落煤管耐磨衬板

锅炉输煤系统落煤管磨损及防护措施

前言

锅炉输煤设备使用过程中存在大量的磨损现象，磨损不但影响设备的正常使用，也对锅炉正常运行产生了影响，对环境污染也构成了破坏。本方案就锅炉输煤系统设备磨损原因、如何正确采取防磨措施、如何选择防磨材料进行论述。

针对锅炉输煤系统设备存在的磨损现象，进一步提高输煤设备防磨效果，有必要对输煤设备不同防磨材料及防磨措施进行探讨归纳，从而针对输煤设备不同部位采取行之有效的防磨措施，降低磨损对输煤设备的损坏，输煤系统的正常供给及锅炉的正常运行。

1 输煤设备磨损

输煤系统设备摩损现象普遍存在，如煤仓、皮带机的落煤管、输煤管道、三通、挡板、驱动及转向滚筒上的衬胶等等。磨损按机理划分可以分为黏着磨损（也称粘着磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损等。

    输煤系统中落煤管包含学术定义多，是连接各个转运站，筛碎室、主厂房中各层输送、储存、转运、筛分、破碎设备之间的主要运输连接部件，落煤管既包括下降管、落煤斗，也包括导流槽等，这些部件在运煤系统运行时不断地受到原煤煤流的冲刷、碰撞，极易造成壁板材料的磨损、腐蚀、泄漏等，并且由于落煤管磨损，腐蚀后也容易引发煤流在落煤管中的粘堵，严重影响输煤系统正常运行，污染输煤系统环境。

    我们知道按摩擦副的运动形式可分为滑动摩擦和滚动摩擦二种类型。滑动摩擦是指物体接触表面相对运动时的摩擦；滚动摩擦是指物体在力矩作用下沿另一物体表面滚动时接触表面的摩擦。对于工程材料来说摩损的定义是，设备材料在与其表面相对运动而在承载表面不断出现材料损失的过程，也可理解为由于物体相对运动造成物体表面尺寸或形状的改变和缺失现象。

1.1 黏着磨损

黏着磨损是常见的一种磨损形式，当两个固体表面相对滑动的接触表面时常发生这种磨损。黏着磨损通常以小颗粒状从一表面黏附到另一表面，有时也会发生反黏附，及被黏附的表面材料又会回到原表面上去。这种黏附和反黏附，往往使材料以自由磨屑状脱落下来，同时会沿滑动方向产生不同程度的磨痕。

1.2 磨粒磨损

所谓的磨粒磨损是因为物料或硬凸起物与材料表面相互作用使材料产生迁移的一种现象或过程，也可理解为磨粒在材料表面滑动、冲击造成材料表面的划伤和颗粒或碎块的脱落。

    当工作条件发生变化时，磨粒磨损往往伴随着黏着磨损。因此，上述输煤系统设备的黏着磨损和磨粒磨损往往同时发生。另外，磨粒磨损里面的冲击磨损不是大家认为的固体颗粒冲蚀磨损。固体颗粒冲蚀磨损发生在携带固体粒子的流体（气体或液体）对材料表面磨损现象。

1.3 疲劳磨损

这里所说的疲劳磨损主要指的是接触疲劳磨损，接触疲劳磨损又称表面疲劳磨损，在循环交变接触应力长期作用下所引起的表面疲劳剥落现象。当接触应力较小，循环交变接触应力次数不多时，这时材料表面只产生数量不多的小麻点（也称凹坑），对设备正常运行几乎没有影响；但当接触应力较大，循环交变接触应力次数增多时，在材料表面陆续出现浅层剥落、深层剥落，这是由于局部金属由于长期受交变应力反复塑性变形的结果，导致金属材料的磨损。

输煤设备落煤管发生表面接触疲劳磨损程度与材料所受载荷，材料的表面硬度、金相组织、冶金质量、表面粗糙度、润滑性有关。

1.4 腐蚀磨损

在摩擦过程中，由于机械作用和摩擦表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，共同引起的物资损失称之为腐蚀磨损，也称其为机械化学磨损。腐蚀磨损时材料表面同时发生腐蚀和机械磨损两个过程。

常见的腐蚀磨损是氧化磨损。纯净的金属暴露在空气中，表面会很快与空气中的氧气生成氧化膜。在摩擦过程中，金属表面的氧化膜受机械作用或由于氧化膜与基体金属的热膨胀系数不同，而从表面剥落下来形成磨屑。剥落后的金属表面就会再次与空气中的氧气发生反应生成新的氧化膜，这样周而复始，形成的磨损称为氧化磨损。其次，是特殊介质腐蚀磨损。由于金属表面与酸、碱、盐等介质发生化学反应或电化学反应而形成磨损称为特殊介质腐蚀磨损。其磨损机理与氧化磨损机理相似，但腐蚀的痕迹较深，磨损速度较快，磨屑呈颗粒状和丝状，它们是表面金属与周围介质的化合物。

上述磨损在输煤设备中几乎都存在腐蚀磨损，只是因所处环境不同而腐蚀磨损的程度不同。金属材料落煤管很容易被各种化学物质腐蚀，比较明显的特征是在表面生成黑点，逐渐扩展成海绵状空洞，在摩擦过程中成小块剥落。

输煤设备往往同时伴随着磨粒磨损和腐蚀磨损，锅炉用煤范围广、品种多（含有石英砂、刚玉、泥土等坚硬质点物质），且含有不同程度带有腐蚀液体介质的水份，磨料（煤）中有硫化物矿物如磁铁矿等存在时，氧可使腐蚀及电化学腐蚀增加，这时磨损的主要行为是磨粒磨损和腐蚀磨损的相互作用，即腐蚀加速了磨粒磨损，而磨料将腐蚀产物从表面除去后，又使新金属表面暴露在外，加快了腐蚀的速度。为解决这些磨损问题，我们就需要在落煤管内衬耐磨而且防止粘煤的材料。

2 防磨材料的选择

相对以上四种磨损来说，疲劳磨损对输煤设备的影响较小，只要检修质量和运行维护措施得当，可以把疲劳磨损对设备运行的影响降到。因此，后几种磨损就得从防磨材料（以及相对应的防磨措施）怎样从降低黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损对输煤设备的影响来考虑。

    随着科技的不断发展，防磨材料的选择越来越广泛。根据输煤设备不同磨损部位可以选择不同的防磨材料。目前，对防磨材料的分类，为论述方便起见，可以把它们分成两类：一类是金属耐磨材料，另一类是非金属耐磨材料。

2.1 金属防磨材料

    金属防磨材料有复合铸造耐磨材料、低合金耐磨铸钢材料。

复合铸造耐磨高锰钢。常见的有ZGMn13,传统高锰钢是经水处理后直接使用，但不具备耐磨性，只有受到强烈冲击作用产生硬化后，才能表现出优良的耐磨性。为此在使用前将高锰钢进行强化，提高其硬度。在此基础上，可以对其进行微合金化（加入微量元素及稀土）、沉淀硬化处理、预硬化处理来提高耐磨性能。

    铸造耐磨锰钢突出的优点是具有高的韧性，通过加工硬化来提高耐磨性，但是存在合金元素含量较高、加工较复杂（生产成本高），易变形、开裂等，处理不好会使材料的脆性增加。这种耐磨材料，在早期的锅炉输煤设备使用较多，现逐步被淘汰。

一些锅炉输煤设备上，还在使用16Mn等低合金钢防磨，由于其防磨性能差，使用寿命短，维修频繁，也正逐步被淘汰。

2.2非金属防磨材料

非金属防磨材料。有超高分子量聚乙烯耐磨板和耐磨陶瓷。这两种耐磨材料因其防磨性能优良，施工检修维护方便，在锅炉输煤设备上被广泛使用。

耐磨陶瓷。是以Al₂O₃为主要原料，以金属氧化物为溶剂，经1700℃左右的高温焙烧而成的特种刚玉陶瓷，对一般的耐磨和腐蚀具有极高的抵抗力，性能和价格比，磨损性能是一般耐磨钢的10倍以上，其洛氏硬度可达到HRC85_~90左右，广泛使用在化工、煤炭、钢铁、矿山、港口、水泥行业的设备防磨中。

综合上述输煤设备的磨损特点和磨损部位，选择防磨材料宜选择非金属防磨材料，而非金属防磨材料中超高分子量聚乙烯板材具有耐磨 、抗冲击 、耐腐蚀 、耐疲劳及绝缘性能好的特点 , 目前在输煤系统中应用越来越广泛 , 使输煤系统的不耐磨、输煤设备频繁损坏向经济 、轻便 、耐用的形式转变 。如何根据输煤系统防磨情况 , 正确地选用高分子材料 , 以获得经济效益 , 是防磨材料科学的研究热点。

超高分子量聚乙烯材料（UHMW—PE ）在所有的耐磨材料中 , 超高分子量聚乙烯对钢的摩擦系数 , 磨耗量小 , 是一种性能较为全面 、在一定领域内替代钢铁材料的理想耐磨材料 。UHMW—PE 材料的分子量在 3 ×106～6 ×106g/mol之间 。从分子结构来看 , 它是通过聚合反应使乙烯单体受到一个连续的结合过程 , 形成很长的链状高分子结构 。聚乙烯分子量愈大 , 其聚合链的长度就愈长 , 很难使之断裂 , 因而使材料的耐磨性能提高 , 寿命延长 。该材料的分子结构属于非极性分子结构 , 不具有吸附性 。其在输送系统的应用 , 很好地解决了钢材料吸附尘埃的问题 。实际应用过程中 , 一般是将该材料制成板材使用 , 其主要特点是 : (1) 耐磨性好 , 使用寿命长 ; (2) 表面光滑 , 摩擦系数小 , 不易与物体粘结 ;  (3)不吸附煤层和水分 ; ( 4) 抗腐蚀性强 , 耐酸碱腐蚀 , 不易老化 ; (5) 具有很高的抗冲击强度 , 是韧性极高的高分子聚合物 , 其抗冲击强度随分子量的增大而升高 。

结束语

输煤设备的防磨处理在输煤系统中十分重要，一是输煤设备的防磨处理，保障了锅炉用煤安全；二是输煤设备防磨处理得当，减少了大量的人力物力，提高了劳动效率，三是输煤设备防磨性能的提高，改善了作业环境，减少了环境污染。因此，认真做好输煤设备的防磨处理，采取符合实际的防磨措施，使用合理的耐磨材料，改进防磨措施和工艺，从而输煤设备和锅炉的安全可靠和经济运行。