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1、耐磨堆焊材料在水泥行业的应用 一、郑州机械研究所介绍 郑州机械研究所是研究机械工业基础技术、基础工艺的多专业综合研究所，是原机械工业部直属一类研究所，现转制为中央直属大型科技企业，已有近50年的科研工作历史。全所现有职工近600人，其中研究员50多人、高级工程师200多人。郑州所主要从事齿轮传动、机械强度与振动、焊接材料/工艺/装备、精密铸锻、铸造、机电一体化技术的研究、产品开发和制造。已建成多个产业化基地，20XX年销售额超过4亿元。 郑州机械研究所自1971年至2000年，共取得科技成果680多项，其中获得国家级和省部极嘉奖200多项。40多年来在国家重大工程（如三峡、葛洲坝、长征二号火箭
2、、核电站、航天载人工程）建设和国防建设中发挥了积极作用。 郑州机械研究所从事焊接材料研究已有40多年的历史，是国内从事焊接材料及工艺研究的主要科研单位之一，也是国内最早从事药芯焊丝研究的单位，在国内享有很高声誉。 二、特种焊接材料研究室介绍 特种焊接材料研究室是特地从事特种焊条及药芯焊丝，尤其耐磨堆焊材料及工艺研究的处室，从事焊接材料研究、开发及生产已有30多年历史，拥有一批特地从事焊接材料、磨损机理研究的技术人员。市场营销人员也均是技术人员，娴熟把握焊接及磨损机理，可以针对客户的不同需要，依据不同的工作条件、不同的基体金属、不同的磨损工况，选用合适的搭配材料及相应的工艺，满意用户的需求，同时
3、可以为用户供应现场技术服务。具有相当的生产规模和修复条件，拥有自己的药芯焊丝和特种焊条生产线，以及设施齐全的堆焊基地。生产品种多样的耐磨堆焊材料（焊条及药芯焊丝），可承接各种易损部件的修复，是研究所主要生产基地之一，经过几十年的努力，不断发展壮大，已形成科、工、贸为一体的实体。 三、特焊室耐磨堆焊材料在水泥行业的应用 1.在辊压机挤压辊堆焊方面的应用 辊压机是20世纪80年月末从国外引进的一种高压粉磨设备，具有高效节能的特点，经过不断改进和完善，这种设备得到了在水泥行业得到了大量推广。 辊压机是用途广泛的一种高效节能的粉磨设备。尤其适用于水泥熟料的粉磨，而且对石灰石、高炉矿渣、石灰砂岩、原煤、
4、石膏、石英砂、铁矿石等的粉磨也很有效。辊压机的主要特点就是高压，主要利用50-300Mpa的高压对物料进行挤压，达到粉碎的目的。辊压机在水泥工业中已使用了十几年，主要用于水泥熟料的粉磨。辊压机极其恶劣的工作条件造成辊面磨损严重，因此，在制造辊压机时就必需对挤压辊表面进行有效防护。而在挤压辊表面堆焊耐磨材料是目前全世界公认的最有效、最简便的方法。这主要有两个原因：一是堆焊材料和工艺便于不断进行改进和调整；二是挤压辊在使用一段时间后必定要产生磨损，而由于挤压辊特别昂贵，绝大多数状况下不可能更换，只有在现场连续对其进行修复。在这种状况下，只有采用堆焊的方法才能进行快速、有效的修复。 郑州机械研究所特
5、种焊接材料研究室于1991年就开头与洛阳矿山机器厂一起从事辊压机挤压辊表面耐磨堆焊材料的国产化和应用研究。借鉴德国洪堡（KHD）公司的先进技术和工艺，结合进口辊压机在我国应用中存在的问题，形成了我们独特的焊接材料和焊接工艺。经过多年的细心改进及大力推广，我们所研制生产的辊压机专用系列耐磨药芯焊丝及手工焊条已在国内众多水泥厂家得到应用，可达到辊面连续使用60009000小时不需补焊之效果，受到了用户的广泛好评。到目前为止，全国各地用郑州机械研究所研制的材料和工艺制造或修复堆焊的辊压机已超过180台。其中包括14001000、1400650、1200800、1200450、1200360、1200
6、450、1000630、1000400、1220760、1000300、1000260、800200等多种规格的进口和国产辊压机。修复后的使用寿命均优于原辊体的寿命。 仅20XX年一年中信重型机械公司（即原洛阳矿山机器厂）就用我所堆焊材料制造辊压机48台，其辊面堆焊全部采用我所研制的药芯焊丝。 我们为X市拉法基水泥有限公司堆焊的一对1220760新挤压辊，从20XX年6月初投入使用至20XX年7月，运行时间超过9000小时，这期间未堆焊过，该公司特别满足，认为这远远超过了该辊子的预期使用寿命，其耐磨性能远优于该厂原装进口辊。为X省塔牌集团堆焊修复的一对1200800挤压辊，从20XX年2月初投
7、入使用至今，还未堆焊过，表面耐磨条纹高度还剩余23mm（新条纹高度5mm）。多年来大量的应用实例表明：无论是耐磨性还是焊接工艺性，我们的辊压机堆焊材料完全可以与国外的材料相媲美，材料和堆焊工艺达到了国际先进水平。 我所是国内最早从事药芯焊丝研究的单位，在国内领先研制出辊压机表面堆焊专用ZD系列（ZD1、ZD2、ZD3、ZD310）及其它型号的耐磨药芯焊丝及手工焊条。焊丝有埋弧焊（4.0、3.2）和CO2气体保护焊（1.6）两种。该系列材料包括过渡层、缓冲层、硬面层和耐磨花纹层。通过这几种材料的合理搭配，形成辊面硬度梯度，可有效地保证辊面的使用寿命。下面就我们的系列辊压机堆焊材料做一具体说明：
8、ZD系列手工电焊条（包括过渡层焊条ZM、硬面层焊条ZD3和耐磨花纹层焊条ZD310），适用于现场焊补辊面的小面积磨损或剥落。以及全位置（立焊和横焊）焊接状况下的焊补。缺点是焊接效率较低。 ZD系列CO2气体保护焊药芯焊丝（1.6），包括过渡层ZD1、缓冲层ZD2、硬面层ZD3和耐磨花纹层ZD310。适用于现场修复辊面的大面积磨损或剥落，以及辊面整体不拆卸大修。堆焊效率是手工电焊条的34倍，堆焊质量也明显优于手工电焊条。特别适合检修时间紧急、又没有备用辊子的水泥厂使用。 ZD系列埋弧焊药芯焊丝（4.0、3.2），包括过渡层ZD1、缓冲层ZD2、硬面层ZD3和耐磨花纹层ZD310。该焊丝具有极高的
9、焊接效率和优异的焊接质量。适用于辊子的拆卸大修，这种状况下的大修能够充分满意堆焊的工艺要求，焊缝成型美观，具有最牢靠的堆焊质量保证。采用这种工艺修复堆焊的旧辊子，其使用寿命完全可达到新辊子的水平。 见于水泥厂检修时间普遍比较紧急这一现状，我们推荐厂家在不拆卸焊补或大修时尽量采用焊丝进行堆焊，这样可有效保证焊补的进度和质量。同时建议，在经济条件允许的状况下，定做一套备用辊，这样就有可能作到每年更换一次辊子，而运行中辊子无需进行任何焊补，这样可大大削减辊压机的修理成本，提高企业的生产效率。 在对耐磨堆焊材料进行不断改进的同时，我们还在辊压机辊面磨损疲惫破坏机理及堆焊应力分析方面做了深入的研究工作，
10、据此对堆焊工艺进行优化，使辊面的堆焊质量不断提高。 由于我所研制的堆焊材料抗裂性能优良，所以用其堆焊的辊压机辊面特别简单现场补焊，且堆焊工艺比较简洁。 实践证明，用我所堆焊材料堆焊的辊压机使用寿命可达到60009000小时，在我们保证的使用时间内，辊面可连续使用，不需进行任何处理。 我们在辊压机堆焊方面可为用户供应以下服务： .供应由我所自行开发研制的辊压机表面堆焊专用系列焊接材料，包括焊条和焊丝； .我所从事辊压机堆焊已有十多年的历史，拥有完备的堆焊设施、热处理设施和检测设备，这些可有效地保证堆焊质量。我们可承接各种规格新旧挤压辊的预保护堆焊和修复堆焊工程； .我所具有丰富的辊压机现场堆焊修
11、复经验，可派技术人员和焊接操作人员为用户供应现场技术服务，包括供应堆焊工艺指导、辊面局部堆焊修复和辊面整体不拆卸大修工程。 2.在立磨磨辊及磨盘堆焊方面的应用 立磨又称中速磨，已有近百年发展历史。前期由于受耐磨材料性能所限，只能用于粉磨软质物， 如煤、石膏等，在20世纪70年月随着新型干法水泥技术的飞速发展，立磨以其集粉磨、烘干和选粉于一体、运行经济的特点被广泛用于水泥原料粉磨。20世纪70年月末德国非凡（Pfeiffer）公司的MPS立磨首次用于粉磨矿渣水泥，拓宽了立磨的应用范围。20世纪90年月，立磨粉磨水泥及矿渣在国外得到较广泛的应用。在国内，目前水泥厂使用立磨以粉磨原料和煤为主，用于水
12、泥和矿渣粉磨较少。由于立磨得到了越来越广泛的应用，所以对磨辊和磨盘的耐磨性就提出了越来越高的要求。目前国内使用立磨磨机的水泥厂有许多家，一部分使用的是进口的立磨磨机，如德国的莱歇公司、伯力鸠斯公司、非凡公司，日本的宇部公司等，一部分则使用的是国产立磨磨机。立磨磨机极其恶劣的工作条件造成辊面磨损严重，因此，在制造磨机时，立磨磨辊辊套及磨盘衬板一般采用整体耐磨合金铸造（高铬铸铁或镍硬铸铁）或复合耐磨堆焊的方法制造，以期提高辊体及磨盘的耐磨性和使用寿命。 用整体耐磨合金铸造的磨辊及磨盘虽然有着较好的耐磨性，但存在两个问题：1.辊体成本较高，磨损到一定尺寸后整个辊体就要报废，虽然可采用堆焊方式修复，但
13、只可修复12次；2.辊体本身脆性大，简单出现辊体断裂、开裂现象，一旦出现这种状况，会严重影响设备的运行安全。因此，国外多家公司在制造大型立磨磨辊及磨盘时已开头倾向于采用复合耐磨堆焊的方法，即：辊体基体采用韧性良好的低碳钢和低合金钢，表面堆焊耐磨材料进行有效防护。这样既可以保证工件表面具有优良的耐磨性，又可使辊体具有良好的综合机械性能，不存在开裂或断裂的危急。另外，这种钢机体的工件可反复进行堆焊，这样可大大削减设备的备件成本。 尤为重要的一点是，堆焊金属具有组织匀称、晶粒细密等特点，这有利于保证堆焊金属匀称、优良的耐磨性能。而铸造组织相对比较粗大，且简单产生偏析，这就使铸造合金的组织匀称性、耐磨
14、性能受到很大影响。 由于立磨磨辊工作中承受着挤压力及摩擦力，这就要求辊面堆焊时必需采用特别的堆焊工艺和堆焊材料，假如选用材料或焊接工艺不当，有可能造成辊面严重剥落损坏。郑州机械研究所特焊室研制的MD（MD621、MD611、MD601）系列耐磨堆焊药芯焊丝，属于高碳高铬合金焊丝，其堆焊层金属含有大量的、细密的碳化物硬质点，这些硬质点具有优良的耐磨性能。该系列焊丝适用于受不同程度磨粒磨损工件的预保护和修复堆焊，特殊是立磨磨辊辊套及磨盘衬板，以及各种溜槽的堆焊。我所研制的该系列焊丝不但可在各种钢基体上堆焊，而且可在高铬铸铁或镍硬铸铁基体上堆焊（结合我所制定的特有的焊接工艺），结合性能良好。不会产生
15、剥落现象。我所研制的立磨堆焊专用系列焊丝详细介绍如下： MD（MD621、MD611、MD601）系列埋弧堆焊药芯焊丝，适用于新的钢基体辊套的堆焊，以及拆卸下来的旧的钢基体或铸铁基体的辊套的修复堆焊。特点是堆焊效率高、焊缝成型美观、堆焊质量稳定。另外，埋弧堆焊设备技术早已成熟，且价格低廉，特别使用。用户可针对不同的工况及物料选择不同型号的焊丝。 DH（DH621、DH611、DH601）CO2气体保护堆焊和明弧堆焊药芯焊丝，适用于在现场对磨辊或磨盘进行不拆卸堆焊修复。工艺简洁，使用便利。 我们已为日本宇部公司等国内外多家水泥设备或水泥生产企业堆焊了磨辊辊套或磨盘，包括铸钢基体和铸铁基体，受到用
16、户的普遍好评。 3.锤式破裂机锤头及锤盘的堆焊. 锤式破裂机是水泥企业常用的破裂设备，多用于破裂生料。多年来，这种设备有越来越大型化的趋势，特殊是由X市院开发的单段锤式破裂机，得到了普遍应用。随着设备越来越大，设备的备件成本也越来越高，也就对锤头及锤盘的耐磨性能提出了更高的要求。锤头越大，磨损越猛烈，就越具有较高的修复价值。多年以来，我们已为国内多家水泥厂修复了许多副单段锤式破裂机锤头，也为这种设备的制造厂家供应了大量的预保护堆焊焊丝或焊条。 锤头的工况很复杂，既要受猛烈的冲击磨损，又要受猛烈的磨粒磨损（犁削磨损）。因此，要求锤头既要有优良的韧性，又要有优良的耐磨性。国内锤头多采用高锰钢（ZG
17、Mn13Cr2）或超高锰钢（ZGMn18Gr2）铸造，之所以采用高锰钢作锤头，是因为高锰钢具有优良的冲击韧性，并具有表面冲击硬化作用。少数采用进口锻造合金钢（如30CrMoV9）。由于中国地域宽阔，所以国内各水泥厂原料，尤其是南方和北方，其性能指标相差很大。例如，某水泥厂的单段破裂机锤头的使用寿命是破裂4万多吨石灰石。而在另一水泥厂，同样的锤头可破裂100多万吨石灰石。明显，前者的设备备件成本是后者的几倍甚至是十几倍。这种状况说明，在许多状况下高锰钢的冲击硬化作用并未显现出来。 因此，很多水泥厂都有修复高锰钢头的愿望。针对这种状况和需求，我所在多年以前就研制出了高锰钢锤头堆焊修复专用材料及特别
18、的焊接工艺。实践证明，用我所堆焊材料和工艺修复的锤头，使用寿命一般可提高1倍以上。 大型锤式破裂机的锤盘因价格昂贵，具有较高的修复价值。我所用自己特有的焊接材料和堆焊工艺为国内多家水泥厂现场修复了大型锤式破裂机的锤盘，为企业的节能降耗做出了贡献。 4风机叶轮的堆焊修复 风机是水泥厂特别常用的设备，多数风机过风时要携带大量的各种粉尘，因此风机叶轮要受到不同程度的冲刷磨损，这就要求叶轮的叶片必需具有优良的耐磨性。针对如何提高风机叶片的耐磨性能，我们做了大量的工作，研制出了多种耐磨焊条，其中以TN65型焊条耐磨性能最为优良。我们已为国内几十家水泥厂修复过风机。实践证明，用我们的焊条堆焊修复的风机，寿
19、命可提高48倍。 5立窑塔篦齿的堆焊修复 塔篦是机立窑中的关键部件，其工作在很高的温度下，承受着猛烈的磨粒磨损，因此堆焊耐磨焊条是提高塔篦的寿命的最有效的方法。我所研制的立窑塔篦齿堆焊专用焊条TDL-60等具有优良的耐磨性能，和优良的堆焊工艺性能。堆焊后的塔篦可使用一年以上。 除上述部件以外，郑州机械研究所研制的耐磨堆焊焊条和焊丝也适用于各种挖掘机铲齿、各种下料溜槽、搅拌机叶片、磨机衬板等部件的修复堆焊。可显著提高这些部件的使用寿命。 郑州机械研究所特焊室从事耐磨堆焊材料和工艺研究已有近20年的历程，具有丰富的耐磨堆焊经验。我们不断跟踪国外的先进技术和经验，已开发出几十种堆焊材料品种。我们同水泥行业的合作已有十多年的历史，见证了国内水泥行业耐磨堆焊技术不断进步的过程，我们为自己能够用自己的科研产品和技术为这些进步做出贡献而感到由衷的骄傲。 随着各种能源的不断紧急，广阔水泥企业越来越意识到节能降耗的重要性，也越来越重视提高各种易磨损部件的寿命，重视对这些部件的修复工作。对于水泥行业来讲，耐磨堆焊技术是一个朝阳产业，有着不可估量的前景，意义特别重大。郑州机械研究所特焊室愿与广阔水泥行业的同仁一道，发奋图强，携手并进，使中国水泥行业的耐磨堆焊修复技术提高到一个新的水平。 - 11 -