灰铸铁纸机烘缸的表面修复技术

刘超锋 ,孙 斌

1

2

( 11郑州轻工业学院 河南省表界面科学重点实验室 ,河南 郑州 450002;

21中原工学院 材料与化工学院 ,河南 郑州 450007 )

摘要 :介绍了纸机干燥部的重要压力容器 ———铸铁烘缸的表面局部失效后的一些修复技术和修补材料 。诸如焊接 、镀层 、热喷涂 、 磷化处理及刷涂高分子修补剂等 。这些方法都可以延长使用寿命 ,降低维修成本 ,缩短维护时间 。 关键词 :烘缸 ;灰铸铁 ;修复技术 ;使用寿命 中图分类号 : TQ050196

文献标识码 : A

文章编号 : 025426051( 2009) 05 20070 203

Repa ir techn o log ie s of gra y iron dryer for pa per2m a k in g m a ch in e

L IU Chao2feng, SUN B in

( 11H e′nan P rovinc ia l Key L abo ra to ry of Su rface & In te rface Sc ience, Zhengzhou U n ive rsity of L igh t Indu stry, Zhengzhou H e′nan 450002 , Ch ina; 21Schoo l of M a te ria ls and Chem ica l Enginee ring, Zhongyuan U n ive rsity of Techno logy, Zhengzhou H e′nan 450007, Ch ina)

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A b stra c t: Som e rep a ir techno logie s and su itab le m a te ria ls fo r loca l su rface fa ilu re ca st iron d rye rs, wh ich is an impo rtan t p re ssu re ve sse l in p ap e r2m ak ing m ach ine, we re in troduced1The m a in rep a ir techno logie s fo r the su rface fa ilu re ca st iron d rye rs inc lude we ld ing, p la ting, the rm a l sp raying, p ho sp ho riza tion and b ru sh ing po lym e r coa ting m a te ria ls1A ll the se techno logie s can p ro long se rvice life of the d rye r, reduce m a in ta in co st and cu t m a in ta in tim e1

Key word: d rye r; grey ca st iron; rep a ir techno logy; se rvice life

造纸机用铸铁烘缸是继压榨之后用作纸张干燥的 关键部件 ,属于 Ⅰ类压力容器 ,其材料一般为 H T200、 H T250。烘缸由缸体及其两端的缸盖组成 , 外径 D =

焊接 、镀层 、热喷涂 、磷化处理及刷涂高分子修补剂等 。 111 机加工

纸机缸面在助剂腐蚀和刮刀的作用下和一些意外 的损伤 ,每使用一定时间就要进行加工 。牡丹江恒丰 1 000～3 000 mm ,在运转过程中 ,内通蒸汽将输送的

[ 1 ]

纸业公司烘缸 直径 <3 200 mm ,长 2 650 mm ,加工精 纸页烘干 烫 光 。烘 缸 材 料 须 具 有 较 高 的 硬 度 (一 般

170～220 HB ) 、强度和非常光滑的表面 、均匀的导热 度 3 级 ,重量 26 t,材料为合金铸铁 。该烘缸表面经长

期使用 ,凹凸不平 ,深度平均在 012 ～016 mm ,圆度误 性和良好的气密性 ,此外还必须具有相当的几何形状

差也在 013 mm 左右 。车削刀具选用硬质合金牌号为 精度 ,使之达到静平衡 。铸铁烘缸在浇注过程中 ,由于

YW 1 合金刀头 ,切削深度 012～014 mm。 液态金属冷却 、凝固 、收缩的先后不同 ,造成烘缸内部

112 铆补 存在夹砂 、气孔 、缩孔及局部组织疏松等 ,使烘缸内含

上海 天 章 (长 征 ) 纸 厂 2 362 mm 扬 克 纸 机 的 有众多的微裂纹 。气孔较多的烘缸在一定条件下可以

[ 2 ]

<4 500 mm合金铸铁烘缸 , 由于浇铸大直径烘缸的 铆补 ,但补孔数增加 ,烘缸强度会大幅度减弱 。烘缸属

技术不成熟 ,此缸表面呈现大片砂眼 。但该烘缸耐压 薄壁容器 ,按照造纸工艺 ,缸面须保持一定的光洁度 ,

试验 ,几千只砂眼无一渗漏 。将此烘缸材料的试棒 ,车 由于汽 、水 、酸 、碱对缸面侵蚀 (一般在烘缸表面的两

成一段段的圆柱销“补钉 ”,用小锤把圆柱销“补钉 ”敲 端开始 ) ,需经常磨削 。当壁厚达到极限壁厚时 ,会引

入烘缸的小孔中 ,凭锤击声可知小孔填满 ,然后锉去表 起烘缸失效 。

面以外的多余部分 。该烘缸第一次补了 4 000 多个砂

1 单项修复技术 眼 ,还有不少针尖大的砂眼 。每磨一次 ,先车削外圆 ,

纸机烘缸表面失效的修补包括失效层材料的去除

表面又会出现几千只新砂眼 , 均 按 此法 修补 , 未 发 生

和新的改性层的制造 。主要修复方法有机加工 、铆补 、

“补钉 ”松动现象 。每次修补可以用前一次车削的铁

屑收集后铸成条状 ,回火后备用 。先后对该纸机烘缸

收稿日期 : 2008 212 230

磨削 、修补了 4次 ,全部工时约半个月 。磨好烘缸生产

作者简介 :刘超锋 ( 1969 —) ,男 ,河南郑州人 ,工学硕士 ,副教授 ,主要从

的单面光条纹牛皮纸的光泽度符合产品质量标准 。 事化工装 备绿色 再制 造技术 研究 , 已 发表论 文近 80 篇 。联系 电话 :

0371 265136836 E2m a il: zh ryng@ yahoo1com1cn

第 5期

刘超锋等 :灰铸铁纸机烘缸的表面修复技术

71

113 焊接 016 M Pa。该法成本低 ,涂层耐磨性 、耐腐蚀性更好 。

[ 3 ]

尽管铸造烘缸缸体

属压力容器 ,不允许焊接修

补 ,但 非 受 压 元 件 仍 可 焊 接 修 补 。一 种 气 焊 冷 焊 [ 4 ]

法 ,采 用 与 焊 件 相 同 的 材 料 ( 0155 % ～ 017 % C、 118 % ～ 215 % Si、0117 % ～ 0123 % M n、01016 % ～

01022 % S、0102 % ～01026 % P ) 。焊 后 覆 盖 电 石 风 化

烘缸由于受纸页中水汽及残余化学药品如未洗干

净的残碱 、残氯 、松香等的腐蚀以及刮刀的磨损 ,一般 使用一年后 ,表面就出现沟纹 。陕西某卷烟纸厂烘缸 使用 4年 ,表面沟纹最深处达 5 mm。烘缸表面车削后 再磨光 ,强度降低太多 。在铸铁烘缸表面氧乙炔火焰 喷涂 1C r18N i9 Ti合 金 , 过 渡 层 采 用 N i2A l复 合 丝 , N i2A l丝在高温下化合 ,放出的热量弥补火焰喷涂时温 度的不足 。修复后经车削 、磨光 ,表面无起皮 、裂纹 ,涂 层厚 018 mm。使用两年后 ,仅有几道刮痕 。喷涂成本 比镀铬稍贵 ,但厚度远大于镀铬 。

在有托辊的大烘缸缸面上 ,托辊起压榨脱水的作 用 ,也将纸页压紧在大烘缸表面 以 利于 对纸 页 干燥 。 烘缸与托辊接触部位的压区泡在水里 ,很容易被腐蚀 。 烘缸刮刀嵌入沙粒或在用硬的工具清理缸面杂物时不 小心划出环形划伤 , 日久就会发 展 成环 形腐 蚀 沟槽 。 环形腐蚀沟槽宽度发展到 2 mm 以上时 ,就会在纸页 上出现印痕 。直径 3 m、缸面 2 150 mm 宽的大烘缸现 场的修磨至少需要 5天 (含养缸时间 ) ,修磨后烘缸的 壁厚减薄约 1 mm。山东泉林纸业公司用喷涂修补修

[ 11 ] 磨方法 来处理 ,喷涂材料选择美国公司生产的 、含 N i90%以上的 400 目粉 。预处理 、喷涂和磨光后在 4 h 之内即可投入生产 ,修复使用 1年半 ,未发现任何问题 。 石岘造纸厂 采用上海斯米克焊材有限公司的 F512 ( SA195N i)复合粉打底 ,以 F313 铬不锈钢型合金 粉末为工作层 ,对该厂的 3 号纸机烘缸用氧乙缺火焰 热喷涂修复 。 3年的实践表明 ,烘缸表面尺寸精度 、光 洁度 、耐腐蚀性 、硬度等指标均已超过原电镀烘缸的标 准 ,使用寿命可提高 5 ～6倍 ,节约近 10 万元 。

造纸烘缸铸铁含碳量高 ,理论上形成的腐蚀原电 池数量多 ,更易腐蚀 。烘缸内有 120～150 ℃的低压蒸 气 ,其外表面接触纸浆中各种化学制剂并受到烘缸刮 刀的刮磨作用 ,烘缸表面易磨损 、腐蚀 。为保证生产纸 张的平整 、致密 , 2～3个月就需对烘缸表面磨削一次 。 镀硬铬层薄且硬度较低 ,使用周期短 ,成本太高 。选择

[ 12 ]

[ 10 ]

粉保温 ,使焊缝及其周边与原色一致 ,可机加工及表面 淬火 ,适合烘缸灰铸铁件的焊补 。

黑龙江斯达造纸公司 1 号机经过 30多年的运行 ,

[ 5 ]

18 号烘缸 的操作侧轴头 (材质为 H T150 )的直径由 <160 mm 磨损到 <130 mm。换一只新的烘缸端盖需 一天 ,故进行现场修复 : 加工一件内孔与原轴相符合 、 外径 <160 mm 的 45 钢件套 ,其硬度为 38 ～42 HRC , 镶到研后的轴上 , 用 大锤 打 紧后 , 对 其满 焊 。满 焊 工 艺 :用风焊把要焊接的部位加热到 400 ～600 ℃,用奥

102合金焊条直流焊接 ,焊口为 4 mm , 焊后用角磨机

将高点磨平 ,再将紧定套安在轴上 ,将轴承反向安装到 紧定套上 ,用圆螺母锁紧 ,再加压盖 ,开机运行 。修复 后使用几年来 ,该设备运转平稳 。

在铸铁烘缸表面电镀 、喷镀 、刷镀等防腐工艺 ,使 用不久就产生镀层脱落等现象 。防腐处理工艺繁杂 , 电能消耗惊人 。一种铸铁烘缸 的外 表面 贴焊 不 锈

[ 6 ] 钢板 (厚度 1～10 mm ) ,价格低廉 、性能特别好 。 114 镀层

造纸机烘缸材质中含有大量石墨 ,铸铁表面上刷

[ 7 ]

镀层与基体的结合强度不理想 。试验表明 ,快镍打 底然后再电刷镀所得镀层的性能明显优于碱铜打底镀 层 。快镍打底然后再电刷镀的最佳工艺参数是 : 电压 7 V ,时间 5 m in,相对运动速度 12 m /m in,单向刷镀 。 铸铁镀铬 ,一般先采用高于正常值 115～210 倍的 冲击电流镀 3～5 m in,然后转入正常电流下电镀 。常 规工艺对 2640型造纸机的铸铁烘缸镀铬 ,所用冲击电 流超过 10 ×10A ,投资大 ,操作困难 。某造纸机械公

4

司 研 制 了 铸 铁 烘 缸 小 电 流 密 度 镀 铬 ( 2 000 ～ 3 000 A )用的活化刷镀液如镍钴合金 、镍铁钨合金 、钴 锡合金等 。其铬镀层厚度接近 012 mm ,结晶细密 ,镀 面平整光滑 ,无晶瘤 ,硬度 55 HRC ,用于生产 ,情况良

[ 8 ]

A l2 O3·TiO2·SiO2 ( - 400 ～ + 600 目 ) 为 陶瓷 成分 , A l

和 Fe2 O3 铝热剂 ( - 400 目 ) 作为复合粉末的发热剂 , 在组分中加入少量的 SiO2 ,在烘缸上原位反应生成热 喷涂 A l2 O3 金 属 陶 瓷 涂 层 的 平 均 结 合 强 度 达 8 M Pa,其耐磨性提高了 8倍 。 116 磷化

[ 13 ]

好 。该技术要求烘缸应含一定量的 C r, 控制 C、Si含 量 ,磷含量尽可能低 。 115 热喷涂

磨削加工 、电镀 、环氧树脂涂层 、金属粉末黏结 、玻 璃钢包覆等都不适应腐蚀较深烘缸的修复 。烘缸表面

[ 9 ]

失效后用 <2 mm 的 3C r13 丝电弧喷涂 ,最佳电弧电 流 230 A ,喷涂距离 240 mm ,电弧电压 36 V ,空气压力

灰铸铁烘缸表面涂装防锈油操作麻烦 。一种常温 下具有除油 、除锈 、磷化 、钝化多功能的烘缸表面刷涂

[ 14 ]

处理液 : ZnO 5 g /L , H3 PO4 75 g /L , N aMoO4 3 g /L ,

© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

72 Zn (NO3 ) 2 20 g /L 时 , 磷化速度快 , 磷化膜连续 , 均匀 致密 ,膜层呈彩色 ,结晶颗粒较小 ,表面不挂灰 、泛黄 。 117 高分子材料修补

2001 年 12 月 ,岳阳纸业公司 5 号机和 6 号造纸

第 34卷

划提前 415 天 ) 就修复此 <2 500 mm 烘缸 , 已安全连

续运行 4年半 。焊接 +刷镀工艺 :清除腐蚀层后 ,用镍 基铸 308焊条电弧焊堆焊 ;机加工使其光滑平整 ;清洗 剂清洗 ,活化剂涂敷表面 ,最后进行镍基合金电刷镀 。

烘缸轴 头 , 材 质 为 H T200 , 最 大 磨 损 约 4 mm。在 2002年第一季度季修期间 ,用 be lzona 修复 : 轴头清洗 后 ,涂刮 be lzona1111材料 (A、B 组份按 3 ∶1混配 ) 后 ,

在模具 (有排气 、排料孔 )上涂抹 be lzona9411脱模剂或 石蜡 。由于停机时间不长 ,烘缸轴头温度仍较高 ,材料 固化 3～4 h 后拆卸模具 。装机运行 ,烘缸径向圆跳动 在允许范围内 。检修耗时近 6 h,材料费仅 200余元 。

唐山市第一造纸厂 1880薄页纸机铸铁烘缸 ,直径 115 m ,重 4 t,其轴颈为 170 mm ,轴承固定采用锥形卡 紧套 。轴颈磨损量为 8 ～20 mm 时 , 必须修复 。烘缸 的回转直径较大 ,烘缸转速较低 ,对轴颈的径向跳动要 求不高 ,用现场模具成型法 [ 16 ]修复 : 修补剂选择美 国 E1WOOD 公司的高分子聚合陶瓷 ,在轴颈表面上涂 一层低粘度的高聚陶瓷 FG,使胶与基体充分浸润增加 结合强度 ;半干后再涂高粘度的高聚陶瓷 EG。每涂一 层 EG,缠一层脱脂高强度尼龙增强带 ,直到接近轴颈 尺寸 。涂完最后一层装上模具 ,注入 FG,直至从胶槽 流出 。常温固化 12 h后拆除模具 ,用金刚石刀具除去 多余胶 ,用砂 纸 蘸机 油 修 整 , 再 经 12 h 后 即 可 投 用 。 修复后的烘缸寿命超过 1年 。

山东泉林纸业公司 <2 500 mm ×2 150 mm的新烘 缸 ,不到 1 个月即在操作侧端盖法兰密封处出现 7 处 渗漏 ,渗漏长度累计相当于半个烘缸法兰周边的长度 。 其原因是 :在烘缸铸造过程中厂家省去了时效处理 ,用 户采购的新烘缸上机后 ,在高温蒸汽 、运转受力和机械 振动的作用下 ,产生微小的畸变 ,当畸变发生在法兰密 封的部位时 ,就会造成渗漏 。泉林自研的与铸铁亲和

[ 17 ]

性很强 、低粘度胶修补后的烘缸 在室温下经过 015

[ 18 ]

～1 h就可使用 。开原瓦楞纸厂 烘缸严重漏气 ,使 用 Ca sto lin Eu tec tic 公 司 的 M eCaTec1 号 胶 , 1 天 就 修 复 ,仅需 2 000元 。 漯河银鸽生活纸产公司对铸铁烘

[ 19 ]

缸 外表面凹

坑填充结构胶 (耐热树脂 ) ,树脂表面与烘缸表面弧度 相同 。该工艺不需磨缸 、电镀 、喷镀 、刷镀 ,树脂能很好 地与缸面复合 ,同其它方法相比 ,成本较低 。用该烘缸 生产的纸张质量平滑度超过现行轻工部标准 。

[ 15 ]

3 结语

研究和开发造纸用铸铁烘缸的绿色再制造技术 , 对于提高我国这个造纸大国的纸品生产企业的经济效 益非常重要 。根据造纸机烘缸灰铸 铁 表面 的实 际 情 况 ,选择合适的修复材料和适合的修复工艺还需要不 断挖掘技术潜力 。由于在性能比较好的修补材料中不 少是国外公司的秘方 ,因此研制国产的用于烘缸修补 材料也是值得重视的重要课题 。

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2 综合修复技术

用多种改性工艺解决生产中烘缸失效表面的修补

问题也有报道 。例如 ,新乡市第二造纸厂生产高强度 瓦楞纸的 1575 纸 机烘 缸 , 使用 4 年 后 腐蚀 层最 深 达

[ 20 ]

13 mm。用焊接 +刷镀工艺 ,仅用 1315 天 (比原计

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