在用輪帶裂紋分析及應對措施

鄭金娣（合肥水泥研究設計院工程設計公司，230000）

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在用輪帶裂紋分析及應對措施

鄭金娣（合肥水泥研究設計院工程設計公司，230000）

引言

回轉窯作為水泥生產線非常重要的設備，其質量及穩定性對保障水泥生產線連續運轉起至關重要作用。輪帶作為回轉窯主要支撐件，因其質量大：單體重量＞40T，體積大：直徑約6m，生產制作難度較大；且回轉窯安裝后，因輪帶發生的故障，將給水泥廠帶來非常巨大的經濟損失。

回轉窯輪帶均在投產使用約8年后出現不同程度的裂紋或脫落，見圖1～2。

圖1　SD-A輪帶工作面裂紋

圖2　SD-B輪帶工作面塊狀脫落

隨著生產運行，經過幾個月的觀察，輪帶裂紋有繼續延伸、脫落部位有繼續加大的趨勢，需盡快采取補救措施，避免損失進一步擴大，造成不必要的經濟損失。本文擬從輪帶的生產過程及安裝、使用等方面，全面分析造成輪帶使用中出現缺陷（裂紋或剝落）的原因，及有效應對措施。

1　可能造成輪帶使用壽命下降及裂紋或剝落等缺陷的原因

1.1成分的影響

目前輪帶的常用材質為ZG35SiMn或ZG35CrMo，其成分，國標要求如表1。

表1　

眾所周知，S和P通常被視為危害元素，其成分超標將降低材料的整體性能。S和Mn的結合可改善鋼的切削性能，但S在鋼中偏析嚴重，在高溫下，降低鋼的塑性，是一種有害元素。S元素通常以熔點較低（1190℃）的FeS的形式存在，FeS熔化將削弱晶體間的結合力，導致鋼的熱脆性現象，容易造成熱裂紋。按國內生產廠家的水平，一次鑄造出滿足質量等級要求的輪帶難度較大，一般粗加工后會對缺陷部位進行補焊。鋼的含S量過高，焊接時由于SO2的產生，將在鋼的表面形成氣孔和疏松，造成焊接質量缺陷，易產生焊接裂紋。

1.2澆注工藝

目前輪帶澆鑄通常采用地坑和樹脂砂造型的方法。由于5000T/D生產線輪帶質量較大，通常需3包鋼水同時完成澆鑄。澆鑄溫度高低對鑄件質量影響較大，澆鑄溫度偏低時鑄件容易出現冷隔，表面出現皺皮缺陷；反之澆鑄溫度過高易出現大面積粘砂，鑄件易出現疏松，嚴重時出現集中縮孔。通常冒口部位為裂紋易產生區域。

1.3焊補修復

通常制造廠對粗加工后的輪帶進行初次UT（超聲）探傷，確定輪帶中存在的鑄造缺陷類型及位置，以便采取必要處理措施。

輪帶UT探傷檢驗出的鑄造缺陷通常為：①鑄造疏松或縮孔；②線形缺陷；③晶粒粗大：主要表現為檢測中草狀雜波增多，底波衰減較大，嚴重時底波消失，鑄件整體機械性能下降（常用正火消除）；④點狀缺陷：通常為氣孔或夾渣，允許當量較小的點狀缺陷存在，且對于部分超標的點狀缺陷，考慮修復的經濟性以及修復可能造成其他危害更大的缺陷產生，此類缺陷一般不作處理。

對于上述①②類問題，制造廠都采用補焊修復的方式。焊接前進行預熱，焊補后對焊補面進行消除應力熱處理，焊補處硬度低于母材硬度，其中心與母材硬度差值不大于10%。在對輪帶表面進行MP（磁粉）探傷檢測時，補焊部位存在補焊裂紋為普遍現象。且補焊受焊工水平，焊接環境及焊接工藝影響較大，增加了缺陷出現不確定性。

1.4熱處理

輪帶進行正火+回火處理，JC/T333-2006明確要求輪帶熱處理后工作面的硬度＞185HB。熱處理控制不當一方面造成輪帶表面硬度偏低，易磨損，影響其使用壽命；一方面是輪帶表面硬度較高，容易產生表面裂紋，再者是工作面熱處理不均勻造成輪帶在工作面上硬度偏差大，使用中造成受力、磨損不均。在制造中進行大面積補焊的輪帶，使用中補焊部位極易造成大面積脫落。對于補焊部位沒有采取有效的消除應力措施，也會造成該部位延遲裂紋的產生。

1.5使用維護

1.5.1輪帶表面的剝落和掉塊

由于回轉窯運轉過程中，輪帶長期受周期性變化的脈動載荷和交變載荷作用，在該應力作用下，輪帶在表層5～7mm會產生微裂紋，該裂紋和輪帶所處的接觸應力相互平行或成45°角，且裂紋不斷擴散，貫穿甚至剝落，從而形成輪帶表面的剝落、掉皮。

1.5.2表面疲勞開裂

據統計，材料破壞的80%為疲勞破壞，輪帶屬于大型鑄造件，不可避免的存在內部鑄造缺陷，而且由于輪帶工藝處理的原因，內部也存在成分偏析，即局部區域由于輪帶含碳量增高而使得該區域輪帶表面硬度高于其他區域，同時其韌性塑性降低。所以在輪帶運轉過程中，該區域正常磨損量小于其他區域，從而造成此區域面凸起、應力集中；在此應力作用下，輪帶會沿鑄造缺陷處形成微裂紋，并快速發展。再加上冷卻水或輪帶溫度的急劇變化等一系列外在其他因素，導致輪帶表面產生接觸疲勞裂紋。

1.5.3輪帶的低溫脆性裂紋

輪帶采用鑄鋼鑄造，其韌性、抗沖擊性比較差，塑性變形能力也比較差，因此在低溫條件下，即使發生很小的變形也容易發生脆性裂紋，并且斷裂點大多處在砂眼、加雜等雜質處開始形成。正常情況下的停窯檢修，窯筒體溫度從幾百度降到常溫，筒體必然收縮，使得輪帶產生不均勻內應力，輪帶與托輪的作用點也發生變化。當冷窯啟動時，使得處在低溫脆性下的輪帶受內應力作用產生脆性裂紋。在實際生產中，經常采用冷卻水冷卻輪帶，冷卻水滲入裂紋后，會形成密閉“高壓腔”，將加速裂紋的擴展。

1.5.4潤滑不當

在回轉窯運轉過程中，輪帶與窯筒體形成滑動摩擦副，因此輪帶內表面以及其對應窯筒體墊板間潤滑不當，會造成墊板加速磨損，產生輪帶下墊板和側面擋塊的磨損及金屬拉傷，影響窯筒體平穩運行，進而影響輪帶正常使用。

2　應對措施

2.1選取優質供應商并加強質量管控

目前，國內回轉窯制造企業水平良莠不齊，選擇一個資信較好的制造企業是控制產品質量的基本保證。

由于輪帶為大型鑄件，鑄造及加工生產周期較長（一般要達3個月以上），如果報廢，生產廠家經濟損失巨大，所以在經濟利益驅使下，許多廠家在粗加工補焊時對輪帶本體進行大面積切槽、鉆孔補焊。雖然補焊后經無損檢測未能發現超標缺陷，但輪帶母材本身機械性能大大下降，為后續使用埋下隱患。并且重新鑄造很容易造成船期延誤，及交貨進度延遲，進而影響總包工程的整體進度。為趕工期，許多存在超標缺陷的輪帶“帶病”出廠，為使用過程埋下隱患。因此必須加強生產過程的質量管控，及早發現問題，及時處理

要加強輪帶鑄造過程的監督檢驗，全面掌控輪帶進度和質量狀況。鑄造時，要求制造廠增加6個附體試棒，以便進行成分分析和一拉三沖試驗，成分不符合要求或力學性能試驗不合格的，不得轉入下一工序。通常輪帶制造中進行兩次UT（超聲）探傷和一次MP（磁粉）探傷：粗加工后的 UT探傷，精加工后的UT探傷，精加工后的MP探傷。精加工后工作面不允許補焊，對允許存在的小缺陷應仔細修整，原粗加工補焊區域在精加工后進行磁粉探傷，不得有裂紋等缺陷。因此，要在粗加工時把檢測到的缺陷處理徹底。

2.2犧牲成本，選取較好工藝

按《鑄鋼件無損檢測》（GB7233-2009），UT探傷 2級探傷高于3級，在實際生產中，對2級要求一般廠家很難達到。為了使輪帶達到更高的質量等級，常采用全冒口澆鑄的方式。加工中將冒口部位及易產生裂紋、疏松等鑄造缺陷的區域，作為加工余量全部切削掉，可提供質量等級較高的輪帶，但全冒口澆鑄，澆鑄量及切削量大，成本有一定提高。

2.3使用維護

合理使用和周期性養護是延長輪帶使用壽命的關鍵。做好回轉窯運轉過程的定期巡檢和維護，調整好輪帶與墊板節間隙，定期加潤滑油，結合現場實際情況和中控數據，控制輪帶的升溫。

2.4現場修復

對于非貫通裂紋一般都采取現場修復的方式對輪帶進行處理。首先確定基準，找準筒體和輪帶定位。修復前，先用磁力鉆打止裂孔，防止裂紋繼續延伸，將裂紋部位刨去，并開出V形坡口或U形坡口（角度視裂紋情況而定），打磨后進行無損探傷，確認無裂紋和其他鑄造缺陷后再準備焊接，焊接前用氧炔焰進行局部預熱至200～300℃。焊條在焊接前應烘干，用保溫桶盛裝，隨用隨取。每層焊接后，立即輕輕捶擊焊縫，以消除焊接殘余應力。蓋面焊縫，高度略高于輪帶表面，以便打磨。焊完保溫10h。打磨焊縫，用樣板復查。待完全冷卻后對補焊部位進行UT和MP探傷檢測。

3　結語

其他總包項目也應吸取其教訓，對于不合格的輪帶要有壯士斷腕的決心，堅決予以拒收或報廢。

質量是企業安身立命之根本，質量可靠的產品，是水泥生產線正常運轉的基本保障。作為總承包企業，在為業主提供管理和服務時，要做到使項目使用增值，同時實現自身利益最大化，首先要保證產品質量，嚴把質量關。

［1］國家質量技術監督局.《合金結構鋼》（GB/T3077-1999）.

［2］中華人民共和國國家發展和改革委員會.《水泥工業用回轉窯》（JC/ T333-2006）.

［3］中華人民共和國國家發展和改革委員會.《重型機械通用技術條件》（JB/T5000.15-2007）第15部分：鍛鋼件無損檢測.

鄭金娣（1981-），女，助理工程師，本科，主要從事機械設備質量檢查工作。

TD50

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2095-2066（2016）16-0261-02

2016-5-20