? ?????? 【水泥人網】
? ??????? 一、前言
??????? 水泥工業每天需要粉磨大量的礦物質原料及水泥熟料。如何提高粉磨效率、降低粉磨能耗，是許多水泥工作者孜孜一求的目標。輥壓機自80年代中期問世以來，使這一問題得到緩解。輥壓機與球磨機組成的聯合粉磨系統、半終粉磨系統已廣泛應用于各種粉磨作業。輥壓機在粉磨系統中有以下優點：????????? ?
??????? 1、降低電耗，提高磨機產量；
??????? 2、提高水泥產品質量；
??????? 3、噪音小。但也有其缺點，輥壓機最大的缺點是輥面磨損嚴重。輥壓機安裝使用后，一般情況下連續運轉半年以后，輥面的耐磨花紋磨損就所剩無幾。輥面磨損問題始終困擾著輥壓機優越性的發揮，怎樣提高輥面的耐磨性，增加輥面的使用壽命，一些科研院所、設計單位進行了大量研究工作。目前已研制出多種藥芯焊絲、焊條，廣泛應用于輥壓機輥面的堆焊修復。
??????? 二、輥壓機輥面的磨損機理
??????? 輥壓機是由兩個速度相同，相對運動的輥子組成，物料由輥子上部喂料口卸下，進入輥間的逢隙中，在高壓研磨力的作用下（輥間壓力在50~300MPa之間），物料受到擠壓，受壓物料變成了密實但充滿裂紋的扁平料餅，使物料的易磨性得到明顯改善。如圖1所示：
??????? 物料在兩個輥面之間相互擠壓和摩擦。從輥壓機的工作狀況可以看出，輥面的磨損類型屬于典型的高應力磨料磨損。在磨料磨損過程中，物料顆粒在壓力作用下會使輥面產生彈性和塑性變形，從而在輥面亞表層不同深處會形成循環壓應力和拉應力，當循環應力超過輥子材料的疲勞強度時，在表面層將引發裂紋。在循環載荷作用下，亞表層的塑性變形繼續發展，在離開表面一定深度的位置也將萌生裂紋，并逐步擴展。表面層裂紋的擴展方向是與外加應力成45°角，經過兩三個晶粒后，即轉向與應力垂直的方向。而亞表層處萌生的裂紋擴展方向是平行與表面，或與表面成10°~20°的角。當裂紋擴展后，使裂紋以上的材料斷裂剝落，這種現象就是疲勞磨損。綜上所述，輥子的磨損機理是輥面的高應力磨料磨損和輥面亞表層的疲勞磨損共同作用的結果。用碳弧氣刨在磨損比較嚴重的輥面上刨出幾道槽檢查裂紋情況，結果發現輥子深處有很多層狀裂紋，較淺的距輥面約10mm,較深的距輥面約20~30mm，局部深達50~60mm，并且多數裂紋都沿輥子周向延綿不斷。從刨掉的料塊來看，下表面呈植物年輪狀，一圈沿著一圈向外擴展。由此也可看出，輥子的破壞形式是高應力磨料磨損及疲勞磨損的綜合表現。
??????? 三、堆焊修復材料的選擇：
??????? 從輥子的破壞形式來分析，選擇的堆焊材料不僅耐磨性好，而且要具備較高的韌性和抗疲勞性。在以往的輥面修復中，水泥廠多采用高Cr鑄鐵型耐磨焊條，此類焊條焊后組織主要為鑄鐵型基體上分布大塊碳化物，含C量在3%以上，堆焊層硬度在HRC60左右，具有良好的耐磨性能，但其結合性、抗裂性和抗疲勞性差，在輥面上堆焊一層就會出現交錯裂紋。在輥體運行過程中，由于應力的影響，很容易出現大面積剝落，這就是造成幾乎每月一修的原因。同時堆焊層的交錯裂紋，易延伸至輥子母體，使輥面出現大量缺陷，直接影響輥體質量，長期下去，很可能造成整個輥體報廢。
??????? 在輥壓機技術的引進和國產化過程中，鄭州機械研究所與專業制造輥壓機的企業——洛陽礦山機器廠和唐山水泥機械廠合作，經過分析輥壓機輥面的磨損機理、通過大量的耐磨實驗，對材料進行深入研究及性能對比，研制生產ZD1、ZD2、ZD3、ZD310系列埋弧堆焊無縫藥芯焊絲、CO2氣保護焊絲及ZD3、 ZD310、TM65焊條，完全替代進口產品。ZD1的特點是韌性好，作為止裂層焊在最下面。ZD2強度高，可抵抗較高的拉應力和壓應力，起到很好的緩沖作用，可作為緩沖層使用。ZD3為輥面耐磨材料，堆焊層金屬主要成分是C、Cr、Mo、W、V、Ni、Nb等，堆焊后組織為馬氏體+殘余奧氏體+針狀貝氏體+少量碳化物，焊接工藝良好，抗裂性能優良，冷焊、多層焊效果好。焊層硬度HRC355，可作為耐磨層焊在ZD2上面。ZD310屬于高合金堆焊材料，耐磨性能優于ZD3。其焊層硬度為HRC55~59。主要作為輥面的耐磨花紋處理。TM65焊條適用于受劇烈磨粒磨損及中等沖擊磨損部件的修復，主要用于輥面的耐磨花紋及立磨磨盤、磨輥的修復。
??????? 四、輥壓機輥面的焊接工藝：
??????? 1、對于運轉時間比較長，輥面磨損非常嚴重，經過幾次現場堆焊后，輥面上已有裂紋、凹坑等嚴重缺陷的輥壓機，由于修復工作量較大，建議拆下來用埋弧自動焊大修，大修后的輥子使用壽命與新輥子相當。如果沒有備用輥子，也可以在現場修復。為了不影響正常生產，建議在水泥淡季時修復，最好采用CO2氣保護焊接工藝，氣保護焊的工作效率是手工電弧焊的3~5倍，可以短期內完成修復工作，相應的修復工藝為（工藝1）：
??????? ①、去除輥面殘留硬層及裂紋。用碳弧氣刨對輥面進行徹底清理，輥面待焊部位的殘留硬層、裂紋、粉塵、鐵銹等都要清理干凈，使之露出金屬光澤。
??????? ②、用ZD1焊絲焊接過渡層，通過過渡層的焊接，使高低不平的輥面形成較平緩的外圓面，以便于緩沖層及耐磨層的焊接。
??????? ③、用ZD2焊絲焊接緩沖層，這是一種高強度、中等硬度的堆焊材料，具有良好的抗疲勞性和結合性，同時又具有一定的抗磨性能，在輥體和耐磨層之間起到了很好的橋梁作用。良好的緩沖層材料選擇及焊接，是保證耐磨層安全有效運行的重要前提。
??????? ④、用ZD3焊絲焊輥面耐磨層，焊時注意測量輥體尺寸及圓度，焊到輥體要求尺寸為止。
??????? ⑤、耐磨層焊完后，然后用ZD310焊絲連續焊橫紋。焊接順序如圖2所示：
??????? 有的水泥廠沒有 CO2氣保護焊機，也可用直流焊機，用手工電弧焊，用GM1、ZM、ZD3、ZD310焊條分別取代ZD1、ZD2、ZD3、ZD310焊絲。這種焊接方式效果不如焊絲，效率也低，在有氣保護焊機的情況下不宜采用。
??????? 2、有的水泥廠輥壓機輥面的耐磨花紋是菱形加硬質點（如圖3）,運轉一定的時間后，硬質點及菱形花紋基本全部磨損掉，從輥面的切線方向觀察，輥面中間一般要凹下去10mm左右。對于這種只是耐磨花紋磨損，輥面也沒有凹坑等嚴重缺陷時，可以采用下面的修復工藝（工藝2）：
??????? ①、用電動鋼絲刷或毛刷清理輥子最上面的一段輥面，最好用乙炔焰烘烤輥面，通過烘烤，既可以把輥面微裂紋里的粉塵吹出來，也可以起到預熱輥面的作用。
??????? ②、先用TM55焊條沿著原來殘留的菱形耐磨花紋堆焊，然后用ZD310焊條在菱形耐磨花紋中間堆焊硬質點。
??????? ③、焊完一段后，轉動輥壓機，把待焊的另一段輥面轉到上面來，按上述方法繼續堆焊。依次類推，直至把整個輥面焊完。
??????? ④、堆焊時注意測量堆焊的高度，要保證輥子的圓度，以免輥面不圓而導致輥壓機的震動。
??????? 如果有條件，也可以采用CO2氣保護焊接工藝，用ZD310焊絲取代TM55、ZD310焊條。由于CO2氣保護焊接工藝工作效率比較高，所以這種焊接工藝特別適用于停機時間比較短的情況。
??????? 3、如果輥面的耐磨花紋全部磨損掉，而且由于物料中的耐熱鋼等沒有除干凈而導致輥面出現凹坑等重要缺陷，可以采用下面的修復工藝（工藝3）：
??????? ①、用電動鋼絲刷或毛刷清理輥面凹坑里的粉塵，用ZD1焊絲打底焊。
??????? ②、用ZD2焊絲補焊凹坑，留7—8mm左右的余量堆焊ZD3耐磨層，其余全部用ZD2焊絲補焊。
??????? ③、用ZD3焊絲把凹坑補焊平。
??????? ④、按上述方法把輥面上所有凹坑補焊完后，再用ZD310焊絲或TM55、ZD310焊條按工藝2堆焊耐磨花紋。
??????? 五、使用效果:
??????? 按以上幾種修復工藝堆焊的輥壓機，根據不同的水泥廠使用情況來看，拆下來采用埋弧自動焊大修的輥面使用效果最好，輥子使用壽命均在6000小時以上，有的已突破10000小時（如山東某水泥廠）。按照工藝1、工藝2在水泥廠現場修復的輥面使用效果次之，但使用壽命也能保證在半年以上，特別是按工藝2修復的輥面，既節省焊接材料，修復時間又短，使用效果也不錯。如鄭州某水泥廠、江蘇某監獄水泥廠分別使用ф1200×400及ф1200×450輥壓機粉磨水泥熟料。在輥面耐磨花紋還沒有完全磨損掉完時，按工藝2修復。一對輥面僅用焊條200公斤，48小時（兩臺焊機同時焊）完成修復任務。按照工藝3現場修復的輥面使用效果最不理想，如浙江某水泥廠，同樣是ф1200×400輥壓機，也是粉磨水泥熟料，堆焊修復時磨損相當嚴重，按照工藝3現場修復。各種焊條用了近500公斤，修復工期用了140個小時。不僅浪費焊接材料，工期也長，影響水泥廠的正常生產，使用效果反而不如工藝2的效果。所以建議水泥廠在使用輥壓機時，對輥面要維護好，不要等輥面磨損得實在不能使用了再堆焊。如果耐磨花紋磨損完了，失去了最外面耐磨層的保護，下面的過度層磨損得更快，這是對輥壓機致命的破壞。對輥壓機輥面的及時堆焊維護是保證輥壓機使用壽命的關鍵。輥面維護得好，可以大大減少停機堆焊次數，為正常生產提供了保證，充分發揮輥壓機在粉磨系統中的優越性。
??????? 【作者:王 欣 張永生 黃智泉】
??????? 水泥工業每天需要粉磨大量的礦物質原料及水泥熟料。如何提高粉磨效率、降低粉磨能耗，是許多水泥工作者孜孜一求的目標。輥壓機自80年代中期問世以來，使這一問題得到緩解。輥壓機與球磨機組成的聯合粉磨系統、半終粉磨系統已廣泛應用于各種粉磨作業。輥壓機在粉磨系統中有以下優點：????????? ?
??????? 1、降低電耗，提高磨機產量；
??????? 2、提高水泥產品質量；
??????? 3、噪音小。但也有其缺點，輥壓機最大的缺點是輥面磨損嚴重。輥壓機安裝使用后，一般情況下連續運轉半年以后，輥面的耐磨花紋磨損就所剩無幾。輥面磨損問題始終困擾著輥壓機優越性的發揮，怎樣提高輥面的耐磨性，增加輥面的使用壽命，一些科研院所、設計單位進行了大量研究工作。目前已研制出多種藥芯焊絲、焊條，廣泛應用于輥壓機輥面的堆焊修復。
??????? 二、輥壓機輥面的磨損機理
??????? 輥壓機是由兩個速度相同，相對運動的輥子組成，物料由輥子上部喂料口卸下，進入輥間的逢隙中，在高壓研磨力的作用下（輥間壓力在50~300MPa之間），物料受到擠壓，受壓物料變成了密實但充滿裂紋的扁平料餅，使物料的易磨性得到明顯改善。如圖1所示：
??????? 物料在兩個輥面之間相互擠壓和摩擦。從輥壓機的工作狀況可以看出，輥面的磨損類型屬于典型的高應力磨料磨損。在磨料磨損過程中，物料顆粒在壓力作用下會使輥面產生彈性和塑性變形，從而在輥面亞表層不同深處會形成循環壓應力和拉應力，當循環應力超過輥子材料的疲勞強度時，在表面層將引發裂紋。在循環載荷作用下，亞表層的塑性變形繼續發展，在離開表面一定深度的位置也將萌生裂紋，并逐步擴展。表面層裂紋的擴展方向是與外加應力成45°角，經過兩三個晶粒后，即轉向與應力垂直的方向。而亞表層處萌生的裂紋擴展方向是平行與表面，或與表面成10°~20°的角。當裂紋擴展后，使裂紋以上的材料斷裂剝落，這種現象就是疲勞磨損。綜上所述，輥子的磨損機理是輥面的高應力磨料磨損和輥面亞表層的疲勞磨損共同作用的結果。用碳弧氣刨在磨損比較嚴重的輥面上刨出幾道槽檢查裂紋情況，結果發現輥子深處有很多層狀裂紋，較淺的距輥面約10mm,較深的距輥面約20~30mm，局部深達50~60mm，并且多數裂紋都沿輥子周向延綿不斷。從刨掉的料塊來看，下表面呈植物年輪狀，一圈沿著一圈向外擴展。由此也可看出，輥子的破壞形式是高應力磨料磨損及疲勞磨損的綜合表現。
??????? 三、堆焊修復材料的選擇：
??????? 從輥子的破壞形式來分析，選擇的堆焊材料不僅耐磨性好，而且要具備較高的韌性和抗疲勞性。在以往的輥面修復中，水泥廠多采用高Cr鑄鐵型耐磨焊條，此類焊條焊后組織主要為鑄鐵型基體上分布大塊碳化物，含C量在3%以上，堆焊層硬度在HRC60左右，具有良好的耐磨性能，但其結合性、抗裂性和抗疲勞性差，在輥面上堆焊一層就會出現交錯裂紋。在輥體運行過程中，由于應力的影響，很容易出現大面積剝落，這就是造成幾乎每月一修的原因。同時堆焊層的交錯裂紋，易延伸至輥子母體，使輥面出現大量缺陷，直接影響輥體質量，長期下去，很可能造成整個輥體報廢。
??????? 在輥壓機技術的引進和國產化過程中，鄭州機械研究所與專業制造輥壓機的企業——洛陽礦山機器廠和唐山水泥機械廠合作，經過分析輥壓機輥面的磨損機理、通過大量的耐磨實驗，對材料進行深入研究及性能對比，研制生產ZD1、ZD2、ZD3、ZD310系列埋弧堆焊無縫藥芯焊絲、CO2氣保護焊絲及ZD3、 ZD310、TM65焊條，完全替代進口產品。ZD1的特點是韌性好，作為止裂層焊在最下面。ZD2強度高，可抵抗較高的拉應力和壓應力，起到很好的緩沖作用，可作為緩沖層使用。ZD3為輥面耐磨材料，堆焊層金屬主要成分是C、Cr、Mo、W、V、Ni、Nb等，堆焊后組織為馬氏體+殘余奧氏體+針狀貝氏體+少量碳化物，焊接工藝良好，抗裂性能優良，冷焊、多層焊效果好。焊層硬度HRC355，可作為耐磨層焊在ZD2上面。ZD310屬于高合金堆焊材料，耐磨性能優于ZD3。其焊層硬度為HRC55~59。主要作為輥面的耐磨花紋處理。TM65焊條適用于受劇烈磨粒磨損及中等沖擊磨損部件的修復，主要用于輥面的耐磨花紋及立磨磨盤、磨輥的修復。
??????? 四、輥壓機輥面的焊接工藝：
??????? 1、對于運轉時間比較長，輥面磨損非常嚴重，經過幾次現場堆焊后，輥面上已有裂紋、凹坑等嚴重缺陷的輥壓機，由于修復工作量較大，建議拆下來用埋弧自動焊大修，大修后的輥子使用壽命與新輥子相當。如果沒有備用輥子，也可以在現場修復。為了不影響正常生產，建議在水泥淡季時修復，最好采用CO2氣保護焊接工藝，氣保護焊的工作效率是手工電弧焊的3~5倍，可以短期內完成修復工作，相應的修復工藝為（工藝1）：
??????? ①、去除輥面殘留硬層及裂紋。用碳弧氣刨對輥面進行徹底清理，輥面待焊部位的殘留硬層、裂紋、粉塵、鐵銹等都要清理干凈，使之露出金屬光澤。
??????? ②、用ZD1焊絲焊接過渡層，通過過渡層的焊接，使高低不平的輥面形成較平緩的外圓面，以便于緩沖層及耐磨層的焊接。
??????? ③、用ZD2焊絲焊接緩沖層，這是一種高強度、中等硬度的堆焊材料，具有良好的抗疲勞性和結合性，同時又具有一定的抗磨性能，在輥體和耐磨層之間起到了很好的橋梁作用。良好的緩沖層材料選擇及焊接，是保證耐磨層安全有效運行的重要前提。
??????? ④、用ZD3焊絲焊輥面耐磨層，焊時注意測量輥體尺寸及圓度，焊到輥體要求尺寸為止。
??????? ⑤、耐磨層焊完后，然后用ZD310焊絲連續焊橫紋。焊接順序如圖2所示：
??????? 有的水泥廠沒有 CO2氣保護焊機，也可用直流焊機，用手工電弧焊，用GM1、ZM、ZD3、ZD310焊條分別取代ZD1、ZD2、ZD3、ZD310焊絲。這種焊接方式效果不如焊絲，效率也低，在有氣保護焊機的情況下不宜采用。
??????? 2、有的水泥廠輥壓機輥面的耐磨花紋是菱形加硬質點（如圖3）,運轉一定的時間后，硬質點及菱形花紋基本全部磨損掉，從輥面的切線方向觀察，輥面中間一般要凹下去10mm左右。對于這種只是耐磨花紋磨損，輥面也沒有凹坑等嚴重缺陷時，可以采用下面的修復工藝（工藝2）：
??????? ①、用電動鋼絲刷或毛刷清理輥子最上面的一段輥面，最好用乙炔焰烘烤輥面，通過烘烤，既可以把輥面微裂紋里的粉塵吹出來，也可以起到預熱輥面的作用。
??????? ②、先用TM55焊條沿著原來殘留的菱形耐磨花紋堆焊，然后用ZD310焊條在菱形耐磨花紋中間堆焊硬質點。
??????? ③、焊完一段后，轉動輥壓機，把待焊的另一段輥面轉到上面來，按上述方法繼續堆焊。依次類推，直至把整個輥面焊完。
??????? ④、堆焊時注意測量堆焊的高度，要保證輥子的圓度，以免輥面不圓而導致輥壓機的震動。
??????? 如果有條件，也可以采用CO2氣保護焊接工藝，用ZD310焊絲取代TM55、ZD310焊條。由于CO2氣保護焊接工藝工作效率比較高，所以這種焊接工藝特別適用于停機時間比較短的情況。
??????? 3、如果輥面的耐磨花紋全部磨損掉，而且由于物料中的耐熱鋼等沒有除干凈而導致輥面出現凹坑等重要缺陷，可以采用下面的修復工藝（工藝3）：
??????? ①、用電動鋼絲刷或毛刷清理輥面凹坑里的粉塵，用ZD1焊絲打底焊。
??????? ②、用ZD2焊絲補焊凹坑，留7—8mm左右的余量堆焊ZD3耐磨層，其余全部用ZD2焊絲補焊。
??????? ③、用ZD3焊絲把凹坑補焊平。
??????? ④、按上述方法把輥面上所有凹坑補焊完后，再用ZD310焊絲或TM55、ZD310焊條按工藝2堆焊耐磨花紋。
??????? 五、使用效果:
??????? 按以上幾種修復工藝堆焊的輥壓機，根據不同的水泥廠使用情況來看，拆下來采用埋弧自動焊大修的輥面使用效果最好，輥子使用壽命均在6000小時以上，有的已突破10000小時（如山東某水泥廠）。按照工藝1、工藝2在水泥廠現場修復的輥面使用效果次之，但使用壽命也能保證在半年以上，特別是按工藝2修復的輥面，既節省焊接材料，修復時間又短，使用效果也不錯。如鄭州某水泥廠、江蘇某監獄水泥廠分別使用ф1200×400及ф1200×450輥壓機粉磨水泥熟料。在輥面耐磨花紋還沒有完全磨損掉完時，按工藝2修復。一對輥面僅用焊條200公斤，48小時（兩臺焊機同時焊）完成修復任務。按照工藝3現場修復的輥面使用效果最不理想，如浙江某水泥廠，同樣是ф1200×400輥壓機，也是粉磨水泥熟料，堆焊修復時磨損相當嚴重，按照工藝3現場修復。各種焊條用了近500公斤，修復工期用了140個小時。不僅浪費焊接材料，工期也長，影響水泥廠的正常生產，使用效果反而不如工藝2的效果。所以建議水泥廠在使用輥壓機時，對輥面要維護好，不要等輥面磨損得實在不能使用了再堆焊。如果耐磨花紋磨損完了，失去了最外面耐磨層的保護，下面的過度層磨損得更快，這是對輥壓機致命的破壞。對輥壓機輥面的及時堆焊維護是保證輥壓機使用壽命的關鍵。輥面維護得好，可以大大減少停機堆焊次數，為正常生產提供了保證，充分發揮輥壓機在粉磨系統中的優越性。
??????? 【作者:王 欣 張永生 黃智泉】