非标准件耐磨衬板材料应用分析

李 多

（1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北唐山 063000；2.河北省煤炭洗选技术创新中心，河北唐山 063000）

0 引言

大型选煤装备对非标件的强度、刚度、耐磨性及安全性要求越来越高[1]。各类溜槽、漏斗等输送、中转、存储物料的非标件受物料磨损、侵蚀十分严重，尤其是直接受物料冲击部位的磨损速度最为剧烈。若不采取措施，任由物料对其进行自然磨损，基体将很快被磨蚀耗尽，造成全线停产[2]。安装耐磨衬板材料可以有效延缓磨损速度，但是不同衬板的性能、成本差异很大，需要对非标件中耐磨衬板材料的选用进行对比论证，综合权衡性能、成本、需求等方面，确定合适耐磨的衬板材料，在工程设计阶段优化非标件的性能及使用寿命。

1 耐磨衬板材料介绍

1.1 锰钢板（Q345）

锰钢板是目前选煤工程设计中常用的耐磨衬板，其价格与普通碳钢相差不多，但是其耐磨性能比普通钢板高，莫氏硬度6～7 级，抗砸性能比普通钢板好很多。对于溜槽直接受砸的部位，如块矸仓内的抗砸格栅、块煤、螺旋溜槽出口的耐磨格栅等，使用锰钢板作为耐磨材料，可以以较低的成本获得较好的抗砸效果[3]。但是锰钢板的摩擦因数较大，硬度相对其他耐磨衬板材料较低，所以使用周期较短。

锰钢板易加工、材料更换方便，可以采用螺栓连接与基板固定，或者直接采用焊接的方式与基板固定，焊接的方式可以是四周满焊，也可以是四周断焊和中间塞焊相结合。目前有些选煤工程直接采用锰钢板作为基板材料进行非标件设计。

1.2 耐磨橡胶

耐磨橡胶具有低能耗、高耐磨、耐冲击、耐腐蚀、低噪声的特点[4]。耐磨橡胶的弹性好，在承受冲击时会变形，减小受力。对于软物料，橡胶衬板寿命比锰钢衬板高2～3 倍。另外，由于耐磨橡胶具有良好的吸振性能，因此其降噪效果很好。但耐磨橡胶衬板有两个明显不足：①耐温性差，一般只适用于低温和常温下的场合，不适用于高温环境；②容易老化，在使用过程中橡胶材料容易因氧化、紫外线照射等原因发生老化，降低其使用寿命。

耐磨橡胶使用周期长、便于安装，可采用螺栓连接与基板固定。橡胶衬板较薄、重量轻，同规格的橡胶衬板的重量仅是锰钢衬板重量的1/5～1/6，拆装方便，同时能够降低工作人员的劳动强度和安装风险，缩短制造安装及维修时间。

1.3 铸石板

铸石具有耐腐蚀、耐磨性能、硬度高、强度高等特点，除了30 ℃以上的热磷酸、酸及溶碱外，几乎对所有的无机酸、有机酸、碱类、盐类、水及溶剂等都有良好的抗蚀能力。其耐磨性比锰钢衬板高5～10 倍，莫氏硬度7～8 级。在高温、酸碱等条件下工作的非标件，使用铸石板作为衬板材料，可以大大提高其使用寿命。但铸石板韧性、抗冲击性较差，切削加工困难，受粘贴效果影响很大。

铸石板采用专用耐磨胶与基板固定，需要先将基板表面清理的光滑整洁，然后采用专用耐磨胶将铸石板与基板粘贴固定。工程应用中可在基板上用扁钢焊接方格板，将铸石板放入方格板内粘贴，从而减少铸石板脱落的概率（图1）。

图1 方格板内贴铸石板

1.4 氧化铝耐磨陶瓷

氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主体的陶瓷材料，因为其优越的性能，应用越来越广泛。氧化铝耐磨陶瓷硬度高、耐磨性强、密度小、性价比高，莫氏硬度在9 级以上。但是其耐冲击性差、脆性大，强冲击下容易碎裂脱落，并且极难加工，施工时只能用金刚石锯进行切割。

氧化铝耐磨陶瓷的安装方式与铸石板相似，采用专用耐磨胶与基板固定，需要先将基板表面清理的光滑整洁，然后采用专用耐磨胶将氧化铝陶瓷与基板固定。工程应用中可在基板上焊接方格板，将氧化铝陶瓷耐磨板放入方格板内粘贴，从而减少耐磨陶瓷脱落的概率（图2）。

图2 氧化铝耐磨陶瓷的固定与安装

1.5 不锈钢板

不锈钢有良好的机械性能，具有高强度、硬度和韧性，耐腐蚀、耐高温、抗拉强度高的特点，其莫氏硬度在6 级左右。不锈钢常用于设备有防锈、防腐蚀、防磁化等需求的部位。不锈钢的摩擦因数低，相对于普通钢板对物料的流动有增滑的效果。但是不锈钢板的焊接性能差，需要专用焊接条焊接，并且价格偏高，因此选煤工程设计中对不锈钢板的应用要有选择性。

不锈钢的安装方式与锰钢板的安装方式相似，可以用螺栓连接，也可以在需要的部位直接使用不锈钢板作为基板。

1.6 NM400（NM500、NM600）耐磨钢板

NM400（NM500、NM600）为高强度耐磨钢板。耐磨系列钢板中，NM 分别为耐磨的首字母，数字（400、500、600）表示平均布氏硬度（HB）的值。耐磨系列钢板自身强度高、合金含量低、耐磨性好，莫氏硬度可达到9 级，具有很高的强度和抗压能力，在高强度磨损时具有出色的耐磨性，在遭受摩擦和磨损时能表现出良好的抗损伤能力。

NM400 重量轻，具有良好的切削及剪切性能，且焊接机能好，可采用焊接、螺栓连接等方式与基板固定，施工安装利便。在需要的部位也可以直接使用NM400作为基板。

1.7 高分子聚乙烯板

高分子聚乙烯板具有耐磨性好、耐冲击、韧性高、摩擦因数低、不易粘附、密度较小、降噪声、使用寿命长等性能。阻燃型高分子聚乙烯板点燃难度高、防火性能好。高分子聚乙烯板莫氏硬度为2.5～3.5 级，虽然其莫氏硬度不高，但具有较高的耐磨损性能，因此在允许的应力下能够保持相对的刚性和强度。由于其摩擦因数低，相对于普通钢板对物料的流动有增滑效果。需要注意的是，突出某种性能的高分子聚乙烯板在其他方面的性能会有所降低，在选择时应充分考虑其综合性能。

聚乙烯板与基板采用螺栓固定，安装时用电钻将高分子板、钢板一并打通、再在高分子聚乙烯板上扩沉孔（预留扳手空间）；穿入螺栓、橡胶垫、簧垫、螺母，旋紧为止；然后将螺栓与钢板焊接，螺栓长度根据现场需要确定，焊缝不得漏水。聚乙烯板与基板的固定方式如图3 所示。

图3 聚乙烯板与基板的固定方式

2 材料性能对比及选用

2.1 选用原则

耐磨衬板材料种类繁多，每种耐磨衬板都有其各自的优势和局限性。选煤工程设计中，需根据实际工程情况合理选用耐磨衬板，充分发挥所选耐磨材料的优势，以提高非标件的使用寿命。选煤工程设计中，耐磨衬板材料的选用原则由工艺流程、设备种类、使用频率和制造及生产成本等多方面共同决定。

2.1.1 工艺流程

工程设计中，各选煤厂的设计会根据地理位置及煤质种类的不同，设计不同的工艺流程，而不同的工艺流程会导致非标件的磨损程度及磨损规律的不同。因此，选择耐磨衬板材料首先要根据总的工艺流程来确定。

2.1.2 设备种类

选煤工程设计中，设备的选用不同，对相应非标件的耐磨性要求不同，如破碎机需要破碎大块矿石，破碎机机下漏斗的耐磨衬板需要承受强烈的冲击力和相对很高的接触应力，需要外硬内韧的耐磨材料；压滤机、浮选机的机下溜槽需要输送细煤泥，耐磨板衬板需要在耐磨的同时具有增滑效果。因此，在耐磨衬板的选择时，要充分考虑设备的选用。

2.1.3 使用频率

由于选煤厂的厂型不同，在设计过程中非标件的使用频率也不相同。使用频率低的非标件磨损较慢，反之，使用频繁的非标件磨损较快。在设计过程中，需要根据不同的使用频率选用适宜的耐磨衬板材料。

2.1.4 制造及生产成本

耐磨衬板材料的选择，应在满足安全可靠性的前提下，尽量选用易于获取、价格低廉、易于加工的耐磨材料。这样既可以降低制造及生产成本，也能保证非标件的使用寿命，同时提高产品的性价比。

2.2 性能对比

每种耐磨材料都有各种独特的性能，对各种耐磨衬板材料的耐磨性、硬度、强度、与煤料的摩擦因数等性能指标进行对比，其主要性能指标如表1 所示。

表1 衬板主要性能指标

表1 中的摩擦因数为衬板材料与较为常见煤料之间的摩擦因数，金属的断裂韧性随温度及应变速率变化明显，仅供相对参考。

2.3 选用建议

磨衬板材料耐磨性、硬度、强度、与煤料的摩擦因数、使用价格等各项性能指标各有侧重，并不均衡，在工程设计中应根据需要对衬板进行综合分析，选取主要优势指标，扬长补短，灵活运用。

其中，锰钢板价格便宜，安装方便，是常用的耐磨衬板；NM 系列耐磨衬板具有很高的强度和抗压能力，适用于溜槽容易受砸和受冲击的部位；对于角度受限，需要增滑及增加耐磨的溜槽，可选用不锈钢或高分子聚乙烯耐磨衬板；氧化铝陶瓷和铸石板耐冲击性差、脆性大，强冲击下容易碎裂脱落，常作为存储介质的箱体及桶体的衬板使用；在需要降低噪声，同时增加耐磨的溜槽，可以选用耐磨橡胶作为衬板。

3 结束语

目前市场上的耐磨衬板种类繁多，但没有完美适合所有场景的耐磨衬板产品，各种耐磨衬板的适用范围也各不相同。因此，在耐磨衬板的选用时应根据衬板本身的特性及应用场景综合考量，同时考虑业主意见，在满足使用要求的前提下，综合各衬板的成本及使用性能，合理选择衬板材料。同时，设计人员还应积极探索新的耐磨材料，尽可能降低安装及运行成本，延长非标件的使用寿命，使设计最优化、效益最大化。