在用輪帶裂紋分析及應(yīng)對(duì)措施

鄭金娣（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院工程設(shè)計(jì)公司，230000）

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在用輪帶裂紋分析及應(yīng)對(duì)措施

鄭金娣（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院工程設(shè)計(jì)公司，230000）

引言

回轉(zhuǎn)窯作為水泥生產(chǎn)線非常重要的設(shè)備，其質(zhì)量及穩(wěn)定性對(duì)保障水泥生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)起至關(guān)重要作用。輪帶作為回轉(zhuǎn)窯主要支撐件，因其質(zhì)量大：單體重量＞40T，體積大：直徑約6m，生產(chǎn)制作難度較大；且回轉(zhuǎn)窯安裝后，因輪帶發(fā)生的故障，將給水泥廠帶來非常巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

回轉(zhuǎn)窯輪帶均在投產(chǎn)使用約8年后出現(xiàn)不同程度的裂紋或脫落，見圖1～2。

圖1　SD-A輪帶工作面裂紋

圖2　SD-B輪帶工作面塊狀脫落

隨著生產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)過幾個(gè)月的觀察，輪帶裂紋有繼續(xù)延伸、脫落部位有繼續(xù)加大的趨勢，需盡快采取補(bǔ)救措施，避免損失進(jìn)一步擴(kuò)大，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。本文擬從輪帶的生產(chǎn)過程及安裝、使用等方面，全面分析造成輪帶使用中出現(xiàn)缺陷（裂紋或剝落）的原因，及有效應(yīng)對(duì)措施。

1　可能造成輪帶使用壽命下降及裂紋或剝落等缺陷的原因

1.1成分的影響

目前輪帶的常用材質(zhì)為ZG35SiMn或ZG35CrMo，其成分，國標(biāo)要求如表1。

表1　

眾所周知，S和P通常被視為危害元素，其成分超標(biāo)將降低材料的整體性能。S和Mn的結(jié)合可改善鋼的切削性能，但S在鋼中偏析嚴(yán)重，在高溫下，降低鋼的塑性，是一種有害元素。S元素通常以熔點(diǎn)較低（1190℃）的FeS的形式存在，F(xiàn)eS熔化將削弱晶體間的結(jié)合力，導(dǎo)致鋼的熱脆性現(xiàn)象，容易造成熱裂紋。按國內(nèi)生產(chǎn)廠家的水平，一次鑄造出滿足質(zhì)量等級(jí)要求的輪帶難度較大，一般粗加工后會(huì)對(duì)缺陷部位進(jìn)行補(bǔ)焊。鋼的含S量過高，焊接時(shí)由于SO2的產(chǎn)生，將在鋼的表面形成氣孔和疏松，造成焊接質(zhì)量缺陷，易產(chǎn)生焊接裂紋。

1.2澆注工藝

目前輪帶澆鑄通常采用地坑和樹脂砂造型的方法。由于5000T/D生產(chǎn)線輪帶質(zhì)量較大，通常需3包鋼水同時(shí)完成澆鑄。澆鑄溫度高低對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大，澆鑄溫度偏低時(shí)鑄件容易出現(xiàn)冷隔，表面出現(xiàn)皺皮缺陷；反之澆鑄溫度過高易出現(xiàn)大面積粘砂，鑄件易出現(xiàn)疏松，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)集中縮孔。通常冒口部位為裂紋易產(chǎn)生區(qū)域。

1.3焊補(bǔ)修復(fù)

通常制造廠對(duì)粗加工后的輪帶進(jìn)行初次UT（超聲）探傷，確定輪帶中存在的鑄造缺陷類型及位置，以便采取必要處理措施。

輪帶UT探傷檢驗(yàn)出的鑄造缺陷通常為：①鑄造疏松或縮孔；②線形缺陷；③晶粒粗大：主要表現(xiàn)為檢測中草狀雜波增多，底波衰減較大，嚴(yán)重時(shí)底波消失，鑄件整體機(jī)械性能下降（常用正火消除）；④點(diǎn)狀缺陷：通常為氣孔或夾渣，允許當(dāng)量較小的點(diǎn)狀缺陷存在，且對(duì)于部分超標(biāo)的點(diǎn)狀缺陷，考慮修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性以及修復(fù)可能造成其他危害更大的缺陷產(chǎn)生，此類缺陷一般不作處理。

對(duì)于上述①②類問題，制造廠都采用補(bǔ)焊修復(fù)的方式。焊接前進(jìn)行預(yù)熱，焊補(bǔ)后對(duì)焊補(bǔ)面進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，焊補(bǔ)處硬度低于母材硬度，其中心與母材硬度差值不大于10%。在對(duì)輪帶表面進(jìn)行MP（磁粉）探傷檢測時(shí)，補(bǔ)焊部位存在補(bǔ)焊裂紋為普遍現(xiàn)象。且補(bǔ)焊受焊工水平，焊接環(huán)境及焊接工藝影響較大，增加了缺陷出現(xiàn)不確定性。

1.4熱處理

輪帶進(jìn)行正火+回火處理，JC/T333-2006明確要求輪帶熱處理后工作面的硬度＞185HB。熱處理控制不當(dāng)一方面造成輪帶表面硬度偏低，易磨損，影響其使用壽命；一方面是輪帶表面硬度較高，容易產(chǎn)生表面裂紋，再者是工作面熱處理不均勻造成輪帶在工作面上硬度偏差大，使用中造成受力、磨損不均。在制造中進(jìn)行大面積補(bǔ)焊的輪帶，使用中補(bǔ)焊部位極易造成大面積脫落。對(duì)于補(bǔ)焊部位沒有采取有效的消除應(yīng)力措施，也會(huì)造成該部位延遲裂紋的產(chǎn)生。

1.5使用維護(hù)

1.5.1輪帶表面的剝落和掉塊

由于回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，輪帶長期受周期性變化的脈動(dòng)載荷和交變載荷作用，在該應(yīng)力作用下，輪帶在表層5～7mm會(huì)產(chǎn)生微裂紋，該裂紋和輪帶所處的接觸應(yīng)力相互平行或成45°角，且裂紋不斷擴(kuò)散，貫穿甚至剝落，從而形成輪帶表面的剝落、掉皮。

1.5.2表面疲勞開裂

據(jù)統(tǒng)計(jì)，材料破壞的80%為疲勞破壞，輪帶屬于大型鑄造件，不可避免的存在內(nèi)部鑄造缺陷，而且由于輪帶工藝處理的原因，內(nèi)部也存在成分偏析，即局部區(qū)域由于輪帶含碳量增高而使得該區(qū)域輪帶表面硬度高于其他區(qū)域，同時(shí)其韌性塑性降低。所以在輪帶運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，該區(qū)域正常磨損量小于其他區(qū)域，從而造成此區(qū)域面凸起、應(yīng)力集中；在此應(yīng)力作用下，輪帶會(huì)沿鑄造缺陷處形成微裂紋，并快速發(fā)展。再加上冷卻水或輪帶溫度的急劇變化等一系列外在其他因素，導(dǎo)致輪帶表面產(chǎn)生接觸疲勞裂紋。

1.5.3輪帶的低溫脆性裂紋

輪帶采用鑄鋼鑄造，其韌性、抗沖擊性比較差，塑性變形能力也比較差，因此在低溫條件下，即使發(fā)生很小的變形也容易發(fā)生脆性裂紋，并且斷裂點(diǎn)大多處在砂眼、加雜等雜質(zhì)處開始形成。正常情況下的停窯檢修，窯筒體溫度從幾百度降到常溫，筒體必然收縮，使得輪帶產(chǎn)生不均勻內(nèi)應(yīng)力，輪帶與托輪的作用點(diǎn)也發(fā)生變化。當(dāng)冷窯啟動(dòng)時(shí)，使得處在低溫脆性下的輪帶受內(nèi)應(yīng)力作用產(chǎn)生脆性裂紋。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常采用冷卻水冷卻輪帶，冷卻水滲入裂紋后，會(huì)形成密閉“高壓腔”，將加速裂紋的擴(kuò)展。

1.5.4潤滑不當(dāng)

在回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，輪帶與窯筒體形成滑動(dòng)摩擦副，因此輪帶內(nèi)表面以及其對(duì)應(yīng)窯筒體墊板間潤滑不當(dāng)，會(huì)造成墊板加速磨損，產(chǎn)生輪帶下墊板和側(cè)面擋塊的磨損及金屬拉傷，影響窯筒體平穩(wěn)運(yùn)行，進(jìn)而影響輪帶正常使用。

2　應(yīng)對(duì)措施

2.1選取優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商并加強(qiáng)質(zhì)量管控

目前，國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯制造企業(yè)水平良莠不齊，選擇一個(gè)資信較好的制造企業(yè)是控制產(chǎn)品質(zhì)量的基本保證。

由于輪帶為大型鑄件，鑄造及加工生產(chǎn)周期較長（一般要達(dá)3個(gè)月以上），如果報(bào)廢，生產(chǎn)廠家經(jīng)濟(jì)損失巨大，所以在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使下，許多廠家在粗加工補(bǔ)焊時(shí)對(duì)輪帶本體進(jìn)行大面積切槽、鉆孔補(bǔ)焊。雖然補(bǔ)焊后經(jīng)無損檢測未能發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，但輪帶母材本身機(jī)械性能大大下降，為后續(xù)使用埋下隱患。并且重新鑄造很容易造成船期延誤，及交貨進(jìn)度延遲，進(jìn)而影響總包工程的整體進(jìn)度。為趕工期，許多存在超標(biāo)缺陷的輪帶“帶病”出廠，為使用過程埋下隱患。因此必須加強(qiáng)生產(chǎn)過程的質(zhì)量管控，及早發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理

要加強(qiáng)輪帶鑄造過程的監(jiān)督檢驗(yàn)，全面掌控輪帶進(jìn)度和質(zhì)量狀況。鑄造時(shí)，要求制造廠增加6個(gè)附體試棒，以便進(jìn)行成分分析和一拉三沖試驗(yàn)，成分不符合要求或力學(xué)性能試驗(yàn)不合格的，不得轉(zhuǎn)入下一工序。通常輪帶制造中進(jìn)行兩次UT（超聲）探傷和一次MP（磁粉）探傷：粗加工后的 UT探傷，精加工后的UT探傷，精加工后的MP探傷。精加工后工作面不允許補(bǔ)焊，對(duì)允許存在的小缺陷應(yīng)仔細(xì)修整，原粗加工補(bǔ)焊區(qū)域在精加工后進(jìn)行磁粉探傷，不得有裂紋等缺陷。因此，要在粗加工時(shí)把檢測到的缺陷處理徹底。

2.2犧牲成本，選取較好工藝

按《鑄鋼件無損檢測》（GB7233-2009），UT探傷 2級(jí)探傷高于3級(jí)，在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)2級(jí)要求一般廠家很難達(dá)到。為了使輪帶達(dá)到更高的質(zhì)量等級(jí)，常采用全冒口澆鑄的方式。加工中將冒口部位及易產(chǎn)生裂紋、疏松等鑄造缺陷的區(qū)域，作為加工余量全部切削掉，可提供質(zhì)量等級(jí)較高的輪帶，但全冒口澆鑄，澆鑄量及切削量大，成本有一定提高。

2.3使用維護(hù)

合理使用和周期性養(yǎng)護(hù)是延長輪帶使用壽命的關(guān)鍵。做好回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)過程的定期巡檢和維護(hù)，調(diào)整好輪帶與墊板節(jié)間隙，定期加潤滑油，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況和中控?cái)?shù)據(jù)，控制輪帶的升溫。

2.4現(xiàn)場修復(fù)

對(duì)于非貫通裂紋一般都采取現(xiàn)場修復(fù)的方式對(duì)輪帶進(jìn)行處理。首先確定基準(zhǔn)，找準(zhǔn)筒體和輪帶定位。修復(fù)前，先用磁力鉆打止裂孔，防止裂紋繼續(xù)延伸，將裂紋部位刨去，并開出V形坡口或U形坡口（角度視裂紋情況而定），打磨后進(jìn)行無損探傷，確認(rèn)無裂紋和其他鑄造缺陷后再準(zhǔn)備焊接，焊接前用氧炔焰進(jìn)行局部預(yù)熱至200～300℃。焊條在焊接前應(yīng)烘干，用保溫桶盛裝，隨用隨取。每層焊接后，立即輕輕捶擊焊縫，以消除焊接殘余應(yīng)力。蓋面焊縫，高度略高于輪帶表面，以便打磨。焊完保溫10h。打磨焊縫，用樣板復(fù)查。待完全冷卻后對(duì)補(bǔ)焊部位進(jìn)行UT和MP探傷檢測。

3　結(jié)語

其他總包項(xiàng)目也應(yīng)吸取其教訓(xùn)，對(duì)于不合格的輪帶要有壯士斷腕的決心，堅(jiān)決予以拒收或報(bào)廢。

質(zhì)量是企業(yè)安身立命之根本，質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，是水泥生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基本保障。作為總承包企業(yè)，在為業(yè)主提供管理和服務(wù)時(shí)，要做到使項(xiàng)目使用增值，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自身利益最大化，首先要保證產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

［1］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.《合金結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T3077-1999）.

［2］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).《水泥工業(yè)用回轉(zhuǎn)窯》（JC/ T333-2006）.

［3］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).《重型機(jī)械通用技術(shù)條件》（JB/T5000.15-2007）第15部分：鍛鋼件無損檢測.

鄭金娣（1981-），女，助理工程師，本科，主要從事機(jī)械設(shè)備質(zhì)量檢查工作。

TD50

A

2095-2066（2016）16-0261-02

2016-5-20