輪帶是回轉窯設備中的極為關鍵的部件，它承擔窯體、耐火材料、相關燃、原料的分解重量、傳動負荷等全部重力，而且還承受著高溫，其工作環(huán)境十分惡劣。它的好壞直接影響回轉窯系統(tǒng)運行的正常與否，因而輪帶是保證系統(tǒng)運行的關鍵環(huán)節(jié)。一般來說我們不希望它出現(xiàn)任何故障。但是在惡劣工況條件下，損壞是難免的，如何恢復輪帶和托輥的使用功能，是我們研究的主要課題。

　　本文旨在介紹我們應用“ FGM-KM-B.U”三新技術在線修復，以提高工效、降低維修費用和節(jié)省維修時間，恢復輪帶、托輥的使用功能，提高設備運轉率的有效方法。

　　一、“FGM-KM”新材料簡介

　　“FGM-KM”新材料即彌散強化復合梯度功能合金材料，它是一種特種合金系列材料。這種材料易與基材熔合，兼有耐磨、耐沖擊、耐熱、抗腐蝕等綜合物理特能。材料和基體熔合后所形成的新合金層，其金相組織以珠光體、馬氏體、奧氏體及雙向耐磨合金為主。熔敷金屬由固態(tài)向液態(tài)再轉化為固態(tài)時，基材金屬表面氧化物脫氧，生成低熔點的硼硅酸鹽類熔渣浮出，形成保護膜，使熔化的合金與被處理的基材金屬達到冶金結合。在這一過程中，基材表面金屬向熔融金屬滲透并相互擴散，最后形成冶金滲透的合金層。在施工過程中，根據(jù)不同的基材材質設計結合層、過渡層、工作層、加工層等不同的層面，選擇相匹配的材料進行熔敷，使修復面達到耐磨、耐蝕、耐溫、耐沖擊、有韌性且具有多元性能的特殊強化的功能。

　　二、輪帶缺陷分析

　　輪帶失效機理：

　　1、疲勞點蝕:輪帶是由托輥托住，托輥和輪帶接觸即會產生很大的赫茲應力，這種應力是局部的高應力，輪帶在此脈動應力的長期作用下，就會產生疲勞點蝕，點蝕逐漸擴大，會產生局部面積的剝落，筆者見過的剝落面積達到800×2100mm2。

　　2、剝落壓潰：輪帶的材料一般均為碳素鑄鋼，由于鑄造的缺陷或熱處理的缺陷造成輪帶周向的硬度不均，組織不一致，在高強度負荷下，輪帶材質的組織結構疏松，硬度較低的部位就會壓潰、卷邊、壓陷。另外，鑄造缺陷如皮下空洞、大面積的組織疏松，砂眼、氣孔等亦會造成剝落和壓潰。

　　3、斷裂：輪帶工作面是線接觸負載，其徑向或軸向易產生斷裂。徑向整個完全斷開，內圓弧發(fā)生變化，現(xiàn)場很難修復，軸向裂紋，沒有完全裂開，尚有辦法修復。

　　造成輪帶缺陷的主要原因：

　　1、輪帶的鑄造缺陷，主要是由于組織松疏，孔隙洞較多，基材硬度不均，長期在重載荷、滾動、高溫形態(tài)下循環(huán)的工作，形成熱蝕疲勞剝落。

　　2、多種原因造成的應力集中、受力不均勻，熱量大、溫度高、熱蝕等引起的剝落，占整個輪帶的很大一部分，并在形成擴大的趨勢，同時也會對托輥造成更為嚴重的損傷。

　　輪帶缺陷的危害：

　　窯內溫度1700 0C，16000C以下，液相含量多，粘度低，燒結溫度范圍太窄，使窯皮局部過熱而燒露耐火磚，進而使堿性磚極易炸裂，剝落縮短壽命。Mgo、K2O、Na2O、CaO,氧化鎂65%，堿性較強，在燒成帶的高溫下，發(fā)生強烈的化學侵蝕。在這種環(huán)境下如果輪帶有缺陷，則振動加快，使燒穿筒體、窯壁的危險性加劇。

　　綜上所述，我們應對輪帶缺陷采取果斷措施，進行預防、及時搶修、恢復功能，避免燒穿筒體、窯壁造成停產的危害，減少不必要的損失。

　　三、輪帶修復工藝程序：

　　根據(jù)輪帶損壞現(xiàn)狀及我公司多年來在線修復，擬在原缺陷部位采用“FGM-KM”新材料、B.U新技術分層熔敷的工藝及電腦制作弧形線靠模、用我們設計研制的專用設備在線研磨的方案，再用板尺靠平（水平尺）、塞尺檢測等手段，確保圓弧形態(tài)的精度誤差控制在0.15mm以下（單面）。具體技術工藝方案如下：

　　1、首先進行創(chuàng)面粗化、凈化處理。創(chuàng)面粗化：即用砂輪打磨的方法將創(chuàng)面疲勞層、銹斑層、油污層磨掉，露出金屬本有的光澤。在待修復處將創(chuàng)面向基體周邊外擴30～40mm，擴深20mm，以利于提高熔合區(qū)與基體邊緣區(qū)半熔合區(qū)的冶金結合力達到500N的冶金標準；凈化處理：即采取電化氣相CVD，物理氣相PVD等（相關的如：NaOH、Na2CO3、NaNO3，加自行研制的721合成劑等）用滲透調制法消除零件上金屬碎屑和殘余雜物，達到雙相改性處理的目的。

　　2、采用“FGM-KM”新材料、B.U新技術熔敷的工藝，恢復磨損區(qū)的尺寸，并按技術要求配制合金材料。該項工作完成后，檢查無誤方可進行熔敷，熔敷金屬嚴格按結合層、過渡層、工作層、加工層進行，各層厚度不得超過設計要求的規(guī)范，其程序如下：

　　a、結合層：用“FGM-KM1#”合金材料，針對工件的基材、工況條件和技術要求，研制配比相關的FGM-KM新材料，配方和材料各有不同。如ZG45需以珠光體為主，作為結合層，主要以B、C、Mn、Mo、Ni……元素組成，在熔合區(qū)和半熔合區(qū)稀釋S、P的含量，減少冷裂紋和熱裂紋的產生，在熔合區(qū)和半熔合區(qū)稀釋C、Mn的含量，提高熔敷性。目的是：疏散應力，增強熔敷層與基材的親合力，達到為下一步恢復尺寸層，逐步過渡強化的目的。

　　b、過渡層：用“FGM-KM2#”合金材料，在結合層材質的基礎上，研制一種在以馬氏體和貝氏體之間變化的材料，主要以W、Mo、V、C、Ni、Cr……元素組成，目的是：主要解決金屬與金屬之間的相互磨損、沖擊載荷磨損、顆粒磨損、疏松應力，根據(jù)工況條件、技術要求相應的增加強度和硬度。

　　c、工作層：用“FGM-KM3#”合金材料，以奧氏體組織雙相耐磨合金為主，主要元素由Cr、Ti、Mn、W、C、Mo……組成。目的是：解決有高應力的磨擦磨損，具有較好的耐熱蝕性、耐疲勞性。

　　d、加工層：為了便于磨削，達到幾何尺寸技術的精度要求。目的是：使其降低硬度，便于基體與熔敷材料的有效結合及磨削；保證其技術要求中的精度和光潔度，同時，更有利于在運行中的平穩(wěn)過渡。

　　針對上述四種涂層，均要采用不同于常規(guī)的酸性+堿性+中性摻和四種類型八種物理性能12種化學成分的FGM-KM的新材料熔敷在一起的特殊工藝方法。為了滿足B.U新工藝、新技術的要求，我公司采用了變頻技術、擴大功率等相關措施，對ZX弧焊機進行改進。改進后焊機具有：高方向性、高亮度性、能量密集性的聚焦光束B.U的特點，完全滿足了“FGM-KM”材料與基材的相互親和力。同時采用單道、單層和多道多層來熔敷的工藝措施，根據(jù)工件材質、厚度、大小、形狀有效地進行自由調節(jié)和溫度控制（如焊接線能量、熔敷線速度等），有效地避免了在熔敷過程中出現(xiàn)的變形、氣孔、夾渣、未焊透、偏邊、弧坑、裂紋等缺陷。通過最佳協(xié)同效應，確保了基體與熔合區(qū)有良好的熔合，不炸、不裂、形成一體。同時更重要的是使基體材質達到了雙相改性的目的。使修復后的工件技術性能、使用壽命、經濟性、實用性都達到了最佳效果。

　　實踐證明，在以上的四個環(huán)節(jié)中熔敷的“FGM-KM”合金必須根據(jù)工況條件、工件材質、技術要求來配比?？傮w要求是按結合層、過渡層、工作層、加工層成梯度功能的復合型的材料，采用浸熔法配制合金，依次逐層進行熔敷，使合金（占56.3%）能綜合摻入到基材金屬（占43.7%），才能達到預期的理想效果。

　　3、經檢測確認達到熔合標準后，再進行在線修磨→粗磨→精磨→研磨，使修復面弧度和現(xiàn)用的輪帶弧度完全一致，恢復了輪帶的工藝性能，使用壽命也得到了大幅度的提高。

　　三、應用實例

　　華新水泥股份有限公司有一旋窯的輪帶，其主要參數(shù)：外徑5.8m，輪帶寬600-700mm，ZQ310-370，該輪帶運行了20余年。現(xiàn)在輪帶出現(xiàn)了損壞，點蝕面積300×50mm2 有6處、300×700 mm2 2處、300×300mm2 以下的有多處。剝落深度一般深度達30-450mm。由于輪帶損壞面積大，而且不均勻分布，加之還有一些磨損和塌陷的面積，且有三處失園。因此在運行中窯體振動頻幅大，托輥的磨損加劇，嚴重影響了生產。華新公司向外招標現(xiàn)場修復輪帶，武漢開明高新科技有限公司應聘投標，通過修復工藝的答辯，并以材料新穎、工藝獨到、技術過硬、工期短而中標。

　　2003年4月，該公司派人現(xiàn)場施工，采用“FGM-KM”材料應用CO2氣體保護焊和熔敷技術相結合的工藝，及機加工的辦法，歷時10天，完成三條輪帶的修復任務，經試車運行至2008年8月再次檢測，6年來所修部位完好無損，恢復了輪帶的完好性能，設備運行穩(wěn)定，獲得華新好評。現(xiàn)又計劃請該公司修復2條。

　　湖北省京山縣新生水泥廠是一座新建年產50萬噸的水泥生產廠家。該廠旋窯系1998年投產，有一輪帶外徑5.7m，輪寬700mm，材質為ZG350-550。2004年該輪帶出現(xiàn)7處大面積剝落，最大一處有300×1100mm2 。2004年該廠曾請焊接研究所為其現(xiàn)場修復過，但用不過三個月，修復處金屬就剝落。2004年10月，武漢開明高新科技有限公司派人現(xiàn)場修復，也是采用“FGM-KM”材料，用的改良ZX-500弧焊機，人工現(xiàn)場熔敷，熔敷后用砂輪磨削到要求尺寸，歷時4天完工。運行至今修復處完好無損，整體設備運行平穩(wěn)。2005年4月該公司又修復了一條輪帶，使用情況理想。

　　吉林長春亞泰水泥有限公司，其剝落嚴重，嚴重影響了生產。由于任務緊張，換新件時間較長，請武漢開明高新科技有限公司進行修復。該公司只用了一個星期的時間，即全部修理完畢。質量通過其各種程序檢測，均符合要求。贏得他們的一致認可。

　　山西河津氧化鋁廠的輪帶點蝕坑面積800mm×960mm×深40mm，采用“FGM-KM”新材料修復后使用效果很好，現(xiàn)又增修6條輪帶。

　　中國鋁業(yè)公司中州鋁廠采用三新技術，新材料修復，達30余條，效果很好，為企業(yè)節(jié)源增效作出了貢獻。

　　輪帶情況類似的，如湖北京蘭水泥有限公司、北京琉璃河水泥有限公司、山西太原鋼廠宏達公司、浙江華業(yè)韶洋建材有限公司、浙江申河水泥有限公司、浙江中利達水泥有限公司、江蘇東吳水泥有限公司、浙江金首水泥有限公司、浙江常山虎躍水泥有限責任公司、浙江江山虎球水泥有限公司、北京新港制造有限公司、北京太行前景水泥有限公司、北京強聯(lián)水泥有限公司、河南孟電集團水泥有限公司、河北石家莊鹿泉市曲寨水泥有限公司、蘇州東吳水泥有限公司、江西國興集團東方紅于都旋窯水泥有限公司 、新疆天山水泥股份有限公司吐魯番熟料分公司、新疆博樂南崗建材有限公司、山西廣靈精華集團綠川建材公司、安徽巢湖鐵道水泥廠、安徽海螺集團寧國水泥廠、甘肅酒鋼集團宏達建材有限責任公司、河北太行水泥股份有限公司、四川拉法基水泥有限公司、四川廣安騰輝水泥有限公司等等遍布全國19個省市。