刘涛1 刘占民2
1.唐山高压电瓷有限公司，河北省高压绝缘子技术创新中心 河北唐山 063000
2.唐山高压电瓷有限公司，河北省特高压绝缘子工程研究中心 河北唐山 063000
摘要：陶瓷因其优良高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐酸碱等特性，作为优异的技术功能材料，广泛应用于国防、化工、冶金、发电、水泥、港口、航天等领域。本文以陶瓷在水泥行业中的耐磨特性进行了探讨。
关键词：耐磨陶瓷；水泥行业；预热器旋风筒；含尘管道；安装方式
前言
随着现代高新技术的发展，工业陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分，成为许多高技术发展的重要关键材料，且引起各工业发达国家的极大关注。由于其特定的精细结构，具有高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能被广泛地应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济的各个领域。随着现代科学技术对材料性能的要求越来越高，工业陶瓷材料便发挥着越来越重要的作用，工业陶瓷的研究及其应用开发状况是体现一个国家国民经济综合实力的重要标志之一，也是国民经济新的增长点。在未来若干年内工业陶瓷材料无论是品种还是质量，产值的发展速度都会很快，我国工业陶瓷的科研水平和生产能力提高到一个新的台阶。
一、耐磨陶瓷应用于水泥行业的意义
据资料统计，全球能源的三分之一是最后表现为消耗或克服某种形式的摩擦上。由于水泥生产过程的连续性，如粉磨系统、管道溜槽及旋风筒等设备每天都要经受大量高硬度物料的摩擦冲刷，使用寿命一般为4-6个月。为使高效运行，要求具备耐磨性能高、运行时间长的新型材料，研究发展应用高性能的工业耐磨陶瓷材料是今后设备革新的显著标志之一。
目前，我国耐磨材料整体消耗平均数据约为500g/t水泥，与发达国家整体小于200g/t水泥相比还有较大差距。传统水泥设备中金属耐磨衬体成为主要耐磨材料，如高锰钢、合金钢、高铬铸铁等，金属耐磨材料在高硬度物料的冲刷和磨损下优势不足，使用寿命不长，维修任务繁重，造成运营成本增加，且与陶瓷耐磨材料性能相比具有很大的差距。另大量贵金属元素如Mo、Ni、V、Cu及Cr引入，提高采购成本，重金属含量增加导致的环境，特别是Cr元素会导致严重的铬污染。随着国家环保管控的急剧加强，目前水泥窑系统协同处置成为普遍现象，因固废带入有害成分较多，对材料的耐酸碱腐蚀又提出了更高要求。
二、耐磨陶瓷在水泥工业中的应用
1、预热器内筒
传统预热器内筒材质一直以镍铬系列耐热钢为主，结构主要以分片式为主，一般由几十块内筒挂板和固定块组成，各片之间相互联接。这样既可以保证内筒整体的强度，又可以吸收内筒因热胀冷缩引起的尺寸变化，该材料为各国水泥设备制造商普遍采用。由于内筒（尤其是末级内筒）工况条件极为恶劣，为提高设备运转率，降低维修成本，国内大量水泥生产企业开始采用全陶瓷预热器挂片产品，充分发挥陶瓷材料的耐高温、耐腐蚀、抗氧化、耐磨损的特性。
2、风机叶轮及壳体
在新型干法生产线中,粉体的输送主要靠风机提供动力, 风机的高速旋转引起含尘粒子气流与叶片发生相对运动导致叶轮、壳体磨损严重。长期以来水泥企业一般采用耐磨堆焊、热喷涂等传统抗磨方法,金属耐磨堆焊板生产过程会产生热变形，同时造成应力集中等现象，更换维修成本较高。
镶嵌燕尾式耐磨陶瓷砖，可较大程度提升耐磨强度，维修时间短等优势，使耐磨陶瓷与叶轮、壳体结合紧密，且耐磨陶瓷密度小，重量远低于通常使用的金属耐磨衬
板，叶轮总重量的减轻，可增加了风机主轴承的使用寿命，降低维修成本，为水泥企业增加收益。
3、立磨辊套、筒体
目前，通常做法是在易磨损区域进行耐磨焊条堆焊处理，这种表面堆焊方法对工件的热输入量高，劳动强度大，效率低。最重要的是与硬质颗粒硬度相比，耐磨焊条的硬度偏低，不足以达到抗磨的目的，使用寿命往往不足半年。先进企业逐步采用陶瓷立磨磨辊轴套，主要材料选用纳米陶瓷材料，采用机械、粘胶或一体铸造的办法，可使陶瓷牢固地与钢铁结合，提高研磨效率，并延长立磨磨辊工作寿命。
4、选粉机壳体
选粉机筒壁粘贴耐磨陶瓷至少可以延长设备使用寿命2倍以上，但是要特别注意垂直于风向陶瓷错位粘贴，避免沿风向形成沟槽和缝隙。导向叶片处风速很高，且强制气流变向，磨损情况比较严重，可以采用粘贴方式进行处理。灰斗中的物料是分选出的粗颗粒，以滑动磨损为主, 并不造成较大冲击，可采用焊接式耐磨陶瓷 。
5、下料溜槽、漏斗、含尘气体管道
水泥厂生料磨入、出口下料溜槽、熟料库下料溜槽、进辊压机溜槽、进微型选粉机溜槽等设备的共同特点是物料冲击大、磨损严重、工作温度高，通常采用锰钢衬板或废旧球磨机衬板作防磨衬板，但实际使用中，磨损严重，更换频繁。现多采用增韧、抗冲击型、超厚耐磨陶瓷衬板用螺柱焊工艺焊接在设备内，形成坚固的防磨层。为方便安装和更换，可将陶瓷安装在钢板上，然后通过焊接或沉头螺栓将其安装在设备上。另含尘气体管道，根据管道传送物料温度以及物料是否耐腐蚀等特性，采用涂刷耐磨涂料以及粘贴马赛克耐磨陶瓷方式进行防腐耐磨处理。
6、旋风收尘器
旋风收尘器是利用高速旋转的含尘气流中的离心力将粉尘从空气中分离出来的干法收尘设备。旋风收尘器的壳体磨损严重导致漏风，造成除尘效率下降，产量降低。风从进风口进入旋风筒，物料在重力和旋风筒的双重作用下，改变流向，在筒内形成螺旋风向。高速气流夹杂着物料对筒壁进行磨蚀。实践证明，采用耐磨陶瓷对旋风除尘器筒体进行防磨是非常有效的。
三、常用的几种安装方式
1、粘接式：
用耐高温无机粘合剂进行粘接，这种粘合剂最高耐温300℃，可在室温下固化，具有相当高的强度和韧性。
2、焊接式：
焊接式是通过粘胶和焊接双重固定的方式，将耐磨陶瓷安装在设备表面，大大拓展了耐磨陶瓷的应用范围。适应于高温气力输送系统 、冲击大或动态运行等工作条件恶劣的条件下的设备，最高耐温可达700 ℃。如窑头除尘管道、 增湿塔进出口管道、余热发电管道 、熟料溜槽 、生料磨进料溜槽等 。
3、燕尾卡装式：
燕尾装卡式是将两条梯形钢条平行焊接在设备上，形成燕尾槽，然后将燕尾陶瓷穿进燕尾槽的一种安装方法。此种方法工艺成熟可靠，可耐700℃高温，特别适合运动部件，如风机叶轮的防磨。但是此种工艺复杂，只适合平面施工。
4、螺栓连接：
螺栓连接式是在耐磨陶瓷中心开孔，作为预留螺栓位置，通过螺栓将金属外壳与耐磨瓷块连接在一起。此种方式可耐大块物料冲击，适合溜槽部位。
5、磁性材料吸附
这种耐磨材料本身具有磁性，可以粘贴在金属壳体表面。
四、总结与展望
随着耐磨陶瓷在水泥行业各部位的推广使用，必将大大降低水泥设备的检修频次，延长设备的使用寿命，从而有效保障水泥企业生产效率。