摘要 ： 根据烧结风机的工况特点及制造特点，对复合耐磨钢板做风机叶轮叶片时的制造工艺关键点作了介绍，通过对复合耐磨钢板的可弯曲性能、连接方式、可焊接性、冲蚀磨损性等的研究解决了研制工艺中的关键。

关键词 ： 烧结引风机 ； 复合耐磨钢板；工艺；应用

中图分类号： TH43 文献标识码： B

文章编号： 1006-8155 （ 2008 ） 04-0039-04

Application of Composite Wear-resistant Steel Plate on Impeller of Sintering Fan

Abstract: According to the operation and manufacturing characteristics of sintering fan, this paper introduces the key points in manufacturing technology for the composite wear-resistant steel plate used as blades of impeller. The key points in manufacturing technology are solved based on the research on bending performance, connection means, welding and erosion wear of composite wear-resistant steel plate.

Key words: sintering wind fan; composite wear-resistant steel plate; technology; application

０ 引言

　　烧结类风机由于烧结烟气中含有大量的固体颗粒，使得风机的工作环境极为恶劣，因此其叶轮叶片是磨损快的零部件。多年来国内外主要研制厂家采取的防磨措施主要是用耐磨焊条或焊丝堆焊成条状耐磨层，或者用喷焊耐磨合金粉末的方法。而由于喷焊的方法成本高，工艺复杂，对需要喷焊基体材料的性能影响大，因此应用较少；堆焊的方式为间隔行堆，对于国内大多除尘效果较差的用户，堆焊层的寿命很难达到设计规定的使用期限。

　　利用焊接方法将叶轮叶片形成整体复合耐磨钢板的研制工艺日臻成熟，其独特的磨损性能越来越多的在矿山机械、水泥机械等耐磨性较大的行业得到广泛的应用。作为风机研制单位，开展复合耐磨钢板的应用研究，提高风机叶轮的使用寿命具有重要的现实意义。

１ 复合耐磨钢板 应用研究的内容和方法

　　复合耐磨钢板是用堆焊的方法在低合金钢板上堆敷一层高铬及其碳化物材料，从而形成堆焊层具有高耐磨性能、背面具有高韧性能的一种钢板材料；正是由于复合钢板正反两面性能的较大差异，造成了复合钢板与原低碳合金钢板的弯曲、焊接、机械加工等性能有很大的不同。为保证复合耐磨钢板在叶轮上能够顺利进行施工并安全可靠地运行使用，需要有足够的试验作为支撑，以解决在使用过程的结构连接形式、加工工艺等多方面的技术难点。根据烧结风机的结构特点，做了以下试验验证工作。

1.1 　复合耐磨钢板弯曲试验

　　复合耐磨钢板耐磨层是用堆焊的方法形成的，因此不同的研制厂家提供的复合耐磨板、不同的堆焊层的厚度、宽度、堆焊方向对于复合耐磨钢板的弯曲性能都有直接的影响。当使用复合耐磨钢板 作为叶轮叶片的衬板时，根据结构要求首先须进行弯曲加工。因此对选定的 3 家不同牌号的耐磨钢板（ CDP4601 、 VAUTID100 、 NEMAMO ），按照同样的下料尺寸和弯曲工艺要求，对试件进行 R1200 、 R500 、 R250 三种不同半径、 耐磨层分别在正反两面的弯曲试验；由于在国内外同行业中对复合耐磨钢板弯曲后耐磨层表面裂纹的宽度和深度没有一个统一的判断标准，因此只能根据弯曲后开裂程度小、弯曲半径小的作为终使用的板料。

　　弯曲分两种情况（曲率半径大于 500mm 时）：平行于耐磨层方向弯曲，垂直于耐磨层方向弯曲。平行于耐磨层方向弯曲的裂纹为通长开裂且裂纹开口较大，垂直于耐磨层方向弯曲裂纹为垂直于堆焊层的断续状裂纹，单个裂纹长度小于 6 个堆焊层宽度（ 30 ～ 35mm ）。因此实际叶片下料时叶片长度应沿堆焊层方向。

1.2 　复合耐磨钢板边耐磨层的剔除及钻孔方法的选择

　　复合耐磨钢板 碳弧气刨、等离子弧气割、砂轮磨削等是切割零部件常采用的几种方法，对于复合耐磨钢板由于其表面合金成分的不易切割性，不同的切割方法对零部件的质量有直接的影响 [1] 。因此需要 对 复合耐磨钢板 边部耐磨层去除采用不同方法进行对比，对剔除堆焊层的难易程度、零部件的外观质量、连接焊缝底面残留的堆焊层硬质合金 ( 边缘 采用 不同切割方法对比 见图 2 ）的多少进行试验分析，选择经济而又高效的切割方法。

　　结果表明：采用小直径碳弧气刨效率高、成型较好，但母材接触气刨时已受到较深的损伤，可通过后续的焊接仍可使用；采用等离子弧气割操作不便，成形差，堆焊层去除不彻底，不推荐使用；砂轮磨削效率极低，不可采用。

1.3 　沉头螺钉孔的加工

　　复合耐磨钢板用作衬板与叶轮叶片的连接用螺栓联接，对于沉头螺钉孔的加工需要特殊的加工方法。试验采用的方法： A 数控等离子气割； B 电焊条熔割； C 手工等离子气割 ( 不同方法切割的结果如图 3 所示 ) 。

　　试验结果表明： A 电焊条熔割质量差，螺栓沉头孔成型质量差，不易固定； B 手工等离子气割沉头孔成型质量也较难保证； C 数控等离子气割周边质量好，但沉头螺钉锥形孔尺寸也难以保证。

　　总之，现有的加工沉头螺钉孔的方法均不能达到理想的效果。为此，改成图 4 螺栓联接形式：

　　加大底孔尺寸，采用电弧焊堆焊过渡层，使之与叶片焊接连接在一起，沉头螺钉头通过堆焊增加耐磨性。该方法的缺点：螺钉头堆焊影响外观质量。

１.4 耐磨板的焊接性试验及曲型开裂后的补焊

　　曲形、焊接后复合耐磨板的耐磨层发生开裂的情况肯定存在，为了减小开裂长度，一般需要对开裂部位进行补焊。采用堆焊焊条（ 80 元 /kg ）、堆焊实心焊丝（ 110 元 /kg ）、堆焊用药芯焊丝（ 180 元 /kg ） 3 种不同的焊接材料作为堆焊的焊接材料进行相关的焊接性试验 [2] 。堆焊试验结果见图 5 。

　　结果比较及结论： 3 种堆焊材料均满足堆焊后不开裂的要求，但从材料的成本方面考虑，以采用堆焊 焊条、堆焊焊丝为好。

１.5 堆焊层与基材间的焊接试验

　　为保证连接焊缝的焊接质量，采用焊条为 E7015 、 6710XHD 作为连接焊缝焊接材料，这样以保证连接焊缝应具有足够的连接强度和良好的焊缝质量 。

　　堆焊层与基体材料间的连接焊缝如图 6 所示，焊接试验并进行焊后表面着色检验。

　　试验结论：连接焊缝采用 E7015 、 6710XHD 焊接后，成型均较好，未发现开裂现象；在其表面采用 堆焊焊条、堆焊实心焊丝、堆焊用药芯焊丝 3 种堆焊材料堆焊亦未发现开裂现象，从成本方面考虑焊缝表面的堆焊材料仍选用 堆焊 焊条、堆焊焊丝为好。

１.6 角焊缝模拟试验

　　结构模拟试验是检验工艺可靠性的重要手段之一。叶轮焊缝的结构形式主要为角焊缝，增加复合耐磨钢板后焊缝的可靠性是关键的问题。为此采用焊条 E7015 、 6710XHD 、 堆焊 焊条、堆焊焊丝进行如图 7 所示的结构模拟试验。

　　试验结论：采用焊条 E7015 、 6710XHD 作为连接焊缝焊条、堆焊焊条作为焊缝表面堆焊焊条进行试验，经过表面探伤检验 , 焊缝表面未出现开裂现象，通过焊缝的拉伸、冲击等一系列试验检验证明了该工艺的可行性和可靠性。

１.7 复合耐磨钢板的冲蚀 磨损试验

　　冲蚀磨损试验是判断耐磨钢板耐磨性的高低的有效检验手段之一。根据风机工作工况的特点冲蚀是叶轮破坏的主要形式，为此选择冲蚀磨损试验。该方法是利用空气压缩机产生的高压空气通入混料箱，冲蚀试验在实验机中进行，冲蚀磨损试验参数如表 1 所示，其中冲蚀磨损的石英砂砂流冲击角依次选择为15°、 30°、 45°、 60°、 90°。冲蚀介质为120 ～ 180 目的石英砂，试样冲蚀失重用精度为0.1 mg的分析天平测量，取3个平行试样的平均值作为终冲蚀失重的结果。

　　试验结论：（1） 3种复合耐磨钢板的硬度均比叶片母材（ Q 390C 钢板）高，耐冲蚀性能均比叶片高3～7倍不等；（ 2 ）3号CDP4601复合耐磨钢板硬度高，其冲蚀磨损规律满足高硬度金属材料的冲蚀磨损规律，即小角度下的冲蚀磨损速率低，大角度下的冲蚀磨损速率高，冲蚀磨损速率随冲蚀角度增大而单调增加； 1 号 NEMAMO 复合耐磨钢板 和 4 号 VAUTID100 复合钢板硬度（强韧性）介于普通对比碳钢板 2 号试样（ Q 390C 钢板）和 3 号 CDP4601 复合耐磨钢板试样之间，因而冲蚀磨损规律基本满足强韧性综合性能较好金属材料的冲蚀磨损变化规律，即小角度和大角度下的冲蚀速率均较低，而中间角度冲蚀条件下，表现出高的冲蚀速率；（3） 单独考虑小角度（＜45°）下的冲蚀磨损抗力，以3号 CDP4601 复合耐磨钢板好；单独考虑大角度下的冲蚀磨损抗力，以普通对比碳钢板2号试样（Q 390C钢板）好；综合考虑小角度和大角度冲蚀磨损抗力，以1号NEMAMO复合钢板好。另外，注意尽可能降低堆焊复合钢板内部孔洞和裂纹的出现。

２ 应用

　　以充分的试验为保证，该方法已在多个产品中得到应用，经运转检验，烧结风机叶轮的耐磨寿命提高了3倍以上，延长了用户产品检修周期，为用户创造了可观的经济效益；通过相关试验也为下一步推广和扩大耐磨钢板在风机其它部位的应用奠定了基础。产品研制过程螺栓连接部位如图8所示。

3　 结论

　　（1） 该复合耐磨钢板的试验工艺参数对于研制实际具有指导意义。

　　（2） 具有较大磨损工况下的烧结风机叶轮，采用 VAUTID100 复合耐磨钢板是一种行之有效的解决方案。

　　（3） 带有复合耐磨钢板的风机结构可提高烧结风机的叶轮的使用寿命，对于使用单位具有明显的经济效益。

参 考 文 献

[1] 　师昌绪，李恒德，周廉．材料科学与工程手册（上卷） [M] ．化学工业出版社， 2004.1 ．

[2] 　李亚江，王娟，刘鹏．低合金钢焊接机工程应用 [M] ．化学工业出版社， 2003.6 ．