Φ4.2 m×11.5 m水泥磨筒体修复
水泥 水泥杂志 2017-07-22
嘉善天凝南方水泥有限公司100万t水泥粉磨线采用Φ4.2 m×11.5 m磨机+HFCG150/100辊压机+V2500气流分级机组成联合挤压粉磨系统，系统产量约145 t/h（P·O42.5水泥，比表面积≥330 m2/kg），2005年投产，2016年磨机筒体因进料滑环裂纹过大、筒体衬板连接孔多处气割损坏等无法正常使用，筒体运来我公司进行修复。
1 筒体修复前状况及问题分析
Φ4.2 m×11.5 m水泥磨为国内某公司制造，磨机采用边缘传动，双滑履支撑结构，磨机回转部分分两仓，一仓采用阶梯衬板，二仓采用分级衬板。运来我公司筒体现场情况：进料滑环裂纹长630 mm，见图1（a）；进料端滑环与腹板“T”型焊缝裂纹长960 mm，见图1（b）；进、出料滑环密封面磨损严重；筒体有20多处衬板孔气割损坏，最大一处162 mm×185 mm，见图1（c）。
1.1 裂纹产生原因
任何机件断裂的原因无外乎制造质量问题、材料的选择问题、使用中的维护保养问题以及结构是否合理的问题等[1]。Φ4.2 m×11.5 m筒体进料滑环裂纹的产生导致滑环失圆，与滑履托瓦接触不良，磨机运转振动，托瓦易磨损，润滑油从裂纹渗漏出去，产生污染，滑履油耗增大，影响磨机正常运转。
图1 筒体损坏情况
1.1.1 从材料分析
在筒体裂纹滑环上取样块，经光谱仪实测原滑环钢板化学成分与现行滑环选用材料规范对比见表1。
由表1可见，原筒体滑环选材为Q245R，与现行标准要求化学成分相符，但钢板厚度≥30 mm时，应沿下料周边探伤检验，符合GB/T 11345—2013中Ⅱ。B级规定[2]，根据筒体滑环裂纹位置为非滑环对接纵焊缝接合处，滑环产生裂纹主要原因是原滑环用钢材有缺陷，没有探伤到位，磨机前端采用阶梯衬板，研磨体的规格大，后部采用分级衬板且研磨体的规格小，前部比后部的研磨体冲击力要大得多，且磨机投产时间较长，造成裂纹从缺陷处延伸扩大。
1.1.2 从制造质量分析
进料滑环、出料滑环为焊接结构，由滑环和腹板焊接而成，材质为Q245R，典型的“T”型接头，滑环是板厚为100 mm钢板卷制成的筒体段节，而腹板是δ=80 mm的圆环板。钢板厚度大，焊接拘束力大，焊接应力也随之增大，焊接时易产生裂纹；焊缝又深又窄，焊接操作困难，易产生未焊透、未熔合及夹渣等焊接缺陷。从原筒体观察，中间筒节各环焊缝为埋弧焊焊缝，而两端滑环与腹板“T”型接头外表焊缝为二氧化碳保护焊焊缝，存在圆周焊缝不连续圆滑，分析原筒体焊接工艺不严格，“T”型接头焊缝有未焊透、未熔合缺陷，加上一仓研磨体冲击力大是造成进料端滑环与腹板焊缝产生裂纹的原因。
1.2 滑环密封面磨损
Φ4.2 m×11.5 m水泥磨是通过磨机筒体两端滑环支承在滑履轴承上运转，滑履罩作为滑履轴承主要零件，滑履罩上密封胶条与滑环密封面良好接触，防止灰尘进入其中将润滑油弄脏。观察修复的筒体两端滑环支承面外侧油槽，有粉尘油污附着，且油槽外侧密封面磨损严重，说明该磨机滑履罩密封效果不好，可能是磨机投产较早，原密封结构没有现在技术成熟，或者是磨机运行时间长，密封胶条磨损，密封胶条没有及时调整或更换，而密封胶条磨损，极易造成滑履轴承润滑油的渗漏，影响水泥磨系统正常运行。
1.3 筒体衬板连接孔破坏
衬板作为易损件，使用一段时间需更换，衬板拆除前要先拆缷其连接螺栓，对拆缷困难的螺栓可以切割掉筒体外侧连接的螺母，旋转磨机使要拆缷螺栓处于磨机底部，然后用千斤顶从下方将螺栓向上顶出。对于整仓衬板更换可以从磨门处开始，对于远离磨门难缷的衬板可采取先切除其中一块，而用户对难缷的螺栓与衬板采用气割扩大磨机筒体衬板连接孔，整个筒体有20多处，有的在原孔上扩大，有的沿孔轴向或环向扩大，图1（c）为筒体上最大一处，筒体气割162 mm×185 mm不规则孔，气割后旧衬板得以拆卸，但新衬板安装固定和筒体与衬板连接螺栓密封困难，易从损坏孔漏灰污染环境，且会引起筒体中段裂纹，对筒体强度和刚度有影响，因此应进一步提高磨机操作维修技能。
2 筒体修复
通过对筒体损坏的原因进行分析，根据筒体修复要求：进、出料滑环切割换新，筒体衬板孔修补等，制定修复工艺方案，在修复过程中对进、出料滑环材料选用以及筒体气割、焊接、热处理、机加工等关键工序严格控制，保证筒体修复质量。
2.1 原筒体处理
2.1.1 测量绘图和标记
方法1：根据筒体实物，清除筒体上污物，用卷尺、π尺、游标尺，测厚仪等测量工具，对筒体进行测量，绘制修复筒体零部件图，见图2。
图2 Φ4.2 m×11.5 m磨筒体结构
确定修复筒体进、出料滑环的切割位置，新滑环与筒体中间段连接焊缝位置兼顾避开老焊缝和与筒体相近一圈衬板孔距离≥75 mm。
方法2：筒体修复前分别在筒体进、出料滑环内侧划出一段平行于滑环台阶端面的细实线，在线上打洋冲眼，线与滑环台阶端面距离取相同整数值并标记，因筒体中间段长度在修复前后可认为保持不变，只要控制新换滑环台阶端面与原筒体所划线距离数值相同，即能保证修复后筒体两滑环间中心距，其误差<2 mm。
同样在筒体内筒壁，分别以滑环腹板相近的一圈环向衬板孔中选几个孔，在同侧孔壁边划一段细实线，并在线上打洋冲眼，测量标注出线与进、出料滑环腹板内端面的距离，在修复过程中只要控制新滑环腹板内端面与孔边所划线的距离数值相同，即能保证修复后筒体衬板孔与新滑环腹板面距离，其误差<2 mm，从而保证该磨机两端非标衬板的正常安装使用（此法可用于校对正常实测数据是否准确）。
2.1.2 进、出料滑环气割
先将筒体水平放置在翻转台上，气割用的工作平台吊至进料滑环上方，工作平台上放置气割设备并校对固定气割枪嘴位置，按照气割工艺规范对筒体进料滑环气割，气割速度由翻转台的调速电动机控制筒体转速，每次气割近四分之一筒圆时，留一小段暂不气割，依次到最后时在平台上将第1段和第4段割缝连通，并气割一吊装绳索孔（或在滑环上焊一吊耳），吊移气割设备和工作平台，安装进料滑环吊装绳索，并由行车垂直适度预吊进料滑环，气割进料滑环两旁侧预留段，最后气割进料滑环底部预留段，这样安全并保证原筒体中段气割处圆度形状（进料滑环重约15 t）。同法气割筒体出料滑环。
2.1.3 筒体中段喷砂处理
将气割后筒体中段进行喷砂处理，清除筒体上污渍杂物。
2.1.4 筒体衬板连接孔修补
将喷砂处理好的筒体中段放置在水平翻转台上，依次对筒体上损坏的衬板连接孔进行修补，小面积的扩孔损坏直接焊补填平打磨，大面积的扩孔损坏用镶入钢板与筒体焊接连接，孔钻削安排在筒体修复车削滑环工序后进行。
2.1.5 筒体中段两端焊接坡口车削
用两组车削筒用支承架支撑气割后的筒体内圆两端，支承架平行于筒体上齿轮安装面，支承架轴心位置由支承架上周向分布的数组调节螺栓校正，然后在筒体车削落地车床上由两顶尖夹紧进行车削。为保证修复筒体焊接后两滑环中心距，按经验公式计算筒体加工预留焊接收缩余量[3]。
经验公式为：（1）
式中：ΔB——对接接头的横向收缩量，mm；
Aj——焊接的橫截面积，mm2；
δ——板厚，mm。
根据公式（1）得出筒体焊缝留出焊接收缩余量2.8 mm。
2.2 进、出料滑环制作
2.2.1 钢板检测
滑环选用Q245R-Z25，腹板选用Q245R，对钢板进行化学成分检测和下料周边探伤，探伤符合GB/T 11345—2013中Ⅱ。B级规定[2] 。
2.2.2 焊接坡口制作
滑环对接纵焊缝以及腹板对接焊接坡口采用气割加工并用砂轮打磨，腹板对接成圆后其周边“T”型接头坡口以及进料滑环、出料滑环与筒体中段对接坡口由车床加工完成，滑环与筒体中段接头坡口形式见图3（a），腹板接头坡口形式见图3（b）。
图3 接头坡口形式
2.2.3 滑环与腹板连接
先将气割好坡口滑环钢板卷制成圆，按要求对接滑环纵焊缝，然后在三辊卷板上进行筒节圆度处理，用超过2 m的弧形样板检测滑环曲率。卷制好的滑环与已加工好的“T”型接头坡口的腹板连接，在工装上按照工艺规程用自动埋弧焊完成“T”型接头焊接。
2.2.4 焊缝检验
滑环柱面与腹板角焊缝探伤内部符合GB/T 11345—2013中Ⅱ。B级规定，表面符合GB/T 9443—2007或GB/T 9444—2007中的Ⅱ级的规定[2]。
2.2.5 焊后热处理
为了消除进、出料滑环焊接后内应力，将其放置到大型退火炉中进行整体退火。
2.2.6 进、出料滑环粗加工
对进、出料滑环进行端面、外圆、台阶面、腹板的端面及“T”型接头R角进行加工，达到图样尺寸和形位公差要求；加工与筒体中段连接的焊接坡口，见图3（a）；腹板内孔车制成锥面，作为筒体车削工装安装基准。
2.2.7 腹板上孔加工
按原筒体腹板实测各孔数据，在新制作的腹板上划线并钻孔。
2.3 进、出料滑环与筒体中段连接
2.3.1 进、出料滑环与筒体中段连接
将已加工坡口的筒体中段与进、出料滑环利用对接工装进行组对焊接，对接前将隔仓支架与筒体用螺栓固定连接；出料篦板支架与出料滑环腹板用螺栓固定。组对时必须调整以保证筒体部件的圆柱直线度以及与原筒体上大齿轮连接法兰的同轴度符合要求，组对的筒体部件环向焊缝采用埋弧焊进行焊接。
2.3.2 焊缝检验
滑环与筒体对接焊缝探伤内部符合GB/T 11345—2013中Ⅱ。B级规定[2]。
2.3.3 筒体去应力处理
将焊接后筒体放置于退火炉中，按退火工艺要求进行退火，消除应力。
2.4 筒体车削加工
1）筒体车床调整。采用经纬仪对主轴顶尖和尾座顶尖进行校准，保证同轴度要求。调整主轴轴线与滑板中心线的平行度公差，保证平行度要求。
2）安装并调整车削筒体部件的专用工装，保证工装顶尖孔与主轴和尾座顶尖的接触严密均匀，保证工装锥面与筒体滑环腹板锥孔接触严密均匀，工装与筒体紧固连接，保证加工中安全。
3）将安装好加工工装的筒体部件在筒体车床上装夹，以筒体齿轮法兰连接面为基准找正、固牢。先对筒体齿轮法兰连接面和外圆修正车削，然后按原筒体实测数据（或上述方法2相关标记与数据），采用双刀架同时进行筒体两侧滑环外圆、台阶端面、油槽以及腹板出料锥管连接止口等进行加工，滑环外圆与台阶端面采用砂带和油进行抛光加工，保证表面粗糙度Ra=0.8 μm的要求。
4）筒体加工完成后经检验部门进行检验，确认合格后，进行下道工序的加工。
2.5 筒体齿轮法兰与大齿轮连接
大齿轮套装在筒体齿轮法兰上，重新调整校正筒体的回转中心与大齿轮的回转中心同轴，使其在允差范围内，然后法兰与大齿轮新配钻铰孔8-Φ64 mm均布，用铰制孔螺栓连接，其余法兰与大齿轮连接孔用M60螺栓连接。
3 结束语
通过对Φ4.2 m×11.5 m水泥磨筒体损坏原因的分析，在筒体修复过程中对影响筒体质量的更换零部件的材质以及筒体气割、焊接、热处理、机加工、检验等关键工序进行严格控制，保证了修复筒体的安装和使用，省去了筒体换新，降低了成本，得到用户的好评，为企业创造了经济效益。
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