高压辊磨机柱钉辊面维保技术探索与实践

孙永生

（中信重工机械股份有限公司）

硬质合金柱钉有极高的硬度、强度和耐磨性，自应用到高压辊磨机辊面后，极大地提高了辊面的使用寿命［1］。柱钉辊面在使用的过程中，若出现了如磨损过快、断钉、崩角等早期失效形式，如不能及时修复，将会造成辊套过早报废，造成巨大经济损失。近年来，高压辊磨机柱钉辊面维保技术受到人们的高度重视。

1 高压辊磨机柱钉辊面

高压辊磨机柱钉辊面是使用硬质合金制作成的特殊形状的柱钉，按照一定规律镶嵌在辊套本体上，形成柱钉辊面。由于硬质合金有极高的硬度、强度和耐磨性，硬质合金镶嵌到辊套本体上形成耐磨面框架，同时间距布置的柱钉中间留有一定的间隙，在挤压物料的过程中，物料被挤压成密实的料垫留在辊套上，柱钉和料垫对辊套形成了一层坚实的保护膜。在高压辊磨机运行过中，形成了物料与物料，柱钉和物料间的挤压和摩擦，而辊面本体却不受磨损，从而大大提高辊套的使用寿命。高压辊磨机柱钉辊面见图1。

2 柱钉辊面失效形式

高压辊磨机柱钉辊面相比市场上的堆焊辊面和复合辊面寿命更长，不仅减少了现场对辊面的维护，同时也提高了高压辊磨机的运转率，降低了企业的综合运营成本。但柱钉辊面在使用的过程中，出现了一些柱钉失效形式（图2）。柱钉辊面失效形式主要有3种：①柱钉磨损过快或中部区域磨损过快。由于高压辊磨机现场使用问题或柱钉选择的材质不合适，导致柱钉整体磨损过快或局部磨损过快，磨损快的柱钉，辊面很难形成料垫，导致辊套基材的加速磨损，最终导致辊面失效。②柱钉断裂。柱钉断裂是最常见的柱钉损坏形式，断裂后的柱钉无法形成料垫，继而使其周围柱钉也发生断裂，依次恶性循环，导致辊面出现深坑进而失效。③柱钉崩角。柱钉崩角是柱钉未断裂，但柱钉圆周出现块状剥落。

通过对柱钉材质的选择，可有效避免第1种柱钉失效形式的出现，但柱钉断裂和崩角可能是因为柱钉材质问题，也可能是现场物料块度过大或过铁导致。因此，所有的高压辊磨机柱钉辊面均有柱钉断裂和崩角现象存在。

3 柱钉辊面维保技术

柱钉辊面整体使用寿命较高，当出现局部的失效时，若能够及时修补，则可避免辊面的整体损坏。同时，由于柱钉使用的材质一般为钨钴类硬质合金，原材料价格十分昂贵，辊面一旦整体损坏，对用户造成的损失较大，因此柱钉辊面的维保技术研究显得极其重要。近年来，经过多年的经验积累，市场上出了以下几种柱钉辊面维保技术。

（1）针对辊面的柱钉大面积脱落和断裂情况，张海燕等［2］研究使用高碳高铬铸铁型堆焊焊丝ZD501，该种焊丝有较好的抗冲击和抗剥落性能。修复方法首先对辊面焊接部位预热180℃，然后使用硬度较低的焊丝将辊面焊接平整，然后焊接耐磨焊丝ZD501，焊接高度约10 mm，最后再焊接上3 mm的花纹。该修复方法在现场取得了良好的效果，保证了高压辊磨机能够持续稳定运行。该焊接式修复方案的优点是可在线修复，操作简单，且修复时间短。

（2）针对柱钉的大面积损坏，于江［3］研究出了新型修补方案。由于柱钉为粉末冶金制造而成，无法通过焊接将柱钉直接焊接在辊面上，因此通过在柱钉外圆柱面过盈安装钢套，然后通过将钢套焊接在辊面上，实现柱钉固定在辊套上。其具体操作方法首先将辊面焊接3 mm厚的连接层，然后将镶套的柱钉按照一定间距焊接在辊面上，最后上层焊接1层耐磨焊层。该修复方案解决了有深坑情况下无法固定柱钉的问题，同时，修复后的辊套更耐磨，使用寿命更长。柱钉镶套焊接修补方案见图3。

（3）高压辊磨机的边缘效应会导致辊面中部磨损较快，而两侧磨损较慢，当辊子出现该情况后，中间挤压效果变差，影响高压辊磨机辊磨效果。陈代彦［4］针对该种情况，设计了柱钉辊面磨削装置，通过对两端柱钉辊面进行磨削，恢复辊面的均匀性，提高高压辊磨机的工作效率。辊套不均匀磨损修复方案见图4。

（4）个别柱钉断裂处理。柱钉通过胶黏或过盈配合镶嵌在辊面上。粘黏连接方式可通过加热的方式使胶水失效，然后进行柱钉更换。过盈连接方式无法通过加热拆除旧柱钉，可通过在原断裂柱钉周围钻制小尺寸柱钉孔，然后安装上小柱钉，以保护断裂柱钉处的辊面［5］。柱钉过盈连接修复方案见图5。

4 新型柱钉辊面修复技术

为使柱钉辊面形成料垫，一般设计柱钉凸出辊面3～5 mm，也因此难免出现个别柱钉断裂和崩角的现象。但如有铁器等硬度高、韧性大的异物进入高压辊磨机，会造成大面积柱钉断裂的情况。辊面堆焊处理能够快速修复辊面，但堆焊的硬度为58～62 HRC，而柱钉硬度一般在68～72 HRC，修复后的辊面运行一段时间后，堆焊处磨损后需重新修复，且多次焊接对辊套性能影响较大，易出现辊套开裂现象。柱钉镶套焊接形式操作比较复杂，停机时间较长，易出现焊接应力，导致辊套抗疲劳性能下降。基于此，经过多次试验和实践，研究出了新型柱钉辊面修复技术。

通过使用高强度的金属修补剂掺入金刚砂细粉，对柱钉辊套基体增材，可实现柱钉辊面的无损修复。新型柱钉辊面修补方案见图6。

新型柱钉辊面修补方案具体操作步骤：①将需要修复的辊面残料、柱钉孔使用清洗剂清洗干净，清洗后使用吸油棉擦干；②安装新柱钉；③将混合好的金属修补剂将柱钉缝隙、辊面凹坑处填满，并适当按压表面，使修补剂能够填充密实；④将混合均匀的修补剂涂抹至新安装的柱钉处；⑤辊面修复完毕后，等待24 h（金属修补剂强度在24 h后达到最大），使金属修复剂完全固化。

高强度金属修补剂参数见表1。

?

新型柱钉辊面修复技术无需使用焊接方式，可有效避免辊套受到热应力和焊接应力，不会对辊套组织和性能产生影响。加强版金属修补剂一方面对辊套母体进行增材，降低柱钉凸出高度，避免柱钉受到过大弯矩而断裂，起支撑柱钉的作用，同时金刚砂本身又有一定的耐磨性，避免修补剂的快速磨损；另一方面，金属修补剂可自适应形成料垫，料垫又有效地保护了金属修补剂不受磨损。该修补方法适用于柱钉辊面因过异物大面积断裂的情况。

5 辊面修复案例

河北承德地区某铁矿厂使用GM200-160型高压辊磨机进行矿石破碎，高压辊磨机投产初期除铁效果较差，动定辊辊面约有300 mm宽度出现严重断钉问题，由于未及时对辊面进行换钉，断钉处的辊套出现严重磨损，后期将新的柱钉更换上后，由于柱钉凸出面太长，导致柱钉很快断裂。由于辊面损坏，导致高压辊磨机该侧辊缝无法撑开，挤压效果变差，辊偏大。

利用高强度金属修补剂加金刚砂对辊套基体进行增材，实现辊面的修复。经过修复，辊面恢复到原尺寸，且辊面形成了坚实的料垫，柱钉未再发生断裂，新型辊面修复方案在该现场取得了良好的应用效果。辊面修复前后情况见图7。

6 结 论

柱钉修复技术是保证柱钉辊面完好的重要技术，传统的柱钉辊面修复技术还需进一步优化。本文提出的新型柱钉辊面修复技术，可有效提高辊面的使用寿命，减少辊面修复时间，同时可大幅降低辊面的维护成本。