四輥破碎機(jī)輥皮修復(fù)工藝改進(jìn)

高志強(qiáng)，丁曉野

（1萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司 檢修中心，山東 萊蕪271100；2大連金州重型機(jī)器集團(tuán)有限公司，遼寧 大連116100）

1 前言

萊鋼型鋼煉鐵廠共有3臺Φ900×700四輥破碎機(jī)，擔(dān)負(fù)燒結(jié)生產(chǎn)的燃料焦炭的破碎任務(wù)。四輥破碎機(jī)的工作原理是兩對破碎輥在電機(jī)驅(qū)動下相對旋轉(zhuǎn)，待被破碎的物料進(jìn)入兩輥皮之間，受到高擠壓力和摩擦力而得以破碎。工藝要求焦炭破碎后燃料粒度≤3 mm粒級的含量85%以上。原設(shè)計破碎輥輥皮硬度低，在生產(chǎn)過程中磨損較快，導(dǎo)致破碎粒度達(dá)不到要求，需頻繁車輥或更換新輥皮，制約了燒結(jié)礦質(zhì)量的提高。針對這一情況，對四輥破碎機(jī)輥皮的堆焊工藝進(jìn)行了改進(jìn)，對在線切削刀具進(jìn)行了設(shè)計改造。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，改造后的四輥破碎機(jī)提高了設(shè)備作業(yè)率，降低了操作人員勞動強(qiáng)度，取得了顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

2 破碎機(jī)輥皮使用過程中出現(xiàn)的問題

由于輥皮堆焊工藝不合理，輥皮堆焊后的硬度滿足不了生產(chǎn)要求，使用2～3周后就需車削，輥皮使用壽命周期短。堆焊后合格的輥皮必須要有良好的耐磨性和較強(qiáng)的韌性，以保證破碎輥服役過程中不斷裂和有較長的使用壽命；同時車削破碎輥必須有較好的加工性能，方便在車削裝置上就地進(jìn)行車削。破碎輥的使用壽命較短、車削破碎輥工作效率低等是大多數(shù)燒結(jié)廠普遍存在的問題。

2.1 輥皮堆焊修復(fù)工藝不合理

四輥破碎機(jī)每臺每天平均工作12 h以上，輥皮由于長時間高負(fù)荷工作，磨損情況較嚴(yán)重。輥皮工作一段時間后，首先中部磨損凹陷，造成煤粉粒度不達(dá)標(biāo)。原用輥皮為鑄鋼輥皮（ZG35CrMnSi），硬度為HRC 20。在使用過程中，由于需破碎的燃料硬度較大，經(jīng)過幾天的磨損和沖擊，輥皮表面就會凹凸不平，需對輥皮進(jìn)行在線切削作業(yè)，當(dāng)輥面厚度車削磨損至30～40 mm時就要報廢，造成較大的成本負(fù)擔(dān)。因此，一般情況下當(dāng)車削到輥皮使用工作層接近極限時，對其進(jìn)行堆焊作業(yè)，恢復(fù)其輥皮工作設(shè)計直徑。由于輥皮在堆焊過程中開裂傾向相當(dāng)敏感，采用普通的堆焊方法，輥皮易開裂造成報廢。

2.2 輥皮車削裝置落后

四輥破碎機(jī)工作時靠輥與輥之間的擠扎和磨剪力來破碎物料，當(dāng)輥皮外表面凸凹不平時，要定期對其進(jìn)行車削保證外表面光滑平整。四輥破碎機(jī)隨機(jī)攜帶車削輥皮的簡易車床裝置，當(dāng)破碎輥皮表層磨損后，可以不必拆卸輥?zhàn)佣苯釉诂F(xiàn)場利用配套的簡易車床進(jìn)行車削，進(jìn)而調(diào)整對輥間隙來保證物料的破碎粒度和均勻性，從而減少停機(jī)時間。而現(xiàn)有破碎機(jī)輥?zhàn)榆囅魅圆捎萌斯な謩榆囅鳎赐耆咳斯な謸u來帶動車刀架，使車刀沿輥皮軸向方向運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)的輥皮在車刀軸向運(yùn)動作用下，外表面金屬被切削下來，露出光滑表面。這種方式車削勞動強(qiáng)度大，時間長（一般為3 d），車削效果差，車削質(zhì)量難以得到保證。

3 改進(jìn)措施

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對四輥輥皮的修復(fù)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，對在線車削工具進(jìn)行了升級改造。最終保證了輥皮在不開裂的情況下，內(nèi)外部分具有足夠硬度。輥皮在線車削時，即滿足了生產(chǎn)的需要，又節(jié)約了輥皮成本，提高了生產(chǎn)效率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 輥皮堆焊修復(fù)工藝改進(jìn)

1）輥皮堆焊材料及堆焊前準(zhǔn)備。首先對輥皮的凹陷較深處采用J506焊條焊接補(bǔ)齊，并用磨光機(jī)對其進(jìn)行打磨，保證在焊接前輥皮外表面光滑、平整、無凹槽深溝。為保證輥皮有足夠的使用壽命，整個堆焊工程中堆焊材料使用特制的高鉻鑄鐵型堆焊焊絲+HJ107焊劑。其中，高鉻鑄鐵型焊絲主要成分質(zhì)量百分含量為：43%～70%碳化鉻、10%～25%釩鐵、1%～5%75#硅鐵、3%～8%金屬錳、l%～3%鋁鎂合金、2%～5%硼鐵、2%～6%鈦鐵、1%～5%鈮鐵，其余鉬鐵。這種焊絲具有高硬度、高耐磨、高抗裂的特征，采用該焊絲堆焊修復(fù)的部件可在高應(yīng)力高沖擊等絕大多數(shù)磨損狀況下使用。

2）改進(jìn)后輥皮堆焊工藝。

①輥皮固定在車床上，對其外表面的工作疲勞層進(jìn)行車削、補(bǔ)齊、打磨處理。

②將處理過的輥皮放入電加熱爐中，采用分段升溫方式進(jìn)行加熱：第1階段加熱1 h，電加熱爐內(nèi)部溫度保持在（200±10）℃；第2階段加熱2 h，電加熱爐內(nèi)部溫度保持在（300±10）℃；第3階段加熱3 h，電加熱爐內(nèi)部溫度保持在（450±10）℃。加熱后隨爐冷卻至270～300℃出爐準(zhǔn)備堆焊。

③在用專用堆焊機(jī)開始堆焊時，為避免輥皮溫度降低過快，在堆焊機(jī)裝卡輥皮處加設(shè)長方形防風(fēng)罩。堆焊過程中，為了減少溶深及熔合比，輥皮堆焊采用下坡堆焊方式。堆焊機(jī)電流控制在400～420 A，電壓為35～37 V，輥皮焊接速度為400～420 mm/min，焊絲伸出長度30 mm，兩條焊道的重疊部分大于1/2焊道，機(jī)頭的行走速度為10～12 mm/r。

④當(dāng)單邊堆焊厚度達(dá)到40 mm時，將輥皮吊裝至電加熱爐內(nèi)重新加熱，加熱溫度從200℃緩慢提升，加熱時間為3 h，當(dāng)溫度升至450℃進(jìn)行保溫，保溫時間為2 h，加熱后輥皮隨爐冷卻至270～300℃出爐再次堆焊。

⑤直到輥皮直徑堆焊至輥皮設(shè)計直徑5 mm工作尺寸時，將輥皮放入電加熱爐中進(jìn)行回火處理，在2 h內(nèi)升溫到650℃，保溫6 h，再空冷到45℃。回火后，將5 mm的輥皮余量去除。輥皮堆焊過程完畢后進(jìn)行回火處理，消除焊接應(yīng)力，回火后輥皮堆焊層內(nèi)外整體硬度為HRC 25～30，此硬度即保證輥皮在破碎工作中有足夠的硬度，又保證輥皮外表面能夠用車刀順利進(jìn)行車削處理。這種堆焊工藝，對輥皮進(jìn)行加熱、退火、保溫等熱處理措施，堆焊材料采用專用高鉻鑄鐵型焊絲，解決了傳統(tǒng)堆焊工藝熱處理易產(chǎn)生輥皮開裂報廢，堆焊表層有細(xì)密的網(wǎng)狀裂紋，硬度不高、耐磨性不好等技術(shù)難題。此外，采用堆焊修復(fù)綜合費(fèi)用為購買新輥皮綜合費(fèi)用的50%。

3.2 車削系統(tǒng)改造

針對輥皮硬度增加后車削難度增大的情況，對車削裝置的傳動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。改造后的輥皮在線切削裝置如圖1所示。

圖1 輥皮在線切削裝置

1）傳動系統(tǒng)鏈輪改造。四輥破碎機(jī)車削裝置傳動部分主要有電機(jī)、減速機(jī)和單列套筒滾子鏈。其中電機(jī)轉(zhuǎn)速為490 r/min，輸出功率為15 kW，減速機(jī)傳動比為10，傳動鏈輪Z1=26，Z2=26，傳動比為1，車削輸出轉(zhuǎn)速49 r/min。輥皮堆焊后硬度增加，要求更大的車削力，原有輸出轉(zhuǎn)距已達(dá)不到車削要求?，F(xiàn)將傳動鏈輪改為Z1=19、Z2=38，這樣車削輸出轉(zhuǎn)速降為24.5 r/min，是原來的1/2，從而增大了車削力。為了使切削速度適宜，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速可在50～490 r/min變化，車削輸出轉(zhuǎn)速可在2.5～24.5 r/min變化，車削作業(yè)能順利進(jìn)行。

2）四輥車削裝置改造。把原來人工手動車削裝置改為自動車削，在原來車削裝置的基礎(chǔ)上新加裝型號為BW15-23擺線針輪減速機(jī)及可移動的直流變頻調(diào)速器。自動車削裝置操作簡單，運(yùn)行平穩(wěn)，工作效率高，車刀進(jìn)刀量和車削速度可調(diào)。

4 使用效果

對四輥堆焊工藝的改進(jìn)及對車削設(shè)備的升級替代，輥皮車削頻率由以前的1次/2 d延長為現(xiàn)在的1次/1周，輥?zhàn)拥母鼡Q周期由原來的1.5個月延長到現(xiàn)在的5個月。改造后有效提高了四輥利用率，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，延長了輥皮的使用壽命，每年減少設(shè)備成本10萬元左右。