中国粉体网讯 旋流器是一种高效分离混合介质的设备，由于其结构简单无相对运动部件、处理量大、操作便捷等优点，被广泛应用于石油化工、煤炭发电、工业除尘及环境保护等方面。
旋流设备按其应用的不同分为不用的类型，例如，水力旋流器、重介质旋流器等，但无论哪一种旋流设备，在进行旋流分离工作与物料接触的过程中都存在磨损问题。旋流器壁面磨损不但会缩短其整体使用寿命，而且由于关键部位尺寸的改变而降低了旋流器的分离效率，使操作性能恶化。研究磨损情况需要对其具体情况具体问题，例如物料硬度、形状、大小；磨损位置；旋流器内部流场等。本文主要介绍几种用于内衬抗磨损的材料。
旋流器常用的耐磨材料
目前旋流器内衬所用的耐磨材料可分为：金属和金属化合物、聚氨酯制品类和非金属耐磨材料类。
1）金属和金属化合物耐磨材料
代表性材料有高锰钢（ZGMn13）和高猛合金系列（ZGMn13Cr2MoRe）、抗磨系列（Cr15MoZCu）、耐磨合金钢系列（ZG40SiMnCrMo）等。高锰钢系列材料硬度较低（HB170-230）,在未硬化前耐磨性有限，如其表面充分硬化，则价格大幅提升；抗磨铬铸铁系列具有较好的抗耐磨性，但韧性较低，使用中如内部有铸造缺陷或出现开裂，磨损后由于其焊接性不好，难以维修。20世纪70年代前，由于选择受限，旋流器内衬材料多选用抗磨铸铁类和耐磨合金类材料或使用金属材料整体铸造，但金属材料的耐腐蚀性比非金属耐磨材料差。
￭高铬铸铁
高铬铸铁是较好的、常用的耐磨材料，主要用铸造方法制得，铬含量大于17%、小于3%，以高强度的马氏体为基体并含有大量高硬度的M7C3碳化物。
目前，国内外主流的高铬铸铁Cr15、Cr20和Cr26在我国、美国和日本均已大批量生产和应用。现阶段应用实践表明，其硬度可达60HRC以上，具有很好的耐磨性。高铬铸铁是旋流器发展初期使用广泛的耐磨材料。根据现阶段的实际生产情况，高铬铸铁可以满足直径小于500mm的浓缩分级旋流器的使用要求，当直径超过500mm时，其使用寿命明显下降。高铬铸铁不利于焊接，如因遇铸造缺陷，其使用寿命更短，回收后二次铸造将造成能源浪费。高铬铸铁虽然具有成本低、利于整体成型以及应用范围广等优点，但尚不能满足大型重介质旋流器的耐磨性要求。
2）聚氨酯类耐磨材料
典型代表材料为聚氨酯化合物，其硬度较低，但具有较好的韧性和耐腐蚀性。当承受垂直或大角度的冲击时，会表现出较好的耐磨性；在浸没状态下，其耐磨性是硬质合金钢的8倍。但对于硬颗粒物和颗粒尖锐的物料，其抗切削磨损的性能变差。
￭聚氨酯
聚氨酯弹性体(PU)是一种介于橡胶和塑料之间的、具有极佳耐磨性及其他优良性能的合成高分子材料。虽然聚氨酯具有一定的弹性与硬度，现阶段已经在磁选机、浮选机溢流堰和矿浆管道内应用，但其应用的范围均为平面，并且要求其平面过流液体含固体量少且颗粒小。虽然聚氨酯已经在内径小于350mm的煤泥重介质旋流器上作为耐磨衬里成功应用，可以有效延长使用寿命，但当应用在内径大于350mm的重介质旋流器时，随着处理煤粒的增大，聚氨酯在大颗粒煤斜角冲击时的微切削作用下，垂直方向出现刺穿和开裂，萌生微裂纹并生长扩大和脱落，使其耐磨性失效。根据文献可知，聚氨酯的耐磨寿命在速度为1.97m/s时最佳，但是内径350mm的旋流器入口速度约4m/s，聚氨酯不能在最佳的速度范围内服役，这也抑制了聚氨酯在大型重介质旋流器内衬中的应用。
3）非金属耐磨材料
非金属耐磨材料一般指陶瓷及其多相、多组分复合材料系列。该类型材料出现于20世纪90年代，其开发的系列产品种类较多，代表性的诱三氧化二铝（刚玉，Al2O3）及增韧三氧化二铝、碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硅结合碳化硅（Si3N4+SiC）及其多相、多组分复合耐磨材料等。该类型材料的特点为密度、强度均较大，密度可达3.50~6.05g/cm3，抗弯强度可达285~1000MPa，并具有优良的耐腐蚀性、耐磨性（耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171倍）、韧性和抗振性，可有效防止冲击造成的破损和剥落。
￭刚玉
刚玉耐磨衬里是由氧化铝按一定的颗粒级配并添加多种添加剂，混合后在压力机或等静压情况下成型，经一定的烧结温度曲线高温烧成。刚玉耐磨衬里具有原材料资源丰富，烧成制品硬度高、耐磨损以及化学稳定性好等特点，密度约3.7g/cm3，显微硬度可达1900HV，抗弯强度大于285MPa。目前，大部分重介质旋流器均采用刚玉作为耐磨衬里，应用于内径小于1000mm的旋流器，可满足其使用寿命要求。虽然现阶段有研究表明，向氧化铝陶瓷内添加氧化锆、碳化硅、碳化钛和纤维等进行增韧处理，增韧后的氧化铝抗弯强度可达到641MPa，但其性能指标尚不能满足大直径重介质旋流器的耐磨性要求。
￭碳化硅
碳化硅具有比氧化铝高的硬度、耐磨性的特点，并且碳化硅的烧制方法与氧化铝相似。因碳化硅易被氧化生成SiO2，故必须在真空或在还原气氛下绕结。
碳化硅的烧结温度一般在1800℃以上，成本高，限制了其在重介质旋流器上的应用。目前，俄罗斯已用廉价原材料制备高性能SiC耐磨材料且已规模生产，其他国家还是空白。现阶段，国内外碳化硅陶瓷材料所能达到的最优性能指标：弹性模量为450GPa(日本)，抗弯强度为550GPa(日本)，密度为3.15g/cm3(德国)，热导率约为0.98W/(m•K)(日本)，热膨胀因数为4.02×10-6℃。目前，德国和乌克兰应用反应烧结制备碳化硅耐磨衬里已经应用在旋流器上，使用寿命可达7~8年。
随着重介质旋流器大型化的发展，刚玉耐磨衬里已经不能满足使用寿命需要，虽然煤炭科学研究总院唐山研究院研制的碳化硅耐磨衬里在直径1500mm重介质旋流器上应用，但因碳化硅脆性大，使用寿命较短。如果碳化硅的韧性能够满足大型重介质旋流器耐磨性的要求，后续将会有广阔的应用市场；因此，碳化硅增韧是后续研究开发的重点。
新型材料介绍
1）OI陶瓷耐磨材料
OI陶瓷耐磨材料是基于提高旋流器内衬材料耐磨性的基础上研制开发的新型材料。OI陶瓷的主要成分是氧化铝，并辅以不同类型的微量元素和其他添加剂的新陶瓷品种。在硬度、密度、耐冲击磨损与抗弯强度性能方面均能满足旋流器衬里材料要求，且性价比较高，OI陶瓷作为旋流器衬里，对提高旋流器使用寿命，减缓旋流器工况磨损具有重要意义。
氮化硅结合碳化硅材料适用于生产矿山机械（如旋流器、砂浆泵、挖掘机等）的耐磨部件，应用前景广泛，国内已有做旋流器内衬的先例，该材料主要特点是耐磨、耐高温、耐腐蚀，但氮化硅结合碳化硅材料应在产品结构的冲击韧性、均匀性与其他部件设备的连接、成型、黏结和喷涂技术方面进一步提高，以便更好服务于矿山机械。
2）高铬合金白口铸铁
高铬合金白口铸铁由于具有较好的耐磨性能、机械性能和工艺性能，被选为旋流器内衬材料。硬化处理后洛氏硬度HRC可达65左右，相同工况下磨损体积仅是高络铸铁磨损体积的15%、碳素钢磨损体积的12%。用其作旋流器内衬可提高旋流器的使用寿命，国内已有其作为内衬的先例，并取得很好的效果。
3）耐磨合金KMTBCr28
耐磨合金KMTBCr28具有优异耐磨性能、耐腐蚀性能，金川有色金属公司利用其作为内衬研制了高效耐磨双金属复合350mm脱泥水力旋流器。该旋流器不但耐磨性、耐热性、耐腐蚀性好，而且整体性好、刚度好、安全可靠、尤其当温度较高、所处理物料较粗、硬度较大、粒形较尖锐时，该水力旋流器更能显示出其优异的耐磨、耐腐蚀性能。
小结
合理选择研究适合的耐磨材料关系到旋流器使用寿命和制造成本等重要因素。
参考文献：
蒋明虎等.旋流器磨损研究进展
周彪等.重介质旋流器耐磨衬里材料的发展现状与趋势
梁浩.煤用旋流器内衬磨损形式及材料选取研究
