當代的工業(yè)生產(chǎn)需要進(jìn)行連續無(wú)故障地操作運行，這對于企業(yè)降低經(jīng)營(yíng)費用、減少維修需求、合理配置勞動(dòng)定員來(lái)說(shuō)十分重要。在嚴酷的國際競爭環(huán)境下，工業(yè)企業(yè)的運作，不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的是與非的決策，取而代之的是，要在一個(gè)可以做出多種決定的范圍內選擇最佳的決策。這一點(diǎn)原則上適用于所有的行業(yè)，但對于基礎工業(yè)，尤其是水泥工業(yè)，特別適用。水泥廠(chǎng)的輸送系統和儲存設施每天都需要處置大量的磨蝕性散裝物料，各類(lèi)輸送設備和其他設備的部件，除非在設計和防護上有足夠的考慮，否則它們只能在短期內正常工作。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(shí)間考驗的耐磨防護材料
在20世紀中葉，水泥廠(chǎng)的建設者們和經(jīng)營(yíng)者們選用了傳統的金屬材料，甚至考慮使用特殊的合金材料來(lái)制造設備，但在工業(yè)實(shí)踐中，它們始終未能達到理想的使用壽命。隨后，人們開(kāi)發(fā)了耐磨材料襯砌來(lái)解決生產(chǎn)中的磨損問(wèn)題。此后，這種趨勢一直在延續。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(shù)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、持續工作溫度、摩擦系數及不可忽視的材料成本等。因此，根據具體的設備工作參數選擇正確的材料是十分重要的。設備工作參數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，要想從數學(xué)上計算磨蝕率是不現實(shí)的。從不斷變化的操作運行條件來(lái)看，這種計算也是不可能的。因此，只能依靠水泥廠(chǎng)多年積累下來(lái)的在設計、運行、材料使用等方面的實(shí)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350℃的環(huán)境條件，現已成功應用于管道、料倉、旋風(fēng)筒和選粉機的耐磨內襯中。
?。?）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力或高溫的環(huán)境。
?。?）Kalocer 高鋁陶瓷是一種由90%～93%的Al2O3組成的燒結陶瓷材料。這種材料可以被壓制成平片狀，具有極高的耐磨性能，它的應用使內襯產(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襯及片狀或很小的馬賽克內襯，這些方法也可以綜合應用于大型部件的內襯。
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(shuō)，它是一種水泥膠結的耐磨材料，其骨料由多種高硬度、強耐磨的無(wú)機物集料組成。由于其不同組分的顆粒結構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的硅質(zhì)顆?！⒚准壣踔良{米級的硅質(zhì)顆粒所填充。該產(chǎn)品的結構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為其承受磨損應力的材料硬度，此類(lèi)應力可以用標準化的試驗方法來(lái)模擬。舉例說(shuō)，使用美國ASTMC 704標準沖刷試驗的方法，其試驗結果對于摩擦性磨損以及超硬陶瓷材料的實(shí)際使用結果具有很好的符合性。在A(yíng)STMC704標準沖刷試驗中，磨料流以設定的參數沖刷試件，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標準沖刷試驗方法常用于各種不同類(lèi)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到了大約2c m2，這個(gè)試驗結果非常理想，可以確保這些材料在許多實(shí)踐應用中具有足夠的使用壽命，而且也清楚地說(shuō)明它們比傳統的耐磨材料優(yōu)越。此外，現代的物料輸送系統經(jīng)常在嚴酷的條件下運行（如很大的輸送量、很高的輸送速度等），這就要求設備內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出較好的耐磨值。這些材料甚至在設備處于最大產(chǎn)能時(shí)，也具有足夠長(cháng)的使用壽命。
如果可以短期停機，對于維修者來(lái)說(shuō)，必要的耐磨材養護時(shí)間是十分重要的。對于標準的Kalcret 材料，在規定的養護時(shí)間內，其抗壓強度的發(fā)展與時(shí)間成正比，其強度曲線(xiàn)在初期顯得比較陡，大約在6d 后達到最大值。實(shí)際上，在大約8h 后就可以達到其最終強度的75%，這意味著(zhù)設備可以重新正常運行了（指維修后的重新啟動(dòng)）。
硬質(zhì)合成材料可以采用涂抹、澆鑄、噴涂或預制構件錨固的方法進(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(guò)5m2/h ，既省時(shí)又省錢(qián)。
對于短暫時(shí)間的停機，可以使用預制的Kalcret 材料構件。這對幾何形狀相對簡(jiǎn)單的環(huán)境特別適用，如平面形或圓筒形。預制構件的優(yōu)越性在于它們在安裝前必須進(jìn)行養護，而它們的養護簡(jiǎn)單、快速又可靠。預制構件在安裝后可以立即投入使用，即便用在高溫設備中也是如此。像Kalcret 這類(lèi)產(chǎn)品的預制構件也可以和帶有絕熱材料的背襯同時(shí)供貨，根據需要的絕熱要求，選擇相對較薄的襯墊可以達到滿(mǎn)意的絕熱效果。舉例說(shuō)，30m m 厚的K a l c r e t 耐磨內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 ；當內側溫度達到700℃時(shí)，鋼殼體外側的溫度則只有80℃。
3.金屬的耐磨保護
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。金屬基體是強度的承載體，它可以是標準鋼或特殊鋼，根據不同的用途而定。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，其強度可高達820HV ，如果增加其他的合金元素，還可以改良其強度穩定性和高溫穩定性。在焊接系統的協(xié)助下，可以生產(chǎn)出標準的板材，其尺寸可達到2m ×4m ，可以使用等離子氣切割裝置切割出外形，隨后用卷板機來(lái)成型，然后制作內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襯，典型的例子就是小口徑管道的內襯和磨輥、磨盤(pán)的表面硬化層，可以使用該產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以延長(cháng)新部件的使用壽命，或翻新原部件以適應設備的運行周期。
Kalmetall -C 是硬質(zhì)澆鑄料，比如硬鎳澆鑄料或NiHard 。根據不同的合金組成和硬化工藝，它可以適應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(lèi)產(chǎn)品的硬質(zhì)澆鑄件可以用作內襯材料及自支撐構件。由于它是澆鑄產(chǎn)品，大批量生產(chǎn)會(huì )有很好的經(jīng)濟效益。與Kalmetall -W 相類(lèi)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(gè)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3000m m ，寬度可達800m m 。
4.新型高耐磨陶瓷
當代最新開(kāi)發(fā)的陶瓷產(chǎn)品之一就是Kalcor -S 鋯剛玉。傳統的Kalcor 產(chǎn)品是一種熔融澆鑄的制品，而新產(chǎn)品是用細粉料冷態(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性，特別是對材料的硬度、高溫穩定性、耐溫度峰值的沖擊等性能的適應。此外，與Kalcor 相比，這種材料更易于成型。而成型過(guò)程中的耐磨性能損失極小，即使是薄壁結構的內襯構件，也不會(huì )有孔隙、氣泡出現；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(lèi)材料可應用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。多年以來(lái)，科研人員對這類(lèi)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定性。當然，此類(lèi)材料的價(jià)格相對昂貴，因此在基礎工業(yè)中的應用很有限。
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(shí)際應用中，由于緊固可靠性方面的問(wèn)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(wèn)題就變得復雜多了。采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行膠結或用砂漿凝結，僅適用于溫度不超過(guò)150℃的環(huán)境。對于更高的溫度，或者有振動(dòng)、需要懸吊固定的情況，仍然需要使用機械緊固系統。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(xiāo)釘。雖然穿孔緊固法簡(jiǎn)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(shí)施加了過(guò)大的力矩，陶瓷片就會(huì )碎裂。
6.耐磨層和隔熱層
熱絕緣材料被廣泛應用于工業(yè)上的高溫操作系統中，同時(shí)，在這些系統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(zhuān)業(yè)的知識和經(jīng)驗。筆者以干燥機為例（它的工作溫度大約是800℃），來(lái)說(shuō)明耐磨和耐高溫兩者相結合的設計情況，其中包括Kalcor 鋯剛玉、Kalcret 硬質(zhì)合成材料、內側隔熱層、鋼板、V 外側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(shí)留有膨脹的余地），因為在處置高磨蝕性的物料時(shí)，這種連接方式具有明顯的風(fēng)險。因此，在Kalcor 鋯剛玉襯片之下應有Kalcret硬質(zhì)合成材料層，它可以有效地防護這些連接件。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。
例如：設備內側的隔熱層緊固在耐磨內層之下，然后固定在鋼板殼體上，最后是設備外側的隔熱層。
對高溫設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）希望設備以節能的方式運行；（3）避免設備外表高溫帶來(lái)的危害。
雖然僅僅使用內隔熱層就可以獲得良好的隔熱效果，但是設備的鋼殼體的溫度可能會(huì )低于結露點(diǎn)，這就存在鋼殼體受腐蝕的風(fēng)險。此外，內襯的膨脹量會(huì )比鋼殼體大一些，從而造成了內襯組件之間的附加膨脹應力。如果把內隔熱層移到殼體外面來(lái)，殼體溫度低于結露點(diǎn)的問(wèn)題就可以解決，但殼體自身的溫度會(huì )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(gè)聰明的解決辦法。這樣，鋼殼體的溫度就可以調節到人們所希望的水平，不但使其膨脹量幾乎等于內襯層的膨脹量，同時(shí)還消除了殼體溫度降到低于結露點(diǎn)的風(fēng)險。內外隔熱層與耐磨層組合在一起的結構是一個(gè)非常好的解決方案，在實(shí)際應用中，每一塊Kalcor 鋯剛玉陶瓷片都是用一個(gè)柔性連接件與鋼殼體相連接的。
7.無(wú)故障地連續運行
水泥廠(chǎng)中的許多裝備都會(huì )受到磨蝕的侵害。受磨蝕之害的不僅有原料儲存系統和生料制備、煤粉制備系統及煤粉入窯通道，還有熟料、混合材和水泥的粉磨及輸送系統。
在使用了陶瓷、金屬、樹(shù)脂和橡膠等各類(lèi)型的耐磨材料后，水泥廠(chǎng)設備的使用壽命延長(cháng)了，無(wú)故障運行的目的達到了。在實(shí)踐中，各種耐磨材料的組合應用表現出了良好的性能，它們使整套設備中不同磨損強度的各個(gè)部位具有近似的使用壽命，因此在技術(shù)上和經(jīng)濟上都非常合理。
水泥廠(chǎng)中經(jīng)受磨蝕之害的典型例子是粉磨系統，它們需要可靠的耐磨防護；這不僅是指磨機本身，而且包括其上下游的設備。在一臺立磨里，磨盤(pán)、磨輥、磨輥叉臂架的防護裝置以及磨機內壁都需要進(jìn)行耐磨防護。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。
在多數情況下，磨輥和磨盤(pán)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(cháng)其使用壽命。這些部件在運行了一定的周期后，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)生在磨機的下游，根據不同部位的不同磨蝕應力，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(lái)制作內襯。多年以來(lái)，Abresist玄武巖耐磨澆鑄料是標準的選粉機內襯材料，但近年來(lái)kalcret硬質(zhì)合成材料卻逐步在耐磨內襯應用領(lǐng)域取得優(yōu)勢，它的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有形狀復雜的內襯片需要在現場(chǎng)進(jìn)行安裝。kalcret 硬質(zhì)合成材料是袋裝供應、現場(chǎng)混料、噴涂法施工，因此能適應設備的各種幾何形狀。
另一個(gè)典型的耐磨材料應用實(shí)例就是管道系統。在水泥廠(chǎng)里，管道系統絕大部分是氣動(dòng)系統，生料、熟料或煤粉的管道輸送需要長(cháng)壽命的管道內襯，特別是對管道彎頭而言。很顯然，彎管現在也可以用KaIdetect~ 硬質(zhì)合成材料來(lái)制作內襯。通常情況下，管道系統的內襯是預制后送到現場(chǎng)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準化施工步驟，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(huì )隨著(zhù)耐磨保護系統在硬度、耐磨性和經(jīng)濟性等方面的改善而不斷涌現。
不同材料的組合應用，可以形成有效的耐磨保護系統。而要實(shí)現這一點(diǎn)，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(shí)踐經(jīng)驗。典型的應用實(shí)例是管道系統，耐磨性較好的材料被用在彎管上，而直線(xiàn)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，而較便宜的Abresist 玄武巖耐磨澆鑄料則被用于彎管的內徑一側；如果彎管會(huì )受到很大的沖刷荷載，則需在彎管的外徑一側使用Kalmetall -C 硬質(zhì)澆鑄料，而在彎管的內徑一側可以使用較便宜的kalcret硬質(zhì)合成材料。此外，攪拌機也經(jīng)常使用組合材料來(lái)防磨損。其底部使用Kalocer 高鋁陶瓷材料，而安裝在卸料門(mén)附近用于密閉底部的導軌，則使用Kalmetall -W 硬質(zhì)堆焊料來(lái)防磨損。
耐磨的橡膠軟管是一個(gè)新的應用實(shí)例，它靈活性強，幾乎適用于任何情況。它可以被用作膨脹節、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(diǎn)。當然，在氣力輸送有棱角的物料時(shí)橡膠軟管的期望壽命卻是很短的。在這種情況下，Keraflex 系統是一個(gè)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(chēng)是Keraflex ，它在許多工業(yè)領(lǐng)域的應用與日俱增，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優(yōu)秀，但在抗沖擊性磨損方面卻相當糟糕；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(diǎn)。陶瓷片被熱熔在橡膠中，其產(chǎn)品已經(jīng)被成功應用，如皮帶機的卸載點(diǎn)，那里的Keraflex 陶瓷橡膠復合材料達到了令人滿(mǎn)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 磨損探測裝置對預防因磨穿而造成的環(huán)境污染或氣動(dòng)系統失效十分有用。該裝置有一個(gè)電氣系統，環(huán)繞著(zhù)管道內襯有一組電流回路，在內襯被磨蝕、導線(xiàn)被磨斷時(shí)，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。
9.結束語(yǔ)
在當代，種類(lèi)繁多的陶瓷和金屬耐磨材料，以及橡膠和樹(shù)脂等高分子耐磨材料都可以用來(lái)解決水泥廠(chǎng)設備的磨蝕問(wèn)題。材料的正確選擇可以確保流程的無(wú)故障連續運行，同時(shí)在經(jīng)濟上也是合理的。而有效保護流程裝置的前提，是耐磨材料能可靠地固緊在需要保護的表面上。
當代耐磨防護技術(shù)的進(jìn)展體現在改善耐磨體系的實(shí)用性上。這不僅包括耐磨材料的靈活組合應用，同時(shí)也包括能夠防止摩擦磨損和沖擊磨損以及磨損監測系統的開(kāi)發(fā)。在綜合應用信息及多年實(shí)踐經(jīng)驗的基礎上，人們總能提出既經(jīng)濟又合理的解決方案，使耐磨防護技術(shù)適用于任何工業(yè)性裝置，特別是水泥行業(yè)的生產(chǎn)設施。