ZGM型中速磨磨辊磨损分析及修复技术

摘要：分析ZGM中速磨磨辊的磨损情况，探讨了修复机理，并总结出相应的修复技术。

关键词：ZGM中速磨   磨损  修复

1 前言

磨煤机是火力发电厂重要的设备之一。在ZGM型中速磨煤机中，磨辊、衬瓦等属于磨煤机的关键部件。机组正常运行中，这些部件由于长时间承受重载荷研磨，高溫带压风粉混合物冲刷等因素， 磨损严重且磨损速度快。其磨辊的耐磨性直接影响到制粉效率、煤粉质量、设备安全等。当磨辊磨损达到某一限度后，磨煤机出力逐步下降，石子煤逐渐增多，机体振动加大，危及到设备正常运行。

2  工况分析

2.1  ZGM型中速磨煤机结构及工作原理

该型磨煤机同其它形式中速磨结构相近，基本上由传动部件、碾磨部件、分离器和机槊等几部分组成，如下图所示。

其工作原理为：该磨煤机具有相距 120～的 3个大磨辊 ，3个磨辊之间的相对位置固定 ，被转动的磨盘带动，在磨盘上滚动。磨碎煤料所需的压力是通3个磨辊自重及其上方的液压加载机构施加的，加载油压一般为（4.2 MPa—15.8MPa）之间。当中心落煤管落到磨盘锥形帽上的原煤时，经过碾磨的煤粉从磨盘切向甩出，被热一次风吹到分离器，合格的细粉被一次风带出分离器通过输粉管道送到炉膛中燃烧，较粗的煤粉返回重磨。磨辊是碾磨煤粉的主要部件，辊套的材料与磨盘衬板材料相同，这是为了保证其使用寿命和更换与衬瓦相匹配。磨辊衬板是在较高的温度下运行的，要承受相当大的碾磨压力（单辊加载力从最小54.25KN---217KN）以及因较大石子煤、黄铁矿、铁块等杂物带来的巨大冲击力。这就要求磨辊衬板一方面除了要具有良好的高温耐磨性;还要具有一定的抗冲击性。

2.2  磨辊的荷载分析

有上面的工作原理我们可知，ZGM中速磨煤机在运行时，输入电机通过减速机之后，带动磨盘转动，从而带动磨辊自转，使得磨辊、磨盘和煤料构成三者之间的磨料磨损。其受力简图如左图所示： 磨辊运行耐受到本身重力G、液压加载系统的加载压力Fx，磨料对磨辊的作用力FM等力的作用下，磨辊主要承受以下几种载荷作用

a.磨辊在碾压过程中受到的磨料磨损作用;

b.磨辊上部液压加载压力和磨辊自重使磨辊受到交变辗压载荷作用;

c.由于煤中有一定量的较高硬度杂质，使磨辊在磨煤过程中承受一定的硬杂质冲击载荷作用 。

2.3  磨辊的磨损分析

通过上面受力分析我们可以得出，理论上我们可以分析出磨辊外侧磨损比内侧严重，磨损具有方向性呈波浪状。实际检查也佐证了这一判断，广州恒运企业集团股份有限公司的磨辊磨损如右图所示，该磨辊磨损形貌中，磨辊外侧磨损 比内侧严重，磨损具有方向性呈波浪状。经过分析认为，磨盘轨道外侧煤积聚量较多，因此磨辊外侧受煤料的挤压和磨损程度大于内侧。 另外磨辊外侧与磨盘间的线速度差远大于磨辊内侧与磨盘间的线速度差。因此煤料对磨辊的磨料磨损主要作用在外侧。通过仔细观察，其典型特征为犁划沟槽、裂纹和疲劳磨损。其磨损机理比较复杂，纯煤本身的硬度较低，不能对镍硬铸铁产生切削和犁划作用， 但煤中有高硬度的煤矸石和黄铁矿等杂质，这些硬磨料则能产生这些作用。

我们还发现，在磨损面上其组织基体分布着大量龟状裂纹、晶界裂纹，如右图所示：对于磨辊某一磨损面来说，除煤料和其它硬磨料反复挤压和擦划外，还受到一定冲击作用结果使磨辊材料表层不断产生弹塑性变形，在反复塑性流变过程中，变形脆化，疲劳磨损，从而表现为裂纹。

3  修复技术及经济性分析

3.1  磨辊的修复选材

通过对磨辊磨损分析，其失效原因有犁划磨损、 疲劳磨损以及脆化相断裂等。根据这些磨损机理，认为材质选择应考虑以下综台因素：

a.材质各组成相整体要有较高的硬度 ;

b.材质要具有一定抗冲击能力的韧性 ;

c.生产工艺简单，成本较低，不易产生冶金缺陷;

故此我们选用高Cr焊丝作为修复材料，但是C量不要过低 ，且含有一定量的 Mn和 Si。其主要参数如下表所示：

3.2  磨辊的修复技术

在选定修复材料之后，自2012年开始，广州恒运企业集团股份有限公司就采用明弧自动堆焊的方法对磨辊进行修复，其修复技术方案如下：

3.2.1 堆焊准备：在准备开始堆焊之前，首先用钢丝刷把磨辊表面的铁锈清理清理干净，清除粉尘。

3.2.2 堆焊方法：明弧自动堆焊，焊丝规格：Ф2.8㎜，焊接电流（I）：500A;焊接电压：32～35V;焊丝干伸长（L）：30～35mm，焊接速度：每分钟1.5-2米，焊量为每小时6-8公斤。焊道重叠率：25%--35%，焊道喷水雾冷却。

3.2.3 堆焊过程：接通焊接电源，然后调整焊丝位置，使焊丝伸出25～30mm，启动变位机，电弧稳定以后从磨损最严重区域开始堆焊，一般应由磨辊的外缘向内堆焊，焊完一道后再堆焊第二道，下一道焊缝应该覆盖前一道焊缝的30%，堆焊过程中应该控制焊层的温度等;

3.3 磨辊堆焊成型检测、记录

3.3.1  堆焊过程中的检测：磨辊衬板堆焊过程中随着堆焊层不断增加，正确使用专用卡具随时检查堆焊尺寸是否均匀，是否合格。

3.3.2  堆焊后檢测：磨辊衬板堆焊结束以后，使用专用卡具量具测量堆焊件，确定是否已经满足使用要求，在技术要求的公差以内方能视为合格。

3.3.3  堆焊后探伤检测：对堆焊的磨辊衬板要有选择的做着色探伤抽查。

3.3.4  堆焊后硬度检测：对堆焊的磨辊衬板要有选择的批次做硬度抽查。

3.3.5  做好各种记录编号：堆焊日期;焊材种类，数量;规格型号;堆焊件编号等。

3.4   经济性分析

3.4.1  直接经济效益

堆焊的经济效益以恒运电厂ZGM-80G/ZGM-95N系列磨煤机为依据计算：堆焊一个辊套成本约为（焊丝平均单价30元/KG*焊丝平均用量300KG*+电费+人工机具费）1～1.3万元/辊套，以恒运电厂近年来辊套的平均价格来算，辊套平均价格约为4.1万元/只，单只辊套节省约2.8万元，具备一定的经济性。

3.4.2  间接经济效益

堆焊后的磨辊耐磨性大幅提高，根据近年来的对比测量结果，堆焊后的碾磨件比原厂的备件同期磨损量要小40%--50%左右，可以大幅降低检修工作量，降低设备检修费用。同时废旧磨辊的修复使用，也带来了一定的社会效益。

4  结论

4.1  ZGM中速磨煤机磨辊的磨损主要是由犁划磨损、 疲劳磨损以及脆化相断裂等造成的

4.2  采用高Cr焊丝，采用明弧自动堆焊可以修复磨损的磨辊，能降低ZGM中速磨磨辊的维护成本。

参考资料：

〔1〕 荣守范 朱永长   铸造金属耐磨材料实用手册   化工出版社  2010年

〔2〕 周振丰  焊接冶金学（金属焊接性） 机械工业出版社  2006年

〔3〕 北京电力设备厂ZGM-95N、ZGM-80G中速辊式磨煤机使用和维护说明书

作者简介：沈抄华 （ 1984一 ），男 ，毕业于武汉大学动力与机械学院，工学学士 ，现主要从事发电厂辅机设备管理工作。