TRM25立磨輥套斷裂與表面磨損的修復
作者：任永剛 張雷震 單位：新鄉水泥廠 新鄉市第二機床廠
中圖分類號:TQ172.632.5 文獻標識碼:B 文章編號:1002-9877(2003)01-0046-02
1 TRM25立磨輥套的斷裂分析和焊接方法
TRM25立磨輥套材質為高鉻鑄鋼，表面硬度HRC≥55，部件凈重3.9t。輥套斷裂呈軸向，裂縫寬度5～7mm。
通過對幾起斷裂輥套的斷面觀察發現:①斷口上有不規則縮孔，有些縮孔沿軸向或周向長達100mm以上；②斷口金屬內鑲嵌有鐵豆；③輥套內外表面上有加工后的夾渣殘留；④斷口面上的金屬結晶從表向內，由細變粗。
1.1 輥套斷裂的原因分析
輥套結構和斷裂形狀如圖1所示。
圖1 輥套結構與斷裂特征
1)從斷面反映狀況看，輥套斷裂失效與鑄件的鑄造工藝和熱處理工藝有直接關系，這是輥套產生斷裂的根源，本文不多闡述。
2)從輥套結構形狀看，輥套與輪轂的配合面有2個，一個是柱面配合，另一個是錐面配合。由于輥套和輪轂的2對配合表面存在加工誤差，輥套與輪轂裝配時就很難保證柱體和錐體面的同時接觸，這種局部的不良接觸，會使輥套在有配合間隙部位或有鑄造缺陷處產生應力集中。
3)立磨生產過程中不但存在著粉碎大顆粒物料時的振動，而且在入磨熱氣體作用下，開停磨時，輥套還受到溫度變化的作用。特別是在冬季，輥套表面會在零下幾度的狀態中迅速在幾分鐘時間內上升到100～200℃，這會使輥套在熱應力、熱處理殘余應力和粉磨力作用下，在有鑄造缺陷且輥套與輪轂有配合間隙的部位發生斷裂。斷裂是從輥套大端向小端發展的。這從輥套斷裂焊接修復又發生裂紋的發展變化得到證實。
1.2 預防輥套斷裂的措施
1)鑄造好的零件應進行探傷，排除有鑄造缺陷的零件。
2)安裝過程中，盡可能通過試裝配使輥套與輪轂在柱面和錐體面上能同時接觸，當出現接觸不良時，應進行修刮且優先保證錐面的良好接觸。
3)在開停磨時，要嚴格按照技術規范控制升降溫時間。
4)在日常生產中，當出磨成品的水分≤0.8%且不影響窯磨系統風量平衡的情況下，盡量降低入磨氣體溫度。
5)控制入磨物料配比和粒度，盡量避免立磨生產中的強烈振動。
6)當輥套大端磨損后，適時進行堆焊；磨盤襯板磨損深度≥30mm時適時調面或更換。
1.3 輥套斷裂后的焊接
斷裂輥套的焊接方法目前有2種:一是采用淺層焊接；二是對斷口進行全厚度焊接。
采用第1種焊接方法時，輥套可以不拆卸，在磨內完成焊接。具體操作是用角向砂輪將裂縫打出深25～30mm的“V”型坡口，對焊縫進行預熱后，用A302焊條進行焊接，焊接過程中應注意對焊縫進行適時的應力消除，防止因熔化金屬冷卻收縮導致在焊縫邊緣產生新的微細裂紋。焊完后需保溫緩冷。此種修復方法快，對生產影響較小，但不能保持輥套與輪轂間的良好配合，生產過程中，在粉磨力的作用下，使用一段時間之后，仍會在焊縫處重新裂開。此方法最多可重復2次。
第2種方法焊接需拆下輥套。用普通焊條形成的電弧熱開出坡口并清出裂縫中的雜質。用電弧熱一能避免斷面上的微細裂紋產生氧化；二能將這些微細裂紋在保護氣體中熔接；三能使斷口金屬的含碳量適當降低，為再焊接創造條件。由于輥套厚度為150mm，在清理開出坡口時，盡量開成“X”型坡口。焊接時最好選擇在晝夜溫差較小的季節進行，焊接中的預熱、緩冷和適時消除焊接應力都是十分必要的。輥套內孔柱面和錐面因焊接產生的橢圓度誤差一般≤0.8mm，在安裝前通過試裝配檢測和砂輪修磨，其配合能滿足技術要求。焊接強度能滿足立磨在設計產量75t/h左右安全運轉。采用此種方法焊好的輥套，從1994年10月使用后，目前立磨產量穩定在76～83t/h，輥套的焊接費用在5000～8000元，比購買新輥套節約8萬余元。
2 TRM25立磨輥套外表面磨損的修復
2.1 輥套表面的磨損特征
TRM25立磨磨盤直徑為Φ2500mm，磨輥大端Φ2150mm，小端Φ1850mm。磨輥小端起著粗碎和布料的作用，其表面磨損以碰撞滑動摩擦為主，加之粉磨作用力相對較小，因此表面磨損特征不明顯；大端部分起著細碎和研磨的作用，其表面磨損以切削和擠銼為主，在較大粉磨力作用下，磨痕比較明顯。明顯的磨損部位在距大端約20～100mm的范圍。磨輥套在運行10000～30000h中從大端至小端表面的磨損如圖2。從1992年5月使用，至2002年8月，輥套平均中徑處的直徑縮小6mm左右，小端直徑縮小7～9mm，由于對輥套大端主要磨損部位經常堆焊，也減緩了輥套其它部位的磨損。
圖2 運行時間與輥套表面從大端到小端的磨損關系
2.2 輥套表面磨損后的修復
TRM25立磨輥套大端局部相對磨深≥5mm后，在油缸給磨輥施壓不變情況下，臺時產量逐步降低，產品細度變粗。若不更換輥套，應適時對主要被磨損部位進行堆焊。具體堆焊方法是:先對輥套表面進行預熱，溫度在200℃上下，然后先用A302再用A307進行分段對稱堆焊。堆焊后的輥套不平整表面不影響立磨的安全運轉。從1995年以來，已對TRM25立磨2個輥套進行了多次堆焊。目前，每堆焊1次可保持產量在76～82t/h，粉磨生料15～20萬t。1992年安裝的2個輥套，在精心維修情況下，一直安全使用，累計運行時間在35000h以上。
3 輥套修復后其機械性能及使用情況
對斷裂或表面局部磨損輥套修復前后的金相組織和硬度檢測如表1。
表1 堆焊前后金相組織
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狀態
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焊前表面
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焊后表面
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過渡區
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金相組織
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馬氏體
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奧氏體
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貝氏體
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硬度HRC
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53～55
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38～45
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46～50
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1994年以來的生產使用證明:對斷裂或表面局部磨損輥套采用不銹鋼焊條修復，雖然焊接部位表面硬度降低，但由于耐磨性能好，能滿足生產要求。輥套表面經多次堆焊使用，輥套的可焊性和抗脫落性能較好。使用壽命比設計預期值提高4倍以上。特別是在物料的粉磨功能指數≥10時，采用堆焊方法修復輥套，使立磨比球磨在金屬消耗方面更加節約。
參考文獻:
[1] 梁穎涵，王仲春.大型生料輥式磨技術的新進展[J].水泥，2001，(增刊):82-90.
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