散裝礦物轉(zhuǎn)接設(shè)備耐磨襯板選型研究

魏 博

（秦皇島港股份有限公司，河北 秦皇島 066000）

耐磨襯板是港口散裝礦物運(yùn)輸轉(zhuǎn)接設(shè)備的重要部件，為了保障能源的轉(zhuǎn)接運(yùn)輸，必須在輸送轉(zhuǎn)接設(shè)備的接觸面安裝耐磨襯板，避免因摩擦造成轉(zhuǎn)接設(shè)備的損壞。轉(zhuǎn)接設(shè)備維修周期與維修成本，取決于所采用耐磨襯板的耐磨性。目前，秦皇島港在線(xiàn)使用的耐磨襯板用量最大的是軋制、鑄造類(lèi)合金襯板。此外，秦皇島港在實(shí)際生產(chǎn)中也在嘗試使用陶瓷襯板、微晶襯板、復(fù)合襯板以及聚氨酯襯板等非金屬類(lèi)的新型襯板。但是在市場(chǎng)上采購(gòu)的耐磨襯板，即使同種類(lèi)耐磨襯板也存在質(zhì)量?jī)r(jià)格差異大，質(zhì)量參差不齊等現(xiàn)象，同時(shí)針對(duì)不同的耐磨襯板使用工況，其壽命差別也較大。

為此有必要開(kāi)展針對(duì)各類(lèi)耐磨襯板的性能研究，從而指導(dǎo)耐磨襯板種類(lèi)的合理選型。力爭(zhēng)達(dá)到耐磨襯板的經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值最大化，降低人工更換耐磨襯板成本與高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 港口耐磨襯板使用現(xiàn)狀

目前，秦皇島港在耐磨襯板選型時(shí)，并沒(méi)有因?yàn)槭褂霉r的差異而選用不同類(lèi)型的耐磨襯板，統(tǒng)一采用性?xún)r(jià)比最為合適的耐磨襯板。主要存在如下問(wèn)題：

（1）耐磨襯板因沖蝕磨損局部失效。

（2）關(guān)鍵部位、維修困難部位更換頻率過(guò)高。

（3）大塊物料沖擊照成的襯板斷裂。

（4）耐磨襯板黏礦堵斗。

（5）不同種類(lèi)耐磨襯板使用效果差異大。

2 耐磨襯板性能試驗(yàn)

為了解決上述問(wèn)題，我們制定詳細(xì)的試驗(yàn)方案，并根據(jù)影響耐磨襯板使用壽命的關(guān)鍵因素，開(kāi)展了磨粒磨損試驗(yàn)、沖蝕磨損試驗(yàn)、抗沖擊試驗(yàn)等專(zhuān)項(xiàng)研究。共選取了6大類(lèi)、20塊試驗(yàn)用耐磨襯板作為試驗(yàn)材料，其中堆焊類(lèi)10塊，軋制3塊，鑄造3塊，陶瓷2塊，微晶1塊，高錳鋼襯板作1塊（作為比對(duì)試樣）。

2.1 磨粒磨損試驗(yàn)

采用自行設(shè)計(jì)的磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)20種耐磨襯板試樣的耐磨性進(jìn)行評(píng)價(jià)。試驗(yàn)中，試樣的加載為98g，砂帶材料選用60目SiC，磨損速度選用1.8mm/min×104mm/min。每小時(shí)使用電子天平對(duì)磨損試樣進(jìn)行稱(chēng)重，得到試樣的失重。由于磨粒磨損損傷是線(xiàn)性關(guān)系，試驗(yàn)至少進(jìn)行20h以保證規(guī)律曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合性。為減小試驗(yàn)誤差，每組選取3個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)求取平均值的方法保證試驗(yàn)的可信度。

為了驗(yàn)證襯板磨粒磨損性能，通過(guò)磨粒磨損試驗(yàn)對(duì)20塊耐磨襯板試樣襯板進(jìn)行驗(yàn)證，得到了耐磨襯板的磨粒磨損性能與失重的試驗(yàn)結(jié)果，磨粒磨損試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。我們能驗(yàn)證出各個(gè)試樣摩擦磨損性能的相對(duì)優(yōu)劣。

圖1 磨粒磨損試驗(yàn)結(jié)果

2.2 沖蝕磨損試驗(yàn)

采用沖蝕磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)20塊耐磨襯板試樣進(jìn)行噴砂沖蝕試驗(yàn)。沖蝕磨損試驗(yàn)機(jī)填砂量為2kg～3kg，噴頭距試驗(yàn)襯板上表面為10cm，噴頭與試驗(yàn)襯板上表面的水平夾角為90°，試驗(yàn)壓強(qiáng)70psi。每10min對(duì)試樣進(jìn)行稱(chēng)重，共進(jìn)行10次稱(chēng)重，并采用輪廓儀在噴砂試驗(yàn)的開(kāi)始、中間和完成階段采集試樣的表面輪廓形態(tài)。

為了驗(yàn)證襯板沖蝕磨損性能，對(duì)19塊（除高錳板）耐磨襯板襯板試樣進(jìn)行驗(yàn)證。得到了耐磨襯板的沖蝕磨損的試驗(yàn)結(jié)果。我們能驗(yàn)證出各個(gè)試樣抗沖蝕磨損性能的相對(duì)優(yōu)劣。

2.3 抗沖擊試驗(yàn)

采用傳統(tǒng)落錘沖擊試驗(yàn)對(duì)襯板的抗沖擊性進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)大載荷壓入試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)試樣表面產(chǎn)生塑性壓痕的概率可以用來(lái)評(píng)定耐磨襯板的抗沖擊性能。采用120°錐形金剛石壓頭，采用1471N加載力對(duì)試樣進(jìn)行加載壓入，在保壓10s后，將被壓試件在三維表面測(cè)量?jī)x上觀察其在微米級(jí)上的壓痕，并根據(jù)產(chǎn)生塑性壓痕（壓痕處無(wú)崩裂現(xiàn)象）的概率統(tǒng)計(jì)和評(píng)定耐磨襯板的抗沖擊性能。最后根據(jù)統(tǒng)計(jì)韌性壓痕比率，確定試樣抗沖擊性分級(jí)。

為了驗(yàn)證襯板抗沖擊性能，對(duì)20塊耐磨襯板襯板試樣進(jìn)行驗(yàn)證。得到了耐磨襯板的抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果。我們能驗(yàn)證出各個(gè)試樣抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果性能的優(yōu)劣。相比之下，陶瓷襯板和微晶襯板的抗沖擊性較差。

2.4 礦料的黏合性試驗(yàn)

為了測(cè)量濕度高的礦物與襯板接觸面間的黏合力來(lái)反映襯板礦料黏合性指標(biāo)進(jìn)行如下試驗(yàn)。選取7塊不同材料的襯板置入高低溫箱中，并將環(huán)境溫度調(diào)整為零下40度；將粉狀礦物與水混合以模擬港口能源材料運(yùn)輸時(shí)狀況；將粉狀礦物與水的混合物置入PVC管并將其放置在襯板上，為加速試驗(yàn)，將襯板連同注入礦物粉末的PVC管一同置入零下40度環(huán)境箱4h；取出襯板放在試驗(yàn)臺(tái)上并固定，采用測(cè)力計(jì)拉拽PVC管以測(cè)試其與襯板的結(jié)合性。

黏合性試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，通過(guò)分析可以判斷，襯板的黏合性指標(biāo)主要取決于其導(dǎo)熱率。金屬襯板因具有相似的導(dǎo)熱率，通過(guò)對(duì)金屬襯板表面不同粗糙度和不同波度（宏觀粗糙度）的試驗(yàn)對(duì)比可知，襯板表面狀況對(duì)黏合性指標(biāo)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料本身。

圖2 黏合性試驗(yàn)結(jié)果

3 耐磨襯板選型

對(duì)磨粒磨損、沖蝕磨損試驗(yàn)、抗沖擊試驗(yàn)和黏合性試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型耐磨襯板的磨粒磨損、抗沖擊性能存在較大的差異性，不同類(lèi)型襯板的沖蝕磨損性能、黏合性差異性不大。耐磨襯板性能選型分布如圖3所示。從圖中可以看出，熔瓷、陶瓷襯板磨粒磨損性能好，但陶瓷的抗沖擊性能較差；堆焊類(lèi)襯板磨粒磨損性能較好，沖蝕磨損性能和鑄造、軋制類(lèi)襯板差異性不大；鑄造、軋制類(lèi)磨粒磨損性能較差；微晶類(lèi)襯板在干摩擦環(huán)境下磨粒磨損性能和沖蝕磨損性能都較差，但在摩擦升溫不大的工況中，其磨粒磨損性能表現(xiàn)出較為優(yōu)異的水平。

圖3 耐磨襯板性能選型分布圖

軋制和鑄造工藝制備的襯板為整體襯板，其壽命取決于襯板的厚度，磨損壽命的均勻性較好。而堆焊襯板的壽命則主要取決于耐磨層的厚度，而非整體厚度。因此，在選型時(shí)，應(yīng)考慮耐磨襯板厚度對(duì)使用壽命的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次試驗(yàn)研究，解決了港口耐磨襯板在選型與使用過(guò)程中性能無(wú)法滿(mǎn)足工況需求的問(wèn)題，提高了港口轉(zhuǎn)接設(shè)備耐磨襯板使用壽命、降低了維修成本。并通過(guò)合理選型、規(guī)范采購(gòu)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目研究成果還可推廣到其他耐磨襯板應(yīng)用行業(yè)，改善各行業(yè)耐磨襯板使用現(xiàn)狀。