李洪博

（河鋼唐鋼檢修分公司，河北 唐山 063000）

燒結(jié)機單齒輥和蓖板相互作用將燒結(jié)礦破碎成滿足生產(chǎn)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(jié)塊破碎成滿足生產(chǎn)要求的小塊，由于其工作環(huán)境溫度較高，燒結(jié)礦的溫度可達(dá)800℃～900℃，燒結(jié)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(qū)265燒結(jié)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(yīng)力表面裂紋較多，使用過程中出現(xiàn)耐磨層掉塊現(xiàn)象，致使上線后蓖板使用周期較短。通過對標(biāo)國內(nèi)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(jù)實地考察的發(fā)現(xiàn)結(jié)合自身焊接工藝成立燒結(jié)機篦板攻關(guān)小組，對燒結(jié)機蓖板的焊接工藝進(jìn)行改進(jìn),由于對標(biāo)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(jìn)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(jié)機蓖板使用耐磨焊絲LQ630耐磨焊絲及CNV-O進(jìn)行試驗，對蓖板的結(jié)構(gòu)和焊接工藝進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。針對上述問題進(jìn)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(xiàn)耐磨層掉塊現(xiàn)象，因此提出對燒結(jié)機蓖板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將蓖板設(shè)計為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格設(shè)計可以有效控制焊接應(yīng)力，有效控制焊接裂紋方向，降低整體焊接溫度，通過控制網(wǎng)格高度設(shè)計增加耐磨層厚度。②對燒結(jié)機蓖板的焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)，從焊接方法，焊接過程進(jìn)行控制。

不銹鋼265燒結(jié)機設(shè)備規(guī)格參數(shù)如下：

單輥輥齒外徑：?2000mm。單輥輥子長度：3740m。單輥齒排數(shù)：12。每排齒數(shù)：3。齒寬：120mm。篦板規(guī)格：3720×3200。篦板長度：3200mm。篦板寬度：150mm。篦板數(shù)量：13。主軸轉(zhuǎn)數(shù)：7.28r/min。

主傳動電機規(guī)格參數(shù)如下：

型號： Y3-355M1-6。功率：160KW。轉(zhuǎn)速：980 r/min。減速機（廠家選用SEW或弗蘭德產(chǎn)品），要求殼體為鋼結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jù)磨粒磨損模型，耐磨板的磨損量。

燒結(jié)礦密度范圍2.5～3.3t/m3。

此處取燒結(jié)礦的密度為3 t/m3。

燒結(jié)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(shù)為：N=V總 / V單。

單個磨粒所受載荷。

T為燒結(jié)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(jié)礦平均粒度為5mm～20mm，此處取10mm。

每塊破碎的燒結(jié)礦體積V=2.27*10-7。

則燒結(jié)礦總塊數(shù)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(cè)焊絲使用量為90kg，燒結(jié)機中參與工作的篦板總數(shù)為12塊，則單側(cè)篦板283.5d，考慮篦板工作環(huán)境比較復(fù)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(jìn)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(jié)機蓖板結(jié)構(gòu)改進(jìn)

對不銹鋼265燒結(jié)機蓖板進(jìn)行現(xiàn)場測繪，蓖板基板厚度為140mm，水道兩側(cè)鋼板厚30mm通過改進(jìn)蓖板的結(jié)構(gòu)：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(yīng)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(wǎng)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(cè)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(wǎng)格，左右兩側(cè)網(wǎng)格不要對齊，要相互錯開，避免焊接應(yīng)力疊加，網(wǎng)格尺寸60*80mm，隔板與基體采用高強焊絲牢固焊接。

根據(jù)高鉻鑄鐵的性質(zhì)，其主要成分為Fe、C、Cr，高鉻鑄鐵堆焊后的應(yīng)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(jìn)一步降低時，可以獲得珠光體基體的組織。

圖1 蓖板改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)

對焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)：

（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(shù)：電流260A～340A，電壓28V～32V，干伸長：15mm～25mm。①先在網(wǎng)格內(nèi)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(wǎng)格填充平整后，在對網(wǎng)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(wǎng)格內(nèi)集中焊接，要進(jìn)行分散焊接，每個隔斷焊兩層后，分散焊另一網(wǎng)格，防止層間溫度過高，導(dǎo)致。④為保證焊層結(jié)合性每一個網(wǎng)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(yù)熱350℃～400℃以上再起焊。⑤焊接過程可適當(dāng)采用排風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，促進(jìn)焊層馬氏體轉(zhuǎn)變，形成均勻細(xì)小裂紋，防止出現(xiàn)剝離性大裂紋。

2 實施過程

天津雷公LQ643及CNV-O化學(xué)成分見下表，與焊棒成分進(jìn)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(jìn)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(jìn)后的焊接工藝和焊接結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，分別采用LQ643焊絲和CNV-O焊絲進(jìn)行打隔斷堆焊試驗，以檢驗LQ643及CNV-O焊絲是否能夠進(jìn)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(nèi)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(xiàn)超標(biāo)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(zhì)量合格。對焊接試塊硬度進(jìn)行檢查其硬度值為HRC≥58，將焊接試塊放置到800℃～900℃環(huán)境中，使用14磅大錘做連續(xù)敲擊實驗，沒有出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，說明耐磨層焊接強度在較高的環(huán)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(zhì)量進(jìn)行檢驗：現(xiàn)場使用加壓泵對蓖板進(jìn)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(shù)要求。

焊接過程控制：蓖板周邊放置軸流風(fēng)機，焊工焊接操作時進(jìn)行冷卻， 按照制定的焊接工藝進(jìn)行操作，焊接完成后做好標(biāo)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(jié)機蓖板

圖5 在線使用三個月（ 左數(shù)第一塊和第三塊）

3 在線使用效果跟蹤

利用不銹鋼265燒結(jié)機定修的時間將蓖板上線，對燒結(jié)機蓖板在線使用情況進(jìn)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(jié)機定修時間，對上線篦板的使用情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其磨損量很小，接下來將持續(xù)跟蹤其使用效果情況。

4 結(jié)論

通過對篦版上線使用三個月后的效果進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)LQ643與CNV-O焊絲制作的篦版耐磨性能相當(dāng)。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(jìn)行燒結(jié)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(xiàn)有工藝制作燒結(jié)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(jìn)結(jié)構(gòu)和焊接工藝后，蓖板上線的單側(cè)使用三個月，表面磨損量很小，燒結(jié)機蓖板可以打調(diào)使用，一側(cè)磨損嚴(yán)重后可以更換另一側(cè)使用，通過其在線使用磨損情況推斷單側(cè)蓖板使用周期保守估計能夠達(dá)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(jié)構(gòu)和焊接工藝的改進(jìn)，使燒結(jié)機蓖板的使用壽命提高，達(dá)到了預(yù)期的效果，對燒結(jié)機蓖板耐磨性能研究具有參考價值。