散装矿物转接设备耐磨衬板选型研究

魏 博

（秦皇岛港股份有限公司，河北 秦皇岛 066000）

耐磨衬板是港口散装矿物运输转接设备的重要部件，为了保障能源的转接运输，必须在输送转接设备的接触面安装耐磨衬板，避免因摩擦造成转接设备的损坏。转接设备维修周期与维修成本，取决于所采用耐磨衬板的耐磨性。目前，秦皇岛港在线使用的耐磨衬板用量最大的是轧制、铸造类合金衬板。此外，秦皇岛港在实际生产中也在尝试使用陶瓷衬板、微晶衬板、复合衬板以及聚氨酯衬板等非金属类的新型衬板。但是在市场上采购的耐磨衬板，即使同种类耐磨衬板也存在质量价格差异大，质量参差不齐等现象，同时针对不同的耐磨衬板使用工况，其寿命差别也较大。

为此有必要开展针对各类耐磨衬板的性能研究，从而指导耐磨衬板种类的合理选型。力争达到耐磨衬板的经济使用价值最大化，降低人工更换耐磨衬板成本与高空作业安全风险。

1 港口耐磨衬板使用现状

目前，秦皇岛港在耐磨衬板选型时，并没有因为使用工况的差异而选用不同类型的耐磨衬板，统一采用性价比最为合适的耐磨衬板。主要存在如下问题：

（1）耐磨衬板因冲蚀磨损局部失效。

（2）关键部位、维修困难部位更换频率过高。

（3）大块物料冲击照成的衬板断裂。

（4）耐磨衬板黏矿堵斗。

（5）不同种类耐磨衬板使用效果差异大。

2 耐磨衬板性能试验

为了解决上述问题，我们制定详细的试验方案，并根据影响耐磨衬板使用寿命的关键因素，开展了磨粒磨损试验、冲蚀磨损试验、抗冲击试验等专项研究。共选取了6大类、20块试验用耐磨衬板作为试验材料，其中堆焊类10块，轧制3块，铸造3块，陶瓷2块，微晶1块，高锰钢衬板作1块（作为比对试样）。

2.1 磨粒磨损试验

采用自行设计的磨粒磨损试验机对20种耐磨衬板试样的耐磨性进行评价。试验中，试样的加载为98g，砂带材料选用60目SiC，磨损速度选用1.8mm/min×104mm/min。每小时使用电子天平对磨损试样进行称重，得到试样的失重。由于磨粒磨损损伤是线性关系，试验至少进行20h以保证规律曲线与实测数据的拟合性。为减小试验误差，每组选取3个试样进行试验，通过求取平均值的方法保证试验的可信度。

为了验证衬板磨粒磨损性能，通过磨粒磨损试验对20块耐磨衬板试样衬板进行验证，得到了耐磨衬板的磨粒磨损性能与失重的试验结果，磨粒磨损试验结果如图1所示。我们能验证出各个试样摩擦磨损性能的相对优劣。

图1 磨粒磨损试验结果

2.2 冲蚀磨损试验

采用冲蚀磨损试验机对20块耐磨衬板试样进行喷砂冲蚀试验。冲蚀磨损试验机填砂量为2kg～3kg，喷头距试验衬板上表面为10cm，喷头与试验衬板上表面的水平夹角为90°，试验压强70psi。每10min对试样进行称重，共进行10次称重，并采用轮廓仪在喷砂试验的开始、中间和完成阶段采集试样的表面轮廓形态。

为了验证衬板冲蚀磨损性能，对19块（除高锰板）耐磨衬板衬板试样进行验证。得到了耐磨衬板的冲蚀磨损的试验结果。我们能验证出各个试样抗冲蚀磨损性能的相对优劣。

2.3 抗冲击试验

采用传统落锤冲击试验对衬板的抗冲击性进行评价。通过大载荷压入试验，统计试样表面产生塑性压痕的概率可以用来评定耐磨衬板的抗冲击性能。采用120°锥形金刚石压头，采用1471N加载力对试样进行加载压入，在保压10s后，将被压试件在三维表面测量仪上观察其在微米级上的压痕，并根据产生塑性压痕（压痕处无崩裂现象）的概率统计和评定耐磨衬板的抗冲击性能。最后根据统计韧性压痕比率，确定试样抗冲击性分级。

为了验证衬板抗冲击性能，对20块耐磨衬板衬板试样进行验证。得到了耐磨衬板的抗冲击试验结果。我们能验证出各个试样抗冲击试验结果性能的优劣。相比之下，陶瓷衬板和微晶衬板的抗冲击性较差。

2.4 矿料的黏合性试验

为了测量湿度高的矿物与衬板接触面间的黏合力来反映衬板矿料黏合性指标进行如下试验。选取7块不同材料的衬板置入高低温箱中，并将环境温度调整为零下40度；将粉状矿物与水混合以模拟港口能源材料运输时状况；将粉状矿物与水的混合物置入PVC管并将其放置在衬板上，为加速试验，将衬板连同注入矿物粉末的PVC管一同置入零下40度环境箱4h；取出衬板放在试验台上并固定，采用测力计拉拽PVC管以测试其与衬板的结合性。

黏合性试验结果如图2所示，通过分析可以判断，衬板的黏合性指标主要取决于其导热率。金属衬板因具有相似的导热率，通过对金属衬板表面不同粗糙度和不同波度（宏观粗糙度）的试验对比可知，衬板表面状况对黏合性指标的影响远远小于材料本身。

图2 黏合性试验结果

3 耐磨衬板选型

对磨粒磨损、冲蚀磨损试验、抗冲击试验和黏合性试验结果进行对比发现，不同类型耐磨衬板的磨粒磨损、抗冲击性能存在较大的差异性，不同类型衬板的冲蚀磨损性能、黏合性差异性不大。耐磨衬板性能选型分布如图3所示。从图中可以看出，熔瓷、陶瓷衬板磨粒磨损性能好，但陶瓷的抗冲击性能较差；堆焊类衬板磨粒磨损性能较好，冲蚀磨损性能和铸造、轧制类衬板差异性不大；铸造、轧制类磨粒磨损性能较差；微晶类衬板在干摩擦环境下磨粒磨损性能和冲蚀磨损性能都较差，但在摩擦升温不大的工况中，其磨粒磨损性能表现出较为优异的水平。

图3 耐磨衬板性能选型分布图

轧制和铸造工艺制备的衬板为整体衬板，其寿命取决于衬板的厚度，磨损寿命的均匀性较好。而堆焊衬板的寿命则主要取决于耐磨层的厚度，而非整体厚度。因此，在选型时，应考虑耐磨衬板厚度对使用寿命的影响。

4 结语

通过本次试验研究，解决了港口耐磨衬板在选型与使用过程中性能无法满足工况需求的问题，提高了港口转接设备耐磨衬板使用寿命、降低了维修成本。并通过合理选型、规范采购产生一定的经济效益。项目研究成果还可推广到其他耐磨衬板应用行业，改善各行业耐磨衬板使用现状。