“FGM-KM-B.U”三新技術(shù)在回轉(zhuǎn)窯輪帶修復(fù)中的應(yīng)用

　　輪帶是回轉(zhuǎn)窯設(shè)備中的極為關(guān)鍵的部件，它承擔(dān)窯體、耐火材料、相關(guān)燃、原料的分解重量、傳動(dòng)負(fù)荷等全部重力，而且還承受著高溫，其工作環(huán)境十分惡劣。它的好壞直接影響回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)運(yùn)行的正常與否，因而輪帶是保證系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)我們不希望它出現(xiàn)任何故障。但是在惡劣工況條件下，損壞是難免的，如何恢復(fù)輪帶和托輥的使用功能，是我們研究的主要課題。

　　本文旨在介紹我們應(yīng)用“ FGM-KM-B.U”三新技術(shù)在線修復(fù)，以提高工效、降低維修費(fèi)用和節(jié)省維修時(shí)間，恢復(fù)輪帶、托輥的使用功能，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的有效方法。

　　一、“FGM-KM”新材料簡(jiǎn)介

　　“FGM-KM”新材料即彌散強(qiáng)化復(fù)合梯度功能合金材料，它是一種特種合金系列材料。這種材料易與基材熔合，兼有耐磨、耐沖擊、耐熱、抗腐蝕等綜合物理特能。材料和基體熔合后所形成的新合金層，其金相組織以珠光體、馬氏體、奧氏體及雙向耐磨合金為主。熔敷金屬由固態(tài)向液態(tài)再轉(zhuǎn)化為固態(tài)時(shí)，基材金屬表面氧化物脫氧，生成低熔點(diǎn)的硼硅酸鹽類熔渣浮出，形成保護(hù)膜，使熔化的合金與被處理的基材金屬達(dá)到冶金結(jié)合。在這一過(guò)程中，基材表面金屬向熔融金屬滲透并相互擴(kuò)散，最后形成冶金滲透的合金層。在施工過(guò)程中，根據(jù)不同的基材材質(zhì)設(shè)計(jì)結(jié)合層、過(guò)渡層、工作層、加工層等不同的層面，選擇相匹配的材料進(jìn)行熔敷，使修復(fù)面達(dá)到耐磨、耐蝕、耐溫、耐沖擊、有韌性且具有多元性能的特殊強(qiáng)化的功能。

　　二、輪帶缺陷分析

　　輪帶失效機(jī)理：

　　1、疲勞點(diǎn)蝕:輪帶是由托輥托住，托輥和輪帶接觸即會(huì)產(chǎn)生很大的赫茲應(yīng)力，這種應(yīng)力是局部的高應(yīng)力，輪帶在此脈動(dòng)應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，就會(huì)產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕逐漸擴(kuò)大，會(huì)產(chǎn)生局部面積的剝落，筆者見(jiàn)過(guò)的剝落面積達(dá)到800×2100mm2。

　　2、剝落壓潰：輪帶的材料一般均為碳素鑄鋼，由于鑄造的缺陷或熱處理的缺陷造成輪帶周向的硬度不均，組織不一致，在高強(qiáng)度負(fù)荷下，輪帶材質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)疏松，硬度較低的部位就會(huì)壓潰、卷邊、壓陷。另外，鑄造缺陷如皮下空洞、大面積的組織疏松，砂眼、氣孔等亦會(huì)造成剝落和壓潰。

　　3、斷裂：輪帶工作面是線接觸負(fù)載，其徑向或軸向易產(chǎn)生斷裂。徑向整個(gè)完全斷開(kāi)，內(nèi)圓弧發(fā)生變化，現(xiàn)場(chǎng)很難修復(fù)，軸向裂紋，沒(méi)有完全裂開(kāi)，尚有辦法修復(fù)。

　　造成輪帶缺陷的主要原因：

　　1、輪帶的鑄造缺陷，主要是由于組織松疏，孔隙洞較多，基材硬度不均，長(zhǎng)期在重載荷、滾動(dòng)、高溫形態(tài)下循環(huán)的工作，形成熱蝕疲勞剝落。

　　2、多種原因造成的應(yīng)力集中、受力不均勻，熱量大、溫度高、熱蝕等引起的剝落，占整個(gè)輪帶的很大一部分，并在形成擴(kuò)大的趨勢(shì)，同時(shí)也會(huì)對(duì)托輥造成更為嚴(yán)重的損傷。

　　輪帶缺陷的危害：

　　窯內(nèi)溫度1700 0C，16000C以下，液相含量多，粘度低，燒結(jié)溫度范圍太窄，使窯皮局部過(guò)熱而燒露耐火磚，進(jìn)而使堿性磚極易炸裂，剝落縮短壽命。Mgo、K2O、Na2O、CaO,氧化鎂65%，堿性較強(qiáng)，在燒成帶的高溫下，發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)侵蝕。在這種環(huán)境下如果輪帶有缺陷，則振動(dòng)加快，使燒穿筒體、窯壁的危險(xiǎn)性加劇。

　　綜上所述，我們應(yīng)對(duì)輪帶缺陷采取果斷措施，進(jìn)行預(yù)防、及時(shí)搶修、恢復(fù)功能，避免燒穿筒體、窯壁造成停產(chǎn)的危害，減少不必要的損失。

　　三、輪帶修復(fù)工藝程序：

　　根據(jù)輪帶損壞現(xiàn)狀及我公司多年來(lái)在線修復(fù)，擬在原缺陷部位采用“FGM-KM”新材料、B.U新技術(shù)分層熔敷的工藝及電腦制作弧形線靠模、用我們?cè)O(shè)計(jì)研制的專用設(shè)備在線研磨的方案，再用板尺靠平（水平尺）、塞尺檢測(cè)等手段，確保圓弧形態(tài)的精度誤差控制在0.15mm以下（單面）。具體技術(shù)工藝方案如下：

　　1、首先進(jìn)行創(chuàng)面粗化、凈化處理。創(chuàng)面粗化：即用砂輪打磨的方法將創(chuàng)面疲勞層、銹斑層、油污層磨掉，露出金屬本有的光澤。在待修復(fù)處將創(chuàng)面向基體周邊外擴(kuò)30～40mm，擴(kuò)深20mm，以利于提高熔合區(qū)與基體邊緣區(qū)半熔合區(qū)的冶金結(jié)合力達(dá)到500N的冶金標(biāo)準(zhǔn)；凈化處理：即采取電化氣相CVD，物理氣相PVD等（相關(guān)的如：NaOH、Na2CO3、NaNO3，加自行研制的721合成劑等）用滲透調(diào)制法消除零件上金屬碎屑和殘余雜物，達(dá)到雙相改性處理的目的。

　　2、采用“FGM-KM”新材料、B.U新技術(shù)熔敷的工藝，恢復(fù)磨損區(qū)的尺寸，并按技術(shù)要求配制合金材料。該項(xiàng)工作完成后，檢查無(wú)誤方可進(jìn)行熔敷，熔敷金屬嚴(yán)格按結(jié)合層、過(guò)渡層、工作層、加工層進(jìn)行，各層厚度不得超過(guò)設(shè)計(jì)要求的規(guī)范，其程序如下：

　　a、結(jié)合層：用“FGM-KM1#”合金材料，針對(duì)工件的基材、工況條件和技術(shù)要求，研制配比相關(guān)的FGM-KM新材料，配方和材料各有不同。如ZG45需以珠光體為主，作為結(jié)合層，主要以B、C、Mn、Mo、Ni……元素組成，在熔合區(qū)和半熔合區(qū)稀釋S、P的含量，減少冷裂紋和熱裂紋的產(chǎn)生，在熔合區(qū)和半熔合區(qū)稀釋C、Mn的含量，提高熔敷性。目的是：疏散應(yīng)力，增強(qiáng)熔敷層與基材的親合力，達(dá)到為下一步恢復(fù)尺寸層，逐步過(guò)渡強(qiáng)化的目的。

　　b、過(guò)渡層：用“FGM-KM2#”合金材料，在結(jié)合層材質(zhì)的基礎(chǔ)上，研制一種在以馬氏體和貝氏體之間變化的材料，主要以W、Mo、V、C、Ni、Cr……元素組成，目的是：主要解決金屬與金屬之間的相互磨損、沖擊載荷磨損、顆粒磨損、疏松應(yīng)力，根據(jù)工況條件、技術(shù)要求相應(yīng)的增加強(qiáng)度和硬度。

　　c、工作層：用“FGM-KM3#”合金材料，以?shī)W氏體組織雙相耐磨合金為主，主要元素由Cr、Ti、Mn、W、C、Mo……組成。目的是：解決有高應(yīng)力的磨擦磨損，具有較好的耐熱蝕性、耐疲勞性。

　　d、加工層：為了便于磨削，達(dá)到幾何尺寸技術(shù)的精度要求。目的是：使其降低硬度，便于基體與熔敷材料的有效結(jié)合及磨削；保證其技術(shù)要求中的精度和光潔度，同時(shí)，更有利于在運(yùn)行中的平穩(wěn)過(guò)渡。

　　針對(duì)上述四種涂層，均要采用不同于常規(guī)的酸性+堿性+中性摻和四種類型八種物理性能12種化學(xué)成分的FGM-KM的新材料熔敷在一起的特殊工藝方法。為了滿足B.U新工藝、新技術(shù)的要求，我公司采用了變頻技術(shù)、擴(kuò)大功率等相關(guān)措施，對(duì)ZX弧焊機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后焊機(jī)具有：高方向性、高亮度性、能量密集性的聚焦光束B(niǎo).U的特點(diǎn)，完全滿足了“FGM-KM”材料與基材的相互親和力。同時(shí)采用單道、單層和多道多層來(lái)熔敷的工藝措施，根據(jù)工件材質(zhì)、厚度、大小、形狀有效地進(jìn)行自由調(diào)節(jié)和溫度控制（如焊接線能量、熔敷線速度等），有效地避免了在熔敷過(guò)程中出現(xiàn)的變形、氣孔、夾渣、未焊透、偏邊、弧坑、裂紋等缺陷。通過(guò)最佳協(xié)同效應(yīng)，確保了基體與熔合區(qū)有良好的熔合，不炸、不裂、形成一體。同時(shí)更重要的是使基體材質(zhì)達(dá)到了雙相改性的目的。使修復(fù)后的工件技術(shù)性能、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性都達(dá)到了最佳效果。

　　實(shí)踐證明，在以上的四個(gè)環(huán)節(jié)中熔敷的“FGM-KM”合金必須根據(jù)工況條件、工件材質(zhì)、技術(shù)要求來(lái)配比?？傮w要求是按結(jié)合層、過(guò)渡層、工作層、加工層成梯度功能的復(fù)合型的材料，采用浸熔法配制合金，依次逐層進(jìn)行熔敷，使合金（占56.3%）能綜合摻入到基材金屬（占43.7%），才能達(dá)到預(yù)期的理想效果。

　　3、經(jīng)檢測(cè)確認(rèn)達(dá)到熔合標(biāo)準(zhǔn)后，再進(jìn)行在線修磨→粗磨→精磨→研磨，使修復(fù)面弧度和現(xiàn)用的輪帶弧度完全一致，恢復(fù)了輪帶的工藝性能，使用壽命也得到了大幅度的提高。

　　三、應(yīng)用實(shí)例

　　華新水泥股份有限公司有一旋窯的輪帶，其主要參數(shù)：外徑5.8m，輪帶寬600-700mm，ZQ310-370，該輪帶運(yùn)行了20余年。現(xiàn)在輪帶出現(xiàn)了損壞，點(diǎn)蝕面積300×50mm2 有6處、300×700 mm2 2處、300×300mm2 以下的有多處。剝落深度一般深度達(dá)30-450mm。由于輪帶損壞面積大，而且不均勻分布，加之還有一些磨損和塌陷的面積，且有三處失園。因此在運(yùn)行中窯體振動(dòng)頻幅大，托輥的磨損加劇，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。華新公司向外招標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)輪帶，武漢開(kāi)明高新科技有限公司應(yīng)聘投標(biāo)，通過(guò)修復(fù)工藝的答辯，并以材料新穎、工藝獨(dú)到、技術(shù)過(guò)硬、工期短而中標(biāo)。

　　2003年4月，該公司派人現(xiàn)場(chǎng)施工，采用“FGM-KM”材料應(yīng)用CO2氣體保護(hù)焊和熔敷技術(shù)相結(jié)合的工藝，及機(jī)加工的辦法，歷時(shí)10天，完成三條輪帶的修復(fù)任務(wù)，經(jīng)試車運(yùn)行至2008年8月再次檢測(cè)，6年來(lái)所修部位完好無(wú)損，恢復(fù)了輪帶的完好性能，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，獲得華新好評(píng)。現(xiàn)又計(jì)劃請(qǐng)?jiān)摴拘迯?fù)2條。

　　湖北省京山縣新生水泥廠是一座新建年產(chǎn)50萬(wàn)噸的水泥生產(chǎn)廠家。該廠旋窯系1998年投產(chǎn)，有一輪帶外徑5.7m，輪寬700mm，材質(zhì)為ZG350-550。2004年該輪帶出現(xiàn)7處大面積剝落，最大一處有300×1100mm2 。2004年該廠曾請(qǐng)焊接研究所為其現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)過(guò)，但用不過(guò)三個(gè)月，修復(fù)處金屬就剝落。2004年10月，武漢開(kāi)明高新科技有限公司派人現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，也是采用“FGM-KM”材料，用的改良ZX-500弧焊機(jī)，人工現(xiàn)場(chǎng)熔敷，熔敷后用砂輪磨削到要求尺寸，歷時(shí)4天完工。運(yùn)行至今修復(fù)處完好無(wú)損，整體設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。2005年4月該公司又修復(fù)了一條輪帶，使用情況理想。

　　吉林長(zhǎng)春亞泰水泥有限公司，其剝落嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。由于任務(wù)緊張，換新件時(shí)間較長(zhǎng)，請(qǐng)武漢開(kāi)明高新科技有限公司進(jìn)行修復(fù)。該公司只用了一個(gè)星期的時(shí)間，即全部修理完畢。質(zhì)量通過(guò)其各種程序檢測(cè)，均符合要求。贏得他們的一致認(rèn)可。

　　山西河津氧化鋁廠的輪帶點(diǎn)蝕坑面積800mm×960mm×深40mm，采用“FGM-KM”新材料修復(fù)后使用效果很好，現(xiàn)又增修6條輪帶。

　　中國(guó)鋁業(yè)公司中州鋁廠采用三新技術(shù)，新材料修復(fù)，達(dá)30余條，效果很好，為企業(yè)節(jié)源增效作出了貢獻(xiàn)。

　　輪帶情況類似的，如湖北京蘭水泥有限公司、北京琉璃河水泥有限公司、山西太原鋼廠宏達(dá)公司、浙江華業(yè)韶洋建材有限公司、浙江申河水泥有限公司、浙江中利達(dá)水泥有限公司、江蘇東吳水泥有限公司、浙江金首水泥有限公司、浙江常山虎躍水泥有限責(zé)任公司、浙江江山虎球水泥有限公司、北京新港制造有限公司、北京太行前景水泥有限公司、北京強(qiáng)聯(lián)水泥有限公司、河南孟電集團(tuán)水泥有限公司、河北石家莊鹿泉市曲寨水泥有限公司、蘇州東吳水泥有限公司、江西國(guó)興集團(tuán)東方紅于都旋窯水泥有限公司 、新疆天山水泥股份有限公司吐魯番熟料分公司、新疆博樂(lè)南崗建材有限公司、山西廣靈精華集團(tuán)綠川建材公司、安徽巢湖鐵道水泥廠、安徽海螺集團(tuán)寧國(guó)水泥廠、甘肅酒鋼集團(tuán)宏達(dá)建材有限責(zé)任公司、河北太行水泥股份有限公司、四川拉法基水泥有限公司、四川廣安騰輝水泥有限公司等等遍布全國(guó)19個(gè)省市。