港口输送体系衬板选择探析
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本文作者：马光辉作者单位：神华黄骅港务有限公司
港口煤炭输送系统衬板具有提升研磨介质、研磨矿石，保护磨筒体的作用。选择各种衬板主要考虑的是其对研磨介质的提升效果、介质的运行轨迹等。衬板材质有铬钼合金钢、中合金钢、高铬铸铁、锰钢、橡胶、聚氨酯等，形状有凸棱、波纹、角螺旋等。当以粉碎为主要目的时，就要求衬板对研磨体的推举能力较强，同时还应具有良好的抗冲击性能。比较几种耐磨材料，以双介质淬火工艺中合金钢性能最优、使用寿命最长，优越性在大中型球磨机中更明显，性价比最高，因此现在港口煤炭输送系统大多采用双介质淬火工艺中合金钢或铬钼合金钢衬板。这类合金耐磨钢板具有以下特点：
（1）高耐磨性。合金层的化学成分中碳含量达4%～5%，铬含量高达25%～30%，其金相组织中Cr7C3碳化物的体积分数达到50%以上，宏观硬度为56～62HRC，碳化铬的硬度为1400～1800HV。由于碳化物与磨损方向相垂直而分布，因此即使与同成分和硬度的铸造合金相比较，其耐磨性能也提高了一倍以上。例如，该合金钢的耐磨性比低碳钢高20～25倍，比高铬铸铁高1.5～2.5倍。
（2）良好的耐冲击性。复合耐磨钢板的底层为低碳钢、低合金钢、不锈钢等韧性材料，可以承受研磨介质的载荷，而耐磨层抵抗磨损介质的磨损，因此有良好的耐冲击性，可以在物料输送系统中承受高落差料斗的冲击和磨损。
（3）较好的耐热性。耐磨层推荐在≤600℃工况下使用，若在合金层中加入钒、钼等合金，就可以承受≤800℃的高温磨损。推荐使用温度如下：普通碳钢基板应在≤380℃工况下使用；低合金耐热钢板（15CrMo、12Cr1MoV等）基板应在≤540℃工况下使用；耐热不锈钢基板应在≤800℃工况下使用。
（4）较高的耐腐蚀性。耐磨复合钢板的合金层中含有高百分比的金属铬，故具有一定的防锈和耐腐蚀能力，常用于焦化厂耐磨钢板、农业机械堆焊耐磨板、港口码头衬板中。
2港口煤炭输送系统工作中对衬板的实际需求
以煤炭装卸为主的港口，煤炭输送系统中的相关设备如翻车机、皮带机、装船机以及堆料机等的消耗非常大。这些传输设备所使用的衬板材料通常为高铬铸铁，该材料通常适用于高应力磨料磨损的状况，在机械、冶金和采矿以及矿产品加工等行业应用广泛。但应考虑到的问题是，煤炭输送加工的工作状况并不是单一的，若不考虑输送设备的实际工作状况而将高铬铸铁应用到所有工况的各种设备上，将造成某处衬板磨损尤其严重，必须频繁进行更换，这在很大程度上将会提高材料和维修的费用，甚至将对设备的性能和使用寿命造成影响。港口煤炭输送系统中的磨损主要有凿削碰撞和擦伤性低应力磨损2种形式。凿削性的碰撞磨损主要在皮带机、堆料机的头部抛料漏斗以及翻车机的抛料漏斗等部位产生，擦伤性的低应力磨损主要在皮带机的导料槽、翻车机的震动给料器以及装船机的溜筒等部位产生。港口煤炭连续运输系统所运送的煤炭具有较大的体积和重量，同时在运送过程中将对衬板造成猛烈的撞击，所以为了防止衬板断裂，选择的衬板材料应具有相当高的韧性和耐磨性。高铬铸铁具有较高的硬度，然而韧性相对较差，在冲击强烈的部位使用该材料的衬板一段时间后，将导致这些部位的衬板产生碎裂现象。笔者总结了输送系统中衬板应用的多种状况，并结合工作实践对衬板结构和材质进行了改造，将原有的高铬铸铁衬板改成格子状，按照衬板原有尺寸，以厚14～20mm的16Mn为底板，并在其上钻出固定螺栓孔，而后将厚度为10mm的16Mn板用剪板机剪成50mm的格子板，按照100mm间隔将剪裁好的格子板焊接在底板上。改造后的煤炭输送系统衬板在使用一段时间后，由于格子状的设计使得细小的煤粉附着和堆积到衬板的格子内部，减缓了煤炭对衬板的冲击和磨损；同时格子还起到了筋板的作用，提高了衬板的刚度和韧性。将衬板的材料改造为16Mn钢，在很大程度上提高了衬板的韧性，同时也使改造的成本相对降低。改造完成后，港口煤炭输送系统衬板的更换时间得到延长，原本半年左右就需要更换的衬板，现在使用时间延长到了2.5～3年。
而针对存在擦伤性低应力磨损的衬板，若并不处于设备的特殊工况或者特殊设备的位置，则依旧可采用高铬铸铁材料；而若处于特殊的位置或工况，则应以实际需要为准，选择合适的输送系统衬板。比如电磁除铁器部位，为了防止衬板在使用过程中受到磁性干扰，其衬板材料应选择不锈钢。而对于更换困难或不易停止运行的部位，则应选择耐磨性较强的衬板材料，以尽量减少衬板更换的次数。比如在翻车机的振动给料器部位，其衬板更换十分不便，由此可采用陶瓷衬板，将陶瓷衬板通过专用的粘合剂粘贴在振动给料器母板上。陶瓷衬板的耐磨性能相对较高，其使用时间将近是高铬铸铁的3倍。
3硬面堆焊双金属复合耐磨板的优势
硬面堆焊双金属复合耐磨板主要应用于以下电力行业的设备中：风机叶片、燃烧器管线、堆取料机料斗、料仓衬板、磨煤机衬板、煤粉输送管、煤粉分配器隔板、卸煤设备衬板、风扇磨煤机打击衬板、输料槽和料斗内衬、破碎机部件、出灰管、空气处理系统、磨煤机出口以及落煤管道。
复合堆焊双金属耐磨板由普通基材和抗磨层2部分组成，抗磨层与基体完全是冶金结合，所以不必担心耐磨层脱落的问题。抗磨层一般占总厚度的1/3～2/3。在耐磨层复合加工过程中，抗磨层呈龟裂状态，有利于复合耐磨钢板的变形，但是其裂纹却不能延伸到基体内，否则就会影响基体的承载能力。抗磨层与基体间更不能存在裂纹，否则耐磨层会在变形等加工过程中或在使用中出现脱落，起不到抗磨作用。高铬合金耐磨堆焊复合板是一种新型的高耐磨复合材料，它采用自动金属电弧堆焊的新工艺方法，在钢板上形成过共晶高铬合金耐磨层。耐磨堆焊复合板特别适用于泥沙、矿石、粉尘、煤渣等直接磨擦的机件的表面强化。此外耐磨堆焊复合板还具有较好的耐高温性能，在700℃以下具有较高的硬度和抗氧化性，适用于各种磨料磨损的工况条件。堆焊复合板耐磨层表面平整，在堆焊过程中耐磨层通过形成细小均匀的裂缝释放应力，以保持整幅板面的平整，限制应力集中的发生，其裂缝仅局限于硬层内，使用过程中也不会向韧性很好的钢板中扩展。
4煤炭输送系统衬板结构的改造
4.1衬板布置不合理造成的问题
当前，港口煤炭连续输送系统皮带机的堆料转接塔衬板布置一般考虑的是母体筋板对衬板孔造成的影响，衬板的加入是为了保护母体，然而这样的布局形式往往难以完全发挥出衬板的作用。虽然国内外对衬板材料的研究较多，但大多集中于解决耐磨材料使用寿命方面，而在很大程度上忽略了衬板对设备母体保护作用的研究。以港口煤炭连续输送系统中皮带机的衬板使用状况为例，由于衬板布置不合理，在衬板与衬板之间形成了5～10mm的缝隙，虽然某些时候加工精度大于10mm，但衬板缝隙沿着货物的流动线路顺序布置，构成了贯穿整个转接塔的纵向沟槽，致使煤炭在运输过程中沿着这条纵向的沟槽与母体直接接触，将母体摩擦成了纵向开口的形式，从而导致物料泄漏严重。在对母体维修时，只能从母体的外侧进行修补焊接，然而修整好的母板又将沿着缝隙被磨穿，严重的部位甚至会打上3层补丁，最后只能更换新的母板，这对系统的生产造成了严重的影响，从而在很大程度上造成了经济损失。
4.2衬板结构设置
针对上述衬板布置中预留缝隙造成的损失，可采用以下2种方式进行修补：（1）改变衬板高度。原有煤炭输送系统的衬板高度一般超过400mm，现可将衬板高度降低一半，大约为200mm。同时在衬板的布置过程中采用交错布置的方式，将衬板纵向之间的间隙沟槽大约控制在200mm范围内，这样就使物料在输送过程中很大程度上不与母体直接接触，也就减少了物料对母体的摩擦。（2）新增一层保护层。也就是在衬板与母体之间，通过增加废旧聚酯带为长度减小的沟槽母体增加一层保护，以减少大块物料对于母体的冲击。在更换衬板过程中，应同时更换磨损的胶带，这样就有效保护了转接塔母体。
4.3衬板设计结构改造的作用
衬板的布置合理使输送系统中的母板得到了有效的保护，改造完成后具有明显的效果，即使在装卸力度较大的煤炭系统中，也并未磨损转接塔母板。衬板改造完成后的作用主要体现在以下3个方面：（1）有效地保护了母体。新的衬板结构对转接塔的母体建立了完善的保护措施，有效延长了衬板的使用寿命，减少了衬板故障发生的次数，从而降低了衬板更换和维修的成本，为生产的持续奠定了良好的基础。（2）保证了转接塔母板的完整性。改造完成后的转接塔母板解决了物料泄漏问题，保证了持续的生产和输送，同时也降低了对物料运输体系的维修频率以及物料清扫工作的强度。（3）便于维修。在煤炭输送系统衬板改造后，衬板的大小和厚度都在一定程度上得到了缩减，由此维修更换就更为容易；且即使衬板脱落，也不会造成划扯胶带事故，从而提高了系统运行的安全性。
5结语
综上所述，在港口煤炭输送系统中，衬板的材料选择和结构布置对整个输送系统的运行有着直接的影响。由此应重视衬板的质量和性能，通过持续的考察和评估，明确所选择的材料是否能承受港口煤炭输送系统运行的负荷。同时应调整衬板布置结构，以提高衬板的性能，这对港口煤炭输送系统运输效率的提高有着现实的指导意义。
