磨辊堆焊技术现状的解析探讨

2014-01-24龙伟华

中国新技术新产品 2014年4期

关键词：磨辊磨料耐磨性

龙伟华

（浙江省能源集团台州发电厂，浙江台州 318016）

磨辊堆焊技术现状的解析探讨

龙伟华

（浙江省能源集团台州发电厂，浙江台州 318016）

随着经济的发展，煤矿事业发展也越来越快，在磨煤机工作中，磨辊是非常重要的一个环节。本文重点讲解磨辊堆焊技术的现状，希望能够为同行提供借鉴。

磨辊；堆焊技术；现状；发展

1 引言

近几年，随着硬面堆焊技术的推广，其应用范围也不断的扩大：矿业、煤、石油钻井工业等。在我国，磨煤机是火力发电厂的重要设备之一，而磨煤机磨辊又是磨煤机的关键部件，其质量的好坏，特别是其耐磨性直接影响到作业率、煤粉质量、磨辊消耗以及生产成本。但由于我们所使用的煤种煤矸石含量偏高，加之设备等因素的影响，磨辊的寿命成为亟待解决的问题。

2 技术关键分析

2.1 磨辊失效原因分析

煤磨辊失效形式主要是煤对磨辊及磨盘的摩擦损耗产生的三体磨料磨损，在磨料磨损中磨料硬度是一个重要指标，磨料本身的莫氏硬度比较低，为1.0～3.75（相当于HV50-214），但对于磨辊磨损起主要作用的却是煤中含有的矿物杂质，以粘土、方解石、石英和黄铁矿为主，他们的硬度在HV1000左右，远远大于磨料的硬度，特别是煤矸石的存在使得磨损表面产生塑性变形形成犁沟，加上磨粒压入磨损表面或磨粒对磨损表面的严重划伤，磨损材料中磨沟增多并明显变深变宽，最终导致磨辊寿命大大降低。

2.2 提高堆焊式磨辊耐磨的方法

2.2.1 堆焊材料的选择

目前国内堆焊材料种类较多，从化学成分来看有低合金钢及高锰钢等，低合金钢在抵抗意外冲击形变方面确有优良的性能，但其主要缺点是生产中的淬裂。而作为靠加工硬化来提高耐磨性的高锰钢，在低应力的磨辊磨料磨损中其作用很难得到发挥。目前国外广泛使用高碳铬铁，因为它具有较高的韧性及抗磨性，同时在该合金系中加人钒、硼、钼、钨等合金元素后其耐磨性明显提高。为了便于制作和化学成分的调整，一般选用管状药芯焊丝。

2.2.2 堆焊工艺

在选定堆焊材料之后，如何保证堆焊层在具有一定耐磨厚度的同时（一般在50～70mm）而不出现剥落，这就需要合理的焊接工艺来保障。确定合适的堆焊工艺使焊缝组织中碳化物硬度、分布状态、尺寸以及与基体的结合强度从而达到最佳状态。为此要选择合适的焊接电流、焊接电压、焊接速度、冷却方法等。堆焊工艺流程图如图1所示。

2.2.3 磨辊的结构改进

堆焊磨辊运行中出现的另一主要问题是不均匀磨损，磨辊的磨损型线见图2，图中将磨辊型线分为三个区: A 区—离大头边缘100mm 范围内易脱落的部分；B 区—磨损较严重的部分，也是重点提高耐磨性的部分；C 区—小头部分，约占辊子长度的1/3 ，磨损较轻的部分。

图2 磨辊磨盘相对关系及磨损型线

于磨辊的磨损是不均匀的磨损，图2中A区几乎不起磨煤作用，但是，它的凸出增加了崩落的倾向以及在一定时期影响磨煤机出力，因此改进A 区的结构和硬度—韧性匹配可以使磨辊磨损较均匀，从而也提高耐磨寿命。

表1 XX公司产品化学成分及对应价格表

综上所述，为了提高高碳高铬堆焊层的耐磨性，除了提高组织中基体的硬度之外，更重要的是要通过合适的堆焊工艺来获得最佳的碳化物硬度、尺寸和分布状态等。

3 质量与成本问题

一般而言，磨辊低寿命会带来许多成本问题，以日本进口的堆焊式磨辊为例，其运行寿命平均为5500h左右，远远大于国产的双金属铸造式磨辊，但其价格昂贵，对企业来说是一个沉重的负担。因此目前的研究重点是如何尽快研制出高寿命低成本的磨辊，且由于堆焊式磨辊的堆焊再生特点，堆焊修复问题也是不可忽略的一部分。针对性价比问题，就XX应用材料高科技有限公司目前的产品为例来具体说明，其对应具体化学成分如表1所示。

从上表可以看出，三种系列主要成分大体一致，区别在于添加的B、Mo等含量，而且价格也随之变化。目前市场上90%为高碳铬铁，其余10%为添加铌、钼、硼等元素，以硼为例，其添加量必须得到控制，添加量太高，则焊材容易剥落，添加量太低，则其起到的作用就不大，因此这些元素的添加都是受到严格控制的。经测试，DB101系列的药芯焊丝能达到的寿命为8000h，而DB901系列能达到10000h，大大提高了使用寿命。目前磨煤机的能源修复周期为6000-8000h，为了符合能源修复周期，达到最佳质量成本控制，选择合理的焊丝材料就显得非常重要了。因此加强焊前检测及评估，采用堆焊复合耐磨件，合理选择耐磨材料及耐磨堆焊工艺，如采用线径为2.8mm和3.2mm相同焊丝进行比较，结果发现线径为2.8mm的焊丝所焊的辊质量比3.2mm的好，这与相对冷却速度有关；以及提高堆焊设备的自动化水平，并进行焊后检验，都是保证堆焊质量的重要步骤，最后达到保证堆焊磨辊的运行，减少检修，降低因耐磨件故障导致的停机频率和时间，才能提高产品质量，降低运营成本的目的。

4 磨辊耐磨时的注意事项

磨辊耐磨堆焊过程中应严格遵守各项工艺制度，除此之外还有一下几点：

（1）温度的控制。堆焊过程有大量的热能释放，促使温度升高，为了避免累积热量过大，防止工件温度过高对工件造成的损害，安装雾化喷水装置或压缩空气对焊层进行冷却，加速冷却来提升应力释放效果。堆焊过程中，对工件温州进行严格监控，控制温度不得超过90摄氏度。严禁直接在焊层表面喷洒水，用以降低焊层表面的温度。直接喷洒水的冷却方式，只会加速耐磨层的剥落。

（2）堆焊过程中宜选用大电流，以增加耐磨层的熔合性。

（3）堆焊过程中，随时使用专用卡尺测量磨辊外型尺寸，以便及时调整焊接范围和焊接层数。