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煤粉的制造是火力發(fā)電廠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。60年代發(fā)展起來的中速碗式磨煤機以其高效節(jié)能、安全可靠等突出優(yōu)點正在逐漸取代傳統(tǒng)的鋼球磨煤機。目前國內(nèi)已裝機運行和正在裝機中的中速磨煤機近300臺。主要有RP、HP、MPS、MBF等四種型號。由于國內(nèi)電廠用煤種類較多，雜質(zhì)偏高，可磨性較差，使中速磨煤機的重要工作件磨煤輥的耐磨壽命問題成為其能否安全經(jīng)濟運行的關鍵。
RP型中速碗式磨煤機是美國CE公司60年代在傳統(tǒng)的淺碗式磨煤機的基礎上發(fā)展起來的專利產(chǎn)品。70年代，日本三菱公司引進CE公司這一專利開始制造RP碗式磨煤機，銷往中國和其他國家[1]。這種磨煤機的特點之一是采用堆焊式磨煤輥由于這種磨煤輥可反復修復使用，具有較高的經(jīng)濟性。美國和日本均很重視發(fā)展其制造及修復技術，不斷從結(jié)構(gòu)和耐磨材料兩方面來提高磨煤輥的壽命。在結(jié)構(gòu)上，主要是通過增大耐磨材料的體積，發(fā)展大尺寸磨煤輥和改進錐型磨煤輥為輪胎型磨煤輥兩種途徑來提高壽命。在材料方面，美國早期發(fā)展的標準NI-HARD用在磨煤輥上壽命僅4,000小時；70年代到80年代，日本三菱公司成功發(fā)展了高鉻高碳合金鑄鐵堆焊材料，把磨煤輥壽命提高到6,000小時，80年代美國又發(fā)展了一種新型耐磨堆焊材料,名為COMBUSTALLOY，使磨煤輥壽命進一步提高[2]。
80年代我國也從CE公司引進了這項技術，在上海重型機器廠建立了RP碗式磨煤機的生產(chǎn)能力，并使用上海司太立公司的 STOODY 103S 和 STOODY 911S 生產(chǎn)了預保護堆焊復合的磨煤輥，在國內(nèi)得到推廣。隨著技術的成熟，其使用壽命也逐步達到90年代的8,000小時（當煤中雜質(zhì)含量較少時），這就是國內(nèi)目前有代表性的成熟產(chǎn)品。無錫華奇耐磨材料有限公司現(xiàn)從美國引進H101和H901新一代磨煤輥明弧自保護堆焊焊絲，具有優(yōu)良的工藝性和使用性能。本文將介紹這兩種焊絲的性能及使用情況。
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一、 磨煤輥磨損機理
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磨煤輥的磨損主要是煤對磨煤輥及磨盤形成的三體高應力磨料磨損。對磨料磨損而言，磨料硬度是一個重要指標。煤的莫氏硬度為1.0-3.75（相當Hv50-214），與其它礦物相比是較低的，但是煤中含有的其它雜質(zhì)，如粘土、方解石、石英和黃鐵礦等，它們硬度分別為Hv900-1200和1000。實踐表明，這些雜質(zhì)對磨煤輥磨損有著重要的影響，如石英和黃鐵礦含量增加，被磨材料形成的磨溝增多并明顯變深變寬[3]。因而不同的煤種對金屬的磨損程度不同，磨煤輥的壽命也就不同。
通過電鏡分析，看到磨煤輥表面的犁溝，見圖1（略）。載荷作用下煤在金屬表面產(chǎn)生犁溝，除部分成為切屑外，大多是把金屬推向兩側(cè)而形成脊隆,在接著而來的煤粒作用下又把脊隆碾平。這種犁溝----碾平的反復進行導致了裂紋的形成和擴展，最后以片狀磨屑形式斷裂脫落，見圖2（略）。無論是犁溝及脊隆的碾平和斷裂，還是溝底的塑性變形，其過程主要是屬于多次塑變的磨損機理。
貧煤中含有較多硬質(zhì)礦物雜質(zhì)，所以在在磨損表面產(chǎn)生塑性變形形成犁溝的同時，還有磨料對磨損表面的嚴重劃傷，定高度，硬質(zhì)顆粒劃過時不易出現(xiàn)明顯溝槽，受沖擊時無金屬塑變。它的磨損機理主要是碳化物質(zhì)點的破碎和剝落，見圖5。因而碳化物相的硬度、尺寸、分布狀態(tài)（位向）以及它和萊氏體基體的結(jié)合強度都對磨煤輥磨損性能產(chǎn)生直接影響。如果碳化物垂直于磨損面呈條狀分布，如圖6，則有利于耐磨性的提高。碳化物深埋于基體中，與基體有很好的結(jié)合強度，可以有效地抵抗磨料對基體的磨損而不易崩落。相反，如果碳化物為顆粒狀或其分布呈無序狀態(tài)，則在磨料作用下容易從基體中脫落而形成凹坑，使基體的磨損量增大，耐磨性下降，如圖7。
綜上所述，為了提高高鉻鑄鐵堆焊層的耐磨性，除了提高組織中基體硬度外，更要的是要通過適當?shù)亩押腹に噥慝@得最佳的碳化物硬度、尺寸、和分布狀態(tài)等。
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二、 試驗用焊絲成分及金相組織
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表1、試驗用四種管狀焊絲化學成分
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序號
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牌號
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C
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Mn
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Si
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Cr
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Zr
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其它
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Fe
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備注
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1#
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北京Ⅰ
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6.5
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0.5
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0.4
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36.0
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/
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<1.0
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余
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某廠用埋弧焊絲
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2#
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103
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5.15
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2.5
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1.5
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27.5
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0.3
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<1.0
|
余
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某廠用埋弧焊絲
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3#
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H101
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6.0
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2.0
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0.9
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26.0
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/
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<1.0
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余
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明弧/埋弧兩用
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4#
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H901
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5.2
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4.0
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1.2
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21.0
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/
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<6.0
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余
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明弧自保護焊絲
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1#、2#及H901三種焊絲堆焊層的金相組織見圖8、圖9、圖10。所有金相照片均取自堆焊道的正剖面，即與磨損面平行的平面。
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三、 堆焊層耐磨對比試驗
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為相對比較各焊絲堆焊層的耐磨性能，請上海材料研究所對表1中四種焊絲的堆焊層按垂直于堆焊層平面作磨損試驗。
1.試驗條件
設備：阿姆拉磨損試驗機
材料：圓環(huán)材料：12CrNiA
方塊試樣：四種堆焊層樣品（10mm×10mm×25mm）
負 載：250牛頓
試驗時間：30分鐘，干摩擦
2. 試驗結(jié)果
以方塊試樣堆焊層的磨痕寬度來對比其相對耐磨性能，結(jié)果如下：
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表2 相對耐磨試驗結(jié)果
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試樣1#
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北京I焊絲2#
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103埋弧焊絲3#
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H101明弧焊絲4#
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H901明弧焊絲
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磨痕寬度（mm）
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3.5
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4.0
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2.1
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1.6
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3.0
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3.4
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2.0
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1.8
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堆焊硬度
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耐磨試驗結(jié)果表明，H101和H901明弧焊縫由于焊絲成分調(diào)整合理，冷卻條件優(yōu)越，所以比埋弧焊縫有更好的耐磨性能，其中尤其是H901堆焊層的耐磨性明顯高于其它堆焊層。
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四、 明弧堆焊和埋弧堆焊綜合對比
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明弧自保護堆焊
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埋弧自動焊
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材料消耗及成本
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所用材料
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管狀（藥芯）焊絲
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管狀（藥芯）焊絲
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焊絲價格（元/公斤）
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4～6
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4～6
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熔劑消耗（元/公斤焊絲）
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0
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0.804
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堆焊成本
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下降14～20％
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較高
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勞動生產(chǎn)率
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Φ3.2焊絲適用焊接電流（安）
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400～450
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350～400
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堆焊速率（公斤/小時）
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7～9
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6～7
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單層堆焊厚度（mm）
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≥2
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≥2
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勞動條件
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脫渣性能
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無脫渣問題
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由于高合金成分，脫渣相當困難
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煙霧
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有，需抽風裝置
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無
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弧光
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有，需加遮護板
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無
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自動化程度
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高（調(diào)好后無需看管）
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低（人工操作）
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勞動強度
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低
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高
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焊縫性能
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焊道稀釋率
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20～40％
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20～40％
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焊道冷卻速度
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稍高
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稍低
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焊縫硬度
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同樣焊盤，略高2～3度HRc
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稍低
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