TRM25立磨輥套斷裂與表面磨損的修復(fù)
作者：任永剛 張雷震 單位：新鄉(xiāng)水泥廠 新鄉(xiāng)市第二機(jī)床廠
中圖分類號:TQ172.632.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1002-9877(2003)01-0046-02
1 TRM25立磨輥套的斷裂分析和焊接方法
TRM25立磨輥套材質(zhì)為高鉻鑄鋼，表面硬度HRC≥55，部件凈重3.9t。輥套斷裂呈軸向，裂縫寬度5～7mm。
通過對幾起斷裂輥套的斷面觀察發(fā)現(xiàn):①斷口上有不規(guī)則縮孔，有些縮孔沿軸向或周向長達(dá)100mm以上；②斷口金屬內(nèi)鑲嵌有鐵豆；③輥套內(nèi)外表面上有加工后的夾渣殘留；④斷口面上的金屬結(jié)晶從表向內(nèi)，由細(xì)變粗。
1.1 輥套斷裂的原因分析
輥套結(jié)構(gòu)和斷裂形狀如圖1所示。
圖1 輥套結(jié)構(gòu)與斷裂特征
1)從斷面反映狀況看，輥套斷裂失效與鑄件的鑄造工藝和熱處理工藝有直接關(guān)系，這是輥套產(chǎn)生斷裂的根源，本文不多闡述。
2)從輥套結(jié)構(gòu)形狀看，輥套與輪轂的配合面有2個(gè)，一個(gè)是柱面配合，另一個(gè)是錐面配合。由于輥套和輪轂的2對配合表面存在加工誤差，輥套與輪轂裝配時(shí)就很難保證柱體和錐體面的同時(shí)接觸，這種局部的不良接觸，會(huì)使輥套在有配合間隙部位或有鑄造缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中。
3)立磨生產(chǎn)過程中不但存在著粉碎大顆粒物料時(shí)的振動(dòng)，而且在入磨熱氣體作用下，開停磨時(shí)，輥套還受到溫度變化的作用。特別是在冬季，輥套表面會(huì)在零下幾度的狀態(tài)中迅速在幾分鐘時(shí)間內(nèi)上升到100～200℃，這會(huì)使輥套在熱應(yīng)力、熱處理殘余應(yīng)力和粉磨力作用下，在有鑄造缺陷且輥套與輪轂有配合間隙的部位發(fā)生斷裂。斷裂是從輥套大端向小端發(fā)展的。這從輥套斷裂焊接修復(fù)又發(fā)生裂紋的發(fā)展變化得到證實(shí)。
1.2 預(yù)防輥套斷裂的措施
1)鑄造好的零件應(yīng)進(jìn)行探傷，排除有鑄造缺陷的零件。
2)安裝過程中，盡可能通過試裝配使輥套與輪轂在柱面和錐體面上能同時(shí)接觸，當(dāng)出現(xiàn)接觸不良時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修刮且優(yōu)先保證錐面的良好接觸。
3)在開停磨時(shí)，要嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范控制升降溫時(shí)間。
4)在日常生產(chǎn)中，當(dāng)出磨成品的水分≤0.8%且不影響窯磨系統(tǒng)風(fēng)量平衡的情況下，盡量降低入磨氣體溫度。
5)控制入磨物料配比和粒度，盡量避免立磨生產(chǎn)中的強(qiáng)烈振動(dòng)。
6)當(dāng)輥套大端磨損后，適時(shí)進(jìn)行堆焊；磨盤襯板磨損深度≥30mm時(shí)適時(shí)調(diào)面或更換。
1.3 輥套斷裂后的焊接
斷裂輥套的焊接方法目前有2種:一是采用淺層焊接；二是對斷口進(jìn)行全厚度焊接。
采用第1種焊接方法時(shí)，輥套可以不拆卸，在磨內(nèi)完成焊接。具體操作是用角向砂輪將裂縫打出深25～30mm的“V”型坡口，對焊縫進(jìn)行預(yù)熱后，用A302焊條進(jìn)行焊接，焊接過程中應(yīng)注意對焊縫進(jìn)行適時(shí)的應(yīng)力消除，防止因熔化金屬冷卻收縮導(dǎo)致在焊縫邊緣產(chǎn)生新的微細(xì)裂紋。焊完后需保溫緩冷。此種修復(fù)方法快，對生產(chǎn)影響較小，但不能保持輥套與輪轂間的良好配合，生產(chǎn)過程中，在粉磨力的作用下，使用一段時(shí)間之后，仍會(huì)在焊縫處重新裂開。此方法最多可重復(fù)2次。
第2種方法焊接需拆下輥套。用普通焊條形成的電弧熱開出坡口并清出裂縫中的雜質(zhì)。用電弧熱一能避免斷面上的微細(xì)裂紋產(chǎn)生氧化；二能將這些微細(xì)裂紋在保護(hù)氣體中熔接；三能使斷口金屬的含碳量適當(dāng)降低，為再焊接創(chuàng)造條件。由于輥套厚度為150mm，在清理開出坡口時(shí)，盡量開成“X”型坡口。焊接時(shí)最好選擇在晝夜溫差較小的季節(jié)進(jìn)行，焊接中的預(yù)熱、緩冷和適時(shí)消除焊接應(yīng)力都是十分必要的。輥套內(nèi)孔柱面和錐面因焊接產(chǎn)生的橢圓度誤差一般≤0.8mm，在安裝前通過試裝配檢測和砂輪修磨，其配合能滿足技術(shù)要求。焊接強(qiáng)度能滿足立磨在設(shè)計(jì)產(chǎn)量75t/h左右安全運(yùn)轉(zhuǎn)。采用此種方法焊好的輥套，從1994年10月使用后，目前立磨產(chǎn)量穩(wěn)定在76～83t/h，輥套的焊接費(fèi)用在5000～8000元，比購買新輥套節(jié)約8萬余元。
2 TRM25立磨輥套外表面磨損的修復(fù)
2.1 輥套表面的磨損特征
TRM25立磨磨盤直徑為Φ2500mm，磨輥大端Φ2150mm，小端Φ1850mm。磨輥小端起著粗碎和布料的作用，其表面磨損以碰撞滑動(dòng)摩擦為主，加之粉磨作用力相對較小，因此表面磨損特征不明顯；大端部分起著細(xì)碎和研磨的作用，其表面磨損以切削和擠銼為主，在較大粉磨力作用下，磨痕比較明顯。明顯的磨損部位在距大端約20～100mm的范圍。磨輥套在運(yùn)行10000～30000h中從大端至小端表面的磨損如圖2。從1992年5月使用，至2002年8月，輥套平均中徑處的直徑縮小6mm左右，小端直徑縮小7～9mm，由于對輥套大端主要磨損部位經(jīng)常堆焊，也減緩了輥套其它部位的磨損。
圖2 運(yùn)行時(shí)間與輥套表面從大端到小端的磨損關(guān)系
2.2 輥套表面磨損后的修復(fù)
TRM25立磨輥套大端局部相對磨深≥5mm后，在油缸給磨輥施壓不變情況下，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量逐步降低，產(chǎn)品細(xì)度變粗。若不更換輥套，應(yīng)適時(shí)對主要被磨損部位進(jìn)行堆焊。具體堆焊方法是:先對輥套表面進(jìn)行預(yù)熱，溫度在200℃上下，然后先用A302再用A307進(jìn)行分段對稱堆焊。堆焊后的輥套不平整表面不影響立磨的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。從1995年以來，已對TRM25立磨2個(gè)輥套進(jìn)行了多次堆焊。目前，每堆焊1次可保持產(chǎn)量在76～82t/h，粉磨生料15～20萬t。1992年安裝的2個(gè)輥套，在精心維修情況下，一直安全使用，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間在35000h以上。
3 輥套修復(fù)后其機(jī)械性能及使用情況
對斷裂或表面局部磨損輥套修復(fù)前后的金相組織和硬度檢測如表1。
表1 堆焊前后金相組織
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狀態(tài)
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焊前表面
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焊后表面
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過渡區(qū)
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金相組織
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馬氏體
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奧氏體
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貝氏體
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硬度HRC
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53～55
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38～45
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46～50
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1994年以來的生產(chǎn)使用證明:對斷裂或表面局部磨損輥套采用不銹鋼焊條修復(fù)，雖然焊接部位表面硬度降低，但由于耐磨性能好，能滿足生產(chǎn)要求。輥套表面經(jīng)多次堆焊使用，輥套的可焊性和抗脫落性能較好。使用壽命比設(shè)計(jì)預(yù)期值提高4倍以上。特別是在物料的粉磨功能指數(shù)≥10時(shí)，采用堆焊方法修復(fù)輥套，使立磨比球磨在金屬消耗方面更加節(jié)約。
參考文獻(xiàn):
[1] 梁穎涵，王仲春.大型生料輥式磨技術(shù)的新進(jìn)展[J].水泥，2001，(增刊):82-90.
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