“FGM-KM-B.U”三新技术在回转窑轮带修复中的应用

　　轮带是回转窑设备中的极为关键的部件，它承担窑体、耐火材料、相关燃、原料的分解重量、传动负荷等全部重力，而且还承受着高温，其工作环境十分恶劣。它的好坏直接影响回转窑系统运行的正常与否，因而轮带是保证系统运行的关键环节。一般来说我们不希望它出现任何故障。但是在恶劣工况条件下，损坏是难免的，如何恢复轮带和托辊的使用功能，是我们研究的主要课题。

　　本文旨在介绍我们应用“ FGM-KM-B.U”三新技术在线修复，以提高工效、降低维修费用和节省维修时间，恢复轮带、托辊的使用功能，提高设备运转率的有效方法。

　　一、“FGM-KM”新材料简介

　　“FGM-KM”新材料即弥散强化复合梯度功能合金材料，它是一种特种合金系列材料。这种材料易与基材熔合，兼有耐磨、耐冲击、耐热、抗腐蚀等综合物理特能。材料和基体熔合后所形成的新合金层，其金相组织以珠光体、马氏体、奥氏体及双向耐磨合金为主。熔敷金属由固态向液态再转化为固态时，基材金属表面氧化物脱氧，生成低熔点的硼硅酸盐类熔渣浮出，形成保护膜，使熔化的合金与被处理的基材金属达到冶金结合。在这一过程中，基材表面金属向熔融金属渗透并相互扩散，最后形成冶金渗透的合金层。在施工过程中，根据不同的基材材质设计结合层、过渡层、工作层、加工层等不同的层面，选择相匹配的材料进行熔敷，使修复面达到耐磨、耐蚀、耐温、耐冲击、有韧性且具有多元性能的特殊强化的功能。

　　二、轮带缺陷分析

　　轮带失效机理：

　　1、疲劳点蚀:轮带是由托辊托住，托辊和轮带接触即会产生很大的赫兹应力，这种应力是局部的高应力，轮带在此脉动应力的长期作用下，就会产生疲劳点蚀，点蚀逐渐扩大，会产生局部面积的剥落，笔者见过的剥落面积达到800×2100mm2。

　　2、剥落压溃：轮带的材料一般均为碳素铸钢，由于铸造的缺陷或热处理的缺陷造成轮带周向的硬度不均，组织不一致，在高强度负荷下，轮带材质的组织结构疏松，硬度较低的部位就会压溃、卷边、压陷。另外，铸造缺陷如皮下空洞、大面积的组织疏松，砂眼、气孔等亦会造成剥落和压溃。

　　3、断裂：轮带工作面是线接触负载，其径向或轴向易产生断裂。径向整个完全断开，内圆弧发生变化，现场很难修复，轴向裂纹，没有完全裂开，尚有办法修复。

　　造成轮带缺陷的主要原因：

　　1、轮带的铸造缺陷，主要是由于组织松疏，孔隙洞较多，基材硬度不均，长期在重载荷、滚动、高温形态下循环的工作，形成热蚀疲劳剥落。

　　2、多种原因造成的应力集中、受力不均匀，热量大、温度高、热蚀等引起的剥落，占整个轮带的很大一部分，并在形成扩大的趋势，同时也会对托辊造成更为严重的损伤。

　　轮带缺陷的危害：

　　窑内温度1700 0C，16000C以下，液相含量多，粘度低，烧结温度范围太窄，使窑皮局部过热而烧露耐火砖，进而使碱性砖极易炸裂，剥落缩短寿命。Mgo、K2O、Na2O、CaO,氧化镁65%，碱性较强，在烧成带的高温下，发生强烈的化学侵蚀。在这种环境下如果轮带有缺陷，则振动加快，使烧穿筒体、窑壁的危险性加剧。

　　综上所述，我们应对轮带缺陷采取果断措施，进行预防、及时抢修、恢复功能，避免烧穿筒体、窑壁造成停产的危害，减少不必要的损失。

　　三、轮带修复工艺程序：

　　根据轮带损坏现状及我公司多年来在线修复，拟在原缺陷部位采用“FGM-KM”新材料、B.U新技术分层熔敷的工艺及电脑制作弧形线靠模、用我们设计研制的专用设备在线研磨的方案，再用板尺靠平（水平尺）、塞尺检测等手段，确保圆弧形态的精度误差控制在0.15mm以下（单面）。具体技术工艺方案如下：

　　1、首先进行创面粗化、净化处理。创面粗化：即用砂轮打磨的方法将创面疲劳层、锈斑层、油污层磨掉，露出金属本有的光泽。在待修复处将创面向基体周边外扩30～40mm，扩深20mm，以利于提高熔合区与基体边缘区半熔合区的冶金结合力达到500N的冶金标准；净化处理：即采取电化气相CVD，物理气相PVD等（相关的如：NaOH、Na2CO3、NaNO3，加自行研制的721合成剂等）用渗透调制法消除零件上金属碎屑和残余杂物，达到双相改性处理的目的。

　　2、采用“FGM-KM”新材料、B.U新技术熔敷的工艺，恢复磨损区的尺寸，并按技术要求配制合金材料。该项工作完成后，检查无误方可进行熔敷，熔敷金属严格按结合层、过渡层、工作层、加工层进行，各层厚度不得超过设计要求的规范，其程序如下：

　　a、结合层：用“FGM-KM1#”合金材料，针对工件的基材、工况条件和技术要求，研制配比相关的FGM-KM新材料，配方和材料各有不同。如ZG45需以珠光体为主，作为结合层，主要以B、C、Mn、Mo、Ni……元素组成，在熔合区和半熔合区稀释S、P的含量，减少冷裂纹和热裂纹的产生，在熔合区和半熔合区稀释C、Mn的含量，提高熔敷性。目的是：疏散应力，增强熔敷层与基材的亲合力，达到为下一步恢复尺寸层，逐步过渡强化的目的。

　　b、过渡层：用“FGM-KM2#”合金材料，在结合层材质的基础上，研制一种在以马氏体和贝氏体之间变化的材料，主要以W、Mo、V、C、Ni、Cr……元素组成，目的是：主要解决金属与金属之间的相互磨损、冲击载荷磨损、颗粒磨损、疏松应力，根据工况条件、技术要求相应的增加强度和硬度。

　　c、工作层：用“FGM-KM3#”合金材料，以奥氏体组织双相耐磨合金为主，主要元素由Cr、Ti、Mn、W、C、Mo……组成。目的是：解决有高应力的磨擦磨损，具有较好的耐热蚀性、耐疲劳性。

　　d、加工层：为了便于磨削，达到几何尺寸技术的精度要求。目的是：使其降低硬度，便于基体与熔敷材料的有效结合及磨削；保证其技术要求中的精度和光洁度，同时，更有利于在运行中的平稳过渡。

　　针对上述四种涂层，均要采用不同于常规的酸性+碱性+中性掺和四种类型八种物理性能12种化学成分的FGM-KM的新材料熔敷在一起的特殊工艺方法。为了满足B.U新工艺、新技术的要求，我公司采用了变频技术、扩大功率等相关措施，对ZX弧焊机进行改进。改进后焊机具有：高方向性、高亮度性、能量密集性的聚焦光束B.U的特点，完全满足了“FGM-KM”材料与基材的相互亲和力。同时采用单道、单层和多道多层来熔敷的工艺措施，根据工件材质、厚度、大小、形状有效地进行自由调节和温度控制（如焊接线能量、熔敷线速度等），有效地避免了在熔敷过程中出现的变形、气孔、夹渣、未焊透、偏边、弧坑、裂纹等缺陷。通过最佳协同效应，确保了基体与熔合区有良好的熔合，不炸、不裂、形成一体。同时更重要的是使基体材质达到了双相改性的目的。使修复后的工件技术性能、使用寿命、经济性、实用性都达到了最佳效果。

　　实践证明，在以上的四个环节中熔敷的“FGM-KM”合金必须根据工况条件、工件材质、技术要求来配比。总体要求是按结合层、过渡层、工作层、加工层成梯度功能的复合型的材料，采用浸熔法配制合金，依次逐层进行熔敷，使合金（占56.3%）能综合掺入到基材金属（占43.7%），才能达到预期的理想效果。

　　3、经检测确认达到熔合标准后，再进行在线修磨→粗磨→精磨→研磨，使修复面弧度和现用的轮带弧度完全一致，恢复了轮带的工艺性能，使用寿命也得到了大幅度的提高。

　　三、应用实例

　　华新水泥股份有限公司有一旋窑的轮带，其主要参数：外径5.8m，轮带宽600-700mm，ZQ310-370，该轮带运行了20余年。现在轮带出现了损坏，点蚀面积300×50mm2 有6处、300×700 mm2 2处、300×300mm2 以下的有多处。剥落深度一般深度达30-450mm。由于轮带损坏面积大，而且不均匀分布，加之还有一些磨损和塌陷的面积，且有三处失园。因此在运行中窑体振动频幅大，托辊的磨损加剧，严重影响了生产。华新公司向外招标现场修复轮带，武汉开明高新科技有限公司应聘投标，通过修复工艺的答辩，并以材料新颖、工艺独到、技术过硬、工期短而中标。

　　2003年4月，该公司派人现场施工，采用“FGM-KM”材料应用CO2气体保护焊和熔敷技术相结合的工艺，及机加工的办法，历时10天，完成三条轮带的修复任务，经试车运行至2008年8月再次检测，6年来所修部位完好无损，恢复了轮带的完好性能，设备运行稳定，获得华新好评。现又计划请该公司修复2条。

　　湖北省京山县新生水泥厂是一座新建年产50万吨的水泥生产厂家。该厂旋窑系1998年投产，有一轮带外径5.7m，轮宽700mm，材质为ZG350-550。2004年该轮带出现7处大面积剥落，最大一处有300×1100mm2 。2004年该厂曾请焊接研究所为其现场修复过，但用不过三个月，修复处金属就剥落。2004年10月，武汉开明高新科技有限公司派人现场修复，也是采用“FGM-KM”材料，用的改良ZX-500弧焊机，人工现场熔敷，熔敷后用砂轮磨削到要求尺寸，历时4天完工。运行至今修复处完好无损，整体设备运行平稳。2005年4月该公司又修复了一条轮带，使用情况理想。

　　吉林长春亚泰水泥有限公司，其剥落严重，严重影响了生产。由于任务紧张，换新件时间较长，请武汉开明高新科技有限公司进行修复。该公司只用了一个星期的时间，即全部修理完毕。质量通过其各种程序检测，均符合要求。赢得他们的一致认可。

　　山西河津氧化铝厂的轮带点蚀坑面积800mm×960mm×深40mm，采用“FGM-KM”新材料修复后使用效果很好，现又增修6条轮带。

　　中国铝业公司中州铝厂采用三新技术，新材料修复，达30余条，效果很好，为企业节源增效作出了贡献。

　　轮带情况类似的，如湖北京兰水泥有限公司、北京琉璃河水泥有限公司、山西太原钢厂宏达公司、浙江华业韶洋建材有限公司、浙江申河水泥有限公司、浙江中利达水泥有限公司、江苏东吴水泥有限公司、浙江金首水泥有限公司、浙江常山虎跃水泥有限责任公司、浙江江山虎球水泥有限公司、北京新港制造有限公司、北京太行前景水泥有限公司、北京强联水泥有限公司、河南孟电集团水泥有限公司、河北石家庄鹿泉市曲寨水泥有限公司、苏州东吴水泥有限公司、江西国兴集团东方红于都旋窑水泥有限公司 、新疆天山水泥股份有限公司吐鲁番熟料分公司、新疆博乐南岗建材有限公司、山西广灵精华集团绿川建材公司、安徽巢湖铁道水泥厂、安徽海螺集团宁国水泥厂、甘肃酒钢集团宏达建材有限责任公司、河北太行水泥股份有限公司、四川拉法基水泥有限公司、四川广安腾辉水泥有限公司等等遍布全国19个省市。