燒結機蓖板的研究與應用

李洪博

（河鋼唐鋼檢修分公司，河北 唐山 063000）

燒結機單齒輥和蓖板相互作用將燒結礦破碎成滿足生產要求的粒度，其工作原理是利用單齒輥齒冠與蓖板擠壓將燒結塊破碎成滿足生產要求的小塊，由于其工作環境溫度較高，燒結礦的溫度可達800℃～900℃，燒結礦與單齒輥齒冠與蓖板表面相互擠壓破碎，因此對齒冠蓖板工作部位在高溫條件下的耐磨性能要求較高。

唐鋼檢修分公司給唐鋼不銹鋼鐵區265燒結機制作的篦板在線使用周期為4～5個月，以往蓖板的制作的工藝是在蓖板基層上直接堆焊13mm～15mm厚耐磨層，堆焊耐磨層后由于焊接應力表面裂紋較多，使用過程中出現耐磨層掉塊現象，致使上線后蓖板使用周期較短。通過對標國內某公司，了解到其為全國各大鋼鐵公司制作的篦板使用周期可以保證12個月。根據實地考察的發現結合自身焊接工藝成立燒結機篦板攻關小組，對燒結機蓖板的焊接工藝進行改進,由于對標的公司焊接蓖板時使用的是自行研制的焊棒，通過對蓖板耐磨層合金成分進行分析，其耐磨堆焊層屬于高鉻鑄鐵。通過市場價格比對及焊接性能等方面綜合考慮決定燒結機蓖板使用耐磨焊絲LQ630耐磨焊絲及CNV-O進行試驗，對蓖板的結構和焊接工藝進行設計改進。針對上述問題進行分析，①由于耐磨層采用整體堆焊焊后不能控制裂紋的方向，在使用過程中出現耐磨層掉塊現象，因此提出對燒結機蓖板的結構進行改進，將蓖板設計為網格結構，網格設計可以有效控制焊接應力，有效控制焊接裂紋方向，降低整體焊接溫度，通過控制網格高度設計增加耐磨層厚度。②對燒結機蓖板的焊接工藝進行改進，從焊接方法，焊接過程進行控制。

不銹鋼265燒結機設備規格參數如下：

單輥輥齒外徑：?2000mm。單輥輥子長度：3740m。單輥齒排數：12。每排齒數：3。齒寬：120mm。篦板規格：3720×3200。篦板長度：3200mm。篦板寬度：150mm。篦板數量：13。主軸轉數：7.28r/min。

主傳動電機規格參數如下：

型號： Y3-355M1-6。功率：160KW。轉速：980 r/min。減速機（廠家選用SEW或弗蘭德產品），要求殼體為鋼結構形式。型號：M3PSF80或H3SH13。傳動比：i=35.5。

對于低速重載的減速機齒輪按加工精度為9級進行計算，傳遞效率為96%，開式齒輪傳動效率按94%計算。單齒輥齒頭受力計算：Me=9549p/n。

減速機、液力耦合器及開式齒輪的效率：η=0.964 *0.94。

單齒輥的力偶矩為：Me=167894.51Nm。

單齒輥的齒頭受力為：Me=F*d。F=83.95KN。

依據磨粒磨損模型，耐磨板的磨損量。

燒結礦密度范圍2.5～3.3t/m3。

此處取燒結礦的密度為3 t/m3。

燒結礦磨粒直徑取100um，磨削角度為60°。

圓錐體體積為：V=1/3πR2h。

微粒體個數為：N=V總 / V單。

單個磨粒所受載荷。

T為燒結礦的溫度。

T=273.15+850=1123.15K。

被單個微粒移除的體積為：dv=2xtanθdω/πH(T)。

燒結礦平均粒度為5mm～20mm，此處取10mm。

每塊破碎的燒結礦體積V=2.27*10-7。

則燒結礦總塊數為n=1.32*1010。

每天的磨損量為n*dv=3.95*10-4m3。

耐磨焊絲的密度按7.8g/m3。

則每天的磨損量為m=ρndv。

則通過篦板的三維模型計算制作每塊篦板焊絲填充量約為180kg，則篦板單側焊絲使用量為90kg，燒結機中參與工作的篦板總數為12塊，則單側篦板283.5d，考慮篦板工作環境比較復雜，實際的磨損量大于理論計算的磨損量。

通過上述建立的模型進行理論計算得到，蓖板耐磨層厚度為60mm能夠保證至少12個月的使用周期。

1 燒結機蓖板結構改進

對不銹鋼265燒結機蓖板進行現場測繪，蓖板基板厚度為140mm，水道兩側鋼板厚30mm通過改進蓖板的結構：篦板下部分為140mm板坯做基板，篦板上半部分60mm高度范圍堆焊耐磨合金，為減小焊接應力，阻止裂紋延展形成貫穿裂紋，避免焊層剝離，堆焊合金部分采用鋼板打成網格，其中篦板長度方向采用10mm厚度鋼板，高度60mm，在中間隔斷，長度方向兩側采用5mm厚度鋼板作為擋板，高度要率低于中間隔板，與中間隔板取55mm高；并按圖紙在寬度方向采用15mm厚度鋼板打網格，左右兩側網格不要對齊，要相互錯開，避免焊接應力疊加，網格尺寸60*80mm，隔板與基體采用高強焊絲牢固焊接。

根據高鉻鑄鐵的性質，其主要成分為Fe、C、Cr，高鉻鑄鐵堆焊后的應力集中，高鉻鑄鐵的組織取決于冷卻速度的快慢。冷卻速度快時為奧氏體：隨著冷卻速度降低逐漸析出部分馬氏體、珠光體和奧氏體的混合物。冷卻速度進一步降低時，可以獲得珠光體基體的組織。

圖1 蓖板改進后的結構

對焊接工藝進行改進：

（1）焊絲型號：打底焊絲：天津雷公LQ643焊絲，φ1.6mm，堆焊厚度60mm；打底焊絲CNV-O，φ2.8mm，堆焊厚度60mm。

（2）工藝參數：電流260A～340A，電壓28V～32V，干伸長：15mm～25mm。①先在網格內堆焊填充耐磨合金，焊接方向與蓖板基板平面平行，保證焊接后裂紋方向與受力方向平行，網格填充平整后，在對網格上面整體堆焊一層合金層。②焊接時采用小電流多層多道焊接，采用單道焊接，不要擺動焊接。③避免在單個網格內集中焊接，要進行分散焊接，每個隔斷焊兩層后，分散焊另一網格，防止層間溫度過高，導致。④為保證焊層結合性每一個網格填充過程原則上不允許冷卻后再焊接，如有不可抗力造成的非正常焊接，需要對補焊部位預熱350℃～400℃以上再起焊。⑤焊接過程可適當采用排風扇進行冷卻，促進焊層馬氏體轉變，形成均勻細小裂紋，防止出現剝離性大裂紋。

2 實施過程

天津雷公LQ643及CNV-O化學成分見下表，與焊棒成分進行對比分析，其種類相同，均為高鉻鑄鐵耐磨合金，合金成分及含量基本相同。從理論上分析，采用LQ643及CNV-O焊絲同樣可以進行較大厚度的堆焊，能夠保證蓖板的焊接和使用性能。

表1 LQ 643焊絲成分

表2 CNV-O焊絲的成分

為驗證上述推斷，采用改進后的焊接工藝和焊接結構改進方案，分別采用LQ643焊絲和CNV-O焊絲進行打隔斷堆焊試驗，以檢驗LQ643及CNV-O焊絲是否能夠進行大厚度堆焊，堆焊后的強度硬度是否能夠滿足使用要求。

采用鋼板搭建一個隔斷，隔斷尺60*80*60mm，使用LQ643耐磨焊絲及CNV-O焊絲將隔斷內部全部堆焊填充，焊層厚度60mm，焊后試驗樣塊見下圖，由圖可見，焊后焊縫成型良好，沒有出現超標的貫穿性裂紋，由此證實LQ643及CNV-O能夠滿足大厚度堆焊要求，焊縫質量合格。對焊接試塊硬度進行檢查其硬度值為HRC≥58，將焊接試塊放置到800℃～900℃環境中，使用14磅大錘做連續敲擊實驗，沒有出現掉塊現象，說明耐磨層焊接強度在較高的環境溫度下較高的沖擊的工況下滿足使用要求。

圖2 實驗過程制備的試塊

圖3耐磨層堆焊

板材按照圖紙下料拼焊，篦板框架焊接后對蓖板焊接質量進行檢驗：現場使用加壓泵對蓖板進行打壓試驗，實驗壓力1.0Mpa，蓖板工作水壓為0.6Mpa，保壓2h，無泄漏無降壓，滿足唐鋼不銹鋼公司的技術要求。

焊接過程控制：蓖板周邊放置軸流風機，焊工焊接操作時進行冷卻， 按照制定的焊接工藝進行操作，焊接完成后做好標識，以便日后跟蹤其使用效果。LQ643硬度HRC為62-66，CNV-O焊絲HRC為65，均能滿足篦版使用的硬度要求。為了對比實驗，驗證這兩種焊絲在高溫條件下的耐磨性能，決定使用兩種焊絲堆焊篦板耐磨層，按照上面制定的焊接工藝分別試制一塊篦版，由于與基板相接觸，底層耐磨層被稀釋，底層耐磨層高度控制在10mm～20mm。

圖4 焊接完成的燒結機蓖板

圖5 在線使用三個月（ 左數第一塊和第三塊）

3 在線使用效果跟蹤

利用不銹鋼265燒結機定修的時間將蓖板上線，對燒結機蓖板在線使用情況進行跟蹤，蓖板于2020年7月份上線開始使用，在線使用三個月后利用燒結機定修時間，對上線篦板的使用情況進行檢查，發現其磨損量很小，接下來將持續跟蹤其使用效果情況。

4 結論

通過對篦版上線使用三個月后的效果進行跟蹤，發現LQ643與CNV-O焊絲制作的篦版耐磨性能相當。與LQ643焊絲相比CNV-O焊絲市場價格較高，因此確定使用LQ643焊絲進行燒結機篦版的制作。由于LQ643焊絲直徑為1.6mm，CNV-O焊絲直徑2.8mm兩種焊絲相比焊棒的焊接效率低，并且焊棒的成本比較成品焊絲要低，因此在使用現有工藝制作燒結機篦板的同時，加大對焊棒的研究實驗，是以后本課題研究的另外一個方向。通過改進結構和焊接工藝后，蓖板上線的單側使用三個月，表面磨損量很小，燒結機蓖板可以打調使用，一側磨損嚴重后可以更換另一側使用，通過其在線使用磨損情況推斷單側蓖板使用周期保守估計能夠達到6個月，則整塊蓖板則可以保證12個月的使用用周期。

通過對蓖板結構和焊接工藝的改進，使燒結機蓖板的使用壽命提高，達到了預期的效果，對燒結機蓖板耐磨性能研究具有參考價值。