三种不同材质磨煤机的辊套和衬板使用情况

张斌

我公司ZGM113G-Ⅰ型中速磨煤机先后使用了高铬铸造辊套和衬板、高铬堆焊修复的辊套和衬板、高铬复合堆焊的辊套和衬板、复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板。因这几种辊套和衬板的材质或制造工艺不同，其磨损速率、使用寿命、磨损后的形状及对磨煤机性能的影响也各不相同。

检修记录表明，高铬铸造辊套平均磨损速率约为8.9mm/1 000h，高铬铸造衬板平均磨损速率约为7.2mm/1 000h；高铬堆焊辊套平均磨损速率约为8.3mm/1 000h，高铬堆焊衬板平均磨损速率约为6.7mm/1 000h；复合熔铸金属陶瓷辊套平均磨损速率约为2.61mm/1 000h，复合熔铸金属陶瓷衬板平均磨损速率约为1.5mm/1 000h。在磨损后期，因高铬铸造辊套和衬板磨损变形量大，造成出力下降及主电机电流增加明显；复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板因其磨损量小、磨损均匀，在运行16 070h的磨损后期时也没有出现磨煤机出力降低和主电机电流增大、排渣量增多现象。

1 设备概况

1.1 磨煤机主要技术参数

ZGM113G-Ⅰ型中速磨煤机是北京电力设备总厂新设计的ZGM 系列改型磨煤机，主要技术参数见表1。与ZGM113G型磨煤机相比，磨煤机磨盘转速由24.2r/min 提高到26.83r/min（提高10%），最大加载力由30t 提高到36t（提高20%）。据设备厂方人员介绍，改进后的磨煤机出力可提高10%。然而磨煤机转速和加载力提高后，辊套和衬板的磨损也相应加快。

1.2 煤质条件

我公司所用燃煤主要为船运大同烟煤和乌拉盖褐煤，部分煤质情况见表2。

2 三种不同材质、工艺的辊套和衬板化学成分及工艺特点

2.1 高铬铸造辊套和衬板化学成分及工艺特点

我公司使用的高铬铸造辊套和衬板为原磨煤机配套产品。辊套和衬板的材质为Cr2021，化学成分与GB/T 8623 中的KmTBCr20Mo 相符（见表3）。辊套和衬板为一次铸造成型，经硬化处理后表面硬度HRC＞60，其铁铬成分主要以共晶碳化物形式存在。这种材料有很好的淬透性、较好的耐蚀性，适应于较大冲击载荷下的磨料磨损。

2.2 高铬堆焊修复辊套和衬板的化学成分及工艺特点

在投产8个月后，部分磨煤机的辊套和衬板磨损严重，磨煤机出现了振动大、电机电流增大、出力下降的现象。

辊套和衬板的高铬堆焊修复采用明弧焊和高铬药芯焊丝，在专用堆焊设备上进行，焊丝化学成分见表4。与铸态高铬铁相比较，高铬堆焊层的碳化物含量更高，凝固的金属具有方向性，碳化物呈纤维状并与磨损表面垂直，碳化物相对较细、韧性好，在硬度相同的情况下，堆焊层高铬铁比铸态高铬铁有更高的耐磨性。

表1 磨煤机主要技术参数

表2 煤质分析

表3 KmTBCr20Mo的化学成分（GB/T 8623），%

表4 我公司使用焊丝的化学成分，%

2.3 复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板的化学成分及工艺特点

在2009年12月检修时，编号为1B的磨煤机安装了北京某公司提供的复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板。2012年9月对此台磨煤机进行检修时，辊套和衬板运行时间为16 070h，辊套最大磨损深度为48mm，衬板最大磨损深度为22mm。由于磨损型线基本未过辊套对称中线，故检修后对辊套进行了翻面使用，到2014 年2 月，辊套和衬板再次运行时间为5 738h，累计运行时间为21 808h，期间磨煤机运行正常。

图1 复合金属陶瓷辊套的结构

金属陶瓷辊套和衬板是通过特殊铸造工艺生产制造的，由烧结金属陶瓷、高铬铸铁、球墨铸铁熔铸而成。复合金属陶瓷辊套结构见图1。辊套和衬板工作面为熔铸入高铬铸铁的烧结金属陶瓷，内胎体为球墨铸铁。铸造成型后，表层高铬铁硬度HRC＞61，表层金属陶瓷硬度HRC＞68。金属陶瓷辊套和衬板的耐磨性能优良，其内胎的球墨铸铁保证了整体的良好韧性和抗冲击能力。

铸件中高铬铁的化学成分为：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%；铸件中球墨铸铁的化学成分为：C：3.2%～3.5%，Si：2.5%～3.0%，Mn：0.3%（max），Mg：0.04%～0.07%。

3 三种不同材质工艺的辊套和衬板的磨损速率及使用寿命对比

3.1 高铬铸造辊套和衬板的磨损速率及使用寿命情况

表5 高铬铸造辊套和衬板的磨损情况汇总

高铬铸造辊套和衬板的磨损情况见表5。从表5 中可以看出，个别高铬铸造辊套、衬板的磨损速率差别比较大，这主要与煤质的变化及高铬铁铸件硬化处理差异有关。由表5 的汇总统计数据可知：

高铬铸造辊套的平均磨损速率约为：605mm÷67 776h×1 000≈8.9mm/1 000h

高铬铸造衬板的平均磨损速率约为：490mm÷67 776h×1 000≈7.2mm/1 000h

假设辊套、衬板允许的最大磨深为60～65mm，则高铬铸造辊套的使用寿命约为6 700～7 300h，高铬铸造衬板的使用寿命约为8 000～9 000h。

3.2 高铬堆焊修复的辊套和衬板磨损速率及使用寿命情况

堆焊修复辊套和衬板的磨损情况见表6。由表6的汇总统计数据可知：

高铬堆焊辊套的平均磨损速率约为：909mm÷109 686h×1 000≈8.3mm/1 000h

高铬堆焊衬板的平均磨损速率约为：732mm÷109 686h×1 000≈6.7mm/1 000h

假设高铬堆焊辊套、衬板允许的最大磨深为60～65mm，则高铬堆焊辊套的使用寿命约为7 200～7 900h，高铬堆焊衬板的使用寿命约为9 000～9 700h。

堆焊件的使用寿命与焊接质量的优劣关系密切，在线堆焊时因工作环境恶劣，堆焊的质量难以保证，因而堆焊后的辊套和衬板的磨损较快。离线堆焊的焊接质量相对较好，使用寿命也长于在线堆焊，部分堆焊件使用寿命＞10 000h。

表6 堆焊修复辊套和衬板的磨损情况汇总

3.3 复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板磨损速率及使用寿命

1B磨煤机金属陶瓷辊套和衬板运行后的检查情况见表7。由表7可知：

复合熔铸金属陶瓷辊套的平均磨损速率约为2.61mm/1 000h，复合熔铸金属陶瓷衬板的平均磨损速率约为1.5mm/1 000h，以上数据为表7 中6 个不同时间点测得的数据平均所得。

复合熔铸金属陶瓷辊套、衬板工作面金属陶瓷层厚度为45mm，其表面熔铸有2～3mm厚的高铬铁（磨损后露出的是金属陶瓷），下部包裹金属陶瓷层的高铬铁厚度约60mm。由于辊套的磨损深度较浅，在运行16 070h 后，将辊套翻面使用，其衬板的使用寿命约为35 000h。

3.4 三种材质辊套和衬板的使用寿命及磨损速率对比

三种材质辊套和衬板的使用寿命及磨损速率见表8。从表8 可以看出，高铬堆焊的辊套和衬板的耐磨性能略优于高铬铸造辊套和衬板，而复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板的耐磨性能则远远优于高铬堆焊及高铬铸造的辊套和衬板。

4 三种不同材质的辊套和衬板磨损形状及对磨煤机性能的影响对比

4.1 三种不同材质的辊套和衬板磨损后的形状

高铬铸造辊套和衬板磨损后，在磨损区呈现波浪状形貌，波浪状沟槽走向基本平行于磨辊轴向方向，每两个沟槽间距50～80mm，个别甚至超过150mm，并伴有深犁沟及凹坑。硬度均匀性越差的辊套和衬板越容易生成深犁沟及凹坑，个别凹坑深度＞40mm。高铬铸造辊套使用7 000h后的磨损状态见图2。

高铬堆焊辊套和衬板磨损后的表面较为均匀，波浪状沟槽较密集且深度较浅，基本没有凹坑现象。高铬堆焊辊套使用7 200h 后的磨损状态见图3。

复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板的磨损较慢，磨损量小，磨损后的型线变化不大，磨损后工作面形成蜂窝状凹坑（金属陶瓷的设计形状），增大了辊套和衬板与煤的摩擦。金属陶瓷辊套使用8 000h 的磨损状态见图4。

4.2 三种不同材质的辊套和衬板对磨煤机出力及磨煤电耗的影响

高铬铸造辊套和衬板因磨损量大，磨损后期有犁沟或凹坑，在磨损后期磨煤机出力明显降低（磨煤机选型时，按5%的出力降低考虑）。

高铬堆焊形式的辊套和衬板因磨损均匀没有深犁沟及凹坑，磨损后期磨煤机出力降低较小。

复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板因磨损量小、磨损均匀，在磨损后期不会造成磨煤机出力降低，反而由于其工作面特殊的蜂窝状结构，降低了磨辊与煤质间的相对滑动，提高了磨煤机出力。安装了复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板的1B 磨煤机，最大出力达到了73t/h，而主电机电流为65A。

表7 1B磨煤机金属陶瓷辊套和衬板运行后的检查情况

表8 三种材质辊套和衬板的使用寿命及磨损速率对比

图2 高铬铸造辊套使用7 000h后的磨损状态

图3 高铬堆焊辊套使用7 200h后的磨损状态

图4 金属陶瓷辊套使用8 000h后的磨损状态

表9 4个工作画面数据的对比情况（2010年7月28日）

表10 三种不同材质的辊套和衬板对磨煤机检修周期的影响

1B磨煤机和2B磨煤机分别于2009年12月22日和2009 年12 月3 日检修完毕，其分别安装了复合熔铸金属陶瓷辊套、衬板和高铬堆焊辊套、衬板，2010 年7 月28 日分别截取了4 个工作画面数据进行对比，对比结果见表9。由表9 可知，1B 磨煤机的吨煤电耗明显低于2B 磨煤机，1B 磨煤机的2 号工况和2B 磨煤机的6号工况中磨煤机出力都达到了60.9t/h，而吨煤电耗相差0.8kWh。

4.3 三种不同材质的辊套和衬板对磨煤机检修周期的影响

从表10 可以看出，使用复合熔铸金属陶瓷辊套和衬板比使用高铬铸造和高铬堆焊的辊套和衬板的磨煤机少一次检修。

5 结语

对比三种不同材质的辊套、衬板的使用情况可以看出：高铬铸造产品目前受煤质影响较大；高铬堆焊产品略优于铸造产品；复合熔铸金属陶瓷产品，其磨耗情况远优于以上两种产品，使用寿命达到16 070h，是高铬铸造和高铬堆焊产品的2 倍以上，同时，大幅延长了检修周期，增加了磨煤机出力，降低了磨煤机制粉单位电耗，性价比高，符合节能减排要求，值得推广。