造纸烘缸灰铸铁件及其修复材料

ｒ——…。————’——————●

ｌ技术报告

・烘缸材料・

作者简介：杨莉女士，教授；主要从事金属材料加工及表面强化方面的研究。

造纸烘缸灰铸铁件及其修复材料

杨莉１刘超锋２孙国元３

（１．徐州工程学院机电工程学院，江苏徐州，２２１００８；２．郑州轻丁业学院河南省表界面科学重点实验室，河南郑州。４５０００２；３．华北水利水电学院机械学院，河南郑州，４５００１１）

摘要：造纸机械十燥部的灰铸铁烘缸内部蒸汽压力和烘缸车速的提高，对于烘缸铸铁材料提ｍ了新的

要求。在降低铸造缺陷的前提下提高合金低牌号灰铸铁的使用性能，是开发大直径、耐较高蒸汽伟力

的造纸机朋铸铁烘缸的关键闲索。铸铁烘缸由于腐蚀性介质１ｆＩｉ磨蚀后，选取合适的修复材料可以延长

铸铁烘缸的使用寿命，铸铁烘缸表面修复材料的｛薹ｉ盖方法ｕｆ以足焊接，镀层和涂层。涂层可以是喷涂

合金、刷涂高分子修补剂。

关键词：造纸机械；烘缸；灰铸铁；修复材料

中图分类号：ＴＧ２４３文献标识码：Ａ文章编号：０２５４．５０８Ｘ（２００８）１０—００４２．０５

ＧｒａｙＣａｓｔＩｒｏｎａｎｄＩｔｓＲｅｐａｉｒＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｔｈｅＤｒｙｅｒｓｏｆＰａｐｅｒＭａｃｈｉｎｅ

ＹＡＮＧＬｉｌＬＩＵＣｈａｏ．ｆｅｎ９２’ＳＵＮＧｕｏ．ｙｕａｎｌ

（１．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＸｕｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，２２１００８；２．７．ｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＬｉｇｈｔ

Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｈｅ＇ｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｆＳｕｒｆａｃｅ＆ＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅ＇ｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，４５０００２；３２ｈｏｎｇｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅ＇ｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ。４５００１１）

（・Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｒｙｎｇ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｅｗｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｔｈｅｄｒｙｅｒｓｏｆｐａｐｅｒｍａｃｈｉｎｅａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｅａｍｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｒｕｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｄｒｙｅｒｓ．Ｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅｄｒｙｅｒｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅａｒｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｆｏｕｎｄｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｉｇｈｔｒａｄｅｍａｒｋｇｒａｙｉｒｏｎ，ａｎｄｕｐｇｒａｄｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌｏｗｔｒａｄｅｍａｒｋａｌｌｏｙｉｎｇｇｒａｙｉｒｏｎｏｎｔｈｅｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｃａｓｔｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓ．Ｔｈｅｌｉｆｅｏｆｅｒｏｄｅｄｄｒｙｅｒｃａｎｂｅｅｘｔｅｎｄｅｄｂｙｕｓｉｎｇｓｕｉｔａｂｌｅｒｅｐａｉｒｍａｔｅｒｉａｌｓ．ＳｕｒｆａｃｅｒｅｐａｉｒｍａｔｅｒｉａｌｓＣａｌｌｂｅｃｏｖｅｒｅｄｏｎｔｈｅｄｒｉｅｒｂｙｗｅｌｄｉｎｇ，ｐｌａｔｉｎｇａｎｄｃｏａｔｉｎｇ．ＴｈｅｃｏａｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓＣａｎｂｅｓｐｒａｙｅｄａｌｌｏｙ，ｐｏｌｙｍｅｒｒｅｐａｉｒａｇｅｎｔｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ；ｄｒｙｅｒ；ｇｒｅｙｃａｓｔｉｒｏｎ；ｒｅｐａｉｒｍａｔｅｒｉａｌｓ

造纸机用铸铁烘缸是用作纸张干燥的关键部件——Ｉ类压力容器。铸铁烘缸的数量约占造纸行业压力容器总数的２／３。制造烘缸的材料一般为ＨＴ２００、ＨＴ２５０。烘缸由缸体及其两端的缸盖组成，外径为１０００—３０００ｔｕｒｎ，在运转过程中，内通蒸汽将输送的纸张烘干烫光。铸铁烘缸含有众多的微裂纹。气孔较多的烘缸可以铆补，但补孑Ｌ数增加，烘缸强度会大幅度减弱。烘缸属薄蹙压力容器，使用过程中，按照造纸工艺要求，缸面须保持一定的光洁度，由于汽、水、酸、碱对缸面侵蚀（一般在烘缸表面的两端开始），故需经常对缸面磨削。当壁厚达到极限壁厚时，会引起烘缸失效。缸体和螺栓锈蚀，强度降低，在压力超过它的拉伸极限时，会发生端盘飞出的恶性事敝。造纸工业的发展提出了研制承受高压、高车速、高传热效率的烘缸的要求。造纸厂仍在用的烘缸的修复需研制新材料。造纸厂烘缸维护人员可以从已有的报道中得到启发。

１较高压力、大直径烘缸

在造纸过程中，大型高压烘缸可改善纸板松厚度，提高纸板平滑度和光泽度。大型造纸机高压烘缸现已被广泛用于生产牛皮箱纸板、涂布白纸板、卡纸、薄页纸、卫生纸等的纸机上。较厚纸张的干燥和涂布机使用的烘缸工作压力均要求在０．８一１．ＯＭＰａ；烘缸的

收稿日期：２００８—０７—２３（修改稿）

ＣｈｉｎａＰｕｌｐ＆Ｐａｐｅｒ

ＶｏＬ２７，Ｎｏ．１０，２００８万方数据

车速提高，也要求提高工作压力等。１９９９年，由杭州轻工机械研究所设计、天津第一轻工机械厂制造的国内此前最大直径（巾３６８０ｍｍ，设计压力Ｏ．５ＭＰａ。材料ＨＴ３００）的铸铁烘缸…进入批量生产。国外在设计内压０．８－１．０ＭＰａ，直径达４５００ｍｍ的大缸时，选用ＳＡ２７８标准（ＡＳＭＥ）中的６０＃铸铁（约相当于ＨＴ４００），心轴为４５８铸铁（约相当于ＨＴ３００）。为避免高牌号铸铁烘缸在铸造生产时出现的铸造流动性较差，易出现废品，又要避免采用低牌号灰铸铁造成缸体强度不够的问题，一些国家转向低牌号灰铸铁ｌ２｜，如日本厂家在设计造纸机崩铸铁高压烘缸时常采用ＦＣ２５灰铸铁（相当于围内牌号ＨＴ２５０），添加Ｎｉ、ｃｒ、Ｃｕ等，Ｎｉ的质量分数在０．５％～２．０％，与Ｃｒ、Ｍｏ一起加入，韧性显著提高，主要机械性能达到了ＳＡ２７８中的５５号灰铸铁指标，可替代高牌号孕育铸铁。

大直径的烘缸可以提高纸张表面平滑度。大烘缸ｆ３】分为扬克烘缸和光泽烘缸。扬克烘缸主要用于生产卫生纸、毛巾纸、医药卫生包装纸和其他特种纸的造纸机；蒸汽压力达到１．１２ＭＰａ；直径最大可达７６２０ｍｍ；缸体内壁多数设计成内沟纹状（呈筋状），但也有设计成平状的。光泽烘缸用于烘干光泽纸或纸板，直径可达７０１０ｍｍ，蒸汽压力较低，缸体内壁通常设计成平的内圆。缸体的材料性能应具有均匀的缸壁特性、较高的导热系数、耐较高的蒸汽压力、缸面有良好的耐磨性能及良好的耐腐蚀性能。大缸体通常采用ＨＴ３００及以上的高强度合金灰铸铁铸造，含碳量、含硅量要低，并含Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ等金属元素。大烘缸缸面材料强度达（；０级铸铁，抗张强度≥３３１ＭＰａ，缸面硬度为ＨＢ（２２０～２６０）±２０，弹性模量为１４５ＭＰａ，导热系数达４５Ｗ“ｍ・Ｋ）。缸体外圆应达到镜面磨削，粗糙度在０．２斗ｍ及小于０．２斗ＩＩｌ。缸盖为带大法兰和轴颈、厚度由外圈向内圈逐渐增大的内球体或其他曲面形状结构，由ＨＴ３００以上的高强度灰铸铁铸造（有时也加入Ｎｉ、Ｃｒ等）。烘缸端盖应力峰值约在端盖的１／２半径处。为降低该峰值，在缸体内加空心杆，国外称为ＣｅｎｔｅｒＳｈａｆｔ。为提高传热效率并利于冷凝水排除，在缸体内需开加肋圆柱壳沟槽。

较高压力、大直径烘缸在工作时承受更苛刻的内压、温差载荷、离心力、压辊线压等动静载荷，有平均和周期应力的作用。据报道【４】，某铸铁烘缸运行ｌＯ年后，在缸体中部附近的外表面出现长５０８ｍｍ的轴向裂纹，造成蒸汽泄漏事故，分析结果为疲劳破坏。烘缸缸体铸造中产生的夹沙和气孔，在初加工后会显露出来，必须铆补。缸体铆补后，在铆补孔边会存在《中国造纸》２００８年第２７卷第ｌＯ期极高的残余应力，使烘缸的疲劳强度有所降低。可见烘缸的抗疲劳性能取决于其铸造质量。

２普通烘缸

在生产不同品种的纸张所采用的普通烘缸的铸造生产中，造纸机械厂结合降低铸造原材料成本、优化铸造工艺、采用孕育处理等技术提高普通烘缸质量上做了不少工作。例如，经纬纺织机械厂的废锭子钢１５１作为合金添加料生产烘缸（材料牌号ＨＴ２００，缸面硬度ＨＢｌ７０～２００，粗糙度大于８级）等厚壁高强度铸件，铸件力学性能达到要求，并可节约成本。其成分质量分数为，Ｃ：３．２２％～３．４５％，ｓｉ：１．３４％一１．５９％，Ｍｎ：０．５９％一Ｏ．９４％，Ｓ：０．０３４％－０．０６８％。Ｐ：０．０１２６％一０．１２２％；出炉温度不低于１３９０℃，否则缸面加工中出现针状气孑Ｌ、点团状夹渣以致报废。湖南岳阳纸业集团有限公司生产的直径１５００ｒａｍ烘缸１６１表面光洁度、水压试验、静平衡等质量指标均较好。其成分质量分数为，Ｃ：３．１％。３．３％，Ｓｉ：１．３％一Ｉ．７％，Ｍｎ：Ｉ．０％一１．２％，Ｓ≤０．１２％，Ｐ＜０．１５％，Ｃｒ：０．３５％一Ｏ．５％；炉料中加入５０％左右回炉铁，出铁温度提高到１４７０℃，浇注温度１３６０℃。此法浇注的烘缸缸面实测硬度平均为ＨＢ２３０，试棒抗拉强度２６７ＭＰａ，抗弯强度４７０ＭＰａ，较设计要求的ＨＴ２００提高到ＨＴ２５０。山西轻工机械厂生产的由１５００×１９５０烘缸［９－１０１材质ＨＴ２５０，毛坯质量４ｔ，平均壁厚４３ｍｍ，铁液｛ｎ炉温度１４６０℃以上，浇注温度１３６０℃一１３９０ｏＣ。其成分质量分数为，Ｃ：３．２％，Ｓｉ：１．５２％，Ｍｎ：１．９８％，Ｓ：０．１０５％，Ｐ：０．１０５％，Ｃｒ：Ｏ．４％．０．６％，用ＦｅＳｉ７５孕育，防止硅铁氧化和铁液吸气导致产生气渣孔；在生产中对铸件时效处理９个月，以消除铸造应力。此外，提高灰铸铁烘缸缸体表面的光洁度和耐腐蚀耐磨性采用低合金孕育铸铁，如ｃ卜Ｎｉ、Ｃｒ－Ｃｕ、Ｃｕ—Ｍｏ—Ｃｒ，或在缸体表面镀铬，此类方法价格昂贵。一种含Ｂ０．０２％～Ｏ．０３％、Ｓｂ、ｓｉ的价廉孕育剂，可以使灰铸铁由牌号ＨＴ２００提高到ＨＴ２５０。ＨＴ３０ｄ¨１。

高锰铸铁是Ｍｎ、Ｓｉ差为正值（约０．２一１．３）的灰铸铁。Ｍｎ对灰铸铁珠光体的强化和细化，使在较长时间热应力作用下珠光体不易分解，其硬度较高，耐磨性比一般灰铁提高１倍以上。高锰铸铁具有较高的拉伸强度，又具备良好的铸造性能，其密度较大，提高了铸铁材料耐压的致密性。沁阳市第一造纸机械厂将此材料用于造纸机烘缸的生产［１２－１３１，在试生产烘缸时，Ｍｎ、Ｓｉ差控制在０．２，０．３范围，Ｍｎ

・４３・

万方数据