三種不同材質磨煤機的輥套和襯板使用情況

張斌

我公司ZGM113G-Ⅰ型中速磨煤機先后使用了高鉻鑄造輥套和襯板、高鉻堆焊修復的輥套和襯板、高鉻復合堆焊的輥套和襯板、復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板。因這幾種輥套和襯板的材質或制造工藝不同，其磨損速率、使用壽命、磨損后的形狀及對磨煤機性能的影響也各不相同。

檢修記錄表明，高鉻鑄造輥套平均磨損速率約為8.9mm/1 000h，高鉻鑄造襯板平均磨損速率約為7.2mm/1 000h；高鉻堆焊輥套平均磨損速率約為8.3mm/1 000h，高鉻堆焊襯板平均磨損速率約為6.7mm/1 000h；復合熔鑄金屬陶瓷輥套平均磨損速率約為2.61mm/1 000h，復合熔鑄金屬陶瓷襯板平均磨損速率約為1.5mm/1 000h。在磨損后期，因高鉻鑄造輥套和襯板磨損變形量大，造成出力下降及主電機電流增加明顯；復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板因其磨損量小、磨損均勻，在運行16 070h的磨損后期時也沒有出現磨煤機出力降低和主電機電流增大、排渣量增多現象。

1 設備概況

1.1 磨煤機主要技術參數

ZGM113G-Ⅰ型中速磨煤機是北京電力設備總廠新設計的ZGM 系列改型磨煤機，主要技術參數見表1。與ZGM113G型磨煤機相比，磨煤機磨盤轉速由24.2r/min 提高到26.83r/min（提高10%），最大加載力由30t 提高到36t（提高20%）。據設備廠方人員介紹，改進后的磨煤機出力可提高10%。然而磨煤機轉速和加載力提高后，輥套和襯板的磨損也相應加快。

1.2 煤質條件

我公司所用燃煤主要為船運大同煙煤和烏拉蓋褐煤，部分煤質情況見表2。

2 三種不同材質、工藝的輥套和襯板化學成分及工藝特點

2.1 高鉻鑄造輥套和襯板化學成分及工藝特點

我公司使用的高鉻鑄造輥套和襯板為原磨煤機配套產品。輥套和襯板的材質為Cr2021，化學成分與GB/T 8623 中的KmTBCr20Mo 相符（見表3）。輥套和襯板為一次鑄造成型，經硬化處理后表面硬度HRC＞60，其鐵鉻成分主要以共晶碳化物形式存在。這種材料有很好的淬透性、較好的耐蝕性，適應于較大沖擊載荷下的磨料磨損。

2.2 高鉻堆焊修復輥套和襯板的化學成分及工藝特點

在投產8個月后，部分磨煤機的輥套和襯板磨損嚴重，磨煤機出現了振動大、電機電流增大、出力下降的現象。

輥套和襯板的高鉻堆焊修復采用明弧焊和高鉻藥芯焊絲，在專用堆焊設備上進行，焊絲化學成分見表4。與鑄態高鉻鐵相比較，高鉻堆焊層的碳化物含量更高，凝固的金屬具有方向性，碳化物呈纖維狀并與磨損表面垂直，碳化物相對較細、韌性好，在硬度相同的情況下，堆焊層高鉻鐵比鑄態高鉻鐵有更高的耐磨性。

表1 磨煤機主要技術參數

表2 煤質分析

表3 KmTBCr20Mo的化學成分（GB/T 8623），%

表4 我公司使用焊絲的化學成分，%

2.3 復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板的化學成分及工藝特點

在2009年12月檢修時，編號為1B的磨煤機安裝了北京某公司提供的復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板。2012年9月對此臺磨煤機進行檢修時，輥套和襯板運行時間為16 070h，輥套最大磨損深度為48mm，襯板最大磨損深度為22mm。由于磨損型線基本未過輥套對稱中線，故檢修后對輥套進行了翻面使用，到2014 年2 月，輥套和襯板再次運行時間為5 738h，累計運行時間為21 808h，期間磨煤機運行正常。

圖1 復合金屬陶瓷輥套的結構

金屬陶瓷輥套和襯板是通過特殊鑄造工藝生產制造的，由燒結金屬陶瓷、高鉻鑄鐵、球墨鑄鐵熔鑄而成。復合金屬陶瓷輥套結構見圖1。輥套和襯板工作面為熔鑄入高鉻鑄鐵的燒結金屬陶瓷，內胎體為球墨鑄鐵。鑄造成型后，表層高鉻鐵硬度HRC＞61，表層金屬陶瓷硬度HRC＞68。金屬陶瓷輥套和襯板的耐磨性能優良，其內胎的球墨鑄鐵保證了整體的良好韌性和抗沖擊能力。

鑄件中高鉻鐵的化學成分為：C：2.3%～3.4%，Cr：18%～27%，Mo：0.3%～1.3%，Mn：0.5%～1.5%，Ni：0.3%～1.3%，Si：1%；鑄件中球墨鑄鐵的化學成分為：C：3.2%～3.5%，Si：2.5%～3.0%，Mn：0.3%（max），Mg：0.04%～0.07%。

3 三種不同材質工藝的輥套和襯板的磨損速率及使用壽命對比

3.1 高鉻鑄造輥套和襯板的磨損速率及使用壽命情況

表5 高鉻鑄造輥套和襯板的磨損情況匯總

高鉻鑄造輥套和襯板的磨損情況見表5。從表5 中可以看出，個別高鉻鑄造輥套、襯板的磨損速率差別比較大，這主要與煤質的變化及高鉻鐵鑄件硬化處理差異有關。由表5 的匯總統計數據可知：

高鉻鑄造輥套的平均磨損速率約為：605mm÷67 776h×1 000≈8.9mm/1 000h

高鉻鑄造襯板的平均磨損速率約為：490mm÷67 776h×1 000≈7.2mm/1 000h

假設輥套、襯板允許的最大磨深為60～65mm，則高鉻鑄造輥套的使用壽命約為6 700～7 300h，高鉻鑄造襯板的使用壽命約為8 000～9 000h。

3.2 高鉻堆焊修復的輥套和襯板磨損速率及使用壽命情況

堆焊修復輥套和襯板的磨損情況見表6。由表6的匯總統計數據可知：

高鉻堆焊輥套的平均磨損速率約為：909mm÷109 686h×1 000≈8.3mm/1 000h

高鉻堆焊襯板的平均磨損速率約為：732mm÷109 686h×1 000≈6.7mm/1 000h

假設高鉻堆焊輥套、襯板允許的最大磨深為60～65mm，則高鉻堆焊輥套的使用壽命約為7 200～7 900h，高鉻堆焊襯板的使用壽命約為9 000～9 700h。

堆焊件的使用壽命與焊接質量的優劣關系密切，在線堆焊時因工作環境惡劣，堆焊的質量難以保證，因而堆焊后的輥套和襯板的磨損較快。離線堆焊的焊接質量相對較好，使用壽命也長于在線堆焊，部分堆焊件使用壽命＞10 000h。

表6 堆焊修復輥套和襯板的磨損情況匯總

3.3 復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板磨損速率及使用壽命

1B磨煤機金屬陶瓷輥套和襯板運行后的檢查情況見表7。由表7可知：

復合熔鑄金屬陶瓷輥套的平均磨損速率約為2.61mm/1 000h，復合熔鑄金屬陶瓷襯板的平均磨損速率約為1.5mm/1 000h，以上數據為表7 中6 個不同時間點測得的數據平均所得。

復合熔鑄金屬陶瓷輥套、襯板工作面金屬陶瓷層厚度為45mm，其表面熔鑄有2～3mm厚的高鉻鐵（磨損后露出的是金屬陶瓷），下部包裹金屬陶瓷層的高鉻鐵厚度約60mm。由于輥套的磨損深度較淺，在運行16 070h 后，將輥套翻面使用，其襯板的使用壽命約為35 000h。

3.4 三種材質輥套和襯板的使用壽命及磨損速率對比

三種材質輥套和襯板的使用壽命及磨損速率見表8。從表8 可以看出，高鉻堆焊的輥套和襯板的耐磨性能略優于高鉻鑄造輥套和襯板，而復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板的耐磨性能則遠遠優于高鉻堆焊及高鉻鑄造的輥套和襯板。

4 三種不同材質的輥套和襯板磨損形狀及對磨煤機性能的影響對比

4.1 三種不同材質的輥套和襯板磨損后的形狀

高鉻鑄造輥套和襯板磨損后，在磨損區呈現波浪狀形貌，波浪狀溝槽走向基本平行于磨輥軸向方向，每兩個溝槽間距50～80mm，個別甚至超過150mm，并伴有深犁溝及凹坑。硬度均勻性越差的輥套和襯板越容易生成深犁溝及凹坑，個別凹坑深度＞40mm。高鉻鑄造輥套使用7 000h后的磨損狀態見圖2。

高鉻堆焊輥套和襯板磨損后的表面較為均勻，波浪狀溝槽較密集且深度較淺，基本沒有凹坑現象。高鉻堆焊輥套使用7 200h 后的磨損狀態見圖3。

復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板的磨損較慢，磨損量小，磨損后的型線變化不大，磨損后工作面形成蜂窩狀凹坑（金屬陶瓷的設計形狀），增大了輥套和襯板與煤的摩擦。金屬陶瓷輥套使用8 000h 的磨損狀態見圖4。

4.2 三種不同材質的輥套和襯板對磨煤機出力及磨煤電耗的影響

高鉻鑄造輥套和襯板因磨損量大，磨損后期有犁溝或凹坑，在磨損后期磨煤機出力明顯降低（磨煤機選型時，按5%的出力降低考慮）。

高鉻堆焊形式的輥套和襯板因磨損均勻沒有深犁溝及凹坑，磨損后期磨煤機出力降低較小。

復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板因磨損量小、磨損均勻，在磨損后期不會造成磨煤機出力降低，反而由于其工作面特殊的蜂窩狀結構，降低了磨輥與煤質間的相對滑動，提高了磨煤機出力。安裝了復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板的1B 磨煤機，最大出力達到了73t/h，而主電機電流為65A。

表7 1B磨煤機金屬陶瓷輥套和襯板運行后的檢查情況

表8 三種材質輥套和襯板的使用壽命及磨損速率對比

圖2 高鉻鑄造輥套使用7 000h后的磨損狀態

圖3 高鉻堆焊輥套使用7 200h后的磨損狀態

圖4 金屬陶瓷輥套使用8 000h后的磨損狀態

表9 4個工作畫面數據的對比情況（2010年7月28日）

表10 三種不同材質的輥套和襯板對磨煤機檢修周期的影響

1B磨煤機和2B磨煤機分別于2009年12月22日和2009 年12 月3 日檢修完畢，其分別安裝了復合熔鑄金屬陶瓷輥套、襯板和高鉻堆焊輥套、襯板，2010 年7 月28 日分別截取了4 個工作畫面數據進行對比，對比結果見表9。由表9 可知，1B 磨煤機的噸煤電耗明顯低于2B 磨煤機，1B 磨煤機的2 號工況和2B 磨煤機的6號工況中磨煤機出力都達到了60.9t/h，而噸煤電耗相差0.8kWh。

4.3 三種不同材質的輥套和襯板對磨煤機檢修周期的影響

從表10 可以看出，使用復合熔鑄金屬陶瓷輥套和襯板比使用高鉻鑄造和高鉻堆焊的輥套和襯板的磨煤機少一次檢修。

5 結語

對比三種不同材質的輥套、襯板的使用情況可以看出：高鉻鑄造產品目前受煤質影響較大；高鉻堆焊產品略優于鑄造產品；復合熔鑄金屬陶瓷產品，其磨耗情況遠優于以上兩種產品，使用壽命達到16 070h，是高鉻鑄造和高鉻堆焊產品的2 倍以上，同時，大幅延長了檢修周期，增加了磨煤機出力，降低了磨煤機制粉單位電耗，性價比高，符合節能減排要求，值得推廣。