當(dāng)代的工業(yè)生產(chǎn)需要進(jìn)行連續(xù)無故障地操作運(yùn)行，這對于企業(yè)降低經(jīng)營費(fèi)用、減少維修需求、合理配置勞動定員來說十分重要。在嚴(yán)酷的國際競爭環(huán)境下，工業(yè)企業(yè)的運(yùn)作，不再是一個簡單的是與非的決策，取而代之的是，要在一個可以做出多種決定的范圍內(nèi)選擇最佳的決策。這一點原則上適用于所有的行業(yè)，但對于基礎(chǔ)工業(yè)，尤其是水泥工業(yè)，特別適用。水泥廠的輸送系統(tǒng)和儲存設(shè)施每天都需要處置大量的磨蝕性散裝物料，各類輸送設(shè)備和其他設(shè)備的部件，除非在設(shè)計和防護(hù)上有足夠的考慮，否則它們只能在短期內(nèi)正常工作。除了優(yōu)化總平面布局、減少輸送距離外，不同部件的材質(zhì)選擇也顯得特別重要。
1.經(jīng)受時間考驗的耐磨防護(hù)材料
在20世紀(jì)中葉，水泥廠的建設(shè)者們和經(jīng)營者們選用了傳統(tǒng)的金屬材料，甚至考慮使用特殊的合金材料來制造設(shè)備，但在工業(yè)實踐中，它們始終未能達(dá)到理想的使用壽命。隨后，人們開發(fā)了耐磨材料襯砌來解決生產(chǎn)中的磨損問題。此后，這種趨勢一直在延續(xù)。至今，科研人員已經(jīng)研發(fā)出各種各樣的陶瓷耐磨材料、金屬耐磨材料以及橡膠和樹脂等高分子耐磨材料。
所有這些材料都具有各自不同的特性，例如不同的硬度、耐磨性、持續(xù)工作溫度、摩擦系數(shù)及不可忽視的材料成本等。因此，根據(jù)具體的設(shè)備工作參數(shù)選擇正確的材料是十分重要的。設(shè)備工作參數(shù)包括物料粒度大小和形狀、石英含量、輸送速度、工作壓力和溫度、可能達(dá)到的溫度峰值、化學(xué)邊界條件，等等。就以上這么多的影響因素而言，要想從數(shù)學(xué)上計算磨蝕率是不現(xiàn)實的。從不斷變化的操作運(yùn)行條件來看，這種計算也是不可能的。因此，只能依靠水泥廠多年積累下來的在設(shè)計、運(yùn)行、材料使用等方面的實踐經(jīng)驗。
在特定條件下能夠順利使用多年的典型耐磨材料有：
?。?）Abresist 玄武巖耐磨澆鑄料是一種由熔融的玄武巖組成的耐磨礦物材料，它適用于由摩擦產(chǎn)生的磨損情況。它可用于高達(dá)350℃的環(huán)境條件，現(xiàn)已成功應(yīng)用于管道、料倉、旋風(fēng)筒和選粉機(jī)的耐磨內(nèi)襯中。
?。?）Kalcor 鋯剛玉是一種由氧化鋁和氧化鋯混合熔融組成的澆鑄材料，它可以用于存在高磨蝕應(yīng)力或高溫的環(huán)境。
（3）Kalocer 高鋁陶瓷是一種由90%～93%的Al2O3組成的燒結(jié)陶瓷材料。這種材料可以被壓制成平片狀，具有極高的耐磨性能，它的應(yīng)用使內(nèi)襯產(chǎn)品可以做得很薄。另外，在管道中還可以使用氧化鋁圓筒狀內(nèi)襯及片狀或很小的馬賽克內(nèi)襯，這些方法也可以綜合應(yīng)用于大型部件的內(nèi)襯。
2.靈活、新的解決方案
K a l c r e t 是一種典型的新型硬質(zhì)合成材料。從一般意義上說，它是一種水泥膠結(jié)的耐磨材料，其骨料由多種高硬度、強(qiáng)耐磨的無機(jī)物集料組成。由于其不同組分的顆粒結(jié)構(gòu)能很好地組合在一起，因此這種材料具有致密的整體密度，從而使水泥中的微孔被超細(xì)的硅質(zhì)顆粒———微米級甚至納米級的硅質(zhì)顆粒所填充。該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成取決于埋入水泥基質(zhì)中的硬骨料組分。
耐磨材料的主要特性表現(xiàn)為其承受磨損應(yīng)力的材料硬度，此類應(yīng)力可以用標(biāo)準(zhǔn)化的試驗方法來模擬。舉例說，使用美國ASTMC 704標(biāo)準(zhǔn)沖刷試驗的方法，其試驗結(jié)果對于摩擦性磨損以及超硬陶瓷材料的實際使用結(jié)果具有很好的符合性。在ASTMC704標(biāo)準(zhǔn)沖刷試驗中，磨料流以設(shè)定的參數(shù)沖刷試件，試件的磨損量可以被測定。其他的試驗方法可以用于別的材料，例如金屬。這些方法包括B rinell 試驗法，Vick rs 試驗法，以及Rockwell 試驗法等。
ASTMC704標(biāo)準(zhǔn)沖刷試驗方法常用于各種不同類型的陶瓷材料。用此方法，Abresist 玄武巖耐磨澆鑄料及K a l c r e t 硬質(zhì)合成材料的耐磨值達(dá)到了大約2c m2，這個試驗結(jié)果非常理想，可以確保這些材料在許多實踐應(yīng)用中具有足夠的使用壽命，而且也清楚地說明它們比傳統(tǒng)的耐磨材料優(yōu)越。此外，現(xiàn)代的物料輸送系統(tǒng)經(jīng)常在嚴(yán)酷的條件下運(yùn)行（如很大的輸送量、很高的輸送速度等），這就要求設(shè)備內(nèi)襯具有更好的耐久性，而其他比較典型的優(yōu)質(zhì)材料包括Kalcor 鋯剛玉和Kalocer 高鋁陶瓷，它們的磨蝕率明顯很低，因此在沖刷試驗中表現(xiàn)出較好的耐磨值。這些材料甚至在設(shè)備處于最大產(chǎn)能時，也具有足夠長的使用壽命。
如果可以短期停機(jī)，對于維修者來說，必要的耐磨材養(yǎng)護(hù)時間是十分重要的。對于標(biāo)準(zhǔn)的Kalcret 材料，在規(guī)定的養(yǎng)護(hù)時間內(nèi)，其抗壓強(qiáng)度的發(fā)展與時間成正比，其強(qiáng)度曲線在初期顯得比較陡，大約在6d 后達(dá)到最大值。實際上，在大約8h 后就可以達(dá)到其最終強(qiáng)度的75%，這意味著設(shè)備可以重新正常運(yùn)行了（指維修后的重新啟動）。
硬質(zhì)合成材料可以采用涂抹、澆鑄、噴涂或預(yù)制構(gòu)件錨固的方法進(jìn)行施工。其中，涂抹法是最常用的施工方法，它可以安全地將新材料覆蓋在老材料之上。噴涂法在大面積施工方面突顯出極大的優(yōu)越性，其施工速度可以超過5m2/h ，既省時又省錢。
對于短暫時間的停機(jī)，可以使用預(yù)制的Kalcret 材料構(gòu)件。這對幾何形狀相對簡單的環(huán)境特別適用，如平面形或圓筒形。預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)越性在于它們在安裝前必須進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，而它們的養(yǎng)護(hù)簡單、快速又可靠。預(yù)制構(gòu)件在安裝后可以立即投入使用，即便用在高溫設(shè)備中也是如此。像Kalcret 這類產(chǎn)品的預(yù)制構(gòu)件也可以和帶有絕熱材料的背襯同時供貨，根據(jù)需要的絕熱要求，選擇相對較薄的襯墊可以達(dá)到滿意的絕熱效果。舉例說，30m m 厚的K a l c r e t 耐磨內(nèi)襯的背面可以再加上一層30m m 厚的微孔絕熱層，其總厚度為60mm ；當(dāng)內(nèi)側(cè)溫度達(dá)到700℃時，鋼殼體外側(cè)的溫度則只有80℃。
3.金屬的耐磨保護(hù)
Kalmetall -W是一種在堅固的金屬基體上生成的多種表面硬化體系及表面硬質(zhì)涂層。金屬基體是強(qiáng)度的承載體，它可以是標(biāo)準(zhǔn)鋼或特殊鋼，根據(jù)不同的用途而定。表面硬化層就是耐磨層，它是在碳化鉻基層上由C -Cr -Fe 系統(tǒng)組成。它可使金屬產(chǎn)品獲得很大的硬度，如使用某種特定的合金，其強(qiáng)度可高達(dá)820HV ，如果增加其他的合金元素，還可以改良其強(qiáng)度穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性。在焊接系統(tǒng)的協(xié)助下，可以生產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)的板材，其尺寸可達(dá)到2m ×4m ，可以使用等離子氣切割裝置切割出外形，隨后用卷板機(jī)來成型，然后制作內(nèi)襯或完全自支撐的部件。在一些特殊的環(huán)境，有些管道或其他部件需要加內(nèi)襯，典型的例子就是小口徑管道的內(nèi)襯和磨輥、磨盤的表面硬化層，可以使用該產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以延長新部件的使用壽命，或翻新原部件以適應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行周期。
Kalmetall -C 是硬質(zhì)澆鑄料，比如硬鎳澆鑄料或NiHard 。根據(jù)不同的合金組成和硬化工藝，它可以適應(yīng)不同的耐磨或耐沖擊要求。它適用于平面形狀、筒狀及磨輥的形狀，此類產(chǎn)品的硬質(zhì)澆鑄件可以用作內(nèi)襯材料及自支撐構(gòu)件。由于它是澆鑄產(chǎn)品，大批量生產(chǎn)會有很好的經(jīng)濟(jì)效益。與Kalmetall -W 相類似，Kalmetall -C 的性能與合金的組成有關(guān)。Cr 對硬度十分重要，Mo 對淬透性十分重要，Ni 對韌性十分重要。硬質(zhì)澆鑄件的一個典型的例子就是制作磨輥，它全是由硬鎳澆鑄件制作，其直徑可達(dá)3000m m ，寬度可達(dá)800m m 。
4.新型高耐磨陶瓷
當(dāng)代最新開發(fā)的陶瓷產(chǎn)品之一就是Kalcor -S 鋯剛玉。傳統(tǒng)的Kalcor 產(chǎn)品是一種熔融澆鑄的制品，而新產(chǎn)品是用細(xì)粉料冷態(tài)成型，然后煅燒而成。由于在材料的組成中加入了微米級和納米級的添加劑，使得這種材料的性能具有更廣泛的適應(yīng)性，特別是對材料的硬度、高溫穩(wěn)定性、耐溫度峰值的沖擊等性能的適應(yīng)。此外，與Kalcor 相比，這種材料更易于成型。而成型過程中的耐磨性能損失極小，即使是薄壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯構(gòu)件，也不會有孔隙、氣泡出現(xiàn)；其表面光滑，尺寸誤差很小。
Kalsica 碳化硅陶瓷是眾所周知的材料，這類材料可應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域。多年以來，科研人員對這類材料進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和探索，使其變得更加精致，具有更好的耐磨性和高溫穩(wěn)定性。當(dāng)然，此類材料的價格相對昂貴，因此在基礎(chǔ)工業(yè)中的應(yīng)用很有限。
5.緊固件系列
盡管有許多不同的材料具有可靠的耐磨性能可供選用，但是在實際應(yīng)用中，由于緊固可靠性方面的問題，它們被逐一淘汰。因此，為了確保耐磨層工作的持久性，技術(shù)先進(jìn)的緊固件系列的設(shè)計變得非常重要。
對于金屬材料，通?？梢杂寐菁y錨固、焊接或懸掛等方法緊固，但對陶瓷材料而言，緊固問題就變得復(fù)雜多了。采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行膠結(jié)或用砂漿凝結(jié)，僅適用于溫度不超過150℃的環(huán)境。對于更高的溫度，或者有振動、需要懸吊固定的情況，仍然需要使用機(jī)械緊固系統(tǒng)。典型的例子就是使用焊塊進(jìn)行緊固，焊塊的一頭錨入陶瓷塊，另一頭焊接在基板上，這種固定方法為安裝工作提供了相當(dāng)大的靈活性。
除了焊塊固定法之外，穿孔固定法也是可行的。這種方法既可以使用螺栓，也可以使用焊接銷釘。雖然穿孔緊固法簡便易行，但其靈活性較差，而且施工中必須要小心，如果緊固時施加了過大的力矩，陶瓷片就會碎裂。
6.耐磨層和隔熱層
熱絕緣材料被廣泛應(yīng)用于工業(yè)上的高溫操作系統(tǒng)中，同時，在這些系統(tǒng)中還需要使用耐磨材料。對既要耐磨又要耐高溫的綜合需求，需要專業(yè)的知識和經(jīng)驗。筆者以干燥機(jī)為例（它的工作溫度大約是800℃），來說明耐磨和耐高溫兩者相結(jié)合的設(shè)計情況，其中包括Kalcor 鋯剛玉、Kalcret 硬質(zhì)合成材料、內(nèi)側(cè)隔熱層、鋼板、V 外側(cè)隔熱層等耐磨耐高溫材料。
高耐磨的Kalcor 鋯剛玉片，以中心穿孔的機(jī)械方式固定在鋼質(zhì)基材上。必須注意，鋯剛玉片之間不可以相互連在一起（以使它們在溫度變化時留有膨脹的余地），因為在處置高磨蝕性的物料時，這種連接方式具有明顯的風(fēng)險。因此，在Kalcor 鋯剛玉襯片之下應(yīng)有Kalcret硬質(zhì)合成材料層，它可以有效地防護(hù)這些連接件。此外，還有一種方法就是使用小型的K a l o c e r 高鋁陶瓷片為連接件提供防護(hù)。
例如：設(shè)備內(nèi)側(cè)的隔熱層緊固在耐磨內(nèi)層之下，然后固定在鋼板殼體上，最后是設(shè)備外側(cè)的隔熱層。
對高溫設(shè)備的隔熱要求是基于以下原因：（1）需要保持生產(chǎn)工藝要求的高溫；（2）希望設(shè)備以節(jié)能的方式運(yùn)行；（3）避免設(shè)備外表高溫帶來的危害。
雖然僅僅使用內(nèi)隔熱層就可以獲得良好的隔熱效果，但是設(shè)備的鋼殼體的溫度可能會低于結(jié)露點，這就存在鋼殼體受腐蝕的風(fēng)險。此外，內(nèi)襯的膨脹量會比鋼殼體大一些，從而造成了內(nèi)襯組件之間的附加膨脹應(yīng)力。如果把內(nèi)隔熱層移到殼體外面來，殼體溫度低于結(jié)露點的問題就可以解決，但殼體自身的溫度會變得很高，以至于必須使用昂貴的耐熱鋼才行。
將鋼殼體里外都加上隔熱層是一個聰明的解決辦法。這樣，鋼殼體的溫度就可以調(diào)節(jié)到人們所希望的水平，不但使其膨脹量幾乎等于內(nèi)襯層的膨脹量，同時還消除了殼體溫度降到低于結(jié)露點的風(fēng)險。內(nèi)外隔熱層與耐磨層組合在一起的結(jié)構(gòu)是一個非常好的解決方案，在實際應(yīng)用中，每一塊Kalcor 鋯剛玉陶瓷片都是用一個柔性連接件與鋼殼體相連接的。
7.無故障地連續(xù)運(yùn)行
水泥廠中的許多裝備都會受到磨蝕的侵害。受磨蝕之害的不僅有原料儲存系統(tǒng)和生料制備、煤粉制備系統(tǒng)及煤粉入窯通道，還有熟料、混合材和水泥的粉磨及輸送系統(tǒng)。
在使用了陶瓷、金屬、樹脂和橡膠等各類型的耐磨材料后，水泥廠設(shè)備的使用壽命延長了，無故障運(yùn)行的目的達(dá)到了。在實踐中，各種耐磨材料的組合應(yīng)用表現(xiàn)出了良好的性能，它們使整套設(shè)備中不同磨損強(qiáng)度的各個部位具有近似的使用壽命，因此在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都非常合理。
水泥廠中經(jīng)受磨蝕之害的典型例子是粉磨系統(tǒng)，它們需要可靠的耐磨防護(hù)；這不僅是指磨機(jī)本身，而且包括其上下游的設(shè)備。在一臺立磨里，磨盤、磨輥、磨輥叉臂架的防護(hù)裝置以及磨機(jī)內(nèi)壁都需要進(jìn)行耐磨防護(hù)。這些部件使用的耐磨材料包括Abresist 玄武巖耐磨澆鑄料、Kalocer 高鋁陶瓷、Kalmetall -W 硬質(zhì)堆焊料或Kalmetall -C 硬質(zhì)澆鑄料。
在多數(shù)情況下，磨輥和磨盤首先是用Kalmetall -C 硬質(zhì)澆鑄料澆鑄而成，然后外覆Kalmetall -W 硬質(zhì)堆焊料，以延長其使用壽命。這些部件在運(yùn)行了一定的周期后，可以用另外的Kalmetall -W 硬質(zhì)堆焊料進(jìn)行翻新再造。
物料的選粉作業(yè)發(fā)生在磨機(jī)的下游，根據(jù)不同部位的不同磨蝕應(yīng)力，可以分別選用Kalocer 高鋁陶瓷、Kalmetall -W 硬質(zhì)堆焊料、Abresist玄武巖耐磨澆鑄料或kalcret 硬質(zhì)合成材料來制作內(nèi)襯。多年以來，Abresist玄武巖耐磨澆鑄料是標(biāo)準(zhǔn)的選粉機(jī)內(nèi)襯材料，但近年來kalcret硬質(zhì)合成材料卻逐步在耐磨內(nèi)襯應(yīng)用領(lǐng)域取得優(yōu)勢，它的優(yōu)點是沒有形狀復(fù)雜的內(nèi)襯片需要在現(xiàn)場進(jìn)行安裝。kalcret 硬質(zhì)合成材料是袋裝供應(yīng)、現(xiàn)場混料、噴涂法施工，因此能適應(yīng)設(shè)備的各種幾何形狀。
另一個典型的耐磨材料應(yīng)用實例就是管道系統(tǒng)。在水泥廠里，管道系統(tǒng)絕大部分是氣動系統(tǒng)，生料、熟料或煤粉的管道輸送需要長壽命的管道內(nèi)襯，特別是對管道彎頭而言。很顯然，彎管現(xiàn)在也可以用KaIdetect~ 硬質(zhì)合成材料來制作內(nèi)襯。通常情況下，管道系統(tǒng)的內(nèi)襯是預(yù)制后送到現(xiàn)場的。
8.技術(shù)上的新進(jìn)展
如今，耐磨材料的使用已成為眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)化施工步驟，而且一般都能獲得良好的使用效果。今后，有關(guān)耐磨材料技術(shù)的新進(jìn)展，必然會隨著耐磨保護(hù)系統(tǒng)在硬度、耐磨性和經(jīng)濟(jì)性等方面的改善而不斷涌現(xiàn)。
不同材料的組合應(yīng)用，可以形成有效的耐磨保護(hù)系統(tǒng)。而要實現(xiàn)這一點，一方面要靠各種耐磨材料的適用性，另一方面要靠多年積累的實踐經(jīng)驗。典型的應(yīng)用實例是管道系統(tǒng)，耐磨性較好的材料被用在彎管上，而直線段可以用一般性的材料。其他的例子還包括在大型的管道彎頭中，高耐磨的Kalcor 鋯剛玉被用于彎管的外徑一側(cè)，而較便宜的Abresist 玄武巖耐磨澆鑄料則被用于彎管的內(nèi)徑一側(cè)；如果彎管會受到很大的沖刷荷載，則需在彎管的外徑一側(cè)使用Kalmetall -C 硬質(zhì)澆鑄料，而在彎管的內(nèi)徑一側(cè)可以使用較便宜的kalcret硬質(zhì)合成材料。此外，攪拌機(jī)也經(jīng)常使用組合材料來防磨損。其底部使用Kalocer 高鋁陶瓷材料，而安裝在卸料門附近用于密閉底部的導(dǎo)軌，則使用Kalmetall -W 硬質(zhì)堆焊料來防磨損。
耐磨的橡膠軟管是一個新的應(yīng)用實例，它靈活性強(qiáng)，幾乎適用于任何情況。它可以被用作膨脹節(jié)、減震器或變徑管，尤其是在空間有限的環(huán)境，更能突顯其優(yōu)點。當(dāng)然，在氣力輸送有棱角的物料時橡膠軟管的期望壽命卻是很短的。在這種情況下，Keraflex 系統(tǒng)是一個很好的解決方案。其圓錐形的耐磨襯片可以相互搭接貼合，形成可彎曲的內(nèi)襯。
另一種新型綜合防磨蝕產(chǎn)品是陶瓷橡膠合成材料，其商品名稱是Keraflex ，它在許多工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與日俱增，其中也包括水泥行業(yè)。雖然陶瓷材料在防止摩擦性磨損方面表現(xiàn)優(yōu)秀，但在抗沖擊性磨損方面卻相當(dāng)糟糕；而橡膠的性能卻恰恰相反，它綜合了兩種材料各自的優(yōu)點。陶瓷片被熱熔在橡膠中，其產(chǎn)品已經(jīng)被成功應(yīng)用，如皮帶機(jī)的卸載點，那里的Keraflex 陶瓷橡膠復(fù)合材料達(dá)到了令人滿意的使用壽命。該系列產(chǎn)品中也有使用較為便宜的Kalmetall -W 硬質(zhì)堆焊材料的，其抗沖擊性磨損的性能可能更為可靠。在這些產(chǎn)品中，用Kalmetall -W 硬質(zhì)堆焊材料制作的元件取代了陶瓷片。
KaIdetect 磨損探測裝置對預(yù)防因磨穿而造成的環(huán)境污染或氣動系統(tǒng)失效十分有用。該裝置有一個電氣系統(tǒng)，環(huán)繞著管道內(nèi)襯有一組電流回路，在內(nèi)襯被磨蝕、導(dǎo)線被磨斷時，回路中的電流就中斷了，由此可以給操作者發(fā)出警示信號，或直接切斷系統(tǒng)的電源。該產(chǎn)品常被用于有危險性的或有污染性的散裝物料輸送系統(tǒng)。
9.結(jié)束語
在當(dāng)代，種類繁多的陶瓷和金屬耐磨材料，以及橡膠和樹脂等高分子耐磨材料都可以用來解決水泥廠設(shè)備的磨蝕問題。材料的正確選擇可以確保流程的無故障連續(xù)運(yùn)行，同時在經(jīng)濟(jì)上也是合理的。而有效保護(hù)流程裝置的前提，是耐磨材料能可靠地固緊在需要保護(hù)的表面上。
當(dāng)代耐磨防護(hù)技術(shù)的進(jìn)展體現(xiàn)在改善耐磨體系的實用性上。這不僅包括耐磨材料的靈活組合應(yīng)用，同時也包括能夠防止摩擦磨損和沖擊磨損以及磨損監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)。在綜合應(yīng)用信息及多年實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，人們總能提出既經(jīng)濟(jì)又合理的解決方案，使耐磨防護(hù)技術(shù)適用于任何工業(yè)性裝置，特別是水泥行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施。