0引言水泥工业是我国的基础工业,也是我国工业行业在国际竞争中具有资源优势、劳动力优势、市 场优势、技术优势等综合优势的一个行业,有着良好的发展前景。随着我国成为世界水泥生产第一 大国,对与水泥生产相关的各个行业的技术水平也提出了更高的要求。水泥生产有其特殊性,其生 产过程由矿石制成水泥要经过“矿石破碎—矿石粉磨—煅烧—熟料粉磨”等多道工序,每一道工序 的粉磨工作都要由耐磨材料来完成。因此,一个国家耐磨材料的生产应用水平直接决定了这个国家 的水泥生产技术水平。据不完全统计,我国水泥行业2005年生产水泥约10亿吨。按综合金属 磨耗100g/t计,每年我国水泥行业磨耗掉的耐磨材料达到10万吨。这些磨损不但造成了巨 大的经济损失,而且部件的频繁更换严重影响和制约了水泥的生产。如何减少这些磨损、增加部件 的使用寿命、提高设备利用率,在水泥行业实施绿色再制造,促进循环经济发展,是耐磨堆焊科研 工作者不可推卸的责任。“循环经济”和“绿色再制造”的基本特征就是资源的有效和循环的利用 ,就是把传统的以资源消耗实现增长的模式转变为依靠资源循环来实现发展的模式,就是资源减量 化、再利用、再制造和再循环,其公式可以归纳为:资源→产品→废弃物→再生资源→产品。良好 耐磨堆焊维修技术不但可以使已磨损报废的部件实现“废弃物→再生资源→产品”的转变,而且可 以做到修复后再生产品比新产品更加价廉物美。以目前的技术水平,在报废的各类耐磨材料中,可 堆焊修复再生的部分按10%计,每年需要各类耐磨堆焊材料10000t以上。由此可见耐磨堆 焊技术在水泥行业的市场潜力是十分巨大的。水泥生产规模的大型化带动了水泥生产设备的大型化 发展。2500t/d、5000t/d、10000t/d水泥生产线以成为目前水泥工业的主 流生产线。这些生产线中的关键大型设备如:锤式破碎机、立式磨、辊压机、排粉风机、对辊破碎 机等部件磨损破坏严重,更换造价高。依靠表面耐磨堆焊的方法进行部件的表面予防护堆焊和已磨 损部件的耐磨堆焊修复,可以显著增加设备的使用寿命,降低更换部件的成本,为企业带来巨大的 经济效益。为国家可持续发展做出贡献。1在立磨磨辊及磨盘堆焊方面的应用立磨又称中速磨,已 有近百年发展历史。前期由于受耐磨材料性能所限,只能用于粉磨软质物,如煤、石膏等,在20 世纪70年代随着新型干法水泥技术的飞速发展,立磨以其集粉磨、烘干和选粉于一体、运行经济 的特点被广泛用于水泥原料粉磨。目前,5000t/d以上水泥生产线生料磨大多采用大型立式 磨。由于大型水泥厂原料立磨在剧烈磨损、冲击的工况下运行,制造综合技术高,国内大部分使用 的是进口的立磨磨机,磨损严重的立磨磨辊辊套及磨盘衬板一般采用整体耐磨合金铸造(高铬铸铁 或镍硬铸铁)或复合耐磨堆焊的方法制造。用整体耐磨合金铸造的磨辊及磨盘虽然有着较好的耐磨 性,但存在两个问题:(1)辊体成本较高,磨损到一定尺寸后整个辊体就要报废,虽然可采用堆 焊方式修复,但只可修复2～3次。(2)辊体本身脆性大,容易出现辊体断裂、开裂现象,一旦 出现这种情况,会严重影响设备的运行安全。(3)由于考虑到辊体的加工性能、铸造流动性和辊 体的塑性储备,辊体材料的选择受到限制,无法进一步提高辊体的耐磨性能。国外多家公司在制造 大型立磨磨辊及磨盘时已采用复合耐磨堆焊的方法,即:辊体基体采用韧性良好的低碳钢和低合金 钢,表面堆焊耐磨材料进行有效防护。由于堆焊金属具有组织均匀、晶粒细密、耐磨性能提高空间 大等特点,这样既可以保证工件表面具有优良的耐磨性,又可使辊体具有良好的综合机械性能,不 存在断裂的危险。另外,这种钢基体的工件可反复进行堆焊,这样可大大减少设备的备件成本。立 磨磨辊辊套及磨盘衬板承受着剧烈的低应力磨粒磨损,要求堆焊材料含有大量的合金碳化物以抵抗 磨损。同时,由于辊套及磨盘的有效使用厚度达到120mm左右,这么大的厚度全部堆焊上高硬 度、含有大量的合金碳化物的耐磨堆焊材料,其抗剥落性能必须依靠特殊工艺来实现。针对立磨的 工况,采用MD621、MD611、MD601系列埋弧堆焊药芯焊丝和DH621、DH61 1、DH601明弧堆焊药芯焊丝较为合适。其堆焊金属中含有大量的、细密均布的合金碳化物硬 质点,这些硬质点保证了堆焊金属具有优良的耐磨粒磨损性能。该系列焊丝堆焊时产生均匀密布的 应力释放裂纹,保证了堆焊层即使在高铬铸铁或镍硬铸铁基体上堆焊,也能达到结合性能良好,不 产生剥落现象。堆焊金属焊态硬度在60HRC以上。其中621焊丝为高碳高铌型合金体系,专 用于矿渣立磨磨辊的堆焊,611、601焊丝可根据物料情况选用。生料立磨以选用611为好,煤立磨选用601更为合算。图1、图2分别是堆焊修复磨辊和衬板的现场照片。图1高铬合金铸铁生料立磨磨辊的修复堆焊Fig.1Repairingwelding roller of high chromium alloy cast iron for vertical raw material mill图2莱歇立磨磨盘衬板的修复堆焊Fig.2Repairing welding scaleboard in Loesche vertical mill由于MD621、MD611、MD601埋弧堆焊药芯焊丝堆焊效率高、焊缝成型美观、 堆焊质量稳定、没有弧光和焊接烟雾等优点,且埋弧堆焊设备技术早已成熟,且价格低廉,方便使 用。因此对于专业厂新的钢基体辊套的制造堆焊或拆卸下来的旧辊套的修复堆焊非常合适。而DH 621、DH611、DH601明弧堆焊药芯焊丝由于没有焊剂回收等问题,更适合于立磨磨辊 辊套及磨盘衬板的现场不拆卸堆焊修复。2在辊压机挤压辊堆焊方面的应用辊压机是20世纪80 年代末从国外引进的一种高压粉磨设备,具有高效节能的特点,经过不断改进和完善,这种设备得 到了在水泥行业得到了大量推广。辊压机是用途广泛的一种高效节能的粉磨设备。尤其适用于水泥 熟料的粉磨,而且对石灰石、高炉矿渣、石灰砂岩、原煤、石膏、石英砂、铁矿石等的粉磨也很有 效。辊压机的主要特点就是高压,主要利用50～300MPa的高压对物料进行挤压,达到粉碎 的目的。辊压机极其恶劣的工作条件造成辊面磨损严重,因此,在制造辊压机时就必须对挤压辊表 面进行有效防护。而在挤压辊表面堆焊耐磨材料是目前全世界公认的最有效、最简便的方法。这主 要有两个原因:一是堆焊材料和工艺便于不断进行改进和调整;二是挤压辊在使用一段时间后必然 要产生磨损,而由于挤压辊非常昂贵,绝大多数情况下不可能更换,只有在现场继续对其进行修复 。在这种情况下,只有采用堆焊的方法才能进行快速、有效的修复。辊压机辊面工作中承受着高应 力磨粒磨损,辊体材料为锻钢34CrNiMoA或45钢。解决高应力磨粒磨损不但需要耐磨堆 焊材料有足够高的焊态硬度(60HRC),而且需要材料有良好的抗裂性能(辊面不能有超过1 80mm长的连续裂纹,裂纹间距不得小于250mm)。由于高硬度的辊面耐磨层与辊体材料的 强度有比较大的差距,直接堆焊到辊体上的耐磨层易于出现大面积剥落问题,因此必须在辊面耐磨 堆焊层和辊体材料之间设计堆焊不同强度级别的堆焊材料保证堆焊的可靠性。针对这种情况设计研 制的ZD1、ZD2、ZD3和ZD310系列耐磨堆焊材料,分别为辊压机耐磨堆焊系列材料中 的过渡层、缓冲层、硬面层和耐磨花纹层焊接材料。ZD1过渡层具有非常优良的韧性和抗裂性, 在辊体运行过程中,如耐磨堆焊层表面出现较大裂纹,ZD1可以起到很好的保护作用,使裂纹扩 展止于ZD1堆焊层,不会继续向辊体扩展,对辊体起到了良好的保护作用;ZD2缓冲层具有很 高的强度级别,对耐磨层起到了很好的支撑作用,ZD2堆焊层的良好性能,使整体修复后的辊压 机在使用过程中不会出现掉块和剥落现象;ZD3堆焊层具有高韧性与良好耐磨性的综合性能,其 堆焊层硬度在55HRC以上,耐磨性较好;在连续堆焊过程中ZD3堆焊层无裂纹,具有较好的 抗裂性。辊压机实体运行表明:完整的耐磨花纹层能使细粉料在辊面形成“料垫”,保护辊体不被 磨损。但很难形成完整的料垫。ZD2强度级别高,但耐磨性不好,如果没有ZD3耐磨层,辊体 没有形成“料垫”的部位会很快磨损,与耐磨花纹形不成寿命匹配。ZD3耐磨层的存在,使辊压 机耐磨结构更加合理和有效;ZD310耐磨花纹层是直接与物料接触的部分,其耐磨性的优劣直 接影响辊体的使用寿命。ZD310耐磨焊丝属多元合金强化,其堆焊层硬度在59～62HRC 之间,堆焊层由于硬度高、耐磨性好,其耐磨性比高铬铸铁堆焊层好,且比高铬铸铁堆焊层的结合 性好,非常适于辊压机耐磨花纹层。该通过这几种材料的合理搭配,形成辊面硬度梯度,有效保证 了辊面的使用寿命。辊压机挤压辊的表面堆焊根据情况可采用不同的堆焊方法:生产现场辊面局部 小面积磨损或剥落,堆焊修复可采用ZD系列手工电焊条(包括过渡层焊条ZM、硬面层焊条ZD 3和耐磨花纹层焊条ZD310),其优点是灵活,对设备及焊接人员要求低,缺点是焊接效率较 低。现场辊面的大面积磨损或剥落的修复,以及辊面整体不拆卸大修,可采用ZD系列耐磨堆焊C O2气体保护焊药芯焊丝,包括过渡层ZD1、缓冲层ZD2、硬面层ZD3和耐磨花纹层ZD3 10(见图3)。CO2气体保护焊堆焊效率是手工电焊条的3～4倍,堆焊质量也明显优于手工 电焊条。非常适合于水泥厂生产任务紧张、检修时间短而又没有备用辊子的情况下的现场抢修。辊 压机运行2～3年后,中间经过几次现场堆焊修复,辊面层已严重疲劳破坏,需要把辊体拆下运回 专业厂进行恢复性大修。先把辊体表面的疲劳裂纹层彻底去除,然后采用ZD系列埋弧焊堆焊药芯焊丝(包括过渡层ZD1、缓冲层ZD2、硬面层ZD3和耐磨花纹层ZD310)进行堆焊恢复。埋弧焊方法具有较高的焊接效率和优异的焊接质量。能够充分满足辊体恢复性大修的堆
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