0、引言
水泥工業(yè)的生產(chǎn)過程可以簡單歸納為“礦石破碎粉磨燒結(jié)一熟料破碎粉磨”的過程。在礦石和熟料的破碎過程中，礦石和熟料對與其接觸的部件形成沖擊、沖刷、犁削等各種磨損破壞。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國水泥行業(yè)2005年生產(chǎn)水泥約10億噸，綜合金屬磨耗達(dá)到100 g/t。每年我國水泥行業(yè)磨耗掉的耐磨材料達(dá)到1 0萬噸以上。而磨耗掉的部分平均只占部件原重量的5%~20%。如果把更換下來的部件報廢，全部更換為新的部件，不但會加重企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，加重社會的資源、環(huán)境負(fù)擔(dān)，而且部件的頻繁更換又嚴(yán)重影響和制約水泥企業(yè)的正常生產(chǎn)。
水泥工業(yè)是我國的基礎(chǔ)工業(yè)，也是我國工業(yè)行業(yè)在國際競爭中具有資源優(yōu)勢、勞動力優(yōu)勢、市場優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)勢等綜合優(yōu)勢的一個行業(yè)，有著良好的發(fā)展前景。隨著我國成為世界水泥生產(chǎn)第一大國，對與水泥生產(chǎn)相關(guān)的各個行業(yè)的技術(shù)水平也提出了更高的要求。水泥生產(chǎn)規(guī)模的大型化帶動了水泥生產(chǎn)設(shè)備的大型化發(fā)展。2 500 t/d、5 000t/d、10000 t/d水泥生產(chǎn)線已成為目前水泥工業(yè)的主流生產(chǎn)線。這些生產(chǎn)線中的關(guān)鍵大型設(shè)備如：錘式破碎機(jī)、立式磨、輥壓機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)、對輥
破碎機(jī)等部件磨損破壞嚴(yán)重，更換造價高。依靠表面耐磨堆焊的方法進(jìn)行部件的表面預(yù)防護(hù)堆焊和已磨損部件的耐磨堆焊再制造，從而使耐磨部件表面形成比原部件母材材質(zhì)更加耐磨的堆焊層，并確保堆焊層與母材很好的結(jié)合成一個整體，可以顯著增加設(shè)備的使用壽命，降低企業(yè)采購新部件的費用，降低更換部件的成本，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。并為“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”和“綠色再制造”做出貢獻(xiàn)。以目前的技術(shù)水平，在報廢的各類耐磨材料中，可堆焊再制造部分按10%計，每年需要各類耐磨堆焊材料10000噸以上。耐磨堆焊技術(shù)在水泥行業(yè)具有十分巨大的市場應(yīng)用前景。
近年來，在焊接工作者的共同努力下，耐磨堆焊材料和工藝技術(shù)取得了長足的發(fā)展。以前難以堆焊和堆焊效果不理想的耐磨材料和部件都取得突破，堆焊后部件的使用效果得到了水泥行業(yè)的肯定。耐磨堆焊技術(shù)在水泥行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。
1、在輥壓機(jī)擠壓輥耐磨堆焊方面的應(yīng)用
輥壓機(jī)是在一對平放對置的擠壓輥之間形成50-300 MPa高壓，利用高壓對通過擠壓輥物料（礦石、熟料或鐵礦等）進(jìn)行擠壓，達(dá)到粉碎的目的。輥壓機(jī)輥面在工作過程中承受著劇烈的高應(yīng)力磨料磨損、沖擊磨損和疲勞破壞。極其惡劣的工作條件造成輥面磨損嚴(yán)重，由于輥體重量較大，承受的應(yīng)力情況復(fù)雜。目前，在擠壓輥表面堆焊耐磨材料對輥面進(jìn)行耐磨保護(hù)是公認(rèn)的最有效、最簡便的方法。即在制造輥壓機(jī)時和輥壓機(jī)使用一段時間輥體磨損后，都必須對擠壓輥表面進(jìn)行有效耐磨堆焊防護(hù)。
輥壓機(jī)輥面在工作中承受著高應(yīng)力磨粒磨損，輥體材料為鍛鋼合金鋼。解決高應(yīng)力磨粒磨損不但需要耐磨堆焊材料有足夠高的硬度(60HRC)，而且需要材料有良好的抗裂性能（輥面不能有超過180 mm長的連續(xù)裂紋，裂紋間距不得小于250 mm)。我國是輥壓機(jī)生產(chǎn)第一大國，我國的輥面耐磨堆焊水平也代表了國際的先進(jìn)水平。針對這種情況，鄭州機(jī)械研究所設(shè)計研制了ZDI、ZD2、ZD3和ZD310系列耐磨堆焊藥芯焊絲，分別為輥壓機(jī)耐磨堆焊系列材料中的過渡層、緩沖層、硬面層和耐磨花紋層焊接材料。通過這幾種材料的合理搭配，形成輥面硬度梯度，有效保證了輥面的使用壽命。這類焊接材料的廣泛應(yīng)用表明，通過輥體表面的耐磨堆焊保護(hù)，輥體的使用壽命超過進(jìn)口材料，達(dá)到8 000 h以上，基本滿足了水泥生產(chǎn)的需要。圖1(a)~(c)是輥壓機(jī)輥體新輥制造、再制造和堆焊生產(chǎn)現(xiàn)場的照片。
輥壓機(jī)輥體的磨損機(jī)理非常復(fù)雜，破碎不同的原材料對輥體的磨損狀況影響極大。隨著耐磨堆焊材料研究技術(shù)的發(fā)展和耐磨堆焊材料品種的增加，逐漸實現(xiàn)針對不同的破壞形式和不同的物料，都能夠有針對性的耐磨堆焊材料相匹配，則輥壓機(jī)輥體表面的耐磨堆焊層壽命可望確保20000h以上。
2、在立磨磨輥及磨盤堆焊方面的應(yīng)用
目前，5000t/d以上水泥生產(chǎn)線生料磨大多采用大型立式磨。由于大型水泥廠原料立磨在劇烈磨損、沖擊的工況下運行，制造綜合技術(shù)高。目前國內(nèi)僅有中信重型機(jī)械制造公司可以制造大型立磨磨機(jī)，，而生產(chǎn)中應(yīng)用的大部分是進(jìn)口磨機(jī)。立磨最主要的易損部件是磨輥輥套及磨盤襯板。由于立磨磨輥輥套及磨盤襯板磨損嚴(yán)重，解決其磨損問題一般采用整體耐磨合金鑄造（高鉻鑄鐵或鎳硬鑄鐵）或復(fù)合耐磨堆焊的方法制造磨輥輥套及磨盤襯板。由于磨輥輥套及磨盤襯板的價格昂貴，更換一套動輒需要百萬元以上，因此無論采用哪種制造方法，磨損后的磨輥輥套及磨盤襯板都有必要進(jìn)行耐磨堆焊修復(fù)。
目前，已經(jīng)廣泛應(yīng)用的耐磨堆焊材料如：ZD901-0. ZD902-0. ZD903-0系列明弧自保護(hù)耐磨堆焊藥芯焊絲，其堆焊金屬中含有大量的、細(xì)密均布的合金碳化物硬質(zhì)點，這些硬質(zhì)點保證了堆焊金屬具有優(yōu)良的耐磨粒磨損性能。該系列焊絲堆焊時產(chǎn)生均勻密布的應(yīng)力釋放裂紋，保證了堆焊層即使在高鉻鑄鐵或鎳硬鑄鐵基體上堆焊，也能達(dá)到結(jié)合性能良好，不產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，堆焊金屬焊態(tài)硬度在60 HRC以上。在各類型立磨堆焊中應(yīng)用，取得了滿意的使用效果。其中在中信重型機(jī)械制造公司制造的大型立磨磨機(jī)上與進(jìn)口堆焊焊絲進(jìn)行對比應(yīng)用，其綜合性能明顯優(yōu)于進(jìn)口焊絲。已基本滿足了立磨修復(fù)周期的要求。
圖2、圖3、圖4是用ZD902-0焊絲堆焊制造和現(xiàn)場修復(fù)的磨輥輥套及磨盤襯板。
目前，在國內(nèi)磨輥輥套及磨盤襯板修復(fù)中，由于工藝、材料以及工人操作因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)堆焊修復(fù)后的輥套開裂、堆焊層剝落現(xiàn)象。這些現(xiàn)象曾經(jīng)出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的毀壞設(shè)備、導(dǎo)致全線停產(chǎn)的重大事故。對水泥企業(yè)進(jìn)行磨輥輥套及磨盤襯板的堆焊修復(fù)的積極性產(chǎn)生了一定的影響。針對這些問題，耐磨堆焊企業(yè)在加大新型耐磨堆焊材料研發(fā)的同時，還制定出更加科學(xué)合理、更具操作性的堆焊工藝，并完全貫徹到生產(chǎn)中去，才是下一步的工作重點。
3、錘式破碎機(jī)錘頭及錘盤的堆焊
錘式破碎機(jī)是水泥企業(yè)通用的破碎設(shè)備，近年來，隨著2000t/d、5000t/d生產(chǎn)線的普及，這種設(shè)備有越來越大型化的趨勢，單只錘頭的重量達(dá)到120kg或更多。延長錘頭的使用壽命就成為水泥廠降低成本的一個重要目標(biāo)。這也就對錘頭及錘盤的耐磨性能提出了更高的要求。
錘頭的工況很復(fù)雜，既要受劇烈的沖擊磨損，又要受劇烈的磨粒磨損（犁削磨損）。因此，要求錘頭既要有優(yōu)良的韌性，又要有優(yōu)良的耐磨性。國內(nèi)錘頭多采用高錳鋼(ZGMn13Cr2)或超高錳鋼(ZGMn18Cr2)鑄造，之所以采用高錳鋼作錘頭，是因為高錳鋼具有優(yōu)良的沖擊韌性，并具有表面沖擊硬化作用。由于原料的不同，錘頭的使用壽命相差很大。例如，某水泥廠的單段破碎機(jī)錘頭的使用壽命是破碎4萬多噸石灰石，錘頭已經(jīng)磨損報廢。見圖5(a)。而在另一水泥廠，同樣的錘頭可破碎100多萬噸石灰石。
針對錘頭的磨損情況，目前主要采用兩種辦法來解決：
(1)在新錘頭端面和打擊面先堆焊上3-5 mm的高合金耐磨堆焊材料，如TM55焊條或MD501耐磨堆焊藥芯焊絲。可以顯著延長錘頭的使用壽命，焊接工藝簡單，效果也穩(wěn)定可靠。
(2)對于已經(jīng)磨損的錘頭，一般采用高錳鋼類耐磨堆焊材料或GMl焊條+ZD3耐磨堆焊焊條及焊接工藝進(jìn)行堆焊。通過分析錘頭的磨損形式，選用合適的耐磨堆焊材料，一般可以使錘頭壽命可提高1倍以上(見圖5(b))。
大型錘式破碎機(jī)的錘盤因價格昂貴，錘盤承受著嚴(yán)重磨粒磨損和輕度沖擊磨損的雙重破壞，也具有較高的堆焊修復(fù)價值。目前，大型破碎機(jī)錘盤在生產(chǎn)制造時就要堆焊一層耐磨堆焊材料，見圖6(a)(b)。使用MD501 C02氣保護(hù)藥芯焊絲和TM-55焊條在現(xiàn)場對磨損后的錘盤進(jìn)行耐磨堆焊修復(fù)也已經(jīng)在許多水泥廠應(yīng)用推廣，取得了滿意的效果。
4、風(fēng)機(jī)葉輪的堆焊
目前風(fēng)機(jī)葉輪的耐磨堆焊防護(hù)已成為水泥廠排粉風(fēng)機(jī)必不可少的處理工藝。為解決風(fēng)機(jī)葉片的耐磨問題，耐磨鋼板、耐磨堆焊復(fù)合板、耐磨陶瓷、耐磨涂料和熱噴涂等都取得了較好的應(yīng)用效果。但在磨損后風(fēng)機(jī)的再制造方面，耐磨堆焊仍然具有顯著的優(yōu)勢，應(yīng)用合金粉塊或TM-65耐磨堆焊焊條，在風(fēng)機(jī)葉輪的磨損部位堆焊上單層的直條耐磨道或網(wǎng)格狀耐磨道即可起到良好的耐磨效果。一般壽命可提高4-8倍。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
5、復(fù)合堆焊耐磨板的應(yīng)用
堆焊復(fù)合耐磨鋼板是在普通碳鋼或不銹鋼板表面復(fù)合堆焊上一定厚度的高合金耐磨堆焊層，形成由普通基材和抗磨層兩部分組成的耐磨堆焊復(fù)合板。抗磨層一般占總厚度的1/3-2/3。由于抗磨層與基體完全是冶金結(jié)合，因而不必?fù)?dān)心耐磨層脫落的問題。耐磨層在堆焊過程中，通過堆焊材料和工藝措施使抗磨層呈龜裂狀態(tài)，而裂紋不至延伸到基體內(nèi)，形成應(yīng)力釋放裂紋，保證耐磨層不會在變形等加工過程或在使用中出現(xiàn)脫落（見圖8）。裂紋也使復(fù)合耐磨鋼板能夠變形成為可能。由于堆焊材料一般選用高碳高鉻類的高合金材料，使得堆焊復(fù)合耐磨鋼板非常適合于沖刷磨損嚴(yán)重的工件表面的保護(hù)。如水泥行業(yè)的風(fēng)機(jī)葉片、管道，輸料槽內(nèi)襯、擋料圈、刮料板、磨輥護(hù)套、破碎機(jī)零件等等。堆焊復(fù)合耐磨鋼板的壽命一般是普通鋼板的10倍以上。采用堆焊復(fù)合耐磨鋼板不僅可以延長設(shè)備維修周期、減少維修次數(shù)，而且顯著降低企業(yè)綜合維修成本，深得水泥企業(yè)的歡迎。目前已經(jīng)在水泥行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。圖9是用堆焊復(fù)合耐磨鋼板制作的彎管。
除上述部件以外，耐磨堆焊技術(shù)也在水泥企業(yè)的設(shè)備如：挖掘機(jī)鏟齒、顎式破碎機(jī)顎板、下料溜槽、攪拌機(jī)葉片、磨機(jī)襯板、輥式破對輥、刮板、提升機(jī)斗等部件的修復(fù)堆焊中得到廣泛應(yīng)用。顯著提高了這些部件的使用壽命。
6、結(jié)語
耐磨堆焊技術(shù)在焊接領(lǐng)域是一個相對比較成熟的技術(shù)，但對于水泥行業(yè)來講，耐磨堆焊技術(shù)是一個新興的朝陽產(chǎn)業(yè)，有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著企業(yè)的管理水平不斷提高，競爭壓力下的水泥企業(yè)越來越重視提高各種易磨損部件的壽命，更加重視對部件的再利用和增壽工作。耐磨堆焊技術(shù)可為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，有著不可估量的發(fā)展前景。除了上面提到的部件需要耐磨堆焊技術(shù)外、還有很多的部件需要耐磨堆焊防護(hù)以提高壽命、降低成本。這就要求從事耐磨堆焊材料和堆焊工藝研究的科研機(jī)構(gòu)，不斷跟蹤國際上的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，同水泥行業(yè)緊密合作，深入分析工件的磨損機(jī)理和破壞形式，兼顧耐磨性和抗裂性兩項重要指標(biāo)，不斷研制開發(fā)適應(yīng)不同工況、不同材質(zhì)、不同磨損形式的耐磨堆焊材料和堆焊工藝技術(shù)，為我國水泥工業(yè)增效降耗、為我國耐磨堆焊技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
相關(guān)破碎機(jī)產(chǎn)品：
1、
顎式破碎機(jī)
2、
圓錐破碎機(jī)
3、
雷蒙磨粉機(jī)
