦伤型磨料磨损和腐蚀磨损将加剧空气动力学磨料的冲蚀磨损。

2. 现有解决办法及存在的问题

目前国内外在风机叶片防磨问题上进行了许多研究和探讨，从大的方面看可以分成两大类：一类是采用气固三元流方法来设计风机，使其尽可能避免磨粒在磨损最严重的角度下通过叶片流道，以此来延长叶片寿命；另一类是对叶片表面进行处理，以增加其耐磨性。本文主要探讨后一种方法。

理论研究认为，风机的磨损量与含尘气流的速度、冲击角度、灰尘成分及灰尘颗粒尺寸等许多因素有关。叶轮的冲蚀角一般比较小，其磨损的机理主要取决于粒子碰撞的冲角，磨损形式主要以切削机理为主。此时增加靶材硬度是提高磨损的一种比较有效的方法。

叶片表面增硬的工艺有堆焊、热喷涂等，堆焊法由于施工过程中,工作面瞬间高温受热,叶轮的热应力和变形问题难以克服；对热喷涂(如超音速火焰喷涂) ,尽管防磨处理时产生的热应力和变形很小,但涂层的致密度不够,厚度也难以达到理想的厚度，用于风机叶轮的耐磨效果不明显。至于耐磨陶瓷涂料就更不用说了，由于工艺限制其致密度较差，而且容易剥离和开裂，根本无法在高速运转的风机上应用。

而冲角较小时，陶瓷和金属、橡胶相比，其磨损最小。所以用陶瓷粘接在叶片表面来提高叶片的抗磨损能力是可行的。而且它是一种“冷态”防磨，防磨过程中基本上不会对叶轮产生热影响。

3. 风机叶轮上安装耐磨陶瓷工艺介绍

将耐磨陶瓷应用于风机叶轮，目前比较成熟的工艺有两种：

1) 粘接法

主要采用有机或无机粘接剂将耐磨工程陶瓷块粘接在叶轮的叶片及中(后) 盘等极易磨损的部位。由于粘接剂在高温下粘接强度急剧下降,且叶轮转速较高,线速度较大(通常大于120m/ s) ,故此类型陶瓷防磨叶轮仅能应用于低温工作环境,并且其工作稳定性较差,安全性也不太可靠。

2) 燕尾型

主要利用机械原理将燕尾陶瓷镶嵌进焊接在叶片上的钢铁燕尾条卡条上，同时配合耐高温无机粘合剂粘贴，实现机械、粘胶双重保护，即使陶瓷块破裂,也不会脱落,增加了叶轮运转的安全性、稳定性。由于卡条处于陶瓷块的保护下,气体介质不会直接冲刷卡条,卡条不存在磨损问题。对磨损严重的叶片进口处用U型瓷块加强，叶片与后护盘焊缝处沿叶片型线镶嵌L型陶瓷块。

这种工艺制作的陶瓷耐磨叶轮,制作工艺简单,陶瓷块与叶轮的连接安全可靠,几乎无热影响区,不会造成应力集中,且工程陶瓷密度小(3.5g/ cm3) ,质量远低于通常使用的钢质防磨衬板,叶轮总质量减轻,增加了风机主轴承的使用寿命。

4. 注意事项

但是，为达到更好的效果，需要注意以下几个方面：

1) 叶轮的表面一定要平整光滑。一般来讲,在叶轮的工作面和叶轮的其它易磨损区,不能有防磨护板、防磨圆钢、筋板和各种耐磨焊道、堆焊层,也不能有各种喷涂层和喷焊层等其它防磨层,只有这样才能保证粘贴质量和耐磨效果。最好在安装耐磨陶瓷前未作任何防磨处理,且未投入运行的新叶轮。

2) 无论是在厂家进行动平衡还是检修时进行现场静平衡，一定要注意将平衡块开破口焊接，焊接一定要牢固，至少保证两年内不被磨掉。以免因风机整体寿命的提高使平衡块被磨掉，冲击陶瓷。

3) 在使用过程中，还要注意不能有大块的物料或铁屑等物进入风机，撞击陶瓷，风机在高速运转下，很有可能将陶瓷撞碎。

4) 安装了耐磨陶瓷的风机叶轮一般可提高寿命10倍以上，会造成设备磨损的部位转移，以前磨损并不突出的部位可能因为整体寿命的提升处于薄弱环节，因此设计之初就要统筹考虑，尽可能地增大陶瓷的覆盖范围。

5. 使用案例

1) 基本情况

郴州金磊水泥拥有两条2500t/d干法生产线，有一段时间旋风除尘器因磨损而失效，致使排烟含尘量严重超标，引风机磨损严重，叶轮只运行10天就要更换或修复，严重影响运行的可靠性和经济性。过去曾通过改进风机结构、在表面堆焊（喷熔）处理，其提高其耐磨性，效果一直不理想。

2006年金磊水泥邀请湖南精城特种陶瓷有限公司技术人员进行现场调研，以找出磨损原因，彻底解决叶轮的磨损问题。

经了解，金磊水泥所采用的前弯式离心通风机技术参数如下：

· 直径：1800mm
· 转速：960转/分钟
· 流量：18500m3/h
· 粉尘浓度：500g/m3

2) 磨损原因分析

根据现场考察分析，我们认为造成引风机叶轮磨损的主要因素有以下几条：

· 灰粒粒径大小、灰粒的硬度

灰粒粒径较大，主要以硬度较高的水泥熟料为主，普通钢铁根本不是它的对手。

· 灰粒冲刷叶片的速度和角度

风机叶片在高速旋转中受烟气两相流动，其受冲击磨损程度与叶片各部位所受的流体质点离心力大小有关，此离心力在叶片进气边背弧随半径的增加而增大。

风机叶轮的形式和结构决定了灰粒冲刷叶片的角度，其转速决定了冲刷的速度，因为现阶段无法对风机叶轮进行重新设计，所以防磨改造只能从其它方面着手。

· 烟气含灰的浓度

当风机转速额定时，离心力的大小与烟气中粉尘密度、质点与轴心半径成正比。即烟气中粉尘浓度越大，叶片磨损越严重；粉尘在离心力的作用下随气流产生偏转，则气流偏转产生应力集中，应力集中处受到烟气冲击次数越多，则磨损越严重。

一般除尘器效率要求高于97%，如果除尘器效率一旦降低，烟气中含尘量较高，叶片很快发生磨损损坏。金磊水泥引风机粉尘浓度已经达到500g/m3甚至更高，磨损严重就不难理解。金磊水泥所采用18#离心通风机叶片是空心机翼型，当叶片的叶面在根部切线方向焊缝处被磨出豁口后，大量的粉尘进入到叶片的中空层里，破坏了叶轮的动平衡。同时，应力集中在豁口的边缘，降低了联接强度。当叶轮高速旋转时，叶片被向心力撕裂，瞬间产生巨大的不平衡力。

叶轮磨损情况

· 叶片的耐磨性能

金磊水泥所采用的叶轮在易磨损区域进行耐磨焊条堆焊处理，叶片表面堆焊对工件的热输入量高，劳动强度大，效率低，而且易引起风机叶轮的变形，在金属机体上会产生大量的微裂纹，对叶轮的安全运行带来严重的事故隐患。最重要的是与硬质颗粒硬度相比，耐磨焊条的硬度偏低，不足以达到抗磨的目的。

3) 改造方案

经过严密论证，对其进行了系统处理：

· 改造除尘器

将原旋风除尘器直段部分根据现场位置增高1m, 增大了有效容积,降低了风速,延长含尘气体在旋风除尘器中的停留时间,加大颗粒在离心力和惯性力作用下沿其壁面下落与气体分离的速度, 经锥体流入灰斗。一方面提高了收尘效率,另一方面粉尘气体中的大颗粒捕集效率也得到提高, 收尘效率较改造前提高30%以上。

· 在旋风筒内壁装贴耐磨陶瓷

前期收尘效果的下降和旋风筒被磨穿小孔有很大关系，因此在旋风筒进口和直筒及锥体均贴上耐磨陶瓷，防止再次磨损。

· 制作了同种规格的耐磨叶轮

陶瓷采用燕尾结构，并结合高强度粘胶，确保风机叶轮在高速转动下，陶瓷不至于被离心力甩出。

4) 经济效益评估

截至发稿时间，风机叶轮使用一直很稳定，经过9个月的运行停机查看，陶瓷磨损不超过0.2mm，彻底解决了长期困扰金磊水泥的问题，取得了很好的社会和经济效益。

从经济上看，一台新的风机叶轮价值约2万元左右，防磨处理后的叶轮价格约6万元，如果按照每30天换一个新叶轮（考虑到一台新叶轮磨损后进行修补后重新使用），那么一年需要24万元，这还不包括停机检修和安装以及对旧叶轮翻修的费用。而一台经过防磨的叶轮使用1年只要6万元，孰优孰劣，结果是显而易见的。

(二)石灰石破碎系统和原燃料预均化系统

适用设备：料斗、溜槽

选用产品：陶瓷橡胶一体硫化衬板

水泥工厂的原燃料都需要先行破碎，以使其粒度符合下一道工序粉磨的需要。原燃料的均化有利于稳定水泥回转窑的热工缎烧制度、提高产量、稳定质量、保证系统的长期稳定运转，提高自动化控制水平以及扩大原燃料资源所用年限。尤其是随着生产线的现代化和大型化，这些物料已由人工开采代之以大规模机械化开采和运输。这些物料的特点是物料颗粒大，主要表现为在转运过程中对料斗和溜槽的冲击磨损。如破碎机至提升机间的溜槽，一般用锰钢，寿命也只有半年，采用陶瓷橡胶一体硫化衬板可以有效地解决磨损和冲击的问题。

(三)原燃料粉磨及均化储存系统

水泥厂应用的生料粉磨设备主要有：立磨、球磨机、辊压机等。

适用设备：立磨进料溜槽、立磨进风区域衬板、立磨刮料板、立磨辊轴密封圈、选粉机、旋风筒、风机叶轮、风机壳体、磨机出口管道弯头及膨胀节等。

1. 立磨进料溜槽、立磨进风区域衬板、立磨刮料板都有一定冲击，而且由于进料部位位于上升热气流的上方，温度较高。采用锰钢衬板一般几个月就要修补或更换，建议采用增韧陶瓷砖堆砌。

2. 立磨辊轴密封圈

进口立磨中，为防止风粉泄漏，辊轴密封圈都采用陶瓷与橡胶复合圆环。这些易耗件一般每年都要更换，进口件一方面价格昂贵，另一方面工期较长。为实现零配件国产化，精城已开发出了性能与进口零部件相当的陶瓷橡胶密封环，在冀东扶风水泥使用已超过一年，现可大面积推广。

3. 选粉机

选粉机进/出口和选粉机筒体处风速很高（18-30m/s），大量粉尘被气流夹带高速冲刷壳体造成风蚀磨损。选粉机磨损的原因比较复杂，这里面既有粗颗粒物料滑动造成的磨粒磨损，也有由高浓度含尘气体高速冲刷造成的风蚀磨损，还有由粗颗粒物料甚至磨机破碎的研磨体等异物高速撞击所造成的冲击磨损。使用16Mn或65Mn做衬板，用3-4个月就磨穿。孔洞形成后，进入选粉机的物料通过内套筒时，有一部分物料将从孔洞渗漏到内外套筒间隙，在循环风的作用下进入细粉区，造成成品变粗。筒壁粘贴耐磨陶瓷可以至少延长设备使用寿命10倍以上，但是要特别注意垂直于风向陶瓷错位粘贴，避免沿风向形成沟槽和缝隙。

导向叶片处风速很高，且强制气流变向，磨损情况比较严重，可以采用粘贴方式进行处理。

灰斗中的物料是分选出的粗颗粒，以滑动磨损为主，并不造成较大冲击，可采用焊接式耐磨陶瓷。

主轴轴承的拉杆、油管、气管、测温管线从出风道中横穿出来，一般都是在其外面加护套管。护轴套在风粉的长期冲刷下很容易造成被磨穿，进而漏油，被迫停机。由于护套直径较小，采用方形小瓷片容易产生间隙，造成剥落。实践证明，采用弧形互链式陶瓷错位，可以使陶瓷形成环形结构，确保不脱落，效果很好。

4. 旋风筒

旋风除尘器的外壳经常被磨损漏风，造成除尘效率下降，产量降低。风粉从进风口进入旋风筒，物料在重力和旋风筒的双重作用下，改变流向，在筒内形成螺旋风向。高速气流夹杂着物料对筒壁进行磨蚀。与选粉机筒体类似，只要选取适当的工艺，采用耐磨陶瓷对旋风除尘器通体进行防磨是非常有效的。

5. 风机壳体

风机壳体的磨损也是一种典型的滑动磨损，高速运动的粉尘与风机壳体直接接触，产生强烈摩擦造成磨损。而且由于颗粒长期对某一区域进行磨蚀，造成壳体局部形成沟槽，机体变薄，甚至泄露。目前采用耐磨陶瓷进行风机壳体防磨工艺已非常成熟，关键是垂直于风向的陶瓷要错位粘贴，避免沿风向形成缝隙。

另外，还要注意的是所采用的粘合剂必须具有较强的抗震性能。目前，精城所采用的粘接剂是与清华大学合作研发专用于耐磨陶瓷粘贴的高科技产品，其主要特点是耐高温、抗老化，尤其是优异的抗拉伸、抗震动性能，非常适用于风机壳体中粘贴耐磨陶瓷。

6. 磨机出口管道弯头及膨胀节

物料在管道内变径部分及弯头等处流动时，由于流点在急变处其速度（大小及方向）发生变化，存在着加速度所产生的惯性力；同时流线不能按壁面形状平行流动而是产生局部涡流区，这样不仅使流体消耗其机械能量而且加重了流体对管道内壁的磨擦，从而缩短了管道的使用寿命。管道总磨损量决定于管内风速(颗粒冲击速度也是由管内风速决定) 、入射角、粉尘质量浓度以及粉尘和管壁的摩擦系数。管内风速决定了粉尘颗粒的运动和冲击速度。实验表明:速度对磨损的影响程度最大,磨损量与速度的三次方成正比。实验结果表明:塑性材料的壁面,当入射角为0°时,磨损率几乎为0 ,因此直管部位的磨损通常很小。当入射角增加到20～25°时,磨损率达到最大值,再增加到90°时,磨损率又下降。

磨损会造成系统漏风, 影响尘源控制效果, 破坏除尘系统功能, 甚至造成系统瘫痪；对于高架除尘管道, 磨损会使管道的强度和刚度急剧下降, 带来不安全隐患。因此管道的磨损不容忽视。

一般可通过以下方法减轻磨损：

1) 在保证管内粉尘不沉降的前提下,尽量控制管内风速；
2) 合理设计吸尘罩结构和抽风位置,控制罩口风速,尽量避免过多粗颗粒进入系统管道；
3) 有条件时,可增大弯头的曲率半径；
4) 更换耐磨陶瓷管道或在管道内衬贴耐磨陶瓷。

其中前三项为系统改造，条件不允许或效果不理想时采用第4种被动防磨。

(四)烧成系统

适用设备：三次风管、高温风机、增湿塔进口/出口弯头、蓖冷机至静电收尘器管道弯头、窑头静电收尘器尾部风管弯头、链式提升机下料溜槽

1. 三次风管

在新型干法水泥生产中，三次风管风速相对较高、物料的磨蚀性较大，其弯管处的磨损非常严重，成为影响系统运转率的直接因素。为此，应对弯管进行防磨处理，可更换内衬耐磨陶瓷的弯头。

2. 增湿塔进口/出口弯头、蓖冷机至静电收尘器管道弯头、窑头静电收尘器尾部风管弯头

此部分风管弯头工作温度较高，一般超过350℃，偶尔会达到600℃，陶瓷装贴就不能仅仅依靠粘胶，必须配合机械固定，如燕尾装卡、焊接等。需要注意的是，虽然从理论上讲，经过增湿塔的降温，气体温度就降到200℃以下，但实际生产中超温情况并不少见，金磊水泥就有一段时间出现短时间超温达600℃的情况。因此在耐磨陶瓷的选型及施工过程中决不能掉以轻心。

3. 高温风机

窑尾高温风机是烧成系统的关键设备，它的工作状况直接关系到整条生产线产量和水泥熟料质量以及系统的稳定。在现已投产的生产线中，该风机故障率比较高。

这种情况下，风机叶轮的耐磨陶瓷防磨就必须采用燕尾型结构，风机壳体也要采用焊接式结构。从系统配置和综合解决的角度，建议将增湿塔前置，这样通过增湿塔的热风温度就显著下降，窑尾高温风机的工作条件较好，减少废气高温对风机的影响，同时减少通风体积，降低风机负荷。另外，废气中含有较多粉尘，通过增湿塔将一部分粉尘收集下来，减少风机风叶结灰和磨损，风机叶轮失衡的隐患大大减少。

4. 链式提升机下料溜槽

此部分物料主要以细粉为主，进行陶瓷防磨不但要考虑抗冲击问题，还要考虑温度及陶瓷间的缝隙问题。建议采用增韧陶瓷，焊接固定。

(五)水泥粉磨系统

目前国内水泥粉磨系统可能的配置主要有四类，如下表：

适用设备：立磨进料溜槽、立磨进风区域衬板、立磨刮料板、立磨辊轴密封圈、选粉机、旋风筒、风机叶轮、风机壳体、磨机出口管道弯头及膨胀节等。

水泥粉磨系统原理与原燃料粉磨及均化储存系统差不多，只不过因为水泥熟料硬度更高，磨损更严重而已，这里不再赘述。

六、结束语

耐磨陶瓷的生产、施工以及针对实际工况提出解决方案是一个系统工程，需要对磨损件的失效分析、对磨损机理的认识以及正确的思路和丰富的材料学知识，不同厂家采取的工艺和方法不同，同样的产品就不能同样的效果。

另外，选择一家质量和信誉优的企业作为合作伙伴至关重要，不但产品品质和服务得到保证，更重要的是正规厂家在长期的防磨实践中积累了丰富的经验，可以提供更加专业、可靠的防磨方案，避免再走弯路。经验不足，不妥之处，敬请海涵，希望本文对水泥行业的设备防磨产品选型能有所帮助。

作者单位介绍：

湖南精城特种陶瓷有限公司是国内最早将氧化铝陶瓷用于设备防磨的厂家，也是目前国内最大的耐磨陶瓷生产企业。从1993年开始，致力于火电、钢铁、水泥、化工、冶炼、煤炭、矿山等行业的设备防磨，取得了良好的经济效益和社会效益，使耐磨陶瓷这种优质的耐磨材料得以在中国广泛应用，并催生了中国耐磨陶瓷行业的发展。目前该公司的产品已申报了10多项国家专利，产品出口美国、日本、印度等国家，获得了包括日本住友重机等600余家客户的充分信赖。

参考文献

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刘志江、狄东仁--《1000t/d生产线开发设计》（水泥技术 2003年第3期）

李顺银--《增湿塔在水泥应用的几个问题》（水泥 2001年第10期）

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H.X.Zhao,M.Yamamoto and M.Matsumura Slurry Erosion Properties of Ceramic Coatings and Functionally Gradient Materials ibid 1995,186-187:473-479(end)

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