散裝礦物轉接設備耐磨襯板選型研究

魏 博

（秦皇島港股份有限公司，河北 秦皇島 066000）

耐磨襯板是港口散裝礦物運輸轉接設備的重要部件，為了保障能源的轉接運輸，必須在輸送轉接設備的接觸面安裝耐磨襯板，避免因摩擦造成轉接設備的損壞。轉接設備維修周期與維修成本，取決于所采用耐磨襯板的耐磨性。目前，秦皇島港在線使用的耐磨襯板用量最大的是軋制、鑄造類合金襯板。此外，秦皇島港在實際生產中也在嘗試使用陶瓷襯板、微晶襯板、復合襯板以及聚氨酯襯板等非金屬類的新型襯板。但是在市場上采購的耐磨襯板，即使同種類耐磨襯板也存在質量價格差異大，質量參差不齊等現象，同時針對不同的耐磨襯板使用工況，其壽命差別也較大。

為此有必要開展針對各類耐磨襯板的性能研究，從而指導耐磨襯板種類的合理選型。力爭達到耐磨襯板的經濟使用價值最大化，降低人工更換耐磨襯板成本與高空作業安全風險。

1 港口耐磨襯板使用現狀

目前，秦皇島港在耐磨襯板選型時，并沒有因為使用工況的差異而選用不同類型的耐磨襯板，統一采用性價比最為合適的耐磨襯板。主要存在如下問題：

（1）耐磨襯板因沖蝕磨損局部失效。

（2）關鍵部位、維修困難部位更換頻率過高。

（3）大塊物料沖擊照成的襯板斷裂。

（4）耐磨襯板黏礦堵斗。

（5）不同種類耐磨襯板使用效果差異大。

2 耐磨襯板性能試驗

為了解決上述問題，我們制定詳細的試驗方案，并根據影響耐磨襯板使用壽命的關鍵因素，開展了磨粒磨損試驗、沖蝕磨損試驗、抗沖擊試驗等專項研究。共選取了6大類、20塊試驗用耐磨襯板作為試驗材料，其中堆焊類10塊，軋制3塊，鑄造3塊，陶瓷2塊，微晶1塊，高錳鋼襯板作1塊（作為比對試樣）。

2.1 磨粒磨損試驗

采用自行設計的磨粒磨損試驗機對20種耐磨襯板試樣的耐磨性進行評價。試驗中，試樣的加載為98g，砂帶材料選用60目SiC，磨損速度選用1.8mm/min×104mm/min。每小時使用電子天平對磨損試樣進行稱重，得到試樣的失重。由于磨粒磨損損傷是線性關系，試驗至少進行20h以保證規律曲線與實測數據的擬合性。為減小試驗誤差，每組選取3個試樣進行試驗，通過求取平均值的方法保證試驗的可信度。

為了驗證襯板磨粒磨損性能，通過磨粒磨損試驗對20塊耐磨襯板試樣襯板進行驗證，得到了耐磨襯板的磨粒磨損性能與失重的試驗結果，磨粒磨損試驗結果如圖1所示。我們能驗證出各個試樣摩擦磨損性能的相對優劣。

圖1 磨粒磨損試驗結果

2.2 沖蝕磨損試驗

采用沖蝕磨損試驗機對20塊耐磨襯板試樣進行噴砂沖蝕試驗。沖蝕磨損試驗機填砂量為2kg～3kg，噴頭距試驗襯板上表面為10cm，噴頭與試驗襯板上表面的水平夾角為90°，試驗壓強70psi。每10min對試樣進行稱重，共進行10次稱重，并采用輪廓儀在噴砂試驗的開始、中間和完成階段采集試樣的表面輪廓形態。

為了驗證襯板沖蝕磨損性能，對19塊（除高錳板）耐磨襯板襯板試樣進行驗證。得到了耐磨襯板的沖蝕磨損的試驗結果。我們能驗證出各個試樣抗沖蝕磨損性能的相對優劣。

2.3 抗沖擊試驗

采用傳統落錘沖擊試驗對襯板的抗沖擊性進行評價。通過大載荷壓入試驗，統計試樣表面產生塑性壓痕的概率可以用來評定耐磨襯板的抗沖擊性能。采用120°錐形金剛石壓頭，采用1471N加載力對試樣進行加載壓入，在保壓10s后，將被壓試件在三維表面測量儀上觀察其在微米級上的壓痕，并根據產生塑性壓痕（壓痕處無崩裂現象）的概率統計和評定耐磨襯板的抗沖擊性能。最后根據統計韌性壓痕比率，確定試樣抗沖擊性分級。

為了驗證襯板抗沖擊性能，對20塊耐磨襯板襯板試樣進行驗證。得到了耐磨襯板的抗沖擊試驗結果。我們能驗證出各個試樣抗沖擊試驗結果性能的優劣。相比之下，陶瓷襯板和微晶襯板的抗沖擊性較差。

2.4 礦料的黏合性試驗

為了測量濕度高的礦物與襯板接觸面間的黏合力來反映襯板礦料黏合性指標進行如下試驗。選取7塊不同材料的襯板置入高低溫箱中，并將環境溫度調整為零下40度；將粉狀礦物與水混合以模擬港口能源材料運輸時狀況；將粉狀礦物與水的混合物置入PVC管并將其放置在襯板上，為加速試驗，將襯板連同注入礦物粉末的PVC管一同置入零下40度環境箱4h；取出襯板放在試驗臺上并固定，采用測力計拉拽PVC管以測試其與襯板的結合性。

黏合性試驗結果如圖2所示，通過分析可以判斷，襯板的黏合性指標主要取決于其導熱率。金屬襯板因具有相似的導熱率，通過對金屬襯板表面不同粗糙度和不同波度（宏觀粗糙度）的試驗對比可知，襯板表面狀況對黏合性指標的影響遠遠小于材料本身。

圖2 黏合性試驗結果

3 耐磨襯板選型

對磨粒磨損、沖蝕磨損試驗、抗沖擊試驗和黏合性試驗結果進行對比發現，不同類型耐磨襯板的磨粒磨損、抗沖擊性能存在較大的差異性，不同類型襯板的沖蝕磨損性能、黏合性差異性不大。耐磨襯板性能選型分布如圖3所示。從圖中可以看出，熔瓷、陶瓷襯板磨粒磨損性能好，但陶瓷的抗沖擊性能較差；堆焊類襯板磨粒磨損性能較好，沖蝕磨損性能和鑄造、軋制類襯板差異性不大；鑄造、軋制類磨粒磨損性能較差；微晶類襯板在干摩擦環境下磨粒磨損性能和沖蝕磨損性能都較差，但在摩擦升溫不大的工況中，其磨粒磨損性能表現出較為優異的水平。

圖3 耐磨襯板性能選型分布圖

軋制和鑄造工藝制備的襯板為整體襯板，其壽命取決于襯板的厚度，磨損壽命的均勻性較好。而堆焊襯板的壽命則主要取決于耐磨層的厚度，而非整體厚度。因此，在選型時，應考慮耐磨襯板厚度對使用壽命的影響。

4 結語

通過本次試驗研究，解決了港口耐磨襯板在選型與使用過程中性能無法滿足工況需求的問題，提高了港口轉接設備耐磨襯板使用壽命、降低了維修成本。并通過合理選型、規范采購產生一定的經濟效益。項目研究成果還可推廣到其他耐磨襯板應用行業，改善各行業耐磨襯板使用現狀。