立式輥磨和輥壓機(jī)已成為水泥工業(yè)中的重要裝備，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，用于磨制煤粉、水泥生料、水泥礦渣粉和預(yù)碎熟料。立磨按粉磨物料的不同，可以分為煤磨、生料磨、水泥磨、礦渣磨、預(yù)碎磨等。我國(guó)4000t/d以上的水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)，生料磨基本上已全部采用立式輥磨（在2500t/d及以下的熟料生產(chǎn)線(xiàn)上，生料磨還較多采用球磨機(jī)或少量應(yīng)用立磨），輥壓機(jī)的應(yīng)用就更為廣泛了。
不論何種碾磨設(shè)備，不論研磨何種物料（水泥熟料、石灰石、粘土、瓷土、石膏、長(zhǎng)石、重晶石及煤等），在使用中，由于物料的摩擦作用，特別是生料、水泥、熟料和礦渣等物料的硬度高、可磨性差，且物料常常含有一些硬雜質(zhì)，如石英石、鐵塊等，對(duì)磨輥、磨盤(pán)、擠壓輥等耐磨件的磨損相當(dāng)嚴(yán)重。磨耗使得磨輥與磨盤(pán)或擠壓輥對(duì)輥之間的間隙加大，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率下降，能耗不斷提高，并最終可能導(dǎo)致設(shè)備停產(chǎn)檢修。極端情況下，磨輥、磨盤(pán)運(yùn)行時(shí)間僅1000多小時(shí)就失去碾磨能力，不僅不能保證物料的細(xì)度和出粉量，電耗也將成倍加大。
為解決磨損問(wèn)題，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，最直接有效的方法就是選擇不同材質(zhì)的鑄造耐磨件，或者通過(guò)各種工藝（如堆焊、噴涂等）來(lái)提高工件的耐磨性能。由此，硬面堆焊技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，成為對(duì)金屬材料進(jìn)行表面硬化的最為可行和經(jīng)濟(jì)的方法之一。現(xiàn)在我們針對(duì)硬面堆焊技術(shù)在中國(guó)水泥工業(yè)耐磨件應(yīng)用實(shí)踐中的一些問(wèn)題作一探討。
1 焊接方法和施工方式的選擇
1.1 焊接方法的選擇
焊接方法有很多，如氣焊、手工電弧焊、氣體保護(hù)焊、埋弧焊、明弧焊等。對(duì)于立磨磨輥、磨盤(pán)襯板、擠壓輥輥體等回轉(zhuǎn)體耐磨件以及耐磨板等平面狀態(tài)的耐磨件，均可采用自動(dòng)焊機(jī)堆焊的方法，包括埋弧堆焊和明弧堆焊。其它無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊的耐磨件可采用焊條電弧焊、手工焊機(jī)補(bǔ)焊、半自動(dòng)焊機(jī)堆焊。
那么這些堆焊方法該怎么選擇呢？我們認(rèn)為，應(yīng)從工件的最終性能要求來(lái)考慮，例如，煤磨、立磨的磨輥/盤(pán)這類(lèi)工件，它們要求高耐磨、低抗沖擊性，工藝選擇要從碳化物的數(shù)量和形態(tài)上來(lái)考慮；而輥壓機(jī)擠壓輥這類(lèi)產(chǎn)品則要求高抗沖擊、中低耐磨，工藝選擇要考慮碳當(dāng)量的概念，碳當(dāng)量決定耐磨件本身的強(qiáng)度、韌性和抗沖擊性。簡(jiǎn)單的說(shuō)，輥壓機(jī)擠壓輥的堆焊要考慮預(yù)熱和保溫，要圍繞碳當(dāng)量做工藝，原則上要采用熱焊，需要在一定的條件下進(jìn)行焊接，焊接、保溫溫度都比較高。而立磨、煤磨的輥/盤(pán)要求有足夠的耐磨性能，要考慮碳化物的形態(tài)，只考慮控制小的變形和快的冷卻速度，采用冷焊就可以了。因此，埋弧焊更適合輥壓機(jī)的堆焊，明弧自保護(hù)焊更適合立磨、煤磨的輥/盤(pán)的堆焊。只有針對(duì)不同的工件和場(chǎng)合綜合考慮堆焊方式，才能兼顧不同的堆焊方法，得到所需要的性能。
1.2 施工方式的選擇
目前的耐磨堆焊再制造方式包括離線(xiàn)堆焊和在線(xiàn)堆焊，離線(xiàn)堆焊發(fā)展較早，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在線(xiàn)堆焊是我公司2000年在國(guó)內(nèi)首先做起來(lái)的，并且獲得了國(guó)家專(zhuān)利和國(guó)家創(chuàng)新基金支持。
1.2.1 在線(xiàn)堆焊再制造
立磨磨輥和盤(pán)瓦在線(xiàn)再制造是將堆焊機(jī)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，在立磨磨輥/盤(pán)不拆除的情況下，使用藥芯焊絲進(jìn)行明弧堆焊再制造。因?yàn)椴挥貌鹦赌ポ伜鸵r板，用戶(hù)可在設(shè)備檢修和設(shè)備停機(jī)的較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行堆焊再制造，滿(mǎn)足即時(shí)檢修的需要，最大程度縮短停工時(shí)間。
在線(xiàn)堆焊再制造具有如下明顯優(yōu)勢(shì)：1）降低磨機(jī)檢修成本；2）縮短設(shè)備檢修停工時(shí)間，施工時(shí)間更靈活、更機(jī)動(dòng)，適合處理緊急情況；3）降低設(shè)備拆卸帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，施工更安全；4）尤其適合礦渣磨和分塊式磨輥的堆焊，尤其適合大直徑圓環(huán)形磨輥套的堆焊再制造。
最初的在線(xiàn)堆焊施工是2000年從電力系統(tǒng)的煤磨開(kāi)始的。因?yàn)殡姀S(chǎng)一臺(tái)機(jī)組至少有五到六臺(tái)煤磨機(jī)，而停機(jī)檢修時(shí)間只有10-15天，典型磨型如ZGM113系列磨煤機(jī)，一個(gè)機(jī)組六臺(tái)煤磨共有18只磨輥、6套盤(pán)，若要在檢修期間堆焊完，即使堆焊場(chǎng)地離工廠(chǎng)不是很遠(yuǎn)，加上拆裝和運(yùn)輸時(shí)間，以一臺(tái)設(shè)備堆焊一只輥?zhàn)佑?jì)算，共需要24臺(tái)設(shè)備、10-14天完成施工，而在線(xiàn)堆焊施工卻可以在10天內(nèi)順利達(dá)到同樣的效果。
從2000年至今，嘉克公司一直在進(jìn)行在線(xiàn)堆焊施工，到工程量最多的時(shí)候一共有28只隊(duì)伍在外進(jìn)行在線(xiàn)堆焊施工，每個(gè)施工隊(duì)伍堆焊量都在5-10噸，能一次性堆焊完成電廠(chǎng)一個(gè)機(jī)組的全部磨機(jī)。水泥廠(chǎng)因?yàn)榱⒛サ某叽绫容^大，像ATOX50、MLS3626等大的輥套和磨盤(pán)堆焊量也都很大。
大量的實(shí)踐證明了在線(xiàn)堆焊再制造是比較實(shí)用的，不僅能保證堆焊再制造后的質(zhì)量和使用壽命，保證磨輥和磨盤(pán)的原有工作尺寸，而且大大提高了生產(chǎn)效率和出粉產(chǎn)量，降低了更換磨盤(pán)和磨輥所帶來(lái)的人工成本增加、備件周期及不安全因素的影響。
有人認(rèn)為在線(xiàn)焊質(zhì)量可能有問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)上百個(gè)堆焊再制造的案例比較后認(rèn)為，在線(xiàn)焊如果在裝備上、工藝上真正達(dá)到要求，表面質(zhì)量和耐磨性能和離線(xiàn)堆焊一樣經(jīng)得起足夠的耐磨時(shí)間。
1.2.2 離線(xiàn)堆焊再制造
在線(xiàn)堆焊的成功實(shí)施并不能完全取代離線(xiàn)堆焊，這兩種焊接方法同樣重要。用戶(hù)如擁有備件，可把磨輥/盤(pán)瓦拆卸下來(lái)運(yùn)到堆焊生產(chǎn)基地進(jìn)行堆焊再制造。
離線(xiàn)堆焊再制造具有下述優(yōu)點(diǎn)：
1）堆焊再制造的磨輥/盤(pán)瓦尺寸不受限制，且各種形狀的磨輥/盤(pán)瓦均可堆焊再制造；2）無(wú)論工作量多大，離線(xiàn)堆焊施工都不會(huì)影響停機(jī)時(shí)間，也不會(huì)造成任何附加損失；3）磨損后的磨輥、磨盤(pán)拆下來(lái)后可以詳細(xì)檢查母材是否存在裂紋等缺陷，施工品質(zhì)可以得到保證。
離線(xiàn)堆焊風(fēng)險(xiǎn)雖小，但相對(duì)施工周期長(zhǎng)，且存在拆卸、運(yùn)輸費(fèi)用、安裝費(fèi)用，檢修成本較高，同時(shí)堆焊后設(shè)備還存在安裝及安裝中的安全等問(wèn)題。
1.2.3堆焊復(fù)合制造
堆焊復(fù)合制造是目前行業(yè)中采用較多的立磨磨輥/磨盤(pán)等耐磨件的制造方式，它是指采用低碳鑄鋼如ZG20SiMn、ZG25、ZG35等鑄造基體，采用硬面堆焊作為耐磨保護(hù)層，通過(guò)在基材表面堆焊一定厚度的高硬度、抗磨損的耐磨層，由基體提供抵抗外力所需的強(qiáng)度、韌性和塑性等綜合性能，由表面堆焊層提供滿(mǎn)足指定工況需要的耐磨性能。此方法不僅解決了高鉻、鎳硬系列合金材料的高脆性、易開(kāi)裂、可焊性差的問(wèn)題，還大大提高了輥套及襯板的耐磨性能。
復(fù)合耐磨件在堆焊前其鑄造基體應(yīng)經(jīng)嚴(yán)格的超聲波探傷檢測(cè)，確保基體不存在鑄造缺陷，否則應(yīng)先進(jìn)行鑄造缺陷的處理。同時(shí)應(yīng)根據(jù)基材成份和成品耐磨性能要求，選擇合理的堆焊材料作為打底層、過(guò)渡層和硬面層。目前中國(guó)常見(jiàn)的幾種型號(hào)的生料磨都已開(kāi)始采用此制造方案，如宇部50.4磨輥套，Polysius57/28磨輥、磨盤(pán)，MLS3626磨輥、磨盤(pán)，ATOX50磨輥、磨盤(pán)等。電廠(chǎng)的煤磨輥也有采用復(fù)合新品的趨勢(shì)。
但這種耐磨件制造方法最大的風(fēng)險(xiǎn)就是耐磨層的剝落。所指剝落一是耐磨層與母材鑄鋼間的剝離；二是耐磨層之間的剝離。一般耐磨層越厚剝落的可能性越高，特殊結(jié)構(gòu)的磨輥發(fā)生耐磨層剝落的風(fēng)險(xiǎn)也較大。要想降低剝落風(fēng)險(xiǎn)，在堆焊層厚度設(shè)計(jì)、鑄造基體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、各層焊絲的選擇、施工工藝和施工操作上都需要嚴(yán)格控制，必要時(shí)應(yīng)作焊接工藝評(píng)定。總之，采取何種制造方式，關(guān)鍵取決于用戶(hù)對(duì)耐磨件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、堆焊時(shí)機(jī)、堆焊風(fēng)險(xiǎn)、產(chǎn)品產(chǎn)量、物料性能、耗電量、費(fèi)用等的綜合考慮。