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這些磨損增加部件的使用壽命 提高設備利用率 在水泥行業實施綠色再制造 促進循環經濟發展 是耐磨堆焊科研工作者不可推卸的責任 循環經濟 和 綠色再制造 的基本特征就 是資源的有效和循環的利用 就是把傳統的以資源 消耗實現增長的模式轉變為依靠資源循環來實現 發展的模式 就是資源減量化 再利用 再制造和 再循環 其公式可以歸納為 資源 再生資源 以使已磨損報廢的部件實現 廢棄物 產品 廢棄物 產品 良好耐磨堆焊維修技術不但可 再生資源 水泥工業是我國的基礎工業 也是我國工業行 業在國際競爭中具有資源優勢 勞動力優勢 市場 優勢 技術優勢等綜合優勢的一個行業 有著良好 的發展前景 隨著我國成為世界水泥生產第一大 國 對與水泥生產相關的各個行業的技術水平也提 出了更高的要求 水泥生產有其特殊性 其生產過 程由礦石制成水泥要經過 礦石破碎 礦石粉磨 煅燒 熟料粉磨 等多道工序 每一道工序的粉磨 工作都要由耐磨材料來完成 因此 一個國家耐磨 材料的生產應用水平直接決定了這個國家的水泥 生產技術水平 據不完全統計 我國水泥行業 2005 年生產水泥約 10 億噸 按綜合金屬磨耗 100 g/t 計 每年我國水泥行業磨耗掉的耐磨材料達到 10 萬噸 這些磨損不但造成了巨大的經濟損失 而且部件的 頻繁更換嚴重影響和制約了水泥的生產 如何減少收稿日期 20060330 作者簡介 魏建軍(1965–) 修回日期 20060427 男(漢) 河南遂平人 研究員 碩士 產品 的轉變 而且可以做到修復后再生產品比新 產品更加價廉物美 以目前的技術水平 在報廢的 各類耐磨材料中 可堆焊修復再生的部分按 10 % 由 計 每年需要各類耐磨藥芯焊絲 10 000 t 以上 分巨大的 水泥生產規模的大型化帶動了水泥生產設備 的大型化發展 2 500 t/d 5 000 t/d 10 000 t/d 水 泥生產線以成為目前水泥工業的主流生產線 這些 此可見耐磨堆焊技術在水泥行業的市場潛力是十 10 中 國 表 面 工 程 2006 年 生產線中的關鍵大型設備如 錘式破碎機 立式磨 輥壓機 排粉風機 對輥破碎機等部件磨損破壞嚴 重 更換造價高 依靠表面耐磨堆焊的方法進行部 件的表面予防護堆焊和已磨損部件的耐磨堆焊修 復 可以顯著增加設備的使用壽命 降低更換部件 的成本 為企業帶來巨大的經濟效益 為國家可持 續發展做出貢獻 以抵抗磨損 同時 由于輥套及磨盤的有效使用厚 度達到 120 mm 左右 這么大的厚度全部堆焊上高 硬度 含有大量的合金碳化物的耐磨藥芯焊絲 其 抗剝落性能必須依靠特殊工藝來實現 針對立磨的工況 采 用 MD621 MD611 MD601 系列埋弧堆焊藥芯焊絲和 DH621 DH611 DH601 明弧堆焊藥芯焊絲較為合適 其堆焊金屬中 含有大量的 細密均布的合金碳化物硬質點 這些 硬質點保證了堆焊金屬具有優良的耐磨粒磨損性 能 該系列焊絲堆焊時產生均勻密布的應力釋放裂 紋 保證了堆焊層即使在高鉻鑄鐵或鎳硬鑄鐵基體 上堆焊 也能達到結合性能良好 不產生剝落現象 堆焊金屬焊態硬度在 60 HRC 以上 其中 621 焊絲 為高碳高鈮型合金體系 專用于礦渣立磨磨輥的堆 焊 611 601 焊絲可根據物料情況選用 生料立磨 以選用 611 為好 煤立磨選用 601 更為合算 圖 1 圖 2 分別是堆焊修復磨輥和襯板的現場照片 1 在立磨磨輥及磨盤堆焊方面的應用立磨又稱中速磨 已有近百年發展歷史 前期 由于受耐磨材料性能所限 只能用于粉磨軟質物 如煤 石膏等 在 20 世紀 70 年代隨著新型干法水 泥技術的飛速發展 立磨以其集粉磨 烘干和選粉 于一體 磨 目前 運行經濟的特點被廣泛用于水泥原料粉 5 000 t/d 以上水泥生產線生料磨大多采 用大型立式磨 由于大型水泥廠原料立磨在劇烈磨 損 沖擊的工況下運行 制造綜合技術高 國內大 部分使用的是進口的立磨磨機 磨損嚴重的立磨磨 輥輥套及磨盤襯板一般采用整體耐磨合金鑄造 高 鉻鑄鐵或鎳硬鑄鐵 或復合耐磨堆焊的方法制造 用 整體耐磨合金鑄造的磨輥及磨盤雖然有著較好的耐 磨性 但存在兩個問題 (1) 輥體成本較高 復2 3次 (2) 輥體本身脆性大 行安全 (3) 由于考慮到輥體的加工性能 法進一步提高輥體的耐磨性能 國外多家公司在制造大型立磨磨輥及磨盤時 已采用復合耐磨堆焊的方法 即 輥體基體采用韌 性良好的低碳鋼和低合金鋼 表面堆焊耐磨材料進 行有效防護 由于堆焊金屬具有組織均勻 晶粒細 密 耐磨性能提高空間大等特點 這樣既可以保證 工件表面具有優良的耐磨性 又可使輥體具有良好 的綜合機械性能 不存在斷裂的危險 另外 這種 鋼基體的工件可反復進行堆焊 這樣可大大減少設 備的備件成本 立磨磨輥輥套及磨盤襯板承受著劇烈的低應 力磨粒磨損 要求堆焊材料含有大量的合金碳化物 鑄造流動性 和輥體的塑性儲備 輥體材料的選擇受到限制 無 容易出現輥體斷裂 開 磨損到一定尺寸后整個輥 體就要報廢 雖然可采用堆焊方式修復 但只可修圖1 Fig.1 高鉻合金鑄鐵生料立磨磨輥的修復堆焊 Repairing welding roller of high chromium alloy 裂現象 一旦出現這種情況 會嚴重影響設備的運 cast iron for vertical raw material mill 圖2 萊歇立磨磨盤襯板的修復堆焊 Fig.2 Repairing welding scaleboard in Loesche vertical mill 由于 MD621 焊絲堆焊效率高 MD611 MD601 埋弧堆焊藥芯焊縫成型美觀 堆焊質量穩定 沒有弧光和焊接煙霧等優點 且埋弧堆焊設備技術 早已成熟 且價格低廉 方便使用 因此對于專業 廠新的鋼基體輥套的制造堆焊或拆卸下來的舊輥 第3期 魏建軍 耐磨藥芯焊絲在我國水泥工業中的應用 11 套的修復堆焊非常合適 而 DH621 DH611 DH601 明弧堆焊藥芯焊絲由于沒有焊劑回收等問題 更適 合于立磨磨輥輥套及磨盤襯板的現場不拆卸堆焊 修復 了良好的保護作用 ZD2 緩沖層具有很高的強度級別 對耐磨層起 到了很好的支撐作用 ZD2 堆焊層的良好性能 使 整體修復后的輥壓機在使用過程中不會出現掉塊 和剝落現象 ZD3 堆焊層具有高韌性與良好耐磨性的綜合 性能 其堆焊層硬度在 55 HRC 以上 耐磨性較好 在連續堆焊過程中 ZD3 堆焊層無裂紋 具有較好的 抗裂性 輥壓機實體運行表明 完整的耐磨花紋層 能使細粉料在輥面形成 料墊 保護輥體不被磨 損 但很難形成完整的料墊 ZD2 強度級別高 但 耐磨性不好 如果沒有 ZD3 耐磨層 輥體沒有形成 料墊 的部位會很快磨損 與耐磨花紋形不成壽 命匹配 ZD3 耐磨層的存在 使輥壓機耐磨結構更 加合理和有效 ZD310 耐磨花紋層是直接與物料接觸的部分 其耐磨性的優劣直接影響輥體的使用壽命 ZD310 62 耐磨焊絲屬多元合金強化 其堆焊層硬度在 59 2 在輥壓機擠壓輥堆焊方面的應用輥壓機是 20 世紀 80 年代末從國外引進的一種 高壓粉磨設備 具有高效節能的特點 經過不斷改 進和完善 這種設備得到了在水泥行業得到了大量 推廣 輥壓機是用途廣泛的一種高效節能的粉磨設 備 尤其適用于水泥熟料的粉磨 而且對石灰石 高爐礦渣 石灰砂巖 原煤 石膏 石英砂 鐵礦 石等的粉磨也很有效 壓 主要利用 50 輥壓機的主要特點就是高 300 MPa 的高壓對物料進行擠壓 達到粉碎的目的 輥壓機極其惡劣的工作條件造成 輥面磨損嚴重 因此 在制造輥壓機時就必須對擠 壓輥表面進行有效防護 而在擠壓輥表面堆焊耐磨 材料是目前全世界公認的最有效 最簡便的方法 這主要有兩個原因 一是堆焊材料和工藝便于不斷 進行改進和調整 二是擠壓輥在使用一段時間后必 然要產生磨損 而由于擠壓輥非常昂貴 絕大多數 情況下不可能更換 快速 有效的修復 只有在現場繼續對其進行修 復 在這種情況下 只有采用堆焊的方法才能進行 輥壓機輥面工作中承受著高應力磨粒磨損 輥 體材料為鍛鋼 34CrNiMoA 或 45 鋼 解決高應力磨 粒磨損不但需要耐磨藥芯焊絲有足夠高的焊態硬 度 60 HRC 而且需要材料有良好的抗裂性能 輥 裂紋間距不 由于高硬度的輥面耐磨層與輥體 面不能有超過 180 mm 長的連續裂紋 得小于 250 mm HRC 之間 堆焊層由于硬度高 耐磨性好 其耐磨 性比高鉻鑄鐵堆焊層好 且比高鉻鑄鐵堆焊層的結 合性好 非常適于輥壓機耐磨花紋層 該通過這幾 種材料的合理搭配 形成輥面硬度梯度 有效保證 了輥面的使用壽命 輥壓機擠壓輥的表面堆焊根據情況可采用不 同的堆焊方法 生產現場輥面局部小面積磨損或剝 落 堆焊修復可采用 ZD 系列手工電焊條 ZD310 包括過 渡層焊條 ZM 硬面層焊條 ZD3 和耐磨花紋層焊條 其優點是靈活 對設備及焊接人員要求低 缺點是焊接效率較低 現場輥面的大面積磨損或剝落的修復 以及輥 面整體不拆卸大修 可采用 ZD 系列耐磨堆焊 CO2 氣體保護焊藥芯焊絲 包括過渡層 ZD1 緩沖層 ZD2 硬面層 ZD3 和耐磨花紋層 ZD310 見圖 3 CO2 氣體保護焊堆焊效率是手工電焊條的 3~4 倍 堆焊質量也明顯優于手工電焊條 非常適合于水泥 廠生產任務緊張 檢修時間短而又沒有備用輥子的 情況下的現場搶修 輥壓機運行 2 3 年后 中間經過幾次現場堆 焊修復 輥面層已嚴重疲勞破壞 需要把輥體拆下 運回專業廠進行恢復性大修 先把輥體表面的疲勞 裂紋層徹底去除 芯焊絲 然后采用 ZD 系列埋弧焊堆焊藥 緩沖層 ZD2 硬面層 包括過渡層 ZD1 材料的強度有比較大的差距 直接堆焊到輥體上的 耐磨層易于出現大面積剝落問題 因此必須在輥面 耐磨堆焊層和輥體材料之間設計堆焊不同強度級 別的堆焊材料保證堆焊的可靠性 針對這種情況設 計研制的 ZD1 ZD2 ZD3 和 ZD310 系列耐磨堆焊 材料 分別為輥壓機耐磨堆焊系列材料中的過渡 硬面層和耐磨花紋層焊接材料 如耐磨堆焊層表面出現較大裂 層 緩沖層 ZD1 過渡層具有非常優良的韌性和抗裂性 在 輥體運行過程中 紋 ZD1 可以起到很好的保護作用 使裂紋擴展止 于 ZD1 堆焊層 不會繼續向輥體擴展 對輥體起到 12 中 國 表 面 工 程 2006 年 ZD3 和耐磨花紋層 ZD310 進行堆焊恢復 埋弧焊 方法具有較高的焊接效率和優異的焊接質量 能夠 充分滿足輥體恢復性大修的堆焊工藝要求 采用這 種工藝修復堆焊的舊輥子 其使用壽命完全可以達 到或超過新輥子的水平 這種工藝方法的缺點是需 要專門的焊接工裝和焊接設備 3 錘式破碎機錘頭及錘盤的堆焊. 錘式破碎機是水泥企業常用的破碎設備 近年 來 隨著 2 000/d 5 000/d 生產線的普及 這種設 備有越來越大型化的趨勢 單只錘頭重量達到 120 kg 或更多 一副錘頭一般在 10 萬元左右 如何增 加錘頭的使用壽命就成為水泥廠降低成本的一個 重要目標 這也就對錘頭及錘盤的耐磨性能提出了 更高的要求 錘頭的工況很復雜 既要受劇烈的沖擊磨損 又 要受劇烈的磨粒磨損 犁削磨損 多采用高錳鋼 ZGMn13Cr2 因此 要求錘頭 或超高錳鋼 既要有優良的韌性 又要有優良的耐磨性 國內錘頭 圖3 Fig.3 氣保護藥芯焊絲輥壓機現場修復照片 ZGMn18Gr2 鑄造 之所以采用高錳鋼作錘頭 是 因為高錳鋼具有優良的沖擊韌性 并具有表面沖擊硬 化作用 30CrMoV9 少數采用進口鍛造復合合金鋼 如 由于原料的不同 錘頭的使用壽命相差 Photo of repairing gas protecting cored wire rolls 國內應用上述工藝方法和材料 已制造及修復 堆焊了超過 200 臺輥壓機擠壓輥 輥體的耐磨壽命 超過進口產品水平 左右 如寧波某水泥廠的φ 1200 mm 拉法基水 800 mm 輥壓機擠壓輥使用壽命提高到 20 000 h 而國外公司僅保證 6 000 h 左右 泥有限公司堆焊后的一對φ 1 220 mm 760 mm 擠 壓輥 運行時間超過 9 000 h 而原進口輥體的使用 壽命僅為 5 000 h 左右 該公司非常滿意 認為這 遠遠超過了該輥子的預期使用壽命 見圖 4 圖 5 很大 例如 某水泥廠的單段破碎機錘頭的使用壽命是 破碎 4 萬多噸石灰石 而在另一水泥廠 同樣的錘頭可 破碎 100 多萬噸石灰石 這種情況說明 在很多情況下 高錳鋼的沖擊硬化作用并未顯現出來 針對這種狀況和需求 鄭州機械研究所研制出 了高錳鋼錘頭堆焊修復專用過渡層材料 GM1 焊條 和 ZD3 耐磨堆焊焊條及焊接工藝 GM1 為高韌性 雙相鋼焊條 不須采用任何工藝堆焊高錳鋼或超高 錳鋼也不會產生剝落現象 ZD3 焊條堆焊金屬硬度 HRC 55 不但具有良好的抵抗磨粒磨損性能 而 且具有優良的抗沖擊磨損性能 最大堆焊厚度可達 25 mm 用這種材料和工藝堆焊制造復合新錘頭或修 復已磨損的舊錘頭 使用壽命一般可提高 1 倍以上 大型錘式破碎機的錘盤因價格昂貴 也具有較 高的修復價值 錘盤承受著嚴重磨粒磨損和輕度沖 擊磨損的雙重破壞 根據水泥廠的設備情況和人員 情況 可選用不同的材料 MD501 CO2 氣保護藥芯 焊絲和 TM–55 焊條正適合這種磨損形式 現國內 已有多家水泥廠進行了現場修復大型錘式破碎機 的錘盤 取得了滿意的效果 見圖 6 圖7 圖4 Fig.4 拉法基公司輥壓機大修堆焊完時的情況 Rolls of Rapheger Co. repaired by welding 圖5 Fig.5 拉法基輥壓機運行 9 000 h 后的情況 Rolls of Rapheger Co. running 9 000 hrs Fig.6 圖6 大型破碎機錘頭的修復堆焊 Repairing welding hammerhead of large-scale rolls 第3期 魏建軍 耐磨藥芯焊絲在我國水泥工業中的應用 13 焊 5~6 mm 厚 使用壽命可提高 1 年以上 下料溜槽 攪拌機葉片 除上述部件以外 各類型的耐磨堆焊焊條和藥 芯焊絲也在挖掘機鏟齒 磨機襯板 輥式破對輥 刮板 提升機斗等部件的 修復堆焊中得到廣泛應用 顯著提高了這些部件的 使用壽命圖7 Fig.7 大型錘式破碎機錘盤的現場堆焊修復 Repairing welding hammerpan of large-scale 6 結 語貫徹國家建設節約型社會 環境友好型社會的 hammer mill 4 風機葉輪的堆焊修復水泥廠的排粉風機在工作過程中 流道高速通 發展戰略 要求企業越來越重視提高各種易磨損部 件的壽命 重視對部件修舊利廢工作 對于水泥行 業來講 耐磨堆焊技術是一個朝陽產業 可為企業 帶來顯著的經濟效益 有著不可估量的前景 還有 很多的部件需要耐磨堆焊防護以提高壽命 降低成 本 這就要求從事耐磨藥芯焊絲和堆焊工藝研究的 科研機構 不斷跟蹤國際上的先進技術和經驗 同 水泥行業緊密合作 不斷研制開發適應不同工況 不同材質 不同磨損形式的耐磨藥芯焊絲和堆焊工 藝技術 推動我國耐磨堆焊技術的發展 為國家做 出更大貢獻 過大量高濃度的粉塵 風機葉輪承受著嚴重的小角 度沖刷磨損 一段時間后既因葉輪磨損失去平衡或 葉片磨穿而報廢 針對風機葉片的耐磨問題 國內 研制生產了各種類型的耐磨堆焊焊條和噴焊粉末 如新型的 Ti V 大量的碳化物 Nb 強化的高 C 高 Cr 型 TN–65 該焊條堆焊金屬中含有 具有優 焊態硬度為 65 HRC 左右 和 TM–65 耐磨堆焊焊條 良的抗沖刷磨損性能 在風機葉輪的磨損部位堆焊 上單層的直條耐磨道或網格狀耐磨道即可起到良 好的耐磨效果 見圖 8 目前風機葉輪的耐磨堆焊 防護已成為水泥廠排粉風機必不可少的處理工藝 一般壽命可提高 4~8 倍 取得了良好的經濟效益和社會效益!