ZGM型中速磨磨輥磨損分析及修復技術

摘要：分析ZGM中速磨磨輥的磨損情況，探討了修復機理，并總結出相應的修復技術。

關鍵詞：ZGM中速磨 ??磨損 ?修復

1 前言

磨煤機是火力發電廠重要的設備之一。在ZGM型中速磨煤機中，磨輥、襯瓦等屬于磨煤機的關鍵部件。機組正常運行中，這些部件由于長時間承受重載荷研磨，高溫帶壓風粉混合物沖刷等因素， 磨損嚴重且磨損速度快。其磨輥的耐磨性直接影響到制粉效率、煤粉質量、設備安全等。當磨輥磨損達到某一限度后，磨煤機出力逐步下降，石子煤逐漸增多，機體振動加大，危及到設備正常運行。

2 ?工況分析

2.1 ?ZGM型中速磨煤機結構及工作原理

該型磨煤機同其它形式中速磨結構相近，基本上由傳動部件、碾磨部件、分離器和機槊等幾部分組成，如下圖所示。

其工作原理為：該磨煤機具有相距 120～的 3個大磨輥 ，3個磨輥之間的相對位置固定 ，被轉動的磨盤帶動，在磨盤上滾動。磨碎煤料所需的壓力是通3個磨輥自重及其上方的液壓加載機構施加的，加載油壓一般為（4.2 MPa—15.8MPa）之間。當中心落煤管落到磨盤錐形帽上的原煤時，經過碾磨的煤粉從磨盤切向甩出，被熱一次風吹到分離器，合格的細粉被一次風帶出分離器通過輸粉管道送到爐膛中燃燒，較粗的煤粉返回重磨。磨輥是碾磨煤粉的主要部件，輥套的材料與磨盤襯板材料相同，這是為了保證其使用壽命和更換與襯瓦相匹配。磨輥襯板是在較高的溫度下運行的，要承受相當大的碾磨壓力（單輥加載力從最小54.25KN---217KN）以及因較大石子煤、黃鐵礦、鐵塊等雜物帶來的巨大沖擊力。這就要求磨輥襯板一方面除了要具有良好的高溫耐磨性;還要具有一定的抗沖擊性。

2.2 ?磨輥的荷載分析

有上面的工作原理我們可知，ZGM中速磨煤機在運行時，輸入電機通過減速機之后，帶動磨盤轉動，從而帶動磨輥自轉，使得磨輥、磨盤和煤料構成三者之間的磨料磨損。其受力簡圖如左圖所示：?磨輥運行耐受到本身重力G、液壓加載系統的加載壓力Fx，磨料對磨輥的作用力FM等力的作用下，磨輥主要承受以下幾種載荷作用

a.磨輥在碾壓過程中受到的磨料磨損作用;

b.磨輥上部液壓加載壓力和磨輥自重使磨輥受到交變輾壓載荷作用;

c.由于煤中有一定量的較高硬度雜質，使磨輥在磨煤過程中承受一定的硬雜質沖擊載荷作用 。

2.3 ?磨輥的磨損分析

通過上面受力分析我們可以得出，理論上我們可以分析出磨輥外側磨損比內側嚴重，磨損具有方向性呈波浪狀。實際檢查也佐證了這一判斷，廣州恒運企業集團股份有限公司的磨輥磨損如右圖所示，該磨輥磨損形貌中，磨輥外側磨損 比內側嚴重，磨損具有方向性呈波浪狀。經過分析認為，磨盤軌道外側煤積聚量較多，因此磨輥外側受煤料的擠壓和磨損程度大于內側。 另外磨輥外側與磨盤間的線速度差遠大于磨輥內側與磨盤間的線速度差。因此煤料對磨輥的磨料磨損主要作用在外側。通過仔細觀察，其典型特征為犁劃溝槽、裂紋和疲勞磨損。其磨損機理比較復雜，純煤本身的硬度較低，不能對鎳硬鑄鐵產生切削和犁劃作用， 但煤中有高硬度的煤矸石和黃鐵礦等雜質，這些硬磨料則能產生這些作用。

我們還發現，在磨損面上其組織基體分布著大量龜狀裂紋、晶界裂紋，如右圖所示：對于磨輥某一磨損面來說，除煤料和其它硬磨料反復擠壓和擦劃外，還受到一定沖擊作用結果使磨輥材料表層不斷產生彈塑性變形，在反復塑性流變過程中，變形脆化，疲勞磨損，從而表現為裂紋。

3??修復技術及經濟性分析

3.1 ?磨輥的修復選材

通過對磨輥磨損分析，其失效原因有犁劃磨損、 疲勞磨損以及脆化相斷裂等。根據這些磨損機理，認為材質選擇應考慮以下綜臺因素：

a.材質各組成相整體要有較高的硬度 ;

b.材質要具有一定抗沖擊能力的韌性 ;

c.生產工藝簡單，成本較低，不易產生冶金缺陷;

故此我們選用高Cr焊絲作為修復材料，但是C量不要過低 ，且含有一定量的 Mn和 Si。其主要參數如下表所示：

3.2 ?磨輥的修復技術

在選定修復材料之后，自2012年開始，廣州恒運企業集團股份有限公司就采用明弧自動堆焊的方法對磨輥進行修復，其修復技術方案如下：

3.2.1 堆焊準備：在準備開始堆焊之前，首先用鋼絲刷把磨輥表面的鐵銹清理清理干凈，清除粉塵。

3.2.2 堆焊方法：明弧自動堆焊，焊絲規格：Ф2.8㎜，焊接電流（I）：500A;焊接電壓：32～35V;焊絲干伸長（L）：30～35mm，焊接速度：每分鐘1.5-2米，焊量為每小時6-8公斤。焊道重疊率：25%--35%，焊道噴水霧冷卻。

3.2.3 堆焊過程：接通焊接電源，然后調整焊絲位置，使焊絲伸出25～30mm，啟動變位機，電弧穩定以后從磨損最嚴重區域開始堆焊，一般應由磨輥的外緣向內堆焊，焊完一道后再堆焊第二道，下一道焊縫應該覆蓋前一道焊縫的30%，堆焊過程中應該控制焊層的溫度等;

3.3?磨輥堆焊成型檢測、記錄

3.3.1??堆焊過程中的檢測：磨輥襯板堆焊過程中隨著堆焊層不斷增加，正確使用專用卡具隨時檢查堆焊尺寸是否均勻，是否合格。

3.3.2??堆焊后檢測：磨輥襯板堆焊結束以后，使用專用卡具量具測量堆焊件，確定是否已經滿足使用要求，在技術要求的公差以內方能視為合格。

3.3.3??堆焊后探傷檢測：對堆焊的磨輥襯板要有選擇的做著色探傷抽查。

3.3.4??堆焊后硬度檢測：對堆焊的磨輥襯板要有選擇的批次做硬度抽查。

3.3.5??做好各種記錄編號：堆焊日期;焊材種類，數量;規格型號;堆焊件編號等。

3.4 ??經濟性分析

3.4.1 ?直接經濟效益

堆焊的經濟效益以恒運電廠ZGM-80G/ZGM-95N系列磨煤機為依據計算：堆焊一個輥套成本約為（焊絲平均單價30元/KG*焊絲平均用量300KG*+電費+人工機具費）1～1.3萬元/輥套，以恒運電廠近年來輥套的平均價格來算，輥套平均價格約為4.1萬元/只，單只輥套節省約2.8萬元，具備一定的經濟性。

3.4.2 ?間接經濟效益

堆焊后的磨輥耐磨性大幅提高，根據近年來的對比測量結果，堆焊后的碾磨件比原廠的備件同期磨損量要小40%--50%左右，可以大幅降低檢修工作量，降低設備檢修費用。同時廢舊磨輥的修復使用，也帶來了一定的社會效益。

4??結論

4.1 ?ZGM中速磨煤機磨輥的磨損主要是由犁劃磨損、 疲勞磨損以及脆化相斷裂等造成的

4.2 ?采用高Cr焊絲，采用明弧自動堆焊可以修復磨損的磨輥，能降低ZGM中速磨磨輥的維護成本。

參考資料：

〔1〕 榮守范 朱永長 ??鑄造金屬耐磨材料實用手冊 ??化工出版社 ?2010年

〔2〕 周振豐 ?焊接冶金學（金屬焊接性） 機械工業出版社 ?2006年

〔3〕 北京電力設備廠ZGM-95N、ZGM-80G中速輥式磨煤機使用和維護說明書

作者簡介：沈抄華 （ 1984一 ），男 ，畢業于武漢大學動力與機械學院，工學學士 ，現主要從事發電廠輔機設備管理工作。