立式磨机磨辊磨盘的硬面堆焊及其应用效果

    1 前言
    堆焊立磨是水泥制粉系统的重要设备，由于工作物料（如钢渣、石灰石等）硬度十分高，有的还具有腐蚀性，在破碎和研磨过程中，磨盘、磨辊等工件受到磨损和冲击。同时由于工件本身的耐磨性不强，因此工件的寿命较短，严重影响正常生产。目前国内水泥生产厂都是采取更换备件的方式来保证生产，造成资金和时间的浪费。寻找一种合理高效的维护方式已迫在眉睫，国外发达国家经数年研制，终于成功开发出了水泥耐磨件的在线和离线明弧堆焊修复技术和专用焊丝。本篇针对堆焊立磨机介绍了通过堆焊延长磨辊和磨盘使用寿命的方法,进而减少停工检修时间和停机次数的经验。
    2 磨机的磨损机理
    磨机的磨损主要是物料对磨辊及磨盘的摩擦损耗而产生的三体磨料磨损。利用电镜和金相组织分析研究可知，随着物料中杂质（如石英和黄铁矿）含量的增加，对磨辊表面形成的磨沟增多且明显变宽，因此，物料中杂质的硬度对磨辊磨损有重要的影响，不同的物料对金属的磨损程度不同，工件的寿命也就不同。因此，磨辊的磨损方式主要是物料中的硬质颗粒对其表面造成的梨沟塑变，使金属表面产生显微切削和碳化物的破碎、剥落。 例如矿渣立磨，通常总体磨损率为10－12g/ ton。不用硬面堆焊，磨损率在较大程度上由游离铁的含量决定。一般使用寿命的计算是以0.3-0.5%游离铁含容量为基准的。游离铁的含量每增加0.1%，磨损的比率就会增加10％。如果游离铁的含量超过1％，一定要在生料进入立磨以前安装除铁装置。硬面堆焊技术会使矿渣立磨受益非浅。不仅仅在降低成本方面，而且经过硬面堆焊处理后，其磨损率仅为高铬铸铁的二分之一 
    3 堆焊工件和铸造工件的性能比较
    以一个滚动的磨盘和一至四个磨辊为代表，靠磨盘和磨辊的内磨来驱动。此类磨主要粉碎石灰石、泥灰石（水泥原料），煤块（用于加热烘干），以及更耐磨的钢铁厂的废渣，所受冲击低，三体磨损。
    多年来，对磨损部件只能采取替换新磨辊和磨盘铸件的方法，然而，铸件靠添加特殊硬质材料来增强抗磨性，而铸造工艺则限制了此类合金的含量。所以，耐磨件从未达到大效用,国外发达国家率先采用药芯焊丝明弧堆焊的方法，各种可改善性能的金属元素可以任意添加，使工件焊后的性能大大优于铸件性能。
    目前，立磨所使用的磨辊、磨盘有两种，即铸造部件和堆焊部件两类。这两种部件耐磨层的化学成分都属于高碳高铬合金铸铁系列，铸造件中含有一定量的ni元素，引起它们耐磨性差异的原因在于两者的显微组织分布状态和性能的不同。在堆焊件的金相组织中，莱氏体基体的显微硬度较高，在hrc以上,达hv623—891，更主要的是组织中碳化物的硬度高达在hrc以上hv1056—1766，且碳化物在基体中呈较强的方向性，垂直于磨损面，为条状分布，与基体的结合强度高。而铸造件金相组织中莱氏体基体的显微硬度较低，仅为hrcv608—720，碳化物的硬度只有hrc hv766—1132，且呈无序分布的颗粒，在磨粒的作用下易从基体中脱落。综上所述，一方面由于组织中显微硬度不同引起两种部件的宏观硬度不同（铸造件硬度为hrc52-58，堆焊件硬度hrc58-64）。另一方面，由于碳化物在基体中分布形态的差异，造成铸造件远低于堆焊件的运行寿命。因此，堆焊后部件在工艺、内在质量、可修复性、经济性等方面优于铸造件。

       4 应用实例
    每一个厂家都希望停工检修周期越长越好，但是由于目前的备件寿命都较短，所以更换频繁，浪费许多时间，造成停产和利润损失。公司首家在国内采用药芯焊丝明弧焊接工艺修复立磨部件,技术上处于领先水平。硬面修复用oa cn－o的性能要优于其它同类产品。它能产生硬质合金nbc。这种沉淀物在堆焊层内紧密的均匀分布，使被研磨材料穿透母体非常困难，因而具有较高的抗磨性。使用oacn－o的部件寿命是新的镍冷硬铸件的2.5倍以上，同时修复成本只是更换新部件的1/4-1/2左右。公司推广的焊接设备采用自动控制技术和模块技术，焊接过程全部自动化，大大提高了效率。此外明弧焊技术焊前不需预热，焊后不用热处理，工艺非常简便。并且在长时间焊接后，磨辊或磨盘表面温度也控制在90℃。尤其是能实现在磨内不拆卸修复，可以大大减少生产中断时间，这也开辟了水泥行业设备维护的新篇章。
    宝钢集团有3台水渣立磨，为了提高产量，降低成本，购买了3套磨内焊接设备和一套磨外焊接设备，专门用于堆焊修复立磨的磨辊和磨盘。自2001年9月以来，该公司采用磨内焊接设备在两台川崎立磨和一台朴莱修斯磨内成功修复了多个磨辊磨盘,收到了良好的效果。

 

        

                      
      图2 三台焊机同时在线堆焊修复莱谢磨磨盘       图3  国内某水泥厂修复后的磨盘

    国内南方某水泥厂堆焊前更换一套辊套需近200万元人民币，而采用明弧堆焊修复成本不到60万元，修复一次就节约140多万元。并且在立磨的磨盘上能进行过20多次硬面堆焊，磨辊上堆焊处理也能达10－20次。如果多次修复，企业所获的效益将十分显著。此外,更重要的是,对于水渣磨来讲,如果没有行之有效的磨内在线修复技术,每两个月倒一次面,每4个月换一次新辊,经济上不可能,生产上也不允许.到目前为止，国内水泥行业和矿渣立磨以及电力系统中速磨厂家已经购买了公司的近30套焊接设备。 

     
                           
       图4 某厂在线修复前的磨辊                    图5  某厂在线修复后的磨辊

 5 生产过程中的磨损和焊接修复 

                表1 某年产60万吨川崎矿渣立磨堆焊及磨损情况统计(2002-2005部分)

生产矿粉量t焊丝磨损量kg平均磨损g/t生产周期h堆焊评估595001602.7600 972424204.3823 1050003203.01308 999004234.21110 1000003773.81415 980003803.91200 10211 

    由表1可见,该矿渣磨磨辊和磨盘的金属磨损量为2.7g-4.3/t,平均3.75g/t.该公司检修计划是每两个月修复一次,每次3-5天,但一般都是利用其它检修或故障时间临时安排堆焊的,主要是因为超细粉供不应求,生产部门不想停机堆焊,当设备出现故障时,不得不安排停机,这也是生产周期不尽一样的主要原因.
自从该公司购买焊机和材料以来,生产部门对堆焊设备以及材料性能一直非常满意.
    6 结论
    采用此种技术修复立磨辊套和磨盘衬板，可以大大提高立磨磨损件的使用寿命。通过使用不同的焊接材料可以成功修复不同基体材料的磨辊和磨盘（铸钢、ni冷硬铸铁和高碳高铬冷硬铸铁），堆焊层不但具有超高的耐磨性，也具有超强的耐冲击性和韧性。综合这种明弧焊修复立磨磨损件的技术的特点和优点如下：
    1、磨内在线修复可以省去拆装磨辊和磨盘所需停机的时间；此外，在停机检修其它设施时可以实施在线修复，无需专门安排堆焊时间；
    2、磨内在线修复可长期保持磨辊和磨盘外形轮廓不变，确保立磨产量不变，磨料粒度不变；
磨外离线修复可堆焊大量的焊丝，将磨损面恢复到新品尺寸，经采用公司的技术和焊材堆焊修复的磨损件，寿命为新品的两倍以上；
    3、不考虑减少停机拆卸增加产量的效益，采用堆焊修复的方法可节约磨辊和磨盘的费用30-70％；
    明弧焊工艺不会造成磨辊或磨盘焊裂，焊接过程工件的表面温度不高于90度；解决了在大型立磨修复领域是埋弧焊禁区的问题，开辟了大立磨工件的修复的新篇章。