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高温耐磨衬里涂料在水泥生产线上的应用

  1、高温耐磨衬里涂料的概念

  高温耐磨涂料又叫耐磨陶瓷砂浆,它是一种非金属胶凝材料,采用耐酸和耐碱的人工合成原料经严格的配比和先进的无机聚合技术制成的一种粉状陶瓷材料。在施工现场,将特制液体无机胶水加入这种材料,采用人工或机械方式涂抹在设备内衬或表面,经过一系列的化学反应,在常温下3天后达到陶瓷的结合强度和硬度,故称高温耐磨衬里涂料。根据使用温度分有两种:中低温型(最高使用温度1000℃)和高温型(使用温度1000~1800℃)。目前使用广泛的是中低温型。

  2、高温耐磨衬里涂料的理化性能

  高温耐磨衬里涂料主要有骨科和超细结合粉两相组合,颗粒紧密堆积,因而没有较大的宏观缺陷,体积密度大,其常温下强度可达150Mpa以上,特殊产品可达280Mpa以上。是普通混凝土和耐火浇筑料无法比拟的。原料主要采用离子化合物和部分人工合成共价化合物,根据固体理论,离子键和共价键属强结合键,而结合系统由于采用复合强化措施和特殊处理,形成化学结合,所以强度和刚度很大,可有效抵御物料的高速冲击力和剪切应力。理化性能指标见表1(以Valor系列产品为例)。

  由于采用了耐酸和耐碱的人工合成原料,性能稳定,不会和介质发生反应,同时高温耐磨衬里涂料的原料多为高温合成材料,晶体发育好,结构完整,不受环境因素的影响,是最好的惰性材料之一,因而可有效抵御环境介质作用和各种化学腐蚀。

  3、高温耐磨衬里涂料的耐磨性

  为了说明高温耐磨衬里涂料的耐磨性,做了对比实验。

  (1)对比材料:高温耐磨衬里涂料、16Mn耐磨钢、65Mn耐磨钢、耐火浇注料和耐磨陶瓷片。

  (2)实验条件及过程:时间:15min;

  介质:0.5~1mm的金刚砂;

  速度:120m/s;

  喷口到样块的距离:230mm;

  喷口和样块的角度:90°。

  (3)实验结果见表2

  由表2可知:常温高温耐磨衬里涂料的耐磨性能是16Mn钢的9倍、65Mn钢的8倍、耐火浇注料的45倍,由于水泥行业设备使用的环境复杂,粉尘高速冲刷相互摩擦产生很多热量,所以使用温度大多在100~300℃之内,生料预热系统和熟料输送系统的温度更高。这时候高温耐磨衬里涂料的优越性就充分表现了出来,根据实验数据可知随着使用温度的提高高温耐磨衬里涂料的耐磨性能变化很小。尽管陶瓷片的耐磨性变化小,但因其粘贴工艺制约了它的使用寿命(见下文分析)。

  4、陶瓷片与高温耐磨衬里涂料有着完全不同的施工方法

  从表2知,与高温耐磨衬里涂料在耐磨性上值得一比的是陶瓷片,但粘贴工艺的缺陷导致其容易脱落。其粘贴工艺的缺陷是:首先在制作过程中需要对使用表面除锈、打毛、丙酮清洗、调配环氧树脂胶,然后进行粘贴;其次在运输和安装过程中陶瓷片在碰撞时容易脱落,给安装增加工作量。关键是在使用中由于陶瓷片存在较多的缝隙,用来粘贴陶瓷片的环氧树脂易老化、不耐温,在正常使用一年左右,陶瓷片就开始脱落。

  高温耐磨衬里涂料采用无定向钢纤维和定向网状增强双重措施,通过耦合进一步改善韧性,增加了系统的使用可靠性,可有效防止冲击力造成的破损和剥落。另外,在施工中还采取了多重补强措施,有效地改善了材料性能,高温耐磨衬里涂料具有较低的膨胀系数,使其体积稳定,极少产生裂纹,因而整体性能优异。加上无接缝的施工方法,使其整体性进一步提高。

  5、几种耐磨材料的使用效果

  高温耐磨衬里涂料的耐磨性好,能够很好地保护易磨损部位,得到众多水泥企业和设备供应商的青睐。DL400耐磨衬里涂料,是一种低温耐磨衬里涂料,其最高使用温度为400℃,主要原料采用最大颗粒4mm的人工合成金刚石和粒度小于0.1μm超细结合粉。自其投入市场以来,在国内水泥生产线的Loesche矿渣立磨、Polysius矿渣立磨、FLSmith熟料立磨、Loesche生料立磨、旋风筒、选粉机、大型阀门上得以选用。这些部位原来使用的耐磨钢板、复合耐磨板、粘贴陶瓷等都不理想,不到一个大修期就磨破或脱落。山西长钢莱歇LM56.5+2S矿渣立磨的相关部位就选用了这种耐磨陶瓷涂料,自2003年7月投产以来,没有因高温耐磨衬里涂料的磨损或脱落而停产维修。下面以选粉机上耐磨材料的使用情况作对比来说明高温耐磨衬里涂料的使用效果。

  众所周知,选粉机的套筒衬板长期受物料的冲击,衬板较易磨损,若没有合适的耐磨材料保护,内套筒很容易磨损形成孔洞,除非及时更换。在孔洞形成后,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的间隙,在循环风的作用下,由下而上进入细粉区,造成成品变粗。

  上世纪70年代后期设计选粉机内壳衬板是用厚12mm45号钢板加工制作的,一副衬板32块,一般只能使用两个月左右即被磨坏。其间的焊补、维修工作量很大。为改变这种状况,曾经试用过铸石衬板,该衬板最大优点是耐磨性能好,而其缺点是性脆,往往由于磨机出口转筛破裂,小钢球和碎杂铁块随同水泥混入选粉机内击碎衬板。镶砌铸石用的铸石粉不耐高温(<120℃)也造成衬板脱落,维修工作量仍大,该种衬板也不理想。后来又在选粉机上使用耐磨钢板、复合钢板或粘贴耐磨陶瓷片。

  日本最初设计0-SEPA选粉机时在弯管上部贴陶瓷片,在应用中却发现弯管下半部分被磨穿。陶瓷片的粘贴工艺要求高、粘贴难度大、耗费工时多。因选粉机的形状不规则,陶瓷片的形状与选粉机的形状不一致,并且比较零散,要求粘贴严密、完整,所以难度大,费事费力。

  山西长钢集团瑞昌水泥有限公司将高分子耐磨塑料用在选粉机出风管,厚度20mm,用8个月后,高分子聚乙烯塑料局部磨穿。

  而高温耐磨衬里涂料在山西长钢集团瑞昌水泥有限公司矿渣立磨选粉机上部壳体使用的厚度依然是20mm,使用8个月后,高温耐磨衬里涂料的最大磨损深度仅为1.2mm。

  6、结束语

  高温耐磨衬里涂料在应用中无环境污染;整体性能好;环境相容性好;具有优良的韧性和抗震性、极高的机械强度和刚度;易成型,特别适合水泥厂各种异型复杂设备的内衬。总之,高温耐磨衬里涂料抵御环境介质作用和各种化学腐蚀的性能使其成为水泥生产线长期受到物料或高浓度含尘气体的冲刷部位耐磨材料的最佳替代品。