提高磨煤机磨辊在线堆焊质量分析

提高磨煤机磨辊在线堆焊质量分析

李小刚

（国电库车发电有限公司）

摘要：随着经济和科学技术的发展，大容量高参数火电机组发展也越来越快，火电厂中磨煤机属重要辅机之一，在磨煤机工作中，磨辊套是非常重要的一个部件。本文重点讲解我公司磨煤机磨辊套在线堆焊的现状，希望可为同行提供借鉴。

关键词：磨辊套；堆焊技术；现状

前言：

我公司二期制粉系统采用中速磨煤机、正压直吹式制粉系统，配备北京电力设备总厂生产的ZGM95N-II型中速磨煤机，磨煤机是火电厂的重要设备之一，而磨煤机磨辊套又是磨煤机的关键部件，其质量的好坏，特别是其耐磨性直接影响到磨煤机的碾磨率、煤粉质量、磨辊套消耗以及生产成本等。我公司燃煤掺烧以来燃煤中煤矸石、石头等含量偏高，加之设备等因素的影响，磨辊套的使用寿命成为亟待解决的问题。

1技术关键分析：

2.1火电厂磨煤机磨辊套失效形式主要是燃煤对磨辊套及磨盘的摩擦损耗产生的磨损，在磨损中磨辊套和磨盘耐磨层的硬度是一个重要指标，燃煤本身的莫氏硬度比较低，为1.0-3.75（相当于HV50-214），但对于磨辊套磨损起主要作用的确是燃煤中含有的矿物质，以黏土、石头、石英和黄铁矿为主，他们的硬度在HV1000左右，远远大于燃煤本身的硬度，特别是煤矸石的存在使得磨损表面产生塑性变形形成梨沟（如下图），加上磨粒压入磨损表面或磨粒对磨损表面的严重划伤，磨损材料中磨沟增多并明显变深变宽，最终导致磨辊套寿命大大降低。

1.2提高堆焊式磨辊套耐磨的方法

1.2.1堆焊焊丝的选择

目前国产焊丝种类较多，广泛使用高碳鉻铁焊丝，因为它具有较高的韧性及抗磨性，同时在该合金系列中加入釩、硼、钼、钨等合金元素后其耐磨性明显提高。焊丝一般为φ2.8管状药芯焊丝。

1.2.2堆焊工艺

焊丝选定后，如何保证堆焊层在具有一定耐磨厚度的同时（一般在50-70mm）而不出现脱落，这就要合理的焊接工艺来保障。确定合适的堆焊工艺使焊缝组织中碳化物硬度、分布状态、尺寸以及与集体的结合强度从而达到最佳状态。为此要选择合适的焊接电流、焊接电压、焊接速度、冷却方法等。

1.2.3磨辊套的结构特点

堆焊磨辊套运行中出现的另一主要问题是不均匀磨损，根据现场观察磨辊套的磨损可分为三个区：A区——离大头边缘约100mm范围内的耐磨层易脱落；B区——工作区域，磨损较严重的部分，也是重点提高耐磨性的部分；C区——小头部分，非工作区域，约占磨辊宽度的1/3，磨损较轻的部分。

磨辊套的磨损是不均匀的磨损，B区是主工作区域，此区域的磨损将直接影响磨煤机出力，因此改进B区的结构和硬度、韧性匹配可以使磨辊套磨损较均匀，从而提高磨辊套使用寿命。

综上所述，为了提高高碳高鉻堆焊层的耐磨性，除了提高组织中基体的硬度之外，更重要的是要通过合适的堆焊工艺来获得最佳的碳化物硬度、尺寸和分布状态等。

3质量与成本问题：

一般而言，磨辊的使用寿命指的是成型的、尺寸、材质合格的磨辊从安装投入使用起，至报废为止这段时间。磨辊套低寿命会带来许多成本问题，如我公司一期磨煤机辊套为双金属铸造式辊套，无法堆焊修复，在设计煤种下运行可累计使用8000小时就要更换，检修人员工作量增大，维护成本也较高。又如我公司二期磨煤机原装辊套胚胎为髙鉻铸铁材质，而后期购买辊套胚胎为铸钢材质（即复合磨辊），就我公司二期投产后磨辊实际使用情况来看，髙鉻铸铁胚胎磨辊的使用寿命按照使用周期5000h/年计算不会超过15000h,因此髙鉻铸铁辊套的堆焊次数不大于3次。而复合堆焊式磨辊由于磨辊胎基采用铸钢(优质碳素结构钢)材料，其抗拉强度，抗冲击韧性值远高于用髙鉻铸铁整体铸造的磨辊材料，因此它在实际运行过程中不会产生磨辊炸裂的现象，更不会在堆焊过程中产生贯穿性裂痕导致磨辊报废的现象。从理论上讲它可以无限次堆焊，因此它的使用寿命远远高于整体铸造式磨辊，它的使用寿命至少是整体铸造式磨辊的3倍以上，甚至更高。堆焊式磨辊套具有堆焊再生特点，因此堆焊修复质量问题成为不可忽略的一部分。针对性价比问题，就我公司2016年和2017年使用的两家焊丝产品为例具体说明，其对应具体化学成分如下

从上表可以看出，两种系列主要成分大体一致，区别在于各合金

元素的含量。目前市场上90%为高碳鉻铁，VC-90焊丝Mn含量为0.32，而HB100焊丝Mn含量为1.8，焊接成型后VC-90焊丝的耐磨层硬度（HRC）为60，HB100焊丝的耐磨层硬度（HRC）为61.5。经现场测试，碾磨同种掺配后的原煤VC-90系列的药芯焊丝能达到的寿命为3000小时，而HB100系列能达到4000小时，大大提高了使用寿命。目前国家相关标准规定磨煤机磨辊套的修复周期为6000-8000小时，为了符合修复周期，达到最佳质量成本控制，选择合理的焊丝材料就显得非常重要了。因此加强焊前检测及评估，采用堆焊复合耐磨件，合理选择耐磨材料及耐磨堆焊工艺，如采用线径为2.8mm和3.2mm相同焊丝进行比较，结果发现线径为2.8mm的焊丝所焊的磨辊套质量比3.2mm的好，这与相对冷却速度有关；以及提高堆焊设备自动化水平，并进行焊后检验，都是保证堆焊质量的重要步骤，最后达到保证堆焊修复的磨辊套长时间安全运行，减少检修次数，降低因耐磨件故障导致的停辅机频率和时间，才能提高产品质量，降低运营成本的目的。

4、磨辊套堆焊时的注意事项

磨辊套耐磨堆焊过程中应严格遵守各项工艺制度，除此之外还有以下几点：

1）温度的控制。堆焊过程有大量的热量释放，促使温度升高，为了避免累计热量过大，防止工件温度过高对工件造成的损害，安装雾化喷水装置或压缩空气对焊层进行冷却，加速冷却来提升应力释放效果。堆焊过程中，对工件温度进行严格监控，控制温度不得超过90℃。严禁直接在焊层表面喷洒水，用以降低焊层表面的温度。直接喷洒水的冷却方式，只会加速耐磨层的剥落。

2）堆焊过程中宜选用大电流，以增加耐磨层的熔合性。

3）堆焊过程中，随时使用专用卡尺测量磨辊套外型尺寸，以便及时调整焊接范围和焊接层数。

结语

磨辊套的使用寿命主要取决于胚胎材质和耐磨层的使用寿命。磨辊套应严格按照工艺进行堆焊，来保证焊缝成型，更加要保证磨辊套表面硬度达到要求，由此来降低运营成本，满足生产的需要。