三種不同材質(zhì)磨煤機(jī)的輥套和襯板使用情況

張斌

我公司ZGM113G-Ⅰ型中速磨煤機(jī)先后使用了高鉻鑄造輥套和襯板、高鉻堆焊修復(fù)的輥套和襯板、高鉻復(fù)合堆焊的輥套和襯板、復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板。因這幾種輥套和襯板的材質(zhì)或制造工藝不同，其磨損速率、使用壽命、磨損后的形狀及對磨煤機(jī)性能的影響也各不相同。

檢修記錄表明，高鉻鑄造輥套平均磨損速率約為8.9mm/1 000h，高鉻鑄造襯板平均磨損速率約為7.2mm/1 000h；高鉻堆焊輥套平均磨損速率約為8.3mm/1 000h，高鉻堆焊襯板平均磨損速率約為6.7mm/1 000h；復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套平均磨損速率約為2.61mm/1 000h，復(fù)合熔鑄金屬陶瓷襯板平均磨損速率約為1.5mm/1 000h。在磨損后期，因高鉻鑄造輥套和襯板磨損變形量大，造成出力下降及主電機(jī)電流增加明顯；復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板因其磨損量小、磨損均勻，在運(yùn)行16 070h的磨損后期時也沒有出現(xiàn)磨煤機(jī)出力降低和主電機(jī)電流增大、排渣量增多現(xiàn)象。

1 設(shè)備概況

1.1 磨煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

ZGM113G-Ⅰ型中速磨煤機(jī)是北京電力設(shè)備總廠新設(shè)計(jì)的ZGM 系列改型磨煤機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見表1。與ZGM113G型磨煤機(jī)相比，磨煤機(jī)磨盤轉(zhuǎn)速由24.2r/min 提高到26.83r/min（提高10%），最大加載力由30t 提高到36t（提高20%）。據(jù)設(shè)備廠方人員介紹，改進(jìn)后的磨煤機(jī)出力可提高10%。然而磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速和加載力提高后，輥套和襯板的磨損也相應(yīng)加快。

1.2 煤質(zhì)條件

我公司所用燃煤主要為船運(yùn)大同煙煤和烏拉蓋褐煤，部分煤質(zhì)情況見表2。

2 三種不同材質(zhì)、工藝的輥套和襯板化學(xué)成分及工藝特點(diǎn)

2.1 高鉻鑄造輥套和襯板化學(xué)成分及工藝特點(diǎn)

我公司使用的高鉻鑄造輥套和襯板為原磨煤機(jī)配套產(chǎn)品。輥套和襯板的材質(zhì)為Cr2021，化學(xué)成分與GB/T 8623 中的KmTBCr20Mo 相符（見表3）。輥套和襯板為一次鑄造成型，經(jīng)硬化處理后表面硬度HRC＞60，其鐵鉻成分主要以共晶碳化物形式存在。這種材料有很好的淬透性、較好的耐蝕性，適應(yīng)于較大沖擊載荷下的磨料磨損。

2.2 高鉻堆焊修復(fù)輥套和襯板的化學(xué)成分及工藝特點(diǎn)

在投產(chǎn)8個月后，部分磨煤機(jī)的輥套和襯板磨損嚴(yán)重，磨煤機(jī)出現(xiàn)了振動大、電機(jī)電流增大、出力下降的現(xiàn)象。

輥套和襯板的高鉻堆焊修復(fù)采用明弧焊和高鉻藥芯焊絲，在專用堆焊設(shè)備上進(jìn)行，焊絲化學(xué)成分見表4。與鑄態(tài)高鉻鐵相比較，高鉻堆焊層的碳化物含量更高，凝固的金屬具有方向性，碳化物呈纖維狀并與磨損表面垂直，碳化物相對較細(xì)、韌性好，在硬度相同的情況下，堆焊層高鉻鐵比鑄態(tài)高鉻鐵有更高的耐磨性。

表1 磨煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2 煤質(zhì)分析

表3 KmTBCr20Mo的化學(xué)成分（GB/T 8623），%

表4 我公司使用焊絲的化學(xué)成分，%

2.3 復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板的化學(xué)成分及工藝特點(diǎn)

在2009年12月檢修時，編號為1B的磨煤機(jī)安裝了北京某公司提供的復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板。2012年9月對此臺磨煤機(jī)進(jìn)行檢修時，輥套和襯板運(yùn)行時間為16 070h，輥套最大磨損深度為48mm，襯板最大磨損深度為22mm。由于磨損型線基本未過輥套對稱中線，故檢修后對輥套進(jìn)行了翻面使用，到2014 年2 月，輥套和襯板再次運(yùn)行時間為5 738h，累計(jì)運(yùn)行時間為21 808h，期間磨煤機(jī)運(yùn)行正常。

圖1 復(fù)合金屬陶瓷輥套的結(jié)構(gòu)

金屬陶瓷輥套和襯板是通過特殊鑄造工藝生產(chǎn)制造的，由燒結(jié)金屬陶瓷、高鉻鑄鐵、球墨鑄鐵熔鑄而成。復(fù)合金屬陶瓷輥套結(jié)構(gòu)見圖1。輥套和襯板工作面為熔鑄入高鉻鑄鐵的燒結(jié)金屬陶瓷，內(nèi)胎體為球墨鑄鐵。鑄造成型后，表層高鉻鐵硬度HRC＞61，表層金屬陶瓷硬度HRC＞68。金屬陶瓷輥套和襯板的耐磨性能優(yōu)良，其內(nèi)胎的球墨鑄鐵保證了整體的良好韌性和抗沖擊能力。

鑄件中高鉻鐵的化學(xué)成分為：C：2.3%～3.4%，Cr：18%～27%，Mo：0.3%～1.3%，Mn：0.5%～1.5%，Ni：0.3%～1.3%，Si：1%；鑄件中球墨鑄鐵的化學(xué)成分為：C：3.2%～3.5%，Si：2.5%～3.0%，Mn：0.3%（max），Mg：0.04%～0.07%。

3 三種不同材質(zhì)工藝的輥套和襯板的磨損速率及使用壽命對比

3.1 高鉻鑄造輥套和襯板的磨損速率及使用壽命情況

表5 高鉻鑄造輥套和襯板的磨損情況匯總

高鉻鑄造輥套和襯板的磨損情況見表5。從表5 中可以看出，個別高鉻鑄造輥套、襯板的磨損速率差別比較大，這主要與煤質(zhì)的變化及高鉻鐵鑄件硬化處理差異有關(guān)。由表5 的匯總統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知：

高鉻鑄造輥套的平均磨損速率約為：605mm÷67 776h×1 000≈8.9mm/1 000h

高鉻鑄造襯板的平均磨損速率約為：490mm÷67 776h×1 000≈7.2mm/1 000h

假設(shè)輥套、襯板允許的最大磨深為60～65mm，則高鉻鑄造輥套的使用壽命約為6 700～7 300h，高鉻鑄造襯板的使用壽命約為8 000～9 000h。

3.2 高鉻堆焊修復(fù)的輥套和襯板磨損速率及使用壽命情況

堆焊修復(fù)輥套和襯板的磨損情況見表6。由表6的匯總統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知：

高鉻堆焊輥套的平均磨損速率約為：909mm÷109 686h×1 000≈8.3mm/1 000h

高鉻堆焊襯板的平均磨損速率約為：732mm÷109 686h×1 000≈6.7mm/1 000h

假設(shè)高鉻堆焊輥套、襯板允許的最大磨深為60～65mm，則高鉻堆焊輥套的使用壽命約為7 200～7 900h，高鉻堆焊襯板的使用壽命約為9 000～9 700h。

堆焊件的使用壽命與焊接質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系密切，在線堆焊時因工作環(huán)境惡劣，堆焊的質(zhì)量難以保證，因而堆焊后的輥套和襯板的磨損較快。離線堆焊的焊接質(zhì)量相對較好，使用壽命也長于在線堆焊，部分堆焊件使用壽命＞10 000h。

表6 堆焊修復(fù)輥套和襯板的磨損情況匯總

3.3 復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板磨損速率及使用壽命

1B磨煤機(jī)金屬陶瓷輥套和襯板運(yùn)行后的檢查情況見表7。由表7可知：

復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套的平均磨損速率約為2.61mm/1 000h，復(fù)合熔鑄金屬陶瓷襯板的平均磨損速率約為1.5mm/1 000h，以上數(shù)據(jù)為表7 中6 個不同時間點(diǎn)測得的數(shù)據(jù)平均所得。

復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套、襯板工作面金屬陶瓷層厚度為45mm，其表面熔鑄有2～3mm厚的高鉻鐵（磨損后露出的是金屬陶瓷），下部包裹金屬陶瓷層的高鉻鐵厚度約60mm。由于輥套的磨損深度較淺，在運(yùn)行16 070h 后，將輥套翻面使用，其襯板的使用壽命約為35 000h。

3.4 三種材質(zhì)輥套和襯板的使用壽命及磨損速率對比

三種材質(zhì)輥套和襯板的使用壽命及磨損速率見表8。從表8 可以看出，高鉻堆焊的輥套和襯板的耐磨性能略優(yōu)于高鉻鑄造輥套和襯板，而復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板的耐磨性能則遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于高鉻堆焊及高鉻鑄造的輥套和襯板。

4 三種不同材質(zhì)的輥套和襯板磨損形狀及對磨煤機(jī)性能的影響對比

4.1 三種不同材質(zhì)的輥套和襯板磨損后的形狀

高鉻鑄造輥套和襯板磨損后，在磨損區(qū)呈現(xiàn)波浪狀形貌，波浪狀溝槽走向基本平行于磨輥軸向方向，每兩個溝槽間距50～80mm，個別甚至超過150mm，并伴有深犁溝及凹坑。硬度均勻性越差的輥套和襯板越容易生成深犁溝及凹坑，個別凹坑深度＞40mm。高鉻鑄造輥套使用7 000h后的磨損狀態(tài)見圖2。

高鉻堆焊輥套和襯板磨損后的表面較為均勻，波浪狀溝槽較密集且深度較淺，基本沒有凹坑現(xiàn)象。高鉻堆焊輥套使用7 200h 后的磨損狀態(tài)見圖3。

復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板的磨損較慢，磨損量小，磨損后的型線變化不大，磨損后工作面形成蜂窩狀凹坑（金屬陶瓷的設(shè)計(jì)形狀），增大了輥套和襯板與煤的摩擦。金屬陶瓷輥套使用8 000h 的磨損狀態(tài)見圖4。

4.2 三種不同材質(zhì)的輥套和襯板對磨煤機(jī)出力及磨煤電耗的影響

高鉻鑄造輥套和襯板因磨損量大，磨損后期有犁溝或凹坑，在磨損后期磨煤機(jī)出力明顯降低（磨煤機(jī)選型時，按5%的出力降低考慮）。

高鉻堆焊形式的輥套和襯板因磨損均勻沒有深犁溝及凹坑，磨損后期磨煤機(jī)出力降低較小。

復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板因磨損量小、磨損均勻，在磨損后期不會造成磨煤機(jī)出力降低，反而由于其工作面特殊的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，降低了磨輥與煤質(zhì)間的相對滑動，提高了磨煤機(jī)出力。安裝了復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板的1B 磨煤機(jī)，最大出力達(dá)到了73t/h，而主電機(jī)電流為65A。

表7 1B磨煤機(jī)金屬陶瓷輥套和襯板運(yùn)行后的檢查情況

表8 三種材質(zhì)輥套和襯板的使用壽命及磨損速率對比

圖2 高鉻鑄造輥套使用7 000h后的磨損狀態(tài)

圖3 高鉻堆焊輥套使用7 200h后的磨損狀態(tài)

圖4 金屬陶瓷輥套使用8 000h后的磨損狀態(tài)

表9 4個工作畫面數(shù)據(jù)的對比情況（2010年7月28日）

表10 三種不同材質(zhì)的輥套和襯板對磨煤機(jī)檢修周期的影響

1B磨煤機(jī)和2B磨煤機(jī)分別于2009年12月22日和2009 年12 月3 日檢修完畢，其分別安裝了復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套、襯板和高鉻堆焊輥套、襯板，2010 年7 月28 日分別截取了4 個工作畫面數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，對比結(jié)果見表9。由表9 可知，1B 磨煤機(jī)的噸煤電耗明顯低于2B 磨煤機(jī)，1B 磨煤機(jī)的2 號工況和2B 磨煤機(jī)的6號工況中磨煤機(jī)出力都達(dá)到了60.9t/h，而噸煤電耗相差0.8kWh。

4.3 三種不同材質(zhì)的輥套和襯板對磨煤機(jī)檢修周期的影響

從表10 可以看出，使用復(fù)合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板比使用高鉻鑄造和高鉻堆焊的輥套和襯板的磨煤機(jī)少一次檢修。

5 結(jié)語

對比三種不同材質(zhì)的輥套、襯板的使用情況可以看出：高鉻鑄造產(chǎn)品目前受煤質(zhì)影響較大；高鉻堆焊產(chǎn)品略優(yōu)于鑄造產(chǎn)品；復(fù)合熔鑄金屬陶瓷產(chǎn)品，其磨耗情況遠(yuǎn)優(yōu)于以上兩種產(chǎn)品，使用壽命達(dá)到16 070h，是高鉻鑄造和高鉻堆焊產(chǎn)品的2 倍以上，同時，大幅延長了檢修周期，增加了磨煤機(jī)出力，降低了磨煤機(jī)制粉單位電耗，性價比高，符合節(jié)能減排要求，值得推廣。