超高分子量聚乙烯衬板的应用

超高分子量聚乙烯耐磨衬板在冶金设备上的应用 程勇高1徐旭2 (1.2 安徽马钢工程技术有限公司,安徽·马鞍山,243000) 摘要:本文介绍了一种新型的非金属材料--超高分子量聚乙烯(UHMWPE)特性,列举了其在冶金设备中的应用。 关键词:UHMWPE 衬板 Abstract:This paper introduced a new non metallic materials--ultra-high molecular weight polyethylene ( UHMWPE ) characteristics,lists the application of metallurgical equipment。 Key word:UHMWPE Lining board 1.超高分子量聚乙烯性能概述 超高分子量聚乙烯是作为一种新型的非金属材料,其英文名为ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE),是分子量100万以上的聚乙烯。分子式:—(—CH2-CH2—)—n—,密度:0.936~0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa)85℃,熔点130~136℃。 超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。它综合了大部分塑料的优越性能,耐冲击、耐低温、耐磨损、耐化学腐蚀、自身润滑、吸收冲击能,这六个特性是目前塑料中所具有的最高数值[1]。近年来这种新型塑料制品在欧美各国得到广泛使用,需求量越来越大。同样,在我国超高分子量聚乙烯制品应用也越来越广泛,是我国“十二五”计划《优先发展的高新技术产业化重点领域指南》的推广项目。 1)高耐磨性:在目前所有的工程塑料中UHMW-PE的耐磨性能最好,最引人注 目。分子量越高材料就越耐磨,甚至超过许多金属材料(如碳钢、不锈钢、青铜等)。例如UHMW-PE管,在强腐蚀和高磨损条件下使用寿命是钢管的4-6倍,而且提高输送效率20%。充分展现了 "节能、环保、经济、高效"的优越性。 2)耐腐蚀性:在碱液中不受腐蚀,可以在80℃的浓盐酸中应用,在75%的浓硫酸、20%的硝酸中性能稳定,它对海水、液体洗涤剂也很稳定。 3) 极低的摩擦系数:静摩擦系数为0.07,自润滑性良好,是一种理想的轴承、轴套、滑块、衬里材料。选用UHMW-PE作为设备的摩擦部件,除可提高耐磨寿命外,还可收到节能效果。 4) 抗冲击性:抗冲击性居塑料之首,无论是外力强冲击,还是内部压力波动,都难以使其开裂。其冲击强度是尼龙66的10倍,聚氯乙烯的20倍,聚四氟乙烯的8倍;特别是在低温环境,其冲击强度反而达到最高值,其柔韧性能为输送系统提供了极为安全可靠的保障。 5) 抗老化性:性能稳定,抗老化性好,地面、地下埋没均可,50年不老化。按ASTM方法测定(负荷4.6㎏/cm2),热变形温度为85℃,使用温度可达90℃,特殊情况下,允许在更高的温度下使用。UHMW-PE是一种韧性极好的材料,它的耐低温性能也非常优异,在-269℃低温下,仍具有一定的延展性,而没有脆裂迹象。但线膨胀系数较大,导热性很差,所以在设计制品时,要给予充分注意。 6) 电性能:体积电阻大,击穿电压达50KV/mm,介电常数为2.3。在较宽的温度及频率范围内,适宜用作电气工程的结构材料。 由于超高分子量聚乙烯特殊性能,使用寿命高于钢质,耐磨性是炭钢及不锈钢的3~7倍;摩擦系数小,自润滑,不吸水、不粘结物料,抗冲击性强度高,综合机械性能好,耐酸、碱、盐腐蚀、不老化,耐低温,卫生无毒,重量轻,比重是钢材的1/8.因此,是用做散装物料储存及运输设备衬里的最佳材料,如储仓,流槽等。广泛应用在电力、钢厂、煤矿等行业中。目前超高分子量聚乙烯制品有板材类、管材类、棒材类和成品,其中成品包括齿轮、轴承、轴套、滚轮、导轨、滑块以及各种制品等。 2.冶金设备应用实例 在烧结厂贮仓、料箱、配料室料仓及溜槽、漏斗、输送溜槽和相类似设备的储存和运输过程中,通常由于物料结块、架桥或冻结而受阻,形成漏斗状流动、沟状流动等,严重时形成结拱堵塞、架桥堵塞,结果导致生产环节停顿,浪费能源并涉及生产的一系列的安全问题,解决这些难题耗费大量的资金和宝贵的生产时间。国内外解决这种问题已有方法,采用UHMWPE材料做内衬是解决该类问题的最合适形式,而且已得到广泛使用并取得了良好效果。 2.1料斗等散料输送设备堵塞原因分析: 1)料仓仓体壁倾角太小,下出料口尺寸过于狭小,影响物料顺利流动,容易造 成散料堵塞。 2)散料粘结在料仓壁上使料仓逐渐缩小,容易出现漏斗状流动或篷堵、块煤卡 堵事故,使料仓失去存储和调节作用。 3)物料体积较大彼此交错或有超长异物夹杂而形成堵仓。 4)以粉料输送为主的料仓,含有一定水份的散料在仓内储存时间较长时,容易 压实结拱堵塞。 5)在寒冷地区的企业冬季若防寒措施有限,容易发生含水份的物料和仓壁冻结 在一起而造成的堵仓。 以上堵仓故障发生最多的是仓壁粘料,其主要原因有:仓壁摩擦系数大吸水性强、物料粒度小(如煤粉0.5mm以下含量增多时粘结力会急剧增大)含水份(原煤水份在4-12%时最容易发生粘结),仓中储料后下部料受上部料的压实,加剧了料仓的粘结。 2.2使用UHMW-PE内衬材料具有如下优点: 1)高耐磨和极低摩擦系数,防止物料流动受阻; 2)几乎不吸水性。它不被水所湿润,不受物料湿度的影响。因此物料不会粘在 内衬壁上,即使特别露天作业,也不会因温度太低而造成湿的物料和容器的壁冻结在一起;由于UHMW-PE材料具有上述优点,因而用这种材料内衬可以 有效地避免散装物料在料仓、溜槽、和漏斗中流动受阻,可以稳定地连续流动。尤其是细小的散装物料颗粒在储存、输送时,采用UHMW-PE材料衬里就更加经济和有效,因为细小的散装物料颗粒通常是随着细度和水分的增加而结块和架桥现象也越趋严重。 3)超高分子量聚乙烯衬板表面摩擦系数非常低,可以让粘结性大、不易自由流 动的散装物料顺畅地流动。将超高分子板材切割成合适尺寸,使用机械的方法将衬板固定在钢铁、混泥土、沙浆材料和木材上,可以改善原有结构的表面性能。通过多年的实践经验总结,彻底解决了料仓堵料现象,提高生产效率。 2.3UHMW-PE内衬在应用实例: 1)氧化铁矿料斗 内衬材料:20毫米厚的UHMW-PE板材 介质:氧化铁 颗粒度:80%小于30目 20%细粉小于100目 产量:13000吨/天 应用结果:使用后,没发现磨耗、粘结和架桥现象。 2)烧结厂的矿石贮仓 内衬材料:20毫米厚的UHMW-PE板材 介质:矿石 颗粒度:0-26毫米 水分:4-7% 应用结果:使用5年后板材磨耗约1毫米,没有发生粘结或滞留现象。 3)焦化厂煤仓溜槽 内衬材料:20毫米厚的UHMW-PE板材 介质:烟煤 颗粒度:0-7毫米 0-13毫米 灰份:25% 硫:4% 产量:600吨/天 应用结果:使用两年后,没发现磨耗、粘结、滞留和“架桥”现象。 4)烧结厂Φ3000×10000混料机 混料机原内衬A3钢自重5-6吨,粘料重量(粘料厚10~15CM,平均粘料厚度12CM)高达15.6吨,影响烧结生产原料的品质,需定期清理粘料,筒体粘料后重量严重超出设计范围,使电气设备超负荷,且浪费大量电能;粘料后造成偏重,混料机机械联接部分振动大、磨损严重;设备基础架松动,严重的甚至危及厂房;需月更换1-2套筒体大齿轮,滚圈常裂缝,需停机焊补,且磨损快,达不到2年的大修期,托轮仅使用6个月。自改衬UHMW-PE后,内衬自重仅为2-3吨,筒体受力均匀运转平稳,平均寿命可延长3年左右。齿轮组、托轮等使用良好,寿命提高2-4倍;混料机提高了成球率,不用清理粘料,提高了电气设备的可靠性,较A3钢衬板日节电630度。 5)圆盘造球机的应用 圆盘造球机内衬用UHMW-PE板,具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的各种优点,极高的耐磨性、极低的吸水率、极低的磨擦系数、优良的自润滑性、优良的不粘性、对球团造球很有效果提高使用寿命,造球合格率达98%。 3.结语 近几年来,超高分子量聚乙烯因而被广泛应用于我国的钢铁、电力、煤炭、水泥、矿山等行业的煤仓、料仓、石膏仓、石灰仓、均化仓、水泥仓、自卸汽车、混合料筒,解决了这些部位长期存在的粘接、架桥、磨损快、生产效率低等问题,被科研和设计部门认定为是目前解决粘接、磨损等问题的最佳工程塑料!随着我国对新型材料--超高分子量聚乙烯研究,开发和应用,同时在不断地改进其生产工艺和与其他非金属材料的并用,在冶金,化工,电力,机械等许多行业使用范围会更加广泛。 参考文献: [1] 张春阳,曹平,仵锋锋,万琳辉. 超高分子量聚乙烯耐磨性试验及应用[J].金属矿山,2008,7: