0、引言
    水泥工業的生產過程可以簡單歸納為“礦石破碎粉磨燒結一熟料破碎粉磨”的過程。在礦石和熟料的破碎過程中，礦石和熟料對與其接觸的部件形成沖擊、沖刷、犁削等各種磨損破壞。據不完全統計，我國水泥行業2005年生產水泥約10億噸，綜合金屬磨耗達到100 g/t。每年我國水泥行業磨耗掉的耐磨材料達到1 0萬噸以上。而磨耗掉的部分平均只占部件原重量的5%~20%。如果把更換下來的部件報廢，全部更換為新的部件，不但會加重企業經濟負擔，加重社會的資源、環境負擔，而且部件的頻繁更換又嚴重影響和制約水泥企業的正常生產。
    水泥工業是我國的基礎工業，也是我國工業行業在國際競爭中具有資源優勢、勞動力優勢、市場優勢、技術優勢等綜合優勢的一個行業，有著良好的發展前景。隨著我國成為世界水泥生產第一大國，對與水泥生產相關的各個行業的技術水平也提出了更高的要求。水泥生產規模的大型化帶動了水泥生產設備的大型化發展。2 500 t/d、5 000t/d、10000 t/d水泥生產線已成為目前水泥工業的主流生產線。這些生產線中的關鍵大型設備如：錘式破碎機、立式磨、輥壓機、排粉風機、對輥破碎機等部件磨損破壞嚴重，更換造價高。依靠表面耐磨堆焊的方法進行部件的表面預防護堆焊和已磨損部件的耐磨堆焊再制造，從而使耐磨部件表面形成比原部件母材材質更加耐磨的堆焊層，并確保堆焊層與母材很好的結合成一個整體，可以顯著增加設備的使用壽命，降低企業采購新部件的費用，降低更換部件的成本，為企業帶來巨大的經濟效益。并為“循環經濟”和“綠色再制造”做出貢獻。以目前的技術水平，在報廢的各類耐磨材料中，可堆焊再制造部分按10%計，每年需要各類耐磨堆焊材料10000噸以上。耐磨堆焊技術在水泥行業具有十分巨大的市場應用前景。
    近年來，在焊接工作者的共同努力下，耐磨堆焊材料和工藝技術取得了長足的發展。以前難以堆焊和堆焊效果不理想的耐磨材料和部件都取得突破，堆焊后部件的使用效果得到了水泥行業的肯定。耐磨堆焊技術在水泥行業得到了廣泛的應用。
1、在輥壓機擠壓輥耐磨堆焊方面的應用
    輥壓機是在一對平放對置的擠壓輥之間形成50-300 MPa高壓，利用高壓對通過擠壓輥物料（礦石、熟料或鐵礦等）進行擠壓，達到粉碎的目的。輥壓機輥面在工作過程中承受著劇烈的高應力磨料磨損、沖擊磨損和疲勞破壞。極其惡劣的工作條件造成輥面磨損嚴重，由于輥體重量較大，承受的應力情況復雜。目前，在擠壓輥表面堆焊耐磨材料對輥面進行耐磨保護是公認的最有效、最簡便的方法。即在制造輥壓機時和輥壓機使用一段時間輥體磨損后，都必須對擠壓輥表面進行有效耐磨堆焊防護。
    輥壓機輥面在工作中承受著高應力磨粒磨損，輥體材料為鍛鋼合金鋼。解決高應力磨粒磨損不但需要耐磨堆焊材料有足夠高的硬度(60HRC)，而且需要材料有良好的抗裂性能（輥面不能有超過180 mm長的連續裂紋，裂紋間距不得小于250 mm)。我國是輥壓機生產第一大國，我國的輥面耐磨堆焊水平也代表了國際的先進水平。針對這種情況，鄭州機械研究所設計研制了ZDI、ZD2、ZD3和ZD310系列耐磨堆焊藥芯焊絲，分別為輥壓機耐磨堆焊系列材料中的過渡層、緩沖層、硬面層和耐磨花紋層焊接材料。通過這幾種材料的合理搭配，形成輥面硬度梯度，有效保證了輥面的使用壽命。這類焊接材料的廣泛應用表明，通過輥體表面的耐磨堆焊保護，輥體的使用壽命超過進口材料，達到8 000 h以上，基本滿足了水泥生產的需要。圖1(a)~(c)是輥壓機輥體新輥制造、再制造和堆焊生產現場的照片。
    輥壓機輥體的磨損機理非常復雜，破碎不同的原材料對輥體的磨損狀況影響極大。隨著耐磨堆焊材料研究技術的發展和耐磨堆焊材料品種的增加，逐漸實現針對不同的破壞形式和不同的物料，都能夠有針對性的耐磨堆焊材料相匹配，則輥壓機輥體表面的耐磨堆焊層壽命可望確保20000h以上。
2、在立磨磨輥及磨盤堆焊方面的應用
    目前，5000t/d以上水泥生產線生料磨大多采用大型立式磨。由于大型水泥廠原料立磨在劇烈磨損、沖擊的工況下運行，制造綜合技術高。目前國內僅有中信重型機械制造公司可以制造大型立磨磨機，，而生產中應用的大部分是進口磨機。立磨最主要的易損部件是磨輥輥套及磨盤襯板。由于立磨磨輥輥套及磨盤襯板磨損嚴重，解決其磨損問題一般采用整體耐磨合金鑄造（高鉻鑄鐵或鎳硬鑄鐵）或復合耐磨堆焊的方法制造磨輥輥套及磨盤襯板。由于磨輥輥套及磨盤襯板的價格昂貴，更換一套動輒需要百萬元以上，因此無論采用哪種制造方法，磨損后的磨輥輥套及磨盤襯板都有必要進行耐磨堆焊修復。
    目前，已經廣泛應用的耐磨堆焊材料如：ZD901-0. ZD902-0. ZD903-0系列明弧自保護耐磨堆焊藥芯焊絲，其堆焊金屬中含有大量的、細密均布的合金碳化物硬質點，這些硬質點保證了堆焊金屬具有優良的耐磨粒磨損性能。該系列焊絲堆焊時產生均勻密布的應力釋放裂紋，保證了堆焊層即使在高鉻鑄鐵或鎳硬鑄鐵基體上堆焊，也能達到結合性能良好，不產生剝落現象，堆焊金屬焊態硬度在60 HRC以上。在各類型立磨堆焊中應用，取得了滿意的使用效果。其中在中信重型機械制造公司制造的大型立磨磨機上與進口堆焊焊絲進行對比應用，其綜合性能明顯優于進口焊絲。已基本滿足了立磨修復周期的要求。
    圖2、圖3、圖4是用ZD902-0焊絲堆焊制造和現場修復的磨輥輥套及磨盤襯板。
    目前，在國內磨輥輥套及磨盤襯板修復中，由于工藝、材料以及工人操作因素的影響，經常出現堆焊修復后的輥套開裂、堆焊層剝落現象。這些現象曾經出現了非常嚴重的毀壞設備、導致全線停產的重大事故。對水泥企業進行磨輥輥套及磨盤襯板的堆焊修復的積極性產生了一定的影響。針對這些問題，耐磨堆焊企業在加大新型耐磨堆焊材料研發的同時，還制定出更加科學合理、更具操作性的堆焊工藝，并完全貫徹到生產中去，才是下一步的工作重點。
3、錘式破碎機錘頭及錘盤的堆焊
    錘式破碎機是水泥企業通用的破碎設備，近年來，隨著2000t/d、5000t/d生產線的普及，這種設備有越來越大型化的趨勢，單只錘頭的重量達到120kg或更多。延長錘頭的使用壽命就成為水泥廠降低成本的一個重要目標。這也就對錘頭及錘盤的耐磨性能提出了更高的要求。
  錘頭的工況很復雜，既要受劇烈的沖擊磨損，又要受劇烈的磨粒磨損（犁削磨損）。因此，要求錘頭既要有優良的韌性，又要有優良的耐磨性。國內錘頭多采用高錳鋼(ZGMn13Cr2)或超高錳鋼(ZGMn18Cr2)鑄造，之所以采用高錳鋼作錘頭，是因為高錳鋼具有優良的沖擊韌性，并具有表面沖擊硬化作用。由于原料的不同，錘頭的使用壽命相差很大。例如，某水泥廠的單段破碎機錘頭的使用壽命是破碎4萬多噸石灰石，錘頭已經磨損報廢。見圖5(a)。而在另一水泥廠，同樣的錘頭可破碎100多萬噸石灰石。
  針對錘頭的磨損情況，目前主要采用兩種辦法來解決：
    (1)在新錘頭端面和打擊面先堆焊上3-5 mm的高合金耐磨堆焊材料，如TM55焊條或MD501耐磨堆焊藥芯焊絲。可以顯著延長錘頭的使用壽命，焊接工藝簡單，效果也穩定可靠。
    (2)對于已經磨損的錘頭，一般采用高錳鋼類耐磨堆焊材料或GMl焊條+ZD3耐磨堆焊焊條及焊接工藝進行堆焊。通過分析錘頭的磨損形式，選用合適的耐磨堆焊材料，一般可以使錘頭壽命可提高1倍以上(見圖5(b))。
    大型錘式破碎機的錘盤因價格昂貴，錘盤承受著嚴重磨粒磨損和輕度沖擊磨損的雙重破壞，也具有較高的堆焊修復價值。目前，大型破碎機錘盤在生產制造時就要堆焊一層耐磨堆焊材料，見圖6(a)(b)。使用MD501 C02氣保護藥芯焊絲和TM-55焊條在現場對磨損后的錘盤進行耐磨堆焊修復也已經在許多水泥廠應用推廣，取得了滿意的效果。
4、風機葉輪的堆焊
    目前風機葉輪的耐磨堆焊防護已成為水泥廠排粉風機必不可少的處理工藝。為解決風機葉片的耐磨問題，耐磨鋼板、耐磨堆焊復合板、耐磨陶瓷、耐磨涂料和熱噴涂等都取得了較好的應用效果。但在磨損后風機的再制造方面，耐磨堆焊仍然具有顯著的優勢，應用合金粉塊或TM-65耐磨堆焊焊條，在風機葉輪的磨損部位堆焊上單層的直條耐磨道或網格狀耐磨道即可起到良好的耐磨效果。一般壽命可提高4-8倍。取得了良好的經濟效益和社會效益。
5、復合堆焊耐磨板的應用
    堆焊復合耐磨鋼板是在普通碳鋼或不銹鋼板表面復合堆焊上一定厚度的高合金耐磨堆焊層，形成由普通基材和抗磨層兩部分組成的耐磨堆焊復合板。抗磨層一般占總厚度的1/3-2/3。由于抗磨層與基體完全是冶金結合，因而不必擔心耐磨層脫落的問題。耐磨層在堆焊過程中，通過堆焊材料和工藝措施使抗磨層呈龜裂狀態，而裂紋不至延伸到基體內，形成應力釋放裂紋，保證耐磨層不會在變形等加工過程或在使用中出現脫落（見圖8）。裂紋也使復合耐磨鋼板能夠變形成為可能。由于堆焊材料一般選用高碳高鉻類的高合金材料，使得堆焊復合耐磨鋼板非常適合于沖刷磨損嚴重的工件表面的保護。如水泥行業的風機葉片、管道，輸料槽內襯、擋料圈、刮料板、磨輥護套、破碎機零件等等。堆焊復合耐磨鋼板的壽命一般是普通鋼板的10倍以上。采用堆焊復合耐磨鋼板不僅可以延長設備維修周期、減少維修次數，而且顯著降低企業綜合維修成本，深得水泥企業的歡迎。目前已經在水泥行業得到廣泛應用。圖9是用堆焊復合耐磨鋼板制作的彎管。
    除上述部件以外，耐磨堆焊技術也在水泥企業的設備如：挖掘機鏟齒、顎式破碎機顎板、下料溜槽、攪拌機葉片、磨機襯板、輥式破對輥、刮板、提升機斗等部件的修復堆焊中得到廣泛應用。顯著提高了這些部件的使用壽命。
6、結語
    耐磨堆焊技術在焊接領域是一個相對比較成熟的技術，但對于水泥行業來講，耐磨堆焊技術是一個新興的朝陽產業，有著廣闊的應用前景。隨著企業的管理水平不斷提高，競爭壓力下的水泥企業越來越重視提高各種易磨損部件的壽命，更加重視對部件的再利用和增壽工作。耐磨堆焊技術可為企業帶來顯著的經濟效益，有著不可估量的發展前景。除了上面提到的部件需要耐磨堆焊技術外、還有很多的部件需要耐磨堆焊防護以提高壽命、降低成本。這就要求從事耐磨堆焊材料和堆焊工藝研究的科研機構，不斷跟蹤國際上的先進技術和經驗，同水泥行業緊密合作，深入分析工件的磨損機理和破壞形式，兼顧耐磨性和抗裂性兩項重要指標，不斷研制開發適應不同工況、不同材質、不同磨損形式的耐磨堆焊材料和堆焊工藝技術，為我國水泥工業增效降耗、為我國耐磨堆焊技術的應用發展做出貢獻。


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