鄧榮娟
回轉(zhuǎn)窯設(shè)備作為水泥生產(chǎn)最為關(guān)鍵的設(shè)備之一,其運(yùn)行可靠性和安全性毋庸置疑,其中大齒圈作為回轉(zhuǎn)窯設(shè)備的關(guān)鍵部件,其質(zhì)量和壽命要求尤為重要。
通常,齒圈采用砂型鑄造方法進(jìn)行成型,鑄造成型并完成粗加工后,進(jìn)行UT(超聲波無(wú)損)檢測(cè),執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 7233.1-2009Ⅲ級(jí)(靈敏度?6),精加工完成后,進(jìn)行MT(磁粉)檢測(cè),執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JB/T 5000.14-2007Ⅲ級(jí)。在粗加工和精加工之間進(jìn)行熱處理,以達(dá)到提高使用性能的目的,熱處理工藝為正火+回火。但是,隨著技術(shù)的進(jìn)步及市場(chǎng)實(shí)際要求的提高,對(duì)于大齒圈的內(nèi)部質(zhì)量,UT檢測(cè)需要達(dá)到Ⅱ級(jí)要求,齒面硬度也由原先的200~240HBS提高到260~300HBS。因此,齒圈的鑄造工藝也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。
齒圈的結(jié)構(gòu)比輪帶復(fù)雜,在造型上有所區(qū)別,圖1為工藝造型圖,造型重點(diǎn)如下:
圖1 大齒圈造型工藝圖
(1)采用水玻璃砂造型,相比樹(shù)脂砂會(huì)獲得更好的內(nèi)部致密度。
(2)采用底注的方式讓鋼液平穩(wěn)充型,并在內(nèi)澆道上設(shè)有暗冒口,便于內(nèi)部浮渣。
(3)采用環(huán)形橫澆道,將豎澆道和內(nèi)交道銜接起來(lái),讓鋼液快速平穩(wěn)地充型。
(4)采用雙澆注系統(tǒng),工件采用底注澆注系統(tǒng)進(jìn)行充型,在冒口再采用一套澆注系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)澆充型,以確保冒口鋼液的溫度高于工件,形成冷卻梯度。
(5)齒圈開(kāi)齒部位上方采用全明分段式保溫冒口,冒口使用耐火材料制作,彈簧孔上方采用暗冒口。
(6)工件內(nèi)、外壁施加冷鐵,保證冷卻凝固順序,更有利于排氣、排渣。
(7)澆注完畢后,在冒口上方覆蓋助燃材料和保溫材料,讓冒口最后凝固。
傳統(tǒng)齒圈是先鑄造成外圓,進(jìn)行熱處理,再開(kāi)齒。由于熱處理的熱影響區(qū)有限,熱處理完后再開(kāi)齒,齒面的硬度本身就存在偏低和不均勻問(wèn)題,這樣就難以保證使用壽命。從圖1可以清晰看出,與以往的齒圈造型不同,本次造型是將齒形鑄造出來(lái),這樣做的目的是為下一步熱處理做準(zhǔn)備。
造型中的冒口沒(méi)有采用整體全冒口,而是采用了分段式全冒口,這樣就提高了保溫效率,更有效地延緩了冒口冷卻速度,更有利于排氣和浮渣,見(jiàn)圖2。
圖2 分段式全冒口宏觀形貌以及凝固順序示意圖
為了保證排氣順暢以及在凝固時(shí)受力均衡,造型中齒圈冒口端厚度要比底部厚度多出一部分,即采用非對(duì)稱(chēng)式布置,見(jiàn)圖3。
圖3 冒口下端齒圈多出部分示意圖
按上述造型方案鑄造的米哈萬(wàn)噸線大齒圈,在熱處理完成并粗加工后進(jìn)行超聲波(UT)檢測(cè),以? 6靈敏度檢測(cè),完全能夠達(dá)到GB/T 7233.1-2009Ⅱ級(jí)要求,提高靈敏度后(?4),依舊能夠達(dá)到Ⅱ級(jí)要求;進(jìn)行磁粉(MT)檢測(cè),齒面基本無(wú)缺陷,只是在冒口的上平行端面存在一些不超標(biāo)的疏松缺陷,稍作打磨即可,見(jiàn)圖4。
圖4 UT、MT檢測(cè)后的大齒圈宏觀形貌圖
齒圈的使用壽命在于齒面硬度,在一個(gè)合理的范圍內(nèi),齒面硬度越高,耐磨性越好,在同等工況下,使用壽命越長(zhǎng)。
國(guó)內(nèi)大齒圈的熱處理工藝基本為正火+回火,該工藝的冷卻過(guò)程(空冷)比較平穩(wěn),采用該冷卻方式變形量較小,冷裂傾向性低,防變形的預(yù)留機(jī)加工量較小。但缺點(diǎn)也很明顯,成品齒面硬度偏低(210HBS左右),從齒頂?shù)烬X根硬度逐步下降,不均勻。
米哈大齒圈的齒形由鑄造完成,齒面單邊預(yù)留10~15mm的機(jī)加工量,采用淬火(夏季水冷,冬季油冷)+回火熱處理方式,為了避免淬裂傾向性以及變形量大這兩個(gè)難點(diǎn),采取了下述辦法:
(1)所有圓滑過(guò)渡的地方,倒角均提高到R50mm,防止急冷開(kāi)裂,見(jiàn)圖1。
(2)半齒圈隨爐鑄造連接梁,熱處理結(jié)束后放置3個(gè)月才能去除,防止半齒圈張開(kāi)變形。
(3)半齒圈兩個(gè)平行端面加大機(jī)加工預(yù)留量,能夠?qū)崽幚懋a(chǎn)生的扭曲變形機(jī)加工掉。
熱處理完成后,硬度測(cè)試值在290~320HBS之間,達(dá)到預(yù)期效果。
(1)通過(guò)造型工藝的改進(jìn),齒圈鑄造內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到國(guó)標(biāo)Ⅱ級(jí)要求。
(2)通過(guò)熱處理工藝的改進(jìn),齒圈的齒面硬度大幅提升,提高了使用壽命。
(3)中材裝備集團(tuán)有限公司熱工分公司的大齒圈從2015年開(kāi)始均采用上述方式制作,產(chǎn)品質(zhì)量得以提高?!?/p>
2018年3月5日,國(guó)家發(fā)改委辦公廳發(fā)布《關(guān)于發(fā)布國(guó)家企業(yè)技術(shù)中心2017-2018年評(píng)價(jià)結(jié)果的通知》,中材裝備集團(tuán)有限公司再次通過(guò)國(guó)家企業(yè)技術(shù)中心考評(píng)。
企業(yè)技術(shù)中心建設(shè)是國(guó)家實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新工程的一項(xiàng)重要內(nèi)容,是建立以企業(yè)為主體的國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新體系和新型科技體制的重要環(huán)節(jié)。企業(yè)技術(shù)中心兩年一度的評(píng)價(jià)有著嚴(yán)格的考核條件,要求企業(yè)保持持續(xù)增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)效益,還要求持續(xù)加強(qiáng)提升技術(shù)中心的創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)、技術(shù)創(chuàng)新能力、科技研發(fā)投入,研究開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新水平在同行業(yè)中保持領(lǐng)先地位等。
再次通過(guò)考評(píng)認(rèn)定,是對(duì)中材裝備研發(fā)實(shí)力的肯定,也是其作為科技型企業(yè)的有力體現(xiàn)。