CN103556147A - 一种等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法 - Google Patents
一种等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法，可有效解决中速磨煤机、水泥立磨磨辊、衬瓦表面耐磨性能差、使用寿命短的问题，方法是，首先安装设备，对待熔覆的磨辊或衬瓦磨损面进行清理和内部探伤检测，装在设备的变位机上，使等离子炬置于熔覆磨辊或衬瓦磨损面上方20-30mm处，然后启动变位机和等离子炬电源、氩气罐、冷水机、送丝机、送粉机，在控制器的控制下进行工作，送丝机、送粉机将焊丝和陶瓷粉送至待熔覆磨辊或衬瓦磨损面，焊丝和陶瓷粉在等离子炬的熔融下，熔覆于磨辊或衬瓦磨损面上，形成一层耐磨的陶瓷合金层，本发明方法易操作，工作效率高，效果好，有效提高磨辊、衬瓦的耐磨性，大大延长了使用寿命，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及机械，特别是一种等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法。
背景技术
煤粉的制造是火力发电厂生产的重要环节。60年代发展起来的中速辊磨机以其高效节能、安全可靠等突出优点正在逐渐取代传统的钢球磨煤机，目前已成为火力发电厂的重要设备。由于国内电厂用煤种类较多，杂质偏高，可磨性较差，中速磨煤机的重要部件——磨辊和衬瓦质量的优劣，特别是其耐磨性能的高低直接影响到制粉的作业率、煤粉质量和生产成本。目前，国内火电厂所用磨辊的寿命仅为4000～6000小时；立磨是新型干法水泥生产技术中必需的大型粉磨设备，主要用于水泥原料的制备，由于所破碎的物料料硬度高，数量大，磨辊和衬板表面磨损严重，使用寿命只有3000～5000小时，以上两种设备需要频繁修复或更换磨辊、衬板才能保证磨煤机和立磨的正常工作，严重影响了火电厂和水泥厂的安全经济运行。
201010122146.5发明专利申请公开了一种磨辊、衬板堆焊用粉芯焊丝，该焊丝是由纯度为99.5wt.%的镍带包裹1～2wt.%Mo粉、6～20wt.%Ti粉、1. 5～5wt.%C粉、2～5wt.%NbC粉、0～2wt.%VC粉、0. 3～0. 5wt.%Al粉、65.5～89.2 wt.%WC粉制得，其熔覆工艺为：先采用明弧堆焊的方式将奥氏体不锈钢焊丝在工件上制备2～3mm打底层，然后再利用氩弧或等离子弧焊枪将上述粉芯焊丝熔化于工件表面直至达到尺寸要求。该工艺较大程度提高了磨辊、衬板的使用寿命，但在操作过程中需反复的更换电源、焊枪等设备，工艺较为繁琐。
201110303169.0发明专利申请公开了一种中速磨煤机使用的耐磨堆焊用粉芯焊丝及其制备方法与堆焊方法。该粉芯焊丝由0.28mm厚的金属镍带包裹粉芯经拉拔、减径制成，所述粉芯由下述质量百分比的混合粉末组成：3.0～4.5 wt.％的C粉，1.0～2.0 wt.％的Si粉，0.5～1.0 wt.％的Mn粉，16.0～20.0 wt.％的Cr粉，0.5～1.5 wt.%的Mo粉，1.0～2.0 wt.％的W粉，2.0～4.0 wt.％的Ti粉，0～2.0 wt.％的V粉，5.0％～7.0 wt.％的Nb粉、余量为Fe粉；上述粉末在粉芯焊丝中的质量百分含量为30～40 wt.％。采用明弧堆焊的方式将焊丝熔覆于磨辊、衬板表面。
综上所述，未发现利用等离子熔覆工艺，同时利用填丝送粉技术在磨辊、衬板表面制备复合陶瓷合金层的公开报导。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法，可有效解决中速磨煤机、水泥立磨磨辊、衬瓦表面耐磨性能差、使用寿命短的问题。
本发明解决的技术方案是，以等离子弧为热源，同时将焊丝与陶瓷粉熔覆于磨辊或衬瓦易磨损表面，形成一层耐磨的陶瓷合金层，方法如下：
首先安装设备，对待熔覆的磨辊或衬瓦磨损面进行清理和内部探伤检测，装在设备的变位机上，使设备的等离子炬置于熔覆磨辊或衬瓦磨损面上方20-30mm处，然后启动变位机和等离子炬电源、氩气罐、冷水机、送丝机、送粉机，在控制器的控制下进行协调工作，送丝机、送粉机将焊丝和陶瓷粉送至待熔覆磨辊或衬瓦磨损面，焊丝和陶瓷粉在等离子炬的熔融下，熔覆于磨辊或衬瓦磨损面上，形成一层耐磨的陶瓷合金层，从而实现复合有陶瓷合金层的磨辊或衬瓦的制备。
本发明设备简单，易安装，方法易操作，工作效率高，使用效果好，可有效提高磨辊、衬瓦的耐磨性，大大延长了使用寿命，节约成本，有极大的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明的设备结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。
本发明在具体实施中，由以下方法步骤实现的：
（1）、首先安装设备
所述的设备其结构是，包括支架、冷水机、送粉器、送丝机、等离子炬和控制器，支架16上部有横梁10，横梁上有导轨（图中未标示），送丝机7、送粉器9和等离子炬4连接在一起，装在横梁的导轨上，等离子炬4上装有用于沿横梁左右移动的电机（电机图中未显示，通常是等离子炬自身带有的，也可另行设置），构成沿导轨一起左右移动结构，送丝通道6、送粉通道5分别设置在垂直于等离子炬行走方向两侧，送粉通道5水平夹角α为15-45°，送粉器9的送粉通道5出口与送丝机7的送丝通道6出口均置于等离子炬4下部，等离子炬上部装有用于升降的电机8，支架的下方靠等离子炬4一侧装有变位机11，支架外置有氩气罐12、冷水机13、等离子电源14和控制器15，氩气罐12与等离子炬4间的送气通道上装有电磁阀17，控制器15分别与送粉器9、电机8、变位机11和冷水机13相连，氩气罐、冷水机13分别经管道与等离子炬4相连；所述的控制器为数字控制器（简称数控）或可编程控制器（简称程控），均为常规技术，市售产品；
（2）、对待熔覆磨辊或衬瓦进行处理，设备安装完毕后，对待熔覆的磨辊、衬瓦磨损面进行表面清理和内部探伤检测，之后将待熔覆的磨辊或衬瓦安装在变位机上，启动升降电机，调节等离子炬垂直于待熔覆磨辊或衬瓦表面的距离为20～30mm；
（3）、熔覆金属层，方法是，启动变位机和等离子电源，打开氩气罐，气压调节至0.25～0.5MPa，氩气流量：2～7L/min，打开冷水机，调节冷却水流量为0.5～1.0m3/h，启动送丝机， 在控制器的控制下，控制变位机转速为：10～40min/r，熔覆电流为：160～350A，送丝速度为：800～2500mm/min，等离子炬在横梁上水平移动速度为：4～12mm/r；将焊丝熔覆于磨辊或衬瓦易磨损表面，采用多层多道搭接方式制得熔覆层，每层单道宽度为9～12mm，厚度3～5mm，多道搭接率控制在20～45%、稀释率控制在15～40%，熔覆厚度为6-60mm的金属层；
（4）、熔覆金属和陶瓷粉的复合陶瓷合金层，方法是，磨辊或衬瓦磨损面熔覆金属层后，同时开启送丝机、送粉机，调节变位机转速为：10～40min/r，熔覆电流为：200～350A，氩气流量：2～8L/min，送丝速度为：1000～2500mm/min，单位时间送粉量为：20～80g/min，送粉角α为15～45°，等离子炬在横梁上水平移动速度为：4～12mm/r，以等离子炬为热源，将焊丝和陶瓷粉熔融混合，采用多层多道搭接方式熔覆在金属层外表面，单道熔覆层宽度为10～14mm、厚度3～5mm，多道搭接率控制在20～45%、稀释率控制在15～40%，得到2～6mm复合陶瓷合金层，必要时，对表面打磨、抛光、喷漆，备用；
所述的焊丝与陶瓷粉重量比为：60～90 %︰10～40 %；
所述的焊丝为高铬铸铁型焊丝或不锈钢型焊丝，高铬铸铁型焊丝由重量计的：碳（C）4.0～6.0%、铬（Cr）18～30%、锰（Mn）0.5～2.0%、硅（Si）0.5～1.5%、镍（Ni）3.0～8.0%、钼（Mo）0.5～3.0%和余量为铁（Fe）制成；不锈钢型焊丝由重量计的：碳（C）0.1～1.0%、铬（Cr）11～18%、锰（Mn）0.5～1.0%、硅（Si）0.5～1.0%、镍（Ni）3.0～6.0%、钼（Mo）1.0～3.0%和余量为铁（Fe）制成；
所述的陶瓷粉末为碳化物、氮化物、氧化物的一种或两种以上的混合物。
所述的磨辊或衬瓦为KmTBCr20Mo或35号钢制成；
所述的碳化物为碳化铌（NbC）粉、碳化钒（VC）粉、碳化硼（B4C）粉、碳化钨（WC）粉和碳化锆（ZrC）粉的一种或两种以上的混合物；氮化物为氮化硼（BN）粉、氮化钒（VN）粉的一种或两种以上的混合物；氧化物为三氧化二铝（Al2O3）粉、Al2O3-40TiO2粉的一种或两种以上的混合物。
本发明经试验和实际使用，效果非常好，经下述实施实际可得到有效证明。
按图1给出的设备安装好后，用于等离子填丝送粉制造ZGM113G复合陶瓷磨辊，按如下步骤实施：
1、清洗、安装
对待熔覆的磨辊（1）磨损面进行表面清理和内部探伤检测，检测完毕后将其安装于变位机（11）上，启动升降电机（8），保证等离子炬（4）垂直于待熔覆磨辊（1）表面，二者距离为25mm；
2、送丝等离子熔覆金属层
启动变位机（11）和等离子电源（14），打开氩气源（12），调节气压至0.4MPa，氩气流量：4L/min，打开冷水机（13），冷却水流量为0.8m3/h，启动送丝机（7）和控制器（15），调节此阶段工艺参数为：变位机转速为：25min/r，熔覆电流为：190A，送丝速度为1600mm/min，等离子炬（4）在横梁（10）上水平移动速度：8mm/r，先将化学成分为C：5.0wt.%，Cr：20wt.%，Mn：0.5wt.%，Si：0.5wt.%，Ni：4.0wt.%，Mo：1.0wt.%，Fe：bal的高铬铸铁型的焊丝通过送丝通道（6）熔覆于磨辊（1）表面，单道熔覆层（2）宽度为10mm、厚度3mm，多道搭接率为25%、稀释率为20%，待熔覆至磨辊（1）尺寸4mm时停止，熔覆厚度为40~50mm；
3、填丝送粉等离子熔覆陶瓷合金层
在送丝机（7）开启的情况下同时打开送粉器（9），此阶段工艺参数为：变位机（11）转速为：25min/r，熔覆电流为：260A，氩气流量：5L/min，送丝速度为：1500mm/min，等离子炬（4）在横梁（10）上水平移动速度：6mm/r，送粉速度为：50g/min，送粉角α为35°，将重量比为30%NbC粉、10%VC粉、15%WC粉、45%Al2O3-40TiO2粉陶瓷粉经送粉通道（5）注入于上述焊丝熔池中，焊丝与陶瓷粉末的重量比为：65%︰35%，单道熔覆层（2）宽度为11mm、厚度3mm，多道搭接率为35%、稀释率为30%，直至磨辊（1）尺寸达到图纸要求，此阶段得到4mm复合陶瓷合金层（3），该复合陶瓷层（3）表面硬度Hv2500~2800，相对耐磨性是高铬铸铁的16倍，与磨辊的结合强度大于260MPa，并经多次反复试验，均取得了相同或相近似的结果，耐磨性能平均提高15倍以上，表明方法稳定可靠，熔覆质量好，使用寿命长，大大减少了磨辊或衬瓦的消耗，磨辊或衬瓦材料的消耗只是原设备的1/5，大大降低了生产成本，减少了废物对环境造成的污染，有巨大的经济和社会效益。
Claims (5)
1.一种等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法，其特征在于，由以下方法步骤实现的：
（1）、首先安装设备
所述的设备其结构是，包括支架、冷水机、送粉器、送丝机、等离子炬和控制器，支架（16）上部有横梁（10），横梁上有导轨，送丝机（7）、送粉器（9）和等离子炬（4）连接在一起，装在横梁的导轨上，等离子炬（4）上装有用于沿横梁左右移动的电机，构成沿导轨一起左右移动结构，送丝通道（6）、送粉通道（5）分别设置在垂直于等离子炬行走方向两侧，送粉通道（5）水平夹角α为15-45°，送粉器（9）的送粉通道（5）出口与送丝机（7）的送丝通道（6）出口均置于等离子炬（4）下部，等离子炬上部装有用于升降的电机（8），支架的下方靠等离子炬（4）一侧装有变位机（11），支架外置有氩气罐（12）、冷水机（13）、等离子电源（14）和控制器（15），氩气罐（12）与等离子炬（4）间的送气通道上装有电磁阀（17），控制器（15）分别与送粉器（9）、电机（8）、变位机（11）和冷水机（13）相连，氩气罐、冷水机（13）分别经管道与等离子炬（4）相连；
（2）、对待熔覆磨辊或衬瓦进行处理，设备安装完毕后，对待熔覆的磨辊、衬瓦磨损面进行表面清理和内部探伤检测，之后将待熔覆的磨辊或衬瓦安装在变位机上，启动升降电机，调节等离子炬垂直于待熔覆磨辊或衬瓦表面的距离为20～30mm；
（3）、熔覆金属层，方法是，启动变位机和等离子电源，打开氩气罐，气压调节至0.25～0.5MPa，氩气流量：2～7L/min，打开冷水机，调节冷却水流量为0.5～1.0m3/h，启动送丝机， 在控制器的控制下，控制变位机转速为：10～40min/r，熔覆电流为：160～350A，送丝速度为：800～2500mm/min，等离子炬在横梁上水平移动速度为：4～12mm/r；将焊丝熔覆于磨辊或衬瓦易磨损表面，采用多层多道搭接方式制得熔覆层，每层单道宽度为9～12mm，厚度3～5mm，多道搭接率控制在20～45%、稀释率控制在15～40%，熔覆厚度为6-60mm的金属层；
（4）、熔覆金属和陶瓷粉的复合陶瓷合金层，方法是，磨辊或衬瓦磨损面熔覆金属层后，同时开启送丝机、送粉机，调节变位机转速为：10～40min/r，熔覆电流为：200～350A，氩气流量：2～8L/min，送丝速度为：1000～2500mm/min，单位时间送粉量为：20～80g/min，送粉角α为15～45°，等离子炬在横梁上水平移动速度为：4～12mm/r，以等离子炬为热源，将焊丝和陶瓷粉熔融混合，采用多层多道搭接方式熔覆在金属层外表面，单道熔覆层宽度为10～14mm、厚度3～5mm，多道搭接率控制在20～45%、稀释率控制在15～40%，得到2～6mm复合陶瓷合金层；
所述的焊丝与陶瓷粉重量比为：60～90 %︰10～40 %；
所述的焊丝为高铬铸铁型焊丝或不锈钢型焊丝，高铬铸铁型焊丝由重量计的：碳4.0～6.0%、铬18～30%、锰0.5～2.0%、硅0.5～1.5%、镍3.0～8.0%、钼0.5～3.0%和余量为铁制成；不锈钢型焊丝由重量计的：碳0.1～1.0%、铬11～18%、锰0.5～1.0%、硅0.5～1.0%、镍3.0～6.0%、钼1.0～3.0%和余量为铁制成；
所述的陶瓷粉为碳化物、氮化物、氧化物的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法，其特征在于，所述的磨辊或衬瓦为KmTBCr20Mo或35号钢制成。
3.根据权利要求1所述的等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法，其特征在于，所述的所述的碳化物为碳化铌粉、碳化钒粉、碳化硼粉、碳化钨粉和碳化锆粉的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法，其特征在于，所述的氮化物为氮化硼粉、氮化钒粉的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金层的方法，其特征在于，所述的氧化物为三氧化二铝粉、Al2O3-40TiO2粉的一种或两种以上的混合物。
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