運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管中幾種常用耐磨襯板材料
摘要：在火力發(fā)電廠的運(yùn)煤系統(tǒng)中，落煤管不斷地受到原煤的沖刷、碰撞，極易造成磨損，落煤管內(nèi)襯耐磨襯板是緩解這類問題的常用方法。文中對目前國內(nèi)運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管中常用的幾種耐磨襯板材料的性能及使用情況進(jìn)行了分析介紹。
1 引言
在火力發(fā)電廠的運(yùn)煤系統(tǒng)中，落煤管是連接各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站、篩碎室、主廠房中各層輸送、儲存、轉(zhuǎn)運(yùn)、篩分、破碎設(shè)備之間的主要輸送連接部件，落煤管既包括下降管、落煤斗，也包括導(dǎo)流槽等，這些部件在運(yùn)煤系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不斷地受到原煤煤流的沖刷、碰撞，極易造成壁板材料的磨損、腐蝕、泄漏等，并且由于落煤管磨損、腐蝕后也容易引發(fā)煤流在落煤管中的粘堵，嚴(yán)重影響運(yùn)煤系統(tǒng)正常運(yùn)行，污染運(yùn)煤系統(tǒng)環(huán)境。為解決這些問題，落煤管內(nèi)襯耐磨襯板是常用的方法。目前落煤管內(nèi)襯的耐磨襯板材料有很多種，本文主要對國內(nèi)運(yùn)煤系統(tǒng)中落煤管常用的幾種耐磨襯板材料的性能、使用情況等進(jìn)行介紹。
2 幾種常用落煤管耐磨襯板介紹
2.1 16Mn
16Mn 屬低合金鋼板系列，16Mn 是老國標(biāo)牌號，現(xiàn)在對應(yīng)牌號為Q345，是目前火電廠運(yùn)煤系統(tǒng)中落煤管襯板常用和應(yīng)用較多的的材料之一，它的價(jià)格和普通碳鋼差不多，但是耐磨性卻比普通碳鋼高很多，同時(shí)容易加工，材料更換方便，廣泛應(yīng)用在火力發(fā)電廠的落煤管的非沖擊面。但由于16Mn 材料自身性能所限，摩擦系數(shù)較大，硬度相對較低，在煤流直接沖刷時(shí)，使用周期較短，例如20 世紀(jì)對我國40 余座大中型電廠的調(diào)查顯示，在碎煤機(jī)前的管道及煤斗中加襯16～20mm 的普通碳鋼及16Mn 鋼，一般幾個(gè)月即被磨穿，較短的只有3 個(gè)月［1］。不得不更換襯板，但由于16Mn 性價(jià)比較高，加工容易，裝卸方便的特點(diǎn)，因此在當(dāng)前的運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管內(nèi)襯設(shè)計(jì)中，還是常用的耐磨材料之一，例如國電榆次熱電有限公司一期工程運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管和落煤斗內(nèi)襯全部為厚16mm 的16Mn 襯板，內(nèi)蒙古上都電廠三期擴(kuò)建2 ×660MW 工程運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管和落煤斗內(nèi)襯采用20mm的16Mn 鋼板。
2.2 耐磨鑄鐵
耐磨鑄鐵一般分為普通白口鑄鐵，鎳硬鑄鐵（Ni-Hard）和低鉻、中鉻、高鉻鑄鐵［2］。在電力行業(yè)應(yīng)用較多，用在運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管襯板主要是普通白口鑄鐵和高鉻鑄鐵。
普通白口鑄鐵在我國應(yīng)用很早，也是應(yīng)用很廣泛的一種耐磨材料，如農(nóng)業(yè)中的犁鏵就采用的是普通白口鑄鐵。它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，但缺點(diǎn)同樣明顯：質(zhì)地脆，不耐沖擊，一般由于工藝原因使得這種鑄鐵在用作襯板時(shí)板厚較大。在20 世紀(jì)時(shí)吉林熱電廠曾將普通白口鑄鐵用在運(yùn)煤系統(tǒng)中作為落煤管襯板，襯板厚度達(dá)到了40mm，落煤管的整體重量很重，增加了建筑的載荷和建造成本，同時(shí)在安裝及維護(hù)時(shí)也十分不便。另外在襯板采用沉頭螺栓連接時(shí)，運(yùn)行一段時(shí)間后連接處出現(xiàn)銹蝕，使襯板無法進(jìn)行更換，由于存在以上問題，所以普通白口鑄鐵在目前火電廠運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管襯板的設(shè)計(jì)中很少使用。
高鉻鑄鐵是鉻含量大于12%的白口鑄鐵，具有良好的硬度、耐蝕性及抗氧化性，同時(shí)具有比白口鑄鐵更好的韌性，因此是很好的耐磨材料，但因鉻含量高，所以高鉻鑄鐵的市場價(jià)格較高，主要應(yīng)用在建材及電力行業(yè)的磨機(jī)磨球、破碎機(jī)錘頭以及800℃以下的高爐襯板。由于高鉻鑄鐵的耐磨效果比較好，因此目前火電廠中運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管中開始應(yīng)用，例如石家莊鹿華熱電廠采用的就是16mm厚的鐵基高鉻鑄鐵。
2.3 稀土耐磨鑄鋼
為了獲得較高硬度，稀土耐磨鑄鋼中加入適量稀土復(fù)合變質(zhì)劑，從而對鋼進(jìn)行孕育處理以提高材料的綜合力學(xué)性能，特別是沖擊韌度。這種鑄鋼硬度與一般鋼材接近，但當(dāng)淬火空冷后的硬度可以達(dá)到很高，目前用稀土耐磨鑄鋼制作球磨機(jī)襯板和環(huán)錘式破碎機(jī)的環(huán)錘，在火電廠的破碎、磨粉系統(tǒng)中取得了良好的效果，有資料顯示通過對球磨煤機(jī)襯板采用稀土耐磨鑄鋼材質(zhì)和Mn13對比，前者耐磨性是后者的將近2倍，另外錦州電廠碎煤機(jī)前的落煤管過去使用厚度16mm的碳鋼板僅半年即被磨穿，而改用稀土耐磨鑄鋼后可延長到1.5～2年［3］。
稀土耐磨鑄鋼在具有良好耐磨性的同時(shí)，價(jià)格并不比高錳鋼價(jià)格高。因此目前國內(nèi)很多火電廠的運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管采用稀土耐磨鑄鋼作為襯板，使用效果較好，例如在大唐林州2×300MW級熱電機(jī)組工程的運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管全部采用是材ZG30Gr25Ni4Si2Nre的稀土耐磨鑄鋼，山東怡力鋁電有限公司1×150MW機(jī)組工程中的運(yùn)煤系統(tǒng)耐磨襯板的材料采用的是厚度14mm稀土耐磨合金，襯板材料牌號：ZG40CrMnMoNiSiRe。
2.4 不銹鋼
不銹鋼分為奧氏體不銹鋼，馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼，一般用作耐磨襯板的不銹鋼是馬氏體不銹鋼。不銹鋼作為耐磨襯板的優(yōu)點(diǎn)很多，主要有：吸水率和熱膨脹系數(shù)高，耐沖擊，表面平整，利于物料流動(dòng)。因此不銹鋼板是火電廠運(yùn)煤系統(tǒng)中的筒倉、循環(huán)流化床鍋爐爐前煤倉內(nèi)襯選用比較多的材料。但不銹鋼的缺點(diǎn)同樣明顯：自身硬度較低，耐磨效果一般，安裝不方便，造價(jià)高。尤其是在目前的火電項(xiàng)目中，不銹鋼除耐沖擊性能較其他材料有優(yōu)勢外，總體性價(jià)比不高，因此在落煤管內(nèi)襯中大量使用是不適宜的，也很少有落煤管系統(tǒng)全部采用不銹鋼作為襯板的情況。
硬度較低，耐磨效果一般，安裝不方便，造價(jià)高。尤其是在目前的火電項(xiàng)目中，不銹鋼除耐沖擊性能較其他材料有優(yōu)勢外，總體性價(jià)比不高，因此在落煤管內(nèi)襯中大量使用是不適宜的，也很少有落煤管系統(tǒng)全部采用不銹鋼作為襯板的情況。
2.5 堆焊耐磨復(fù)合鋼板
堆焊耐磨復(fù)合鋼板是由普通母板基材和抗磨層兩部分組成，它是以Q235或Q345鋼板作為母板，采用埋弧自動(dòng)焊將高鉻耐磨堆焊藥芯焊絲堆焊在母板上，形成堆焊抗磨層，一般堆焊層的化學(xué)成分中碳含量達(dá)4%～5％，鉻含量高達(dá)25%～30％，抗磨層一般占總厚度的1/3～2/3。該材料的主要特點(diǎn)是抗磨損性能和抗沖擊性能良好，宏觀硬度可達(dá)50～60HRC。根據(jù)一些資料顯示：通過磨損對比試驗(yàn)，耐磨復(fù)合鋼板的耐磨性比低碳鋼高20倍以上，比不銹鋼、高錳鋼高5倍以上，是鑄態(tài)高鉻鑄鐵的1.5～2.5倍［4］。
耐磨復(fù)合鋼板由于母板材料為低碳鋼，所以可以整體材料很方便地像普通鋼板一樣切割，彎曲或卷曲、焊接和打孔，加工成各種耐磨損部件，使用較為方便。
這種材料的缺點(diǎn)主要有：（1）堆焊焊材中鉻含量較高，堆焊時(shí)抗磨層與基板間容易產(chǎn)生裂紋，致使耐磨層在后面加工或使用過程中容易脫落，起不到抗磨作用。（2）材料堆焊層硬度太高，加工工藝成本較高，同時(shí)材料中鉻含量很高，這些因素使得堆焊耐磨復(fù)合鋼板的市場價(jià)格較高。
雖然存在上述缺點(diǎn)，但耐磨復(fù)合鋼板綜合性能還是不錯(cuò)的，因而被國內(nèi)一些電廠在運(yùn)煤系統(tǒng)的落煤管采用，例如：國電青山熱電有限公司，呼和浩特?zé)犭姀S等。
2.6 陶瓷復(fù)合材料
火力發(fā)電廠的運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管中常用的陶瓷復(fù)合材料目前主要是搪瓷襯板和三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板兩種。
搪瓷襯板在金屬鋼板表面高溫焙燒瓷釉是一種陶瓷復(fù)合材料，瓷釉和基板的牢固結(jié)合，其滲透密著性能良好，瓷釉熔化在基板上，像鏡面一樣的光滑，具有硬度高、耐高溫、耐磨、光潔、絕緣等特點(diǎn)。一般金屬基板是普通碳鋼，鋼板厚度可根據(jù)工程實(shí)際要求選擇，在火力發(fā)電廠落煤管系統(tǒng)中一般基板厚度不小于6mm。因?yàn)樘麓梢r板表面光潔度高，因此在耐磨的同時(shí)，也能正確解決落煤管的粘堵問題，搪瓷襯板的市場價(jià)格一般為8000元/t，性價(jià)比適中，因而在國內(nèi)電廠中應(yīng)用較多，例如國電灤河電廠五期擴(kuò)建工程中，落煤管系統(tǒng)的所有襯板采用耐磨搪瓷，南陽熱電一期工程中的落煤管（斗）襯板均采用厚度8mm的搪瓷面耐磨襯板，國電駐馬店熱電廠落煤管系統(tǒng)的所有內(nèi)襯也采用的是10mm的耐磨搪瓷襯板。
三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板是陶瓷、橡膠、鋼板的組合制品，將特種陶瓷片與橡膠直接硫化在帶螺栓的鋼板上而制成三合一結(jié)構(gòu)（陶瓷＋橡膠＋鋼板），襯板與落煤管（斗）管壁直接通過螺栓固定，陶瓷塊較小，常為半球形或方形，特點(diǎn)是：在鋼板與陶瓷中間又加設(shè)橡膠層緩沖，克服了陶瓷不耐沖擊、易碎裂的弱點(diǎn)，同時(shí)橡膠吸收沖擊能量，消音效果顯著，金屬底板及聯(lián)件不與物料接觸，避免腐蝕磨損。另外三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板更換方便。因此三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板目前在國內(nèi)電廠中應(yīng)用較多，比如國電蘭州熱電有限責(zé)任公司熱電聯(lián)產(chǎn)擴(kuò)建項(xiàng)目中的所有落煤管（落煤斗）采用的就是三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板（陶瓷10mm＋橡膠6mm＋鋼板6mm）。
但也有資料反饋三合一耐磨陶瓷復(fù)合襯板在使用過程中出現(xiàn)陶瓷脫落、翻轉(zhuǎn)，局部位置的陶瓷脫落后，該處的落煤管磨損嚴(yán)重出現(xiàn)漏煤；陶瓷片翻轉(zhuǎn)后出現(xiàn)落煤管通流面積減小造成落煤管堵塞的情況。
2.7 超高分子聚乙烯板
超高分子聚乙烯板簡稱UHMW-PE，是分子量高于150 萬的熱塑性工程塑料，具有自潤滑性、耐磨、不粘著性、抗沖擊、對酸堿的優(yōu)良耐腐蝕性。廣泛應(yīng)用于鋼鐵、電力、煤炭、水泥、礦山等行業(yè)的煤倉、料倉等部位。近幾年在電廠的運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管系統(tǒng)中也常被用作襯板。
但是超高分子聚乙烯板之所以耐磨，主要是與物料之間摩擦阻力減小，聚乙烯板與煤炭之間的摩擦因數(shù)僅為鋼板的1/3～1/4［5］。另外，超高分子聚乙烯板的硬度較低，用尖銳的物體就可劃出較深的印痕，不能耐受塊狀物料的沖擊，對無尖角的物體耐磨效果較明顯，如對粉狀物體的輸送襯板、爐前原煤倉內(nèi)襯、電廠的排灰管等比較適合，在一定范圍內(nèi)可以替代不銹鋼，提高經(jīng)濟(jì)效益。
在運(yùn)煤系統(tǒng)物料輸送過程中存在大量的大煤塊、矸石等尖角塊狀物料，對落煤管內(nèi)壁抗沖擊要求較高，從目前一些火電廠的運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管系統(tǒng)中采用超高分子聚乙烯板做襯板的情況反饋，使用效果并不太好。當(dāng)然原因除了以上提到的超高分子量聚乙烯板的自身材料缺點(diǎn)外，還有就是市場上這類材料的假冒偽劣產(chǎn)品較多，有些根本就是普通塑料板，極易發(fā)生燃燒、脫落等事故。因此在火電廠的運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管系統(tǒng)中盡量不要采用超高分子聚乙烯板做襯板。
2.8 微晶襯板
壓延微晶襯板是一種新型耐磨襯板，是以各種礦渣為主要原料，經(jīng)熔化、壓延成型、晶化、退火而形成的一種高強(qiáng)高耐腐蝕的新型高科技工業(yè)防護(hù)材料和建筑裝飾材料。其耐磨性能比錳鋼高7～8倍，比鑄鐵高15～20倍，耐腐蝕性能比不銹鋼和橡膠高10～25倍，可替代鑄石、鑄鐵、高分子密度板等，根據(jù)一些電廠的使用情況信息反饋，這種材料襯板在混凝土料倉中應(yīng)用效果明顯。綜合一些資料可以看出：壓延微晶襯板在火電廠運(yùn)煤系統(tǒng)的卸煤溝、翻車機(jī)室、鍋爐原煤斗等部位作為襯板較好。而在落煤管部位目前沒有具體的使用信息，考慮到這種材料不容易更換，因此在落煤管系統(tǒng)中采用壓延微晶襯板時(shí)需慎重考慮。
2.9 其它耐磨襯板
除了以上提到的火電廠運(yùn)煤系統(tǒng)中常用耐磨襯板材料外，目前世界上出現(xiàn)了很多高強(qiáng)度的新型耐磨鋼板，比如：瑞典奧克隆德生產(chǎn)的HARDOX系列，德國迪林根的400V和500V，德國蒂森克虜伯的XAR400、XAR450、XAR500系列，日本的JFE-EH360、EH400和EH500，國內(nèi)舞鋼、武鋼等生產(chǎn)的NM系列，NM360、NM400、NM450、NM500耐磨鋼板等［6］。這些新型高強(qiáng)度耐磨鋼的價(jià)格是比較合理的，尤其國產(chǎn)的NM系列鋼板的市場價(jià)格與前面介紹的幾種襯板的價(jià)格比較是合理的，以NM400為例，每噸價(jià)格僅在7600元左右，NM500每噸8100元左右。
這些新開發(fā)的高強(qiáng)度耐磨鋼，目前主要應(yīng)用在車輛、船舶、礦山設(shè)備、冶金、工程機(jī)械及水泥設(shè)備等方面，在電力行業(yè)應(yīng)用不多，目前國內(nèi)沒有火電廠運(yùn)煤系統(tǒng)的落煤管襯板采用這些新型耐磨鋼的資料。但隨著國內(nèi)大容量機(jī)組的規(guī)劃，必然需要大量落煤管襯板材料，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)及技術(shù)的基礎(chǔ)上，建議可以嘗試在火電廠的運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管襯板中使用這些新型耐磨鋼板，以降低電廠的運(yùn)營成本。
3 結(jié)語
通過對火電廠運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管常用的幾種襯板材料介紹，可以知道國內(nèi)輸煤系統(tǒng)中使用的耐磨襯板材料有很多品種，存在多種選擇，性價(jià)比各不相同，使用效果也各不相同。因此各電廠在選用落煤管襯板材料時(shí)，應(yīng)該盡可能地收集資料，有條件的可以到其它與自己工況類似的電廠考察，獲得這些電廠的運(yùn)煤系統(tǒng)中落煤管襯板的使用情況，結(jié)合自身的工況條件做相應(yīng)選擇，比如輸送粒度較小的煤質(zhì)或基本上沒有沖擊的受磨面，可選用超高分子聚乙烯材料襯板；物料堅(jiān)硬、粒度大，沖擊強(qiáng)烈的部位，盡量選用稀土耐磨鑄鋼。在容易粘煤堵煤的部位，可以選用不銹鋼作為襯板材料。
總之在選用火電廠運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管襯板時(shí)應(yīng)該既要考慮襯板的耐磨性和使用年限，又要考慮襯板材料的價(jià)格和電廠自身經(jīng)濟(jì)狀況，，必要時(shí)還可通過出去考察采集實(shí)際數(shù)據(jù)，取長補(bǔ)短，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析，以便選用較適合的運(yùn)煤系統(tǒng)落煤管襯板材料。