運煤系統落煤管中幾種常用耐磨襯板材料
摘要：在火力發電廠的運煤系統中，落煤管不斷地受到原煤的沖刷、碰撞，極易造成磨損，落煤管內襯耐磨襯板是緩解這類問題的常用方法。文中對目前國內運煤系統落煤管中常用的幾種耐磨襯板材料的性能及使用情況進行了分析介紹。
1 引言
在火力發電廠的運煤系統中，落煤管是連接各個轉運站、篩碎室、主廠房中各層輸送、儲存、轉運、篩分、破碎設備之間的主要輸送連接部件，落煤管既包括下降管、落煤斗，也包括導流槽等，這些部件在運煤系統運行時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、腐蝕后也容易引發煤流在落煤管中的粘堵，嚴重影響運煤系統正常運行，污染運煤系統環境。為解決這些問題，落煤管內襯耐磨襯板是常用的方法。目前落煤管內襯的耐磨襯板材料有很多種，本文主要對國內運煤系統中落煤管常用的幾種耐磨襯板材料的性能、使用情況等進行介紹。
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 是老國標牌號，現在對應牌號為Q345，是目前火電廠運煤系統中落煤管襯板常用和應用較多的的材料之一，它的價格和普通碳鋼差不多，但是耐磨性卻比普通碳鋼高很多，同時容易加工，材料更換方便，廣泛應用在火力發電廠的落煤管的非沖擊面。但由于16Mn 材料自身性能所限，摩擦系數較大，硬度相對較低，在煤流直接沖刷時，使用周期較短，例如20 世紀對我國40 余座大中型電廠的調查顯示，在碎煤機前的管道及煤斗中加襯16～20mm 的普通碳鋼及16Mn 鋼，一般幾個月即被磨穿，較短的只有3 個月［1］。不得不更換襯板，但由于16Mn 性價比較高，加工容易，裝卸方便的特點，因此在當前的運煤系統落煤管內襯設計中，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煤系統落煤管和落煤斗內襯全部為厚16mm 的16Mn 襯板，內蒙古上都電廠三期擴建2 ×660MW 工程運煤系統落煤管和落煤斗內襯采用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］。在電力行業應用較多，用在運煤系統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用很早，也是應用很廣泛的一種耐磨材料，如農業中的犁鏵就采用的是普通白口鑄鐵。它的優點是價格低廉，但缺點同樣明顯：質地脆，不耐沖擊，一般由于工藝原因使得這種鑄鐵在用作襯板時板厚較大。在20 世紀時吉林熱電廠曾將普通白口鑄鐵用在運煤系統中作為落煤管襯板，襯板厚度達到了40mm，落煤管的整體重量很重，增加了建筑的載荷和建造成本，同時在安裝及維護時也十分不便。另外在襯板采用沉頭螺栓連接時，運行一段時間后連接處出現銹蝕，使襯板無法進行更換，由于存在以上問題，所以普通白口鑄鐵在目前火電廠運煤系統落煤管襯板的設計中很少使用。
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格較高，主要應用在建材及電力行業的磨機磨球、破碎機錘頭以及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煤系統落煤管中開始應用，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合變質劑，從而對鋼進行孕育處理以提高材料的綜合力學性能，特別是沖擊韌度。這種鑄鋼硬度與一般鋼材接近，但當淬火空冷后的硬度可以達到很高，目前用稀土耐磨鑄鋼制作球磨機襯板和環錘式破碎機的環錘，在火電廠的破碎、磨粉系統中取得了良好的效果，有資料顯示通過對球磨煤機襯板采用稀土耐磨鑄鋼材質和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，價格并不比高錳鋼價格高。因此目前國內很多火電廠的運煤系統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級熱電機組工程的運煤系統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機組工程中的運煤系統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點很多，主要有：吸水率和熱膨脹系數高，耐沖擊，表面平整，利于物料流動。因此不銹鋼板是火電廠運煤系統中的筒倉、循環流化床鍋爐爐前煤倉內襯選用比較多的材料。但不銹鋼的缺點同樣明顯：自身硬度較低，耐磨效果一般，安裝不方便，造價高。尤其是在目前的火電項目中，不銹鋼除耐沖擊性能較其他材料有優勢外，總體性價比不高，因此在落煤管內襯中大量使用是不適宜的，也很少有落煤管系統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，造價高。尤其是在目前的火電項目中，不銹鋼除耐沖擊性能較其他材料有優勢外，總體性價比不高，因此在落煤管內襯中大量使用是不適宜的，也很少有落煤管系統全部采用不銹鋼作為襯板的情況。
2.5 堆焊耐磨復合鋼板
堆焊耐磨復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，一般堆焊層的化學成分中碳含量達4%～5％，鉻含量高達25%～30％，抗磨層一般占總厚度的1/3～2/3。該材料的主要特點是抗磨損性能和抗沖擊性能良好，宏觀硬度可達50～60HRC。根據一些資料顯示：通過磨損對比試驗，耐磨復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，是鑄態高鉻鑄鐵的1.5～2.5倍［4］。
耐磨復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。
這種材料的缺點主要有：（1）堆焊焊材中鉻含量較高，堆焊時抗磨層與基板間容易產生裂紋，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，同時材料中鉻含量很高，這些因素使得堆焊耐磨復合鋼板的市場價格較高。
雖然存在上述缺點，但耐磨復合鋼板綜合性能還是不錯的，因而被國內一些電廠在運煤系統的落煤管采用，例如：國電青山熱電有限公司，呼和浩特熱電廠等。
2.6 陶瓷復合材料
火力發電廠的運煤系統落煤管中常用的陶瓷復合材料目前主要是搪瓷襯板和三合一耐磨陶瓷復合襯板兩種。
搪瓷襯板在金屬鋼板表面高溫焙燒瓷釉是一種陶瓷復合材料，瓷釉和基板的牢固結合，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。一般金屬基板是普通碳鋼，鋼板厚度可根據工程實際要求選擇，在火力發電廠落煤管系統中一般基板厚度不小于6mm。因為搪瓷襯板表面光潔度高，因此在耐磨的同時，也能正確解決落煤管的粘堵問題，搪瓷襯板的市場價格一般為8000元/t，性價比適中，因而在國內電廠中應用較多，例如國電灤河電廠五期擴建工程中，落煤管系統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的所有內襯也采用的是10mm的耐磨搪瓷襯板。
三合一耐磨陶瓷復合襯板是陶瓷、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構（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，特點是：在鋼板與陶瓷中間又加設橡膠層緩沖，克服了陶瓷不耐沖擊、易碎裂的弱點，同時橡膠吸收沖擊能量，消音效果顯著，金屬底板及聯件不與物料接觸，避免腐蝕磨損。另外三合一耐磨陶瓷復合襯板更換方便。因此三合一耐磨陶瓷復合襯板目前在國內電廠中應用較多，比如國電蘭州熱電有限責任公司熱電聯產擴建項目中的所有落煤管（落煤斗）采用的就是三合一耐磨陶瓷復合襯板（陶瓷10mm＋橡膠6mm＋鋼板6mm）。
但也有資料反饋三合一耐磨陶瓷復合襯板在使用過程中出現陶瓷脫落、翻轉，局部位置的陶瓷脫落后，該處的落煤管磨損嚴重出現漏煤；陶瓷片翻轉后出現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、對酸堿的優良耐腐蝕性。廣泛應用于鋼鐵、電力、煤炭、水泥、礦山等行業的煤倉、料倉等部位。近幾年在電廠的運煤系統落煤管系統中也常被用作襯板。
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、爐前原煤倉內襯、電廠的排灰管等比較適合，在一定范圍內可以替代不銹鋼，提高經濟效益。
在運煤系統物料輸送過程中存在大量的大煤塊、矸石等尖角塊狀物料，對落煤管內壁抗沖擊要求較高，從目前一些火電廠的運煤系統落煤管系統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外，還有就是市場上這類材料的假冒偽劣產品較多，有些根本就是普通塑料板，極易發生燃燒、脫落等事故。因此在火電廠的運煤系統落煤管系統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，經熔化、壓延成型、晶化、退火而形成的一種高強高耐腐蝕的新型高科技工業防護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煤系統的卸煤溝、翻車機室、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，因此在落煤管系統中采用壓延微晶襯板時需慎重考慮。
2.9 其它耐磨襯板
除了以上提到的火電廠運煤系統中常用耐磨襯板材料外，目前世界上出現了很多高強度的新型耐磨鋼板，比如：瑞典奧克隆德生產的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，國內舞鋼、武鋼等生產的NM系列，NM360、NM400、NM450、NM500耐磨鋼板等［6］。這些新型高強度耐磨鋼的價格是比較合理的，尤其國產的NM系列鋼板的市場價格與前面介紹的幾種襯板的價格比較是合理的，以NM400為例，每噸價格僅在7600元左右，NM500每噸8100元左右。
這些新開發的高強度耐磨鋼，目前主要應用在車輛、船舶、礦山設備、冶金、工程機械及水泥設備等方面，在電力行業應用不多，目前國內沒有火電廠運煤系統的落煤管襯板采用這些新型耐磨鋼的資料。但隨著國內大容量機組的規劃，必然需要大量落煤管襯板材料，在綜合考慮經濟及技術的基礎上，建議可以嘗試在火電廠的運煤系統落煤管襯板中使用這些新型耐磨鋼板，以降低電廠的運營成本。
3 結語
通過對火電廠運煤系統落煤管常用的幾種襯板材料介紹，可以知道國內輸煤系統中使用的耐磨襯板材料有很多品種，存在多種選擇，性價比各不相同，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，應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，獲得這些電廠的運煤系統中落煤管襯板的使用情況，結合自身的工況條件做相應選擇，比如輸送粒度較小的煤質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；物料堅硬、粒度大，沖擊強烈的部位，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煤系統落煤管襯板時應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格和電廠自身經濟狀況，，必要時還可通過出去考察采集實際數據，取長補短，進行技術經濟綜合分析，以便選用較適合的運煤系統落煤管襯板材料。