耐磨材料與防腐蝕涂裝技術(shù)在選煤廠的應(yīng)用

陳 帥

(鄭煤集團(tuán)新鄭精煤公司，河南 鄭州 451150)

·專題綜述·

耐磨材料與防腐蝕涂裝技術(shù)在選煤廠的應(yīng)用

陳 帥

(鄭煤集團(tuán)新鄭精煤公司，河南 鄭州 451150)

選煤廠生產(chǎn)主要依靠設(shè)備，設(shè)備在使用過程中，其金屬構(gòu)件與物料和各種介質(zhì)的接觸、磨損以及發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)等，容易造成金屬腐蝕，導(dǎo)致設(shè)備無法正常使用。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，耐磨材料和防腐蝕涂裝技術(shù)的研究已取得了一定成果，耐磨材料和防腐蝕涂裝技術(shù)在選煤廠的應(yīng)用，延長了設(shè)備的使用壽命，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

設(shè)備;腐蝕;選煤;涂裝;耐磨;材料

選煤廠設(shè)備腐蝕主要是金屬的腐蝕，金屬材料腐蝕失效每年造成全世界鋼材的消耗達(dá)7億t以上［1］。

金屬材料腐蝕是金屬材料受周圍介質(zhì)的作用而損壞，金屬的銹蝕是最常見的腐蝕形態(tài)。腐蝕時，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化(離子)狀態(tài)，這會明顯降低金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化使用性能，縮短設(shè)備的使用壽命，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失、資源浪費(fèi)，甚至發(fā)生災(zāi)難性的事故，造成惡劣的影響。

隨著材料科學(xué)技術(shù)及金屬防腐蝕涂裝技術(shù)的不斷發(fā)展，耐磨材料和防腐蝕涂裝技術(shù)在選煤、冶金、石油化工等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，大大延長了設(shè)備、部件的使用壽命，降低了設(shè)備故障率、維修率，取得了一定的成效。

1 選煤廠設(shè)備腐蝕及防護(hù)

選煤廠設(shè)備腐蝕主要是金屬腐蝕，金屬腐蝕分為應(yīng)力腐蝕破裂、腐蝕疲勞、磨損腐蝕、氫損傷、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、電偶腐蝕等8種［2］。腐蝕與金屬自身的結(jié)構(gòu)以及外部環(huán)境有關(guān)，選煤廠設(shè)備腐蝕常由于應(yīng)力集中、與物料和介質(zhì)摩擦、撞擊以及發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)等原因造成。

選煤廠設(shè)備腐蝕有如下特點(diǎn):設(shè)備運(yùn)動部件易發(fā)生磨損，遇特殊情況發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，造成腐蝕，如刮板機(jī)鏈條、離心機(jī)刮刀、手動閥門絲杠，一旦遇水、潮濕環(huán)境或潤滑不力，極易發(fā)生銹蝕;金屬材料與煤泥水、介質(zhì)懸浮液等流體接觸的部件容易磨損、腐蝕，如弧形篩布料箱、介質(zhì)和煤泥水管道等;設(shè)備、部件應(yīng)力集中處易發(fā)生腐蝕，如脫介篩大梁，特別是方梁直線振動篩，長期使用易在大梁上應(yīng)力集中處開裂、腐蝕，造成斷大梁;設(shè)備兩部件接觸處及焊接處易腐蝕，如脫介篩篩箱上固定螺絲處和管道改向接口處，由于螺絲擰動或者焊接時對原防腐處理造成人為破壞，此處易發(fā)生腐蝕;設(shè)備部件邊緣、棱角處由于涂裝加工不易處理、涂層薄，也會先于其他部位腐蝕。

金屬材料的腐蝕主要與自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和外在環(huán)境有關(guān)。自身原因包括制作材料、設(shè)計工藝、形狀等;環(huán)境原因包括物理碰撞、磨損、應(yīng)力、環(huán)境pH值、流體性質(zhì)等。所以，防腐蝕工作主要從這兩個方面著手。

1)自身方面:根據(jù)設(shè)備、管道、構(gòu)件所使用的環(huán)境、頻次、強(qiáng)度等因素選用合理的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計，如在腐蝕環(huán)境中宜選用耐腐蝕的材料，在磨損強(qiáng)度較大的環(huán)境宜選用耐磨材料，根據(jù)工作環(huán)境需要選用不同形狀的設(shè)備構(gòu)件(如管道彎頭、三通形狀、焊接工藝的合理選擇)。

2)外在方面:一般設(shè)備在出廠時就進(jìn)行了防腐處理，在對設(shè)備的使用過程中要定期對設(shè)備、管道、部件進(jìn)行除銹防腐處理，注意巡檢，發(fā)現(xiàn)防腐涂層脫落要及時補(bǔ)刷。在組裝設(shè)備時，注意對設(shè)備部件表面漆膜、保護(hù)層的保護(hù)，擰螺栓時盡量使用墊片。對于耐磨管道，耐磨層和基層的結(jié)合屬于異質(zhì)材料之間的結(jié)合，并非一體，在安裝時，要嚴(yán)禁摔、敲、砸，避免復(fù)合層與基層的脫離，為了避免焊接對耐磨層的破壞，一般根據(jù)管路設(shè)計圖紙，直接向廠家定制，特別是彎管、三通、彎頭、分配管等［3］。

2 耐磨材料在選煤廠的應(yīng)用

2．1 簡 述

耐磨材料普遍用于選煤廠重介質(zhì)選煤系統(tǒng)，目前，很多選煤廠的煤泥水處理系統(tǒng)也開始采用耐磨管道。介質(zhì)懸浮液硬度大、腐蝕性強(qiáng)，介質(zhì)管道磨損速度很快，特別是有壓管，如旋流器入料管、脫介篩入料管等。

依管道材料和流動方式不同，一般的金屬管材使用壽命大約在幾個月到1年左右。管道的嚴(yán)重磨損不僅造成了大量的材料浪費(fèi)和介質(zhì)的跑冒滴漏，而且頻繁的管道維修更換，增加了工人的勞動強(qiáng)度，加大了生產(chǎn)成本。

另外，選煤廠洗選出的精煤、中煤、矸石等物料對設(shè)備、溜槽、料倉壁的內(nèi)襯磨損嚴(yán)重，矸石對溜槽的磨損最嚴(yán)重。在大中型選煤廠主輸煤系統(tǒng)中采用12 mm錳鋼板內(nèi)襯，也僅僅使用了3～5個月就被磨穿［4］。因此，提高設(shè)備襯板的耐磨性和耐沖擊性十分重要，選擇適應(yīng)不同工況的襯板材料可使物料輸送順暢，經(jīng)久耐用，是實(shí)現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)的重要保障。

2．2 選煤廠常用的耐磨材料

2．2．1 高鉻鑄鐵

高鉻鑄鐵是指含碳量0．6% ～2%，含鉻量13%～25%［4］，硬度較高的一種耐磨材料。不能進(jìn)行切削加工，可用來制作重要的耐磨零部件、襯板等。其缺點(diǎn)是材料脆性大，不能承受較重的沖擊載荷。高鉻鑄鐵在選煤廠常用作溜槽、料箱等的耐磨襯板使用。

2．2．2 鑄 石

鑄石是以天然巖石為主要原料，經(jīng)配料、融化、澆筑、退火而成的一種無機(jī)非金屬材料。它具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕性能。但是鑄石密度高，脆性大，不耐沖擊，易破碎。鑄石目前常應(yīng)用于重介質(zhì)收集緩沖池等物料沖擊力不大的部位，如脫介篩下溜槽、重介質(zhì)旋流器產(chǎn)品緩沖箱等，易于發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。

2．2．3 離心澆鑄復(fù)合陶瓷管

離心澆鑄復(fù)合管是采用“自蔓燃高溫合成－高速離心技術(shù)”制造的復(fù)合管材，在高溫高速下形成均勻、致密且表面光滑的陶瓷層及過渡層。復(fù)合管具有良好的耐磨、耐熱、耐蝕及抗機(jī)械沖擊與熱沖擊、可焊性好等綜合性能。是輸送顆粒物料、磨削、腐蝕性介質(zhì)等理想的耐磨、耐蝕管道。復(fù)合管在選煤廠常用作直管、彎頭、三通等，使用效果較好。

2．2．4 貼片耐磨管

貼片耐磨管是用粘膠將氧化鋁陶瓷片粘貼在管道內(nèi)壁。該種產(chǎn)品制作工藝簡單，制作周期長。貼片耐磨管現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于重介質(zhì)選煤介質(zhì)輸送系統(tǒng)，包括重介質(zhì)旋流器入料溜槽、旋流器彎頭和內(nèi)壁、介質(zhì)管道等，使用壽命長，達(dá)2～3年。一般先由用戶對管路長度、傾角等提出要求，到生產(chǎn)廠家定做后，在生產(chǎn)現(xiàn)場組裝使用，以保護(hù)其耐磨層在安裝時不因?yàn)槎渭庸ざ粨p壞。

2．2．5 點(diǎn)焊裝卡式耐磨管

點(diǎn)焊裝卡式耐磨管是用耐高溫強(qiáng)力粘膠將中間帶孔的氧化鋁陶瓷片粘貼在管道內(nèi)壁，同時配合點(diǎn)焊工藝透過小孔將陶瓷牢固地焊接在鋼管內(nèi)壁。為保護(hù)焊點(diǎn)，上面再旋上陶瓷蓋帽。該種產(chǎn)品制作工藝相對復(fù)雜，制作周期較長，成本較高，在選煤廠應(yīng)用較少。

2．2．6 耐磨堆焊板

耐磨堆焊板是采用焊接的方式，在普通低碳鋼板、耐熱鋼板或不銹鋼板上堆敷一層高碳、高鉻的硬堆焊層來形成的。具有高耐磨性、耐沖擊性、可卷圓、冷熱加工等特性，其耐磨性是普通低碳鋼的30倍以上［4］，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場任意切割、焊接施工，完全滿足選煤廠主輸煤系統(tǒng)中非標(biāo)件、倉體等的耐磨要求。耐磨堆焊板加工周期較長，一次投入成本較大。

2．2．7 聚氨酯

聚氨酯材料廣泛用于選煤廠的篩板、皮帶清掃器刮刀等方面，以壽命長、維修工作量小、綜合成本低等特點(diǎn)著稱。聚氨酯篩板相比于普通鋼制篩板，耐磨性能好，使用壽命長，其耐磨性為鋼制篩板的3～5倍;其耐濕性能好，可在水為介質(zhì)的條件下工作;其與物料的摩擦系數(shù)較低，具有自清理作用，利于透篩，提高篩分效率和脫介效率;耐腐蝕，不易燃，無毒無味;吸振性能好，消聲能力強(qiáng)，可減少噪音;節(jié)能降耗，聚氨酯比重小，比同樣大小鋼篩重量輕得多，從而減輕了篩機(jī)負(fù)荷，節(jié)約電耗，并可延長篩機(jī)壽命。聚氨酯清掃器使用壽命較長，約為一般清掃器的5倍以上，且結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，維修更換方便，清理效果好。

3 防腐涂裝技術(shù)在選煤廠的應(yīng)用

對設(shè)備進(jìn)行防腐涂裝處理是選煤廠最常用的設(shè)備防腐蝕技術(shù)，每個選煤廠都會定期對設(shè)備、管道進(jìn)行防腐涂裝處理。

3．1 涂料防腐技術(shù)的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):在保護(hù)物面不受環(huán)境侵蝕的同時，還具有裝飾作用及標(biāo)志(以示警告危險、安全等)、偽裝變色、示溫、絕緣、導(dǎo)電、防火、潤滑、防噪音等特殊功能;施工簡便、應(yīng)用范圍廣，不受構(gòu)件過大、過小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制;易于現(xiàn)場維護(hù)、更新;成本費(fèi)用和施工費(fèi)用低于其他防腐措施，涂裝工期短，對生產(chǎn)影響小;可以和其他防腐措施(如陰極保護(hù)、金屬噴涂、金屬鍍、塑料鍍等)配合使用，獲得完善的防腐系統(tǒng)。

缺點(diǎn):涂裝作業(yè)一般涂層較薄，多在1 mm以下，其抗?jié)B、抗機(jī)械損傷能力有一定的限制，經(jīng)過一段時間后必須進(jìn)行維修。尤其是在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)、高溫及外力較強(qiáng)的場合，僅采用涂料防腐難以達(dá)到使用要求。

3．2 涂料的基本組成及作用

涂料的基本組成及作用見表1。

3．3 防腐涂層的結(jié)構(gòu)

3．3．1 底 漆

底漆直接與金屬接觸，是整個涂層系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。它能阻止銹蝕的產(chǎn)生和發(fā)展，因此，往往含有防銹顏料、抗?jié)B填料;它與金屬表面有良好的附著力和潤濕力，因此，成膜物分子結(jié)構(gòu)中往往含有極性基團(tuán)如羥基、羧基等;底漆中含有較多的固體填料的另一種作用是使漆膜表面粗糙，增加與中間層或面漆的結(jié)合力。

3．3．2 中間層

中間層要與底漆、面漆結(jié)合良好，起承上啟下的作用，這主要是靠兩層界面間的物質(zhì)相互擴(kuò)散、高分子鏈相互纏結(jié)以及極性基團(tuán)間的吸引力。在整個涂層體系中底漆或面漆有時不宜太厚，所以中間層的另一作用是能較多地增加涂層厚度，以提高屏蔽作用。

表1 涂料的基本組成及作用［5］

3．3．3 面 漆

面漆與環(huán)境相接觸，因此，要具有耐環(huán)境化學(xué)腐蝕性、裝飾美觀性、號志性、抗紫外線、耐候性等。

3．4 金屬表面涂裝預(yù)處理

在進(jìn)行涂裝前需對金屬表面進(jìn)行預(yù)處理，目的在于除去制作表面的銹蝕、氧化皮、油污等，同時產(chǎn)生一定粗糙程度的表面或磷化、鈍化的表面，以提高涂膜的附著力并防止生銹。預(yù)處理的好壞直接關(guān)系到涂膜的防腐效果，是保證防腐施工質(zhì)量的最重要環(huán)節(jié)。金屬表面處理方法從總體上可分為機(jī)械法和化學(xué)法兩大類:

機(jī)械法:包括手工敲打、打磨法、電動砂輪摩擦法、噴射高壓水、噴射高壓空氣、噴砂等機(jī)械動力沖擊法。機(jī)械除銹法的目的不僅在于除銹污，同時還提高金屬表面的粗糙度以增強(qiáng)涂層的附著力。

化學(xué)法:包括化學(xué)除油、電化學(xué)除油、酸洗除銹以及磷化、鈍化處理。

由于化學(xué)法除銹工藝復(fù)雜、造價高、工期長，不適合長期開機(jī)生產(chǎn)的選煤廠，所以選煤廠防腐除銹預(yù)處理一般采用機(jī)械法。

3．5 涂料的合理選擇

根據(jù)介質(zhì)環(huán)境。實(shí)際情況中，腐蝕介質(zhì)種類繁多，不同場合引起腐蝕的原因不一樣，因此，選用涂料必須充分考慮被保護(hù)物面的使用條件與涂料適用范圍的一致性，并盡量選用廉價、無污染的涂料。

根據(jù)被保護(hù)物件的表面性質(zhì)。首先要考慮涂料與保護(hù)表面是否具有足夠的粘合能力，是否會發(fā)生不利于粘合的化學(xué)反應(yīng)。其次要考慮施工的可行性，如紅丹防銹漆可用于鋼鐵表面，但不能涂在鋁和鋁鎂合金表面，木材制品不能選用烘干漆等;當(dāng)鋼鐵表面難以進(jìn)行噴砂或酸洗等表面處理時，要考慮選用帶銹底漆。

根據(jù)涂料的性能合理的配套選用涂料。底漆和面漆要有很好的結(jié)合力，面漆不能咬起底漆，與基材附著力差的面漆要選擇附著力強(qiáng)的底漆，若底、面涂層間結(jié)合不良，可選用中間層涂料。

根據(jù)施工條件。若無噴涂設(shè)備，不宜采用快干涂料。無烘房或被涂物件太大，不宜采用烘干型涂料等。

注重經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算時要將材料費(fèi)用、表面處理費(fèi)用、施工費(fèi)用、涂膜使用壽命及維修費(fèi)用等加以綜合考慮。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，資源將進(jìn)一步受到重視，材料的性能將會越來越優(yōu)越，新材料、新技術(shù)的不斷投入使用，選煤行業(yè)的設(shè)備將會性能更好、使用壽命更長，耐磨材料和防腐涂裝技術(shù)以其優(yōu)越性，必將在選煤行業(yè)得到更廣泛的應(yīng)用。

［1］ 任耀劍，江利．耐磨材料的研究及進(jìn)展［J］．礦山機(jī)械，2005(6):73．

［2］ 閆康平，陳匡民．過程裝備腐蝕及防護(hù)［M］．第2版．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009:2－3．

［3］歐澤深．重介質(zhì)選煤技術(shù)［M］．徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006:266－267．

［4］于 冰．選煤廠主輸煤系統(tǒng)常用耐磨襯板的選擇［J］．煤炭加工與綜合利用，2011(4):17－18．

［5］ 吳繼勛．金屬防腐蝕技術(shù)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1998:141．

Application on W ear－resisting M aterial and Anticorrosion Coating Technology in the Coal Preparation Plant

Chen Shuai

Coal preparation plant production mainly relies on the equipment，in use process the metal components of the equipment contact，wear and happen electrochemical reaction with material and all kinds of media，easy to cause the metal corrosion，lead to the equipment can＇t be used normally．With the continuous development of material science，the research of wear－resisting material and anticorrosion coating technology has obtained the certain result，the application of this technology in coal preparation plant，extend the life of the equipment，create considerable economic benefits and social benefits．

Equipment;Corrosion;Coal preparation;Coating;Wear－resisting;Material

TD407

A

1672－0652(2012)09－0004－04

2012－07－06

陳帥(1987—)，男，河南寧陵人，2010年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，主要從事精煤技術(shù)管理工作(E －mail)ccss1389@163．com