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立磨磨辊磨盘硬面堆焊在建材行业的发展和应用回顾

纯阅读 作者:王存 张会江 王一辛
单位:北京科技大学,北京奥邦新材料有限公司
来源: 发布日期:2015-08-26
立磨是水泥制粉系统的重要设备,但是由于工作物料(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。传统上国内水泥生产厂都是采取更换备件的方式来保证生产,但势必造成资金和时间的浪费。

  1 引言

  立磨是水泥制粉系统的重要设备,但是由于工作物料(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。传统上国内水泥生产厂都是采取更换备件的方式来保证生产,但势必造成资金和时间的浪费。

  上世纪90年代中期,欧洲开发推广了立磨磨辊磨盘的离在线堆焊修复技术,解决了当时立磨生产中存在的磨辊磨盘磨损严重和寿命短的弊病,既降低了生产成本,又减少了不必要的停磨时间。

  从1998年开始,作者就一直寻求合理高效的维护方式。自2001年参与对中国第一台矿渣磨在线堆焊修复以来,在国内开展了水泥或矿渣立磨磨辊和磨盘的明弧堆焊修复技术,选择了合适的特殊药芯焊丝,到2008年八月,作者已经直接和间接对至少100台生料磨和矿渣磨进行了多次离线或在线堆焊修复,并参与了至少160只宇部、川崎、沈重、非凡、莱歇和天津院等立磨的新辊备件的制造,用于替代进口。实践表明,相对铸造件,明弧堆焊修复可使水泥或矿渣立磨磨辊和磨盘的寿命提高一倍;采用复合制造的方法生产新品,成本是原装进口的1/2左右,寿命却与之相当。本篇回顾了作者在过去涉及的多种类型的立磨堆焊情况和使用效果。

  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碾动磨削,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,不用硬面堆焊通常总体磨损率为10-12g/ ton。但磨损率在较大程度上由游离铁的含量决定。研究表明,游离铁的含量每增加0.1%,磨损的比率就会增加10%。由于磨损率较高,其使用寿命较低。

  3 堆焊工件和铸造工件的性能比较

  3.1 铸造工件与堆焊工件的差异

  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),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,铸件靠一种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,耐磨铸件从未达到最大效用,表现为由于局部过度破坏,造成工件使用寿命低。公司采用明弧堆焊的方法,对磨损报废的工件进行堆焊修复,也大量复合制造新品,利用药芯焊丝中各种可改善性能的各种金属可以容易的加入,使工件堆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。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--62).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。图1为作者在过去近10年来对典型的立磨磨盘磨损曲线的总结。

  图1  未堆焊的磨盘磨损数据表

  图示蓝、绿、红线分别表示三种规格的未堆焊的磨盘在半径方向磨损深度,可以看出磨损程度很大。

  图2 堆焊后的磨盘磨损数据图表

  蓝、绿色线表示与图1相同的两种规格的磨盘堆焊后在相同使用条件下的磨损深度,图示可见磨损程度显着减少。磨辊的情况与磨盘情况相似。综合计算结果,可以认为堆焊磨辊磨盘的寿命是铸造件的2倍左右。

  3.2 铸造工件的缺陷

  铸造耐磨件较之堆焊件在同样的硬度水平下,因韧性差而更易断裂,如图3所示,浙江某水泥厂铸造磨辊磨盘在使用未达到寿命时就发生了断裂。而由图4可清晰地发现,铸造磨辊坑坑洼洼的破坏外观,更能证明其韧性差,较易不均匀剥落。

  3.3不同铸造工件的质量差异

  而铸造工件也因制造厂家不同,其耐磨损耐剥落性能也存在较大差异,如图5和图6 所示。同一水泥厂的两台立磨,生产时间相同,但其磨辊的外观差别明显。

  4 立磨辊套和衬板断裂的情况

  4.1 因内在缺陷发生断裂

  有些铸造磨辊因其内部存在缺陷,在堆焊过程或焊后使用过程中也会发生断裂,如图和图。调查发现,某国外公司为中国客户的立磨采购的磨辊是新签约的生产商制造的。该制造商共给中国客户提供了三只辊子,2003年均出现了断裂。此事发生在山西和江苏的两个钢厂的水渣磨上。

  同一家立磨公司提供的磨辊,在2008年的国内山东省某水渣磨上使用,在工艺合理的情况下在线堆焊后有两只辊也发生了断裂,一只辊堆焊前就发生了断裂。图9-1为其中一只辊断裂后的情况。某厂锥型辊使用2个月后情况。

  实际上,业内普遍认为,水渣立磨磨辊磨盘必须是可焊的,否则每一两个月就停产换辊,将使生产难于安排,最重要的是磨辊磨盘消耗将吃掉所有生产利润。

  所以辊子的质量取决于材料的设计,也决定于生产工艺和热处理工艺,每一步都须非常仔细。

  4.2 因堆焊过厚产生断裂

  在磨损特别严重的情况下,比如已经磨掉了基体1/2-2/3厚度,在堆焊过程或之后,经常出现本体断裂,如图10和图11。因此通常来讲,应尽量在磨辊未受到严重磨损时安排堆焊修复,既保证产量高,也会避免出现本体断裂,造成较大的损失。

  4.3  因堆焊工艺不合适而断裂

  实际上,如果堆焊工艺选择不合适,也会发生辊子断裂的情况。堆焊工艺主要涉及堆焊过程辊面的温度和是否使用过渡层等。这方面的失败事例很多,如北京某公司为杭州某水泥公司在2006年堆焊辊子的过程中发生断裂;该同一公司在大同电厂在线堆焊施工时,将两只MPS中速磨辊焊裂;同一公司在2005-2006年在堆焊石嘴山电厂磨辊时,焊裂2只;另一公司为大连庄河电厂中速磨堆焊时,未焊完即发现有一辊断裂。

  4.4  因堆焊焊丝选择不当

  如使用焊丝焊后金属收缩系数与欲焊工件相差较大;或是焊丝配方设计不合理;还有如焊丝杂质成分高等都有可能造成辊子堆焊断裂或者剥落。此外不是焊丝的成分相似就意味着性能相同,也就是说只靠简单地模仿焊丝成分,是不能达到其最佳的使用和焊接性能的。因此在选择堆焊材料时,应立足于大厂和品牌以及有名气的厂家,价格不能作为唯一或第一的选择。图12为堆焊厂采用国内某品牌焊丝堆焊后未使用前即发生了大面积剥落。西北某堆焊厂使用北京某焊丝厂焊丝堆焊的磨辊的外观如图13,不难发现,其外观相当难看。

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