港口輸送體系襯板選擇探析
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本文作者：馬光輝作者單位：神華黃驊港務有限公司
港口煤炭輸送系統(tǒng)襯板具有提升研磨介質、研磨礦石，保護磨筒體的作用。選擇各種襯板主要考慮的是其對研磨介質的提升效果、介質的運行軌跡等。襯板材質有鉻鉬合金鋼、中合金鋼、高鉻鑄鐵、錳鋼、橡膠、聚氨酯等，形狀有凸棱、波紋、角螺旋等。當以粉碎為主要目的時，就要求襯板對研磨體的推舉能力較強，同時還應具有良好的抗沖擊性能。比較幾種耐磨材料，以雙介質淬火工藝中合金鋼性能最優(yōu)、使用壽命最長，優(yōu)越性在大中型球磨機中更明顯，性價比最高，因此現(xiàn)在港口煤炭輸送系統(tǒng)大多采用雙介質淬火工藝中合金鋼或鉻鉬合金鋼襯板。這類合金耐磨鋼板具有以下特點：
（1）高耐磨性。合金層的化學成分中碳含量達4%～5%，鉻含量高達25%～30%，其金相組織中Cr7C3碳化物的體積分數(shù)達到50%以上，宏觀硬度為56～62HRC，碳化鉻的硬度為1400～1800HV。由于碳化物與磨損方向相垂直而分布，因此即使與同成分和硬度的鑄造合金相比較，其耐磨性能也提高了一倍以上。例如，該合金鋼的耐磨性比低碳鋼高20～25倍，比高鉻鑄鐵高1.5～2.5倍。
（2）良好的耐沖擊性。復合耐磨鋼板的底層為低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等韌性材料，可以承受研磨介質的載荷，而耐磨層抵抗磨損介質的磨損，因此有良好的耐沖擊性，可以在物料輸送系統(tǒng)中承受高落差料斗的沖擊和磨損。
（3）較好的耐熱性。耐磨層推薦在≤600℃工況下使用，若在合金層中加入釩、鉬等合金，就可以承受≤800℃的高溫磨損。推薦使用溫度如下：普通碳鋼基板應在≤380℃工況下使用；低合金耐熱鋼板（15CrMo、12Cr1MoV等）基板應在≤540℃工況下使用；耐熱不銹鋼基板應在≤800℃工況下使用。
（4）較高的耐腐蝕性。耐磨復合鋼板的合金層中含有高百分比的金屬鉻，故具有一定的防銹和耐腐蝕能力，常用于焦化廠耐磨鋼板、農業(yè)機械堆焊耐磨板、港口碼頭襯板中。
2港口煤炭輸送系統(tǒng)工作中對襯板的實際需求
以煤炭裝卸為主的港口，煤炭輸送系統(tǒng)中的相關設備如翻車機、皮帶機、裝船機以及堆料機等的消耗非常大。這些傳輸設備所使用的襯板材料通常為高鉻鑄鐵，該材料通常適用于高應力磨料磨損的狀況，在機械、冶金和采礦以及礦產品加工等行業(yè)應用廣泛。但應考慮到的問題是，煤炭輸送加工的工作狀況并不是單一的，若不考慮輸送設備的實際工作狀況而將高鉻鑄鐵應用到所有工況的各種設備上，將造成某處襯板磨損尤其嚴重，必須頻繁進行更換，這在很大程度上將會提高材料和維修的費用，甚至將對設備的性能和使用壽命造成影響。港口煤炭輸送系統(tǒng)中的磨損主要有鑿削碰撞和擦傷性低應力磨損2種形式。鑿削性的碰撞磨損主要在皮帶機、堆料機的頭部拋料漏斗以及翻車機的拋料漏斗等部位產生，擦傷性的低應力磨損主要在皮帶機的導料槽、翻車機的震動給料器以及裝船機的溜筒等部位產生。港口煤炭連續(xù)運輸系統(tǒng)所運送的煤炭具有較大的體積和重量，同時在運送過程中將對襯板造成猛烈的撞擊，所以為了防止襯板斷裂，選擇的襯板材料應具有相當高的韌性和耐磨性。高鉻鑄鐵具有較高的硬度，然而韌性相對較差，在沖擊強烈的部位使用該材料的襯板一段時間后，將導致這些部位的襯板產生碎裂現(xiàn)象。筆者總結了輸送系統(tǒng)中襯板應用的多種狀況，并結合工作實踐對襯板結構和材質進行了改造，將原有的高鉻鑄鐵襯板改成格子狀，按照襯板原有尺寸，以厚14～20mm的16Mn為底板，并在其上鉆出固定螺栓孔，而后將厚度為10mm的16Mn板用剪板機剪成50mm的格子板，按照100mm間隔將剪裁好的格子板焊接在底板上。改造后的煤炭輸送系統(tǒng)襯板在使用一段時間后，由于格子狀的設計使得細小的煤粉附著和堆積到襯板的格子內部，減緩了煤炭對襯板的沖擊和磨損；同時格子還起到了筋板的作用，提高了襯板的剛度和韌性。將襯板的材料改造為16Mn鋼，在很大程度上提高了襯板的韌性，同時也使改造的成本相對降低。改造完成后，港口煤炭輸送系統(tǒng)襯板的更換時間得到延長，原本半年左右就需要更換的襯板，現(xiàn)在使用時間延長到了2.5～3年。
而針對存在擦傷性低應力磨損的襯板，若并不處于設備的特殊工況或者特殊設備的位置，則依舊可采用高鉻鑄鐵材料；而若處于特殊的位置或工況，則應以實際需要為準，選擇合適的輸送系統(tǒng)襯板。比如電磁除鐵器部位，為了防止襯板在使用過程中受到磁性干擾，其襯板材料應選擇不銹鋼。而對于更換困難或不易停止運行的部位，則應選擇耐磨性較強的襯板材料，以盡量減少襯板更換的次數(shù)。比如在翻車機的振動給料器部位，其襯板更換十分不便，由此可采用陶瓷襯板，將陶瓷襯板通過專用的粘合劑粘貼在振動給料器母板上。陶瓷襯板的耐磨性能相對較高，其使用時間將近是高鉻鑄鐵的3倍。
3硬面堆焊雙金屬復合耐磨板的優(yōu)勢
硬面堆焊雙金屬復合耐磨板主要應用于以下電力行業(yè)的設備中：風機葉片、燃燒器管線、堆取料機料斗、料倉襯板、磨煤機襯板、煤粉輸送管、煤粉分配器隔板、卸煤設備襯板、風扇磨煤機打擊襯板、輸料槽和料斗內襯、破碎機部件、出灰管、空氣處理系統(tǒng)、磨煤機出口以及落煤管道。
復合堆焊雙金屬耐磨板由普通基材和抗磨層2部分組成，抗磨層與基體完全是冶金結合，所以不必擔心耐磨層脫落的問題?？鼓右话阏伎偤穸鹊?/3～2/3。在耐磨層復合加工過程中，抗磨層呈龜裂狀態(tài)，有利于復合耐磨鋼板的變形，但是其裂紋卻不能延伸到基體內，否則就會影響基體的承載能力?？鼓优c基體間更不能存在裂紋，否則耐磨層會在變形等加工過程中或在使用中出現(xiàn)脫落，起不到抗磨作用。高鉻合金耐磨堆焊復合板是一種新型的高耐磨復合材料，它采用自動金屬電弧堆焊的新工藝方法，在鋼板上形成過共晶高鉻合金耐磨層。耐磨堆焊復合板特別適用于泥沙、礦石、粉塵、煤渣等直接磨擦的機件的表面強化。此外耐磨堆焊復合板還具有較好的耐高溫性能，在700℃以下具有較高的硬度和抗氧化性，適用于各種磨料磨損的工況條件。堆焊復合板耐磨層表面平整，在堆焊過程中耐磨層通過形成細小均勻的裂縫釋放應力，以保持整幅板面的平整，限制應力集中的發(fā)生，其裂縫僅局限于硬層內，使用過程中也不會向韌性很好的鋼板中擴展。
4煤炭輸送系統(tǒng)襯板結構的改造
4.1襯板布置不合理造成的問題
當前，港口煤炭連續(xù)輸送系統(tǒng)皮帶機的堆料轉接塔襯板布置一般考慮的是母體筋板對襯板孔造成的影響，襯板的加入是為了保護母體，然而這樣的布局形式往往難以完全發(fā)揮出襯板的作用。雖然國內外對襯板材料的研究較多，但大多集中于解決耐磨材料使用壽命方面，而在很大程度上忽略了襯板對設備母體保護作用的研究。以港口煤炭連續(xù)輸送系統(tǒng)中皮帶機的襯板使用狀況為例，由于襯板布置不合理，在襯板與襯板之間形成了5～10mm的縫隙，雖然某些時候加工精度大于10mm，但襯板縫隙沿著貨物的流動線路順序布置，構成了貫穿整個轉接塔的縱向溝槽，致使煤炭在運輸過程中沿著這條縱向的溝槽與母體直接接觸，將母體摩擦成了縱向開口的形式，從而導致物料泄漏嚴重。在對母體維修時，只能從母體的外側進行修補焊接，然而修整好的母板又將沿著縫隙被磨穿，嚴重的部位甚至會打上3層補丁，最后只能更換新的母板，這對系統(tǒng)的生產造成了嚴重的影響，從而在很大程度上造成了經濟損失。
4.2襯板結構設置
針對上述襯板布置中預留縫隙造成的損失，可采用以下2種方式進行修補：（1）改變襯板高度。原有煤炭輸送系統(tǒng)的襯板高度一般超過400mm，現(xiàn)可將襯板高度降低一半，大約為200mm。同時在襯板的布置過程中采用交錯布置的方式，將襯板縱向之間的間隙溝槽大約控制在200mm范圍內，這樣就使物料在輸送過程中很大程度上不與母體直接接觸，也就減少了物料對母體的摩擦。（2）新增一層保護層。也就是在襯板與母體之間，通過增加廢舊聚酯帶為長度減小的溝槽母體增加一層保護，以減少大塊物料對于母體的沖擊。在更換襯板過程中，應同時更換磨損的膠帶，這樣就有效保護了轉接塔母體。
4.3襯板設計結構改造的作用
襯板的布置合理使輸送系統(tǒng)中的母板得到了有效的保護，改造完成后具有明顯的效果，即使在裝卸力度較大的煤炭系統(tǒng)中，也并未磨損轉接塔母板。襯板改造完成后的作用主要體現(xiàn)在以下3個方面：（1）有效地保護了母體。新的襯板結構對轉接塔的母體建立了完善的保護措施，有效延長了襯板的使用壽命，減少了襯板故障發(fā)生的次數(shù)，從而降低了襯板更換和維修的成本，為生產的持續(xù)奠定了良好的基礎。（2）保證了轉接塔母板的完整性。改造完成后的轉接塔母板解決了物料泄漏問題，保證了持續(xù)的生產和輸送，同時也降低了對物料運輸體系的維修頻率以及物料清掃工作的強度。（3）便于維修。在煤炭輸送系統(tǒng)襯板改造后，襯板的大小和厚度都在一定程度上得到了縮減，由此維修更換就更為容易；且即使襯板脫落，也不會造成劃扯膠帶事故，從而提高了系統(tǒng)運行的安全性。
5結語
綜上所述，在港口煤炭輸送系統(tǒng)中，襯板的材料選擇和結構布置對整個輸送系統(tǒng)的運行有著直接的影響。由此應重視襯板的質量和性能，通過持續(xù)的考察和評估，明確所選擇的材料是否能承受港口煤炭輸送系統(tǒng)運行的負荷。同時應調整襯板布置結構，以提高襯板的性能，這對港口煤炭輸送系統(tǒng)運輸效率的提高有著現(xiàn)實的指導意義。
