600MW機組制粉系統(tǒng)碾磨件磨損機理及防磨技術(shù)應(yīng)用

600MW機組制粉系統(tǒng)碾磨件磨損機理及防磨技術(shù)應(yīng)用摘要：通過介紹制粉系統(tǒng)碾磨件的磨損機理，磨煤機碾磨件描述表面硬化堆焊防磨技術(shù)的發(fā)展，著重闡述了表面硬化堆焊技術(shù)要求及其表面硬化技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的普遍實踐應(yīng)用。關(guān)鍵詞：制粉系統(tǒng)磨損機理表面硬化堆焊技術(shù)Roil&DishCiushsrCompanyMPSSystem:PfeifeRoll&TaaleCrusherRoll&Roil&DishCiushsrCompanyMPSSystem:PfeifeRoll&TaaleCrusherRoll&DishCrusherRoil&TableCmsherCompany:LMCompany:MBC哪a叩RPSystem:LoescheSystem:BerzSystem:Raymid煤炭資源的緊張及用煤種類較、制粉系統(tǒng)碾磨件磨損機理制粉系統(tǒng)煤粉的制造是火力發(fā)電廠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，隨著機組單機容量的不斷擴大，對煙煤煤粉細(xì)度的要求永久性的增長，已使磨煤機的磨損系數(shù)有極大地增長。大容量火電廠廣泛地使用了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主要有E型中速磨、RP、HP、MPS及其改進(jìn)型MBF中速磨等五種型號，見圖1、圖2。由于國內(nèi)電廠多，雜質(zhì)偏高，可磨性較差，使中速磨煤機的重要碾磨工作件的耐磨壽命問題，成為其能否安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。圖1中速磨煤機結(jié)構(gòu)圖磨煤機的碾磨件主要包括磨輥、磨盤（襯板）、磨球、磨環(huán)等，它主要是以擠壓和碾壓方式磨制煤粉，具有良好的碾磨能力，但存在碾磨件易磨損問題。碾磨件的磨損主要是煤對磨煤輥及磨盤形成的三體高應(yīng)力磨料磨損。對磨料磨損而言，磨料硬度是一個重要指標(biāo)，碾磨件的壽命主要取決于雜質(zhì)硬度及含量。煤的維氏硬度為Hv50-214（相當(dāng)洛氏硬度＜HRC18），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（相當(dāng)洛氏硬度＞HRC66）。實踐表明，這些雜質(zhì)對碾磨件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，因而不同的煤種對金屬的磨損程度不同。通過電鏡分析，可看到磨煤輥表面的犁溝，載荷作用下煤在金屬表面產(chǎn)生犁溝，除部分成為切屑外，大多因碾壓作用是把金屬推向兩側(cè)而形成脊隆，在接著而來的煤粒作用下又把脊隆碾平。這種犁溝一碾平的反復(fù)進(jìn)行導(dǎo)致了裂紋的形成和擴展，最后以片狀磨屑形式斷裂脫落。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。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(yán)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，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，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。綜上所述，提高碾磨件的壽命主要在于：一控制煤質(zhì)來減少雜質(zhì)硬度及含量，達(dá)到控制磨損的目的；二采用表面硬化堆焊技術(shù)來獲得最佳的碳化物硬度、尺寸、和分布狀態(tài)，促進(jìn)高銘鑄鐵表面的耐磨性。二、表面硬化堆焊防磨技術(shù)的發(fā)展磨煤機碾磨件的高銘高碳合金材料在過去以及所有文獻(xiàn)，都宣稱不可能將這些類型的材料進(jìn)行表面硬化，僅僅在最近30年來才有此材料的表面堆焊硬化技術(shù)，并取得了十分良好的效果。早期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(chǔ)上發(fā)展起來的專利產(chǎn)品。70年代，日本三菱公司引進(jìn)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。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(fù)修復(fù)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(fù)技術(shù)，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(jìn)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Ni-Hard合金（鎳硬化鑄

鐵）用在磨煤輥上壽命僅4000小時；70年代到80年代，日本三菱公司成功發(fā)展了高銘高碳合金鑄鐵堆焊材料，把磨煤輥壽命提高到6000小時，80年代美國又發(fā)展了一種新型耐磨堆焊材料,使磨煤輥壽命進(jìn)一步提高。80年代我國也從CE公司引進(jìn)了這項技術(shù)，建立了RP碗式磨煤機的生產(chǎn)能力，并使用國內(nèi)焊絲生產(chǎn)了預(yù)保護(hù)堆焊復(fù)合的磨煤輥，并在國內(nèi)得到推廣。隨著技A、磨輥內(nèi)徑的檢驗利用內(nèi)徑千分尺測量的堆焊前后內(nèi)徑數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，檢查尺寸變化量，判斷是否符號標(biāo)準(zhǔn)。磨輥表面的硬化堆焊可能引起過量的內(nèi)徑變形，使得橢圓度超標(biāo)。B、碾磨件的PT裂紋檢驗需要加硬化表面的鑄鐵磨輥和磨盤必須先進(jìn)行整體的滲透探傷檢驗，確保母材在堆焊硬化表面前沒有裂紋（圖3）。裂紋的存在術(shù)的成熟，從埋弧堆焊發(fā)展到明弧堆焊技術(shù);從RP碗式磨煤機發(fā)展到了其他磨煤機，其使用壽命也逐步達(dá)到90年代的10000小時（當(dāng)煤中雜質(zhì)含量較少時），并具有優(yōu)良的工藝性和使用性能。過程及所有過程中的斷裂。術(shù)的成熟，從埋弧堆焊發(fā)展到明弧堆焊技術(shù);從RP碗式磨煤機發(fā)展到了其他磨煤機，其使用壽命也逐步達(dá)到90年代的10000小時（當(dāng)煤中雜質(zhì)含量較少時），并具有優(yōu)良的工藝性和使用性能。過程及所有過程中的斷裂。圖3PT裂紋檢驗三、表面硬化堆焊技術(shù)及要求1、硬化表面再生的表面準(zhǔn)備與檢驗圖4母材存在的裂紋C、碾磨件堆焊次數(shù)的檢查堆焊次數(shù)的增加將引起碾磨件堆焊及使用性能的下降，其硬化表面的再生使用次數(shù)決定于材料的基體的性能及工況等多方面，國外公司對磨輥采用表面堆焊處理已積累多年的應(yīng)用經(jīng)驗，有些國外磨煤機的磨盤已硬化過20多次的，但國內(nèi)一般控制在5次以內(nèi)。D、碾磨件表面的錘擊檢查對碾磨件表面堆焊前后進(jìn)行錘擊檢查，檢查堆焊前后表面無深層裂紋、不發(fā)生脫落掉塊。檢查堆焊表面應(yīng)力釋放的裂紋均勻性，堆焊層面的結(jié)合性。E、堆焊材料選擇為了提高其焊接性能及結(jié)合性，對高含銘量的合金的碾磨件堆焊先采用過渡焊絲焊接。而Ni-Hard合金（鎳硬化鑄鐵）因具有良好的焊接性能，可直接堆焊耐磨層。堆焊材料的選擇會直接影響母材對熔敷金屬的稀釋程度、熔敷金屬的合金含量以及金相組織的形成，并最終影響到表面硬化堆焊層的耐磨性。2、硬化表面再生冶金學(xué)的現(xiàn)象描述A、堆焊焊縫的質(zhì)量開裂開裂對碾磨件的堆焊焊縫質(zhì)量是很重要的，焊絲在高焊速下即從而以一定的堆焊速率焊接堆焊焊道，導(dǎo)致最低程度的稀釋，有助于形成一個應(yīng)力松弛裂紋網(wǎng)絡(luò)。由于堆焊層層數(shù)很多，最終會達(dá)到一個全金屬堆焊熔敷金屬分析值，促使其耐磨性的增加。每一層的熔敷金屬中合有一種通常被

稱為“質(zhì)量開裂”的焊縫裂紋。這些應(yīng)力松弛裂紋是必需的，并有意地讓其在焊接時由焊接過程中產(chǎn)生。它們橫跨焊道貫穿整個碾磨件組成了一個不規(guī)則的圖案，裂紋寬度一般為10mm至9mm。由圖5可看出這種裂紋網(wǎng)絡(luò)十分清楚地顯現(xiàn)在一個磨損了的磨輥上，它可被重新作再生的堆焊表面，而不需要去掉原有硬化表面中的“質(zhì)量裂紋”(圖6)。圖5堆焊焊縫的質(zhì)量開裂圖6表面質(zhì)量裂紋的直接堆焊圖7.硬度變化母材:Ni硬化鑄鐵IV硬化表面金屬：高銘系列堆焊材料層四、表面堆焊防磨技術(shù)在制粉系統(tǒng)的應(yīng)用1、中速磨煤機磨輥及襯板的制造B、堆焊焊層的硬度變化圖7示出了硬度(HRC)與介于Ni硬化鑄鐵IV(Ni-HardIV)母材與耐磨合金之間硬化表面厚度間的關(guān)系。它清楚地表明了在硬化表面的最初的幾層上硬度有少許降低，隨層厚增加則硬度以一較陡的斜度向上增加到其所需的期望值硬度，通常表面硬化堆焊的最終焊層硬度一般在圖5堆焊焊縫的質(zhì)量開裂圖6表面質(zhì)量裂紋的直接堆焊圖7.硬度變化母材:Ni硬化鑄鐵IV硬化表面金屬：高銘系列堆焊材料層四、表面堆焊防磨技術(shù)在制粉系統(tǒng)的應(yīng)用1、中速磨煤機磨輥及襯板的制造與修復(fù)堆焊技術(shù)不僅可以制造磨輥還廣泛用于修復(fù)磨輥，采用這種工藝不僅可以修復(fù)使用過的復(fù)合磨輥，還可以修復(fù)使用過的高銘鑄鐵、鎳硬白口鑄鐵磨輥，是一個典型的再制造實例。采用堆焊技術(shù)制造復(fù)合磨輥的主要制造過程是：首先澆鑄一個鑄鋼的鑄胎，鑄胎的尺寸根據(jù)所需復(fù)合層的厚度來確定，然后采用明弧或者埋弧自動焊工藝在鑄胎上堆焊改性高銘鑄鐵耐磨層，最后進(jìn)行加工。在高銘鑄鐵成分基礎(chǔ)上加入其它合金元素，制成改性高銘鑄鐵焊絲，可以獲得耐磨性更好的堆焊層，采用這種堆焊材料制造成的復(fù)合高銘鑄鐵或者用于修復(fù)的中速磨磨輥其壽命可達(dá)鑄態(tài)高銘鑄鐵壽命的1.5倍。2、磨煤機重要零件的表面強化修復(fù)堆焊技術(shù)在磨煤機的重要防磨零件制造與修復(fù)中被廣泛應(yīng)用。對于使用工況惡劣，造成磨料磨損嚴(yán)重的防磨零件，采用高銘系列的堆焊焊條進(jìn)行堆焊（堆焊的厚度約3~5mm）。堆焊過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力會使堆焊表面產(chǎn)生裂紋并使零件產(chǎn)生變形，對堆焊層的抗磨性和零件的正常使用產(chǎn)生不利影響，因此一般采用預(yù)熱與焊后緩冷方法消除和減小這種傾向。在現(xiàn)場一般是用氧乙炔加熱后進(jìn)行堆焊，焊后砂埋進(jìn)行緩冷，實踐表明，這種方法可以有效的消除堆焊表面產(chǎn)生的裂紋和避免葉輪的變形。經(jīng)過堆焊強化修復(fù)后，其使用壽命是原來未經(jīng)處理的零件使用壽命的3倍以上。3、其它方面的應(yīng)用堆焊技術(shù)在制粉系統(tǒng)中還存在較廣泛的應(yīng)用空間，如煤粉管的管道彎管接頭、落煤管、落煤斗、防磨板、螺旋給煤機的滑運斜面和給粉機的回旋葉輪等部件的表面硬化修復(fù)。堆焊技術(shù)還用在通過一次風(fēng)的風(fēng)門上，用于風(fēng)門的內(nèi)壁、擋板和密封面的防磨處理，采用堆焊處理的風(fēng)門要比整體采用稀土耐磨鋼制造的風(fēng)門壽命提高1倍以上，而成本卻和其相當(dāng)。堆焊技術(shù)還應(yīng)用在排粉機葉輪的防磨處理上，但對操作工藝要求很嚴(yán)，如果工藝控制不好，可能會出現(xiàn)葉片變形、局部先期磨損和影響動平衡等問題。參考文獻(xiàn)：五、結(jié)論在今天這個時代，碾磨件的表面硬化技術(shù)已被廣泛地認(rèn)為是具有優(yōu)秀實踐結(jié)果的技術(shù)成果，在世界范圍內(nèi)對這一新技術(shù)的需求不斷增長，并也已成為現(xiàn)代工業(yè)中的普遍實踐。它可顯著地提高部件的工作壽命，減少仃機時間