1四要素的构成
1.1被磨蚀对象
被磨蚀对象D即与磨蚀物接触并与之发生相对运动各类设备的部件。水泥厂设备种类繁多，既有设备制造厂按照国家或企业制订的相应设备标准加工制造的标准设备，也有包括各种管道，料仓，溜子等根据工艺布置形式单独设计加工制造，现场制作的非标准设备。
设备部件按其运动状态可分为有部件运动的设备和无部件运动的设备，有部件运动的设备简称为动态设备，无部件运动的设备简称为静态设备，部件运动的形式有直线运动和圆周运动等。
设备部件按其是否采用金属耐磨材料分为耐磨部件和非耐磨部件，故耐磨材料的选择可分为耐磨部件本身金属耐磨材料的选择和非耐磨部件耐磨保护层耐磨材料的选择两大类。
1.2磨蚀物
磨蚀物系指各种设备所处理，输送的颗粒状或粉状物料。水泥厂所涉及的磨蚀物有石灰石，粘土，砂岩，铁矿石，铁粉，铝矾土，水泥熟料，各类混合材，石膏及水泥等等，这些磨蚀物的按物理形状分为颗粒状和粉状磨蚀物。
1.3耐磨材料
耐磨材料按生产工艺，用途和物理性质的不同，具有不同的分类方法。耐磨材料按材料本身的性质分主要有金属耐磨材料，陶瓷耐磨材料，高分子耐磨材料，复合耐磨材料等。
金属耐磨材料大多应用于动态设备本身的运动部件以及内部磨损严重的部位，即被磨蚀对象本身，以降低被磨蚀对象的磨损。如：磨机衬板，钢球，破碎机锤头，板锤，颚板，磨辊，磨盘，辊子及篦冷机篦板等。水泥设备常采用的金属耐磨材料有高铬铸铁，高锰钢，含有碳化钨，碳化铬，碳化钛等合金钢。陶瓷耐磨材料按应用时的外观形态可分为定型和不定型耐磨陶瓷材料。
陶瓷耐磨材料，高分子耐磨材料，复合耐磨材料等一般应用于静态设备内部磨损严重的部位，即在被磨蚀对象与磨蚀物之间隔以上述耐磨材料，以降低磨蚀物对被磨蚀对象的磨损。
1.4磨蚀环境
磨蚀环境系指被磨蚀对象，耐磨材料与磨蚀物之间的接触方式，相对运动状态，相互作用关系，其共容的空腔及其内的温度，湿度。
2材料的磨损机制
材料的磨损按机制可分为磨料磨损，冲击磨损，滑动磨损，接触疲劳磨损，微动磨损，冲蚀磨损，粘着磨损及磨蚀磨损等，其中磨料磨损占所有磨损造成损失的50%以上，在水泥工业中大多以磨料磨损为主要磨损方式。
所谓磨料磨损D磨蚀物磨损系指：磨粒或硬的微凸体与表面材料相互作用过程中造成材料表面损耗的过程。如设备部件与矿石，砂，土，熟料，煤等相互运动摩擦所造成的磨损。
磨料磨损按材料表面所受应力和冲击的大小分为凿削式磨料磨损，高应力磨料磨损和低应力磨料磨损。
1）凿削式磨料磨损，这类磨损的特征是冲击力大，磨料以很大的冲击切入金属表面，从摩擦表面凿削下大颗粒的金属，在被磨损表面产生较深的沟槽和压痕。如矿石破碎机锤头等部件表面的磨损。
2）高应力磨料磨损，这类磨损的特点是应力高，磨料所受应力超过磨料的压碎强度。被碾碎的磨料颗粒呈多边形，擦伤金属，在摩擦表面留下沟槽和凹坑。如矿石破碎机的腭板等表面的破坏。
3）低应力磨料磨损，这种磨损的特征是应力低，磨料作用于摩擦表面的应力不超过它本身的压溃强度。材料表面有擦伤并有微小的切削痕迹。如泥砂泵叶轮的磨损。
3常用耐磨材料的基本性质
3.1金属耐磨材料
3.1.1高锰钢系列
高锰钢在强大的冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速硬化，硬度可从HBS200急剧升高至400~550，从而产生高耐磨的表层，芯部奥氏体却保持着极好的韧性，保留着原机械性能。硬化一层，磨损一层，次表层又被硬化，直至磨损到失效状态。表面受冲击越重，表面硬化就越充分，耐磨性就越好，若表面所承受冲击力不足，则表面不能充分硬化，则耐磨性无从发挥，而呈现出不耐磨状况。
3.1.2抗磨高铬铸铁系列
按组织结构和使用情况，铬系铸铁可以分为三大类：1）具有良好高温性能的铬系白口铸铁。这种铸铁含铬量为33%，其组织多数为奥氏体和铁铬碳化物，有时也出现铁素体。这种合金除具有一定的耐磨性外，在温度不高于1050℃的高温工作条件下，具有良好的抗氧化性能。
2）具有良好耐磨性的铬系白口铸铁（简称高铬铸铁）。这种铸铁中除含有12%～20%的铬外，还含有适量的钼。当基体全部为马氏体时，这种合金的耐磨性能*好。如果基体中存在残余奥氏体，通常要进行热处理。
3）低铬合金白口铸铁。与普通白口铸铁相比，这种铸铁中碳化物的稳定性更好。
3.1.3耐磨合金钢系列
分为低合金钢，中，高合金钢。耐磨合金钢可通过调控化学成份和热处理工艺获得必要的材料的冲击韧度和硬度指标。硬度可达HRC=52～58，冲击韧性可达到ak=15～30J/ cm2
3.2陶瓷耐磨材料
3.2.1耐磨陶瓷贴片
水泥行业使用的氧化铝耐磨工程陶瓷具有熔点高，硬度高，抗压强度高，密度小，耐磨损，耐腐蚀，抗氧化，高温下蠕变小等优异性能。应用中需尽量避免在高应力，大角度冲击的工况下使用。
3.2.2耐磨陶瓷涂料
耐磨陶瓷涂料由骨料，5%左右的的钢纤维和黏结剂组成。
3.3高分子耐磨材料
超高分子量聚乙烯具备很强的抗冲击能力，耐磨擦和耐磨损特性出色，对破裂应力具有较强的抵抗能力。超高分子量聚乙烯的摩擦系数很低。其高光滑度降低了热摩擦带来的损伤，而对于钢材来说热摩擦带来的损伤十分严重。广泛应用于水泥厂的各种料仓衬板，以防止篷料堵料的发生。
4四要素之间的辩证关系
1）当被磨蚀对象与耐磨材料合二为一即设备的部件由金属耐磨材料制造时，某些微量元素的含量对耐磨性能起着至关重要的作用。如高铬铸件中的钼含量，只有达到一定含量时才可显着提高材料的淬透性，使一些厚大的部件具有足够硬化层深度，细化晶粒，净化晶界，全面提高部件的抗氧化，耐磨蚀能力及综合机械性能等。
2）磨蚀物的化学成分，岩相组织，自然裂隙发育，介理面分布及风化程度等都对被磨蚀对象的磨蚀性产生较大影响，特别是磨蚀物中的SiO2含量对被磨蚀对象的磨蚀性能起着至关重要的作用，如石灰石中若SiO2含量超过4.5%，尺寸超过45μm，将大大增强对被磨蚀对象的磨损程度。
3）磨蚀物越硬，强度越大，临界粒径前的粒度越大，对被磨蚀对象的磨蚀性越大。
4）冲蚀磨损为主时，磨蚀物冲击被磨蚀对象的速度越大，磨蚀物对象的磨损越大；滑动磨损为主时，磨蚀物冲击被磨蚀对象的速度只有大到一定程度时，才可造成磨蚀物对象的磨损。
5）冲蚀磨损为主时，磨蚀物冲击被磨蚀对象的角度越大，脆性磨蚀物对象的磨损越大；韧性磨蚀物对象的磨损先是随着冲击角度增加而增加，达到某一*大角度时，随着冲击角度的增加反而下降。
6）磨蚀物冲击被磨蚀对象的压力越大，磨蚀物对象的磨损越大。
7）磨蚀环境的温度，湿度越大，磨蚀物对象的磨损越大。
8）每种耐磨钢只能适合于某种特定的工况条件，耐磨钢的选择，不但要考虑到矛盾的普遍性，还要考虑矛盾的特殊性，须科学的研究分析磨蚀环境，充分利用耐磨材料的性能特点，扬长避短，考虑整个磨蚀环境的特性以及各组元之间的相互影响才可有效解决耐磨问题。如高铬铸铁一般应用于在小角度或滑动磨损工况下；冲击作用较强时，耐磨部件是否有足够的韧性以避免其破裂成为主要矛盾，而高锰钢越砸越硬，表硬芯韧，适用于磨蚀物的大冲击压力，大角度冲蚀磨损。
9）耐磨材料的选择，还要考量材料的硬度Hm与磨蚀物的硬度Ha之比值，既二者的相对硬度，前苏联学者赫鲁晓夫用多种金属和非金属材料对多种不同硬度的磨蚀物进行了磨损试验，其结论如下：材料的耐磨性不仅决定于材料的硬度Hm，而且更主要的是决定于材料硬度Hm和磨蚀物硬度Ha的比值。当Hm/ Ha比值超过一定值后，磨损量便会迅速降低。
当Hm/Ha≤0.5～0.8时为硬磨蚀物磨损，此时增加材料的硬度对材料的耐磨性增加不大。
当Hm/Ha>0.5～0.8时为软磨蚀物磨损，此时增加材料的硬度，便会迅速地提高材料的耐磨性。
当Ha/Hm≤K2时，几乎不发生磨损，这种情况下耐磨性接近于无穷大；如果Ha/Hm≥K1，则相对磨损量有一*大值，并且大小一定，且与Ha/Hm的比值无关。一般情况下，K1= 1.3～1.7（即Hm/Ha=0.77～0.59），K2=0.7～1.1（即Hm/Ha=1.4～0.9）。当Ha/Hm在K1与K2之间时，若材料的硬度略有增加，则其耐磨性增加很大，这对耐磨材料的选择是十分重要的。
5动态设备耐磨材料的优选
5.1关键部件采用耐磨金属材料
动态设备本身的运动部件以及内部磨损严重部位的静态部件，在设计和加工制造时可采用各种耐磨金属材料以减少磨损，以延长部件使用寿命。这些耐磨材料广泛应用于破碎机旋转的锤头，破碎腔内地静态反击板，篦条，磨机的衬板，钢球，立磨的磨辊，磨盘，辊压机的辊子等。如郑州鼎盛公司研发的"三明治"超级破碎机锤头，由锤柄，耐磨块，刀头组成。永久件D锤柄采用ZG20CrMnSi；半永久件D耐磨块采用"超高铬"制成，硬度HRC62-68；易损件D刀头采用超高硬度，高韧性的超级耐磨材料碳化钛"TiC"制成，硬度HRA≥95，不仅远远超过高铬，超高铬合金，而且高于常规硬质合金，故而在熟料破碎中显示出超强耐磨性，刀头在使用过程中可一直保持锐利的切削能力。该公司近年针对硬质，高SiO2，强磨蚀性石灰石特性研发的"大金牙"超级破碎机锤头，由强化的锤头机体和镶嵌其上的坚硬齿块组成。锤头基体采用稀土变质处理，铌钒等贵重元素强化，采用真空铸造，定向凝固技术，晶粒大大细化，特别是在基体上镶铸了数十颗极其强韧，硬度仅次于金刚石的钨钛合金齿块，从而可以抵抗严酷磨蚀物磨损。
5.2运动部件采用耐磨材料保护
动态设备本身的运动部件由于受各种外部条件的制约，采用了一般的钢材或采用耐磨性能较差但价格便宜的耐磨钢材制作，这些部件如果磨损严重，则需要在其表面设置一层耐磨性更好的耐磨材料，以保护运动部件的机体不被磨蚀或降低被磨蚀的速率。离心风机和辊压机是这类案例的典型代表。离心风机是水泥厂的主要辅助设备之一，由于其输送的气体中含有一定数量的粉尘颗粒，虽然颗粒很小，但是被磨蚀对象与磨蚀物的相对运动速度很高，磨蚀环境恶劣，固体颗粒随着气流进入叶轮，以磨粒磨损，吸附磨损，冲刷磨损，疲劳磨损等多种磨损形式造成叶轮的磨损，沉积，进而破坏了动平衡，影响机械性能，缩短寿命，甚至引发重大事故。
5.2.1离心风机叶轮的磨损机理
磨损是多重机理综合作用的结果。尘粒进入叶轮后与基面相互作用，在离心流道的进口区域和整个轴向流道内，尘粒基本上是在气流的夹带及自身惯性的综合作用下，以非零碰撞角撞击基面，然后又反弹进入流道内，造成基面材料的冲蚀磨损。在离心流道的出口区域内，尘粒在流道内运动了较长的一段距离，大部分和基面发生过多次碰撞，基本上沿着压力表面滑动或滚动，造成基面材料的擦伤磨损。
5.2.2离心风机叶轮的防磨措施
防止离心风机磨损的首要主动措施是改进工艺路线，尽量将离心风机置于除尘器之后，如：窑尾ID风机置于增湿塔或管道增湿之后，烘干热源抽风机置于除尘器之后均大大利于防止风机的磨损。其次才是采取下列被动措施：1）对叶片表面可以进行渗碳，渗碳工艺难度大，实际渗碳时，渗碳层的部位和厚度要由叶片厚度和磨损情况以及渗碳工艺决定；2）等离子堆焊，堆焊时叶片变形大，而且反复焊接会导致叶面产生裂缝，易产生事故；3）热喷涂，采用等离子喷涂方法或氧乙炔火焰，在叶片磨损表面喷涂陶瓷或碳化钨或者喷焊镍基+碳化钨合金；4）表面粘贴或焊接陶瓷，将耐磨工程陶瓷利用高强度耐高温胶粘剂或特殊焊接工艺复合在风机叶片表面上，该技术要重点解决防脱落问题。
5.2.3辊压机的防磨措施
辊压机*大的缺点是辊面磨损问题，辊子的磨损是辊面的高应力磨料磨损和辊面亚表层的疲劳磨损共同作用的结果。辊压机的防磨措施大多采用在辊面上堆焊耐磨焊条，其耐磨效果决定于辊面耐磨材料的表面硬度及韧性。
焊接材料可采用郑州机械研究所研制生产ZD1，ZD2，ZD3，ZD310系列埋弧堆焊无缝药芯焊丝，CO2气保护焊丝及ZD3，ZD310，TM65焊条。ZD1韧性好，作为止裂层焊在*下面。ZD2强度高，可抵抗较高的拉应力和压应力，作为缓冲层使用。ZD3为辊面耐磨材料，堆焊层金属主要成分是C，Cr，Mo，W，V，Ni，Nb等，堆焊后组织为马氏体+残余奥氏体+针状贝氏体+少量碳化物，可作为耐磨层焊在ZD2上面。
ZD310属于高合金堆焊材料，耐磨性能优于ZD3.其焊层硬度为HRC55-59.主要作为辊面的耐磨花纹处理。TM65焊条适用于受剧烈磨粒磨损及中等冲击磨损部件的修复，主要用于辊面的耐磨花纹及立磨磨盘，磨辊的修复。
6静态设备耐磨材料的优选
无部件运动的设备包括非标设备既静态设备可采用的耐磨材料比动态设备广泛得多。但大多采用在被磨蚀对象表面设置一层耐磨性更好的耐磨材料的方法。与动态设备一样，需根据特定的工况条件，充分利用耐磨材料的性能特点，考虑整个系统的特性以及各组元之间的相互影响才可有效解决耐磨问题。
6.1利用料衬的防磨措施
在水泥输送管道的弯头处，设置一膨胀球，金属球的直径数倍于输送管道直径，输送的粉料在膨胀球处形成沉积料垫，高浓度的粉尘只能冲刷料垫，料垫成为弯头的组成部分，从而保护了转弯处的金属球体。
有一种冲刷面为阶梯状的溜子，在阶梯状的平面各段沉积了输送的物料，从而形成了底部阶梯状，上部与物料休止角大致相等的锯齿状物料垫层，溜子内的物料通过物料摩擦物料输送，从而减少了物料对溜子底部本体的磨蚀。
6.2利用各种定型耐磨材料做衬垫的防磨措施
6.2.1料仓
水泥厂有不少料仓工艺要求防堵料同时要求耐磨，在这种应用场合，可采用超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）工程塑料板材作为衬板镶嵌于金属机体上。它具有较高的耐磨损性，耐腐蚀性，抗冲击性，较低的磨擦系数和优良的自润滑性能，同时具有不吸水，不粘结，耐低温，抗静电，无毒等优点。可防止料仓篷料堵料的发生。
6.2.2小直径气力输送管道
直径小于630mm的气力输送管道可采用陶瓷内衬复合钢管。该管是采用自蔓延高温合成D离心法制造的。就是把无缝钢管放在离心机的管模内，在钢管内加入铁红和铝粉混合物，这种混合物在化学中称为铝热剂。离心机管模旋转达到一定速度后，点燃铝热剂，铝热剂立即自己燃烧，燃烧波迅速蔓延，在蔓延时发生如下剧烈化学反应：2Al+Fe2O3= Al2O3+2Fe+836KJ3Fe3O4+8Al=4Al2O3+9Fe+3265KJ.铝热剂反应后生成物为稳定型α-Al2O3（即刚玉）和铁，同时放出大量热量。熔融反应在离心力作用下，迅速按比重大小进行分离，较重的铁被离心力甩到钢管内壁，较轻的Al2O3则分布在铁的内层。由于钢管迅速吸热和传热，Al2O3和Fe很快达到凝固点，分层凝固。*后形成的陶瓷钢管从内到外分别为刚玉瓷层，以铁为主的过度层，以及外部的钢管层，具有良好的耐磨，耐热，耐蚀和热冲击性能。
6.2.3设备壳体的耐磨内衬
许多设备壳体内可根据特定的工况条件选择不同的定型耐磨内衬。如水泥磨O-sepa选粉机的壳体，离心风机的壳体等均可采用耐磨陶瓷马赛克片以环氧树脂类粘结剂粘贴。
然而，早期立磨的旋风除尘器有的采用16Mn钢作为耐磨内衬，按"四要素"法辩证分析得知这是错误的选择。这是因为锰钢在小角度冲击以滑动磨损为主的磨蚀条件下，表面硬度很小，根本不耐磨。
上述诸如此类的设备壳体普遍可被新型的不定型耐磨陶瓷涂料所替代。
7不定型耐磨陶瓷涂料
不定型耐磨陶瓷涂料为无机非金属耐磨陶瓷涂料，是一种非金属胶凝材料，它采用耐酸和耐碱的人工合成原料经严格的工艺配比和先进的无机聚合技术制成的一种粉状陶瓷材料。耐磨陶瓷涂料由骨料，5%左右的的钢纤维和黏结剂组成。
7.1不定型耐磨陶瓷涂料的特点
7.1.1高的机械强度和刚度
密度大，强度可达130MPa，可有效抵御物料的冲击力和剪切应力。
7.1.2优良的韧性和抗震性
由于陶瓷耐磨料采用无定向刚纤维和定向网状增强措施，通过耦合进一步改善韧性，所以断裂韧性强，可有效防止冲击力造成的破损和剥落。
7.1.3环境相容性好
由于具有上述特点，常温不定型耐磨陶瓷涂料的耐磨性能是16Mn钢的9倍，65Mn钢的8倍，耐火浇注料的45倍。
7.2不定型耐磨陶瓷涂料的应用范围
按"四要素"法分析，不定型耐磨陶瓷涂料除不适于处理磨蚀物体积较大，承受较大冲击力的溜子，料仓，不适于动态设备本身的运动部件外，可广泛应用于静态设备以及动态设备的静态壳体。完全可替代金属耐磨材料以及定型的非金属耐磨材料，如上述的立磨旋风除尘器采用的金属耐磨材料，水泥磨O-sepa选粉机离心风机的壳体采用的耐磨陶瓷马赛克贴片。
经过数年的推广，目前，水泥厂已应用于立磨到旋风除尘器的进风管道以及旋风除尘器内部壳体，立磨的选粉机外壳体，立磨磨辊的密封风管，旋风除尘器到循环风机的管道；篦冷机至窑头除尘器或至窑头冷却器的进风管道；煤磨磨头仓锥部，风扫煤磨出风管，煤磨动态选粉机壳体，煤磨动态选粉机出口到煤磨除尘器的进风管；辊压机+"V型选粉机"或辊压机+"打散机"与水泥磨组成前闭路水泥粉磨系统，其中的风管，溜子以及风机等磨损严重，可涂敷不定型耐磨陶瓷涂料加以解决。
8小结
没有一种万能的可应用于各种场合的耐磨材料。同一种耐磨材料，应用在某种磨蚀环境非常耐磨，换一种磨蚀环境就不耐磨了；同一种金属耐磨材料，由于掺入微量元素量的不同，其耐磨性能会产生天壤之别。这是由于：每种耐磨材料只能适合于某种特定的工况条件；耐磨材料中的某些微量元素的含量对耐磨性能起着至关重要的作用；磨蚀物的物理形态，物理特性以及化学成分，磨蚀物冲击被磨蚀对象的速度，压力，磨蚀环境的温度，湿度，耐磨材料与磨蚀物的相对硬度等均对耐磨材料的耐磨蚀性能产生重要影响，特别是磨蚀物中的SiO2含量，磨蚀物冲击被磨蚀对象的冲击角度往往量变引起质变。所以，在选择动态，静态设备的耐磨材料时，应以"四要素"为核心，充分考量材料的磨损机制，耐磨材料的基本性质，既考虑矛盾的普遍性，还要考虑矛盾的特殊性，分析四要素之间的辩证关系，才能优选出经济，合理，恰到好处的优质耐磨材料。
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