礦用刮板機(jī)中部槽新型耐磨堆焊工藝研究

韓 偉

（霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦， 山西 霍州 031412）

引言

霍煤集團(tuán)辛置煤礦在生產(chǎn)中常使用16Mn鋼板作為刮板輸送機(jī)中部溜槽中板材質(zhì)，該類鋼板焊接性能好，然而抵抗磨損能力不足，在通過不足100萬(wàn)t煤后幾近報(bào)廢。若能采取適當(dāng)?shù)拇胧┘訌?qiáng)中部溜槽中板抵抗磨損的能力，降低刮板鏈及煤矸石物料等對(duì)中板的磨損程度，盡可能地延長(zhǎng)中部溜槽的使用時(shí)間，減少維修及更換次數(shù)，既降低機(jī)械設(shè)備的資金投入和生產(chǎn)成本，又能節(jié)約設(shè)備檢修維護(hù)時(shí)間[1]。

目前，發(fā)達(dá)的采煤國(guó)家主要采用耐磨性能好的合金鋼或者不銹鋼來作為中部溜槽的材料，同時(shí)將中板加寬加厚。鑒于我國(guó)裝備制造水平及經(jīng)濟(jì)實(shí)力，使用價(jià)格高昂的高合金材料并不現(xiàn)實(shí)，想提高中部溜槽的耐磨損性能及通過煤矸石量，切實(shí)可行的方法是，在中部槽材質(zhì)和制造工藝不變的情況下對(duì)中板表面采取措施進(jìn)行強(qiáng)化處理。處理措施有多種，如：對(duì)中板表面進(jìn)行搪瓷處理（該方法不但工藝復(fù)雜且容易導(dǎo)致中板變形）、對(duì)中板表面進(jìn)行淬火處理（該方法工藝相對(duì)復(fù)雜且對(duì)增強(qiáng)中板耐磨性幫助較?。?duì)中板表面進(jìn)行高分子材料覆蓋或者噴涂耐磨合金（無法將中板磨損及腐蝕問題從本質(zhì)上得到解決）[2]。結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)及研究情況來看，提高刮板輸送機(jī)中部溜槽耐磨性的關(guān)鍵因素是研究生產(chǎn)出技術(shù)上可行且經(jīng)濟(jì)上合理的耐磨合金焊條，并提出與之相適應(yīng)的堆焊技術(shù)工藝。

1 中部溜槽耐磨堆焊工藝研究

對(duì)于中部溜槽中板采用堆焊工藝，不但要有效提高中板的耐磨性能，同時(shí)要確保刮板在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與中板均勻磨損。因此，堆焊部位及焊道的形狀的選擇最為關(guān)鍵，通過對(duì)多種堆焊花紋形狀對(duì)比試驗(yàn)，得出選用斷續(xù)菱形花紋焊道效果最好，如圖1所示。

圖1 斷續(xù)菱形花紋焊道

如圖1所示，耐磨焊道分布均勻，采用單層堆焊工藝，焊道寬 12～20 mm、高 1.5～2.0 mm，焊道方向與刮板運(yùn)動(dòng)方向呈30°水平夾角，焊道通過堆焊形成60°、120°菱形花紋，采用該種布置方式可以使刮板鏈與焊道間產(chǎn)生相對(duì)較小的摩擦阻力。焊道間采用間隔堆焊工藝，每條焊道的長(zhǎng)度為80～130 mm，處于同一條線上的焊道間的距離為40～50 mm，相鄰兩條焊道間的距離為100～150 mm。采用菱形花紋布置方式可使中板與刮板和鏈條間的磨損更加均勻，遺留在焊道間的粉煤灰能夠避免刮板與中板發(fā)生直接接觸，起到了緩沖和抗磨的效果[3]。采用焊道斷開的方式有利于減小焊接變形和實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放的效果，同時(shí)可以使焊道間的粉煤灰在受到擠壓作用時(shí)有一個(gè)出口，以防止將其壓實(shí)，實(shí)際生產(chǎn)中斷續(xù)菱形花紋焊道堆焊示意圖如圖2所示。

如圖2所示，刮板輸送機(jī)溜槽中板耐磨合金用量受到焊道寬度、焊道高度、相鄰兩條焊道間的距離及同向焊道間的距離影響，在實(shí)際生產(chǎn)中，要兼顧耐磨效果和經(jīng)濟(jì)成本[4]。通常情況下，中部溜槽的焊條用量為1.0～2.0 kg/m，而在實(shí)際生產(chǎn)中，40T型中部溜槽每節(jié)使用量為1.7 kg/節(jié)，764型中部溜槽每節(jié)的使用量為3.3 kg/節(jié)。

圖2 斷續(xù)菱形花紋焊道堆焊示意圖

2 堆焊耐磨合金的組織結(jié)構(gòu)分析

2.1 堆焊耐磨合金的組成成分分析

在采用堆焊耐磨工藝后，對(duì)耐磨合金的組成成分含量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 要求合金成分范圍及堆焊后合金組成成分含量 %

如表 1 所示，合金組成成分主要有 C、Si、Mn、S、P、Cr、Ti等，除了 Si元素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為 1.61%與要求范圍2.0%～2.8%略有偏差外，其余合金元素成分含量均在要求范圍內(nèi)。為了取樣方便，共計(jì)堆焊了4層耐磨合金，受到靠近中板的影響，C元素含量有所升高，而在燒損的影響下，Si含量有所降低。

2.2 堆焊耐磨合金組成成分分析

將經(jīng)過堆焊耐磨處理的合金樣品進(jìn)行拋光處理，同時(shí)用4%的硝酸酒精溶液對(duì)其清洗，并用顯微鏡對(duì)耐磨合金的組織成分進(jìn)行觀察與分析，由顯微鏡的觀察結(jié)果可知，該合金主要由過共晶組織構(gòu)成，塊狀硼碳化合物（Cr、Fe）7（C、B）3所占比例較高，該類化合物硬度（HV）可達(dá)到1 200～1 800，而針狀一次硼碳化合物Fe2B也占有少量比例，該類化合物的硬度（HV）為1 200～1 700[5]。該堆焊耐磨合金的主要組成成分為硬度高的塊狀硼碳化合物，因此在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中具有硬度高、韌性好的特點(diǎn)。

3 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)

霍州煤電集團(tuán)通過采用斷續(xù)菱形花紋焊道工藝對(duì)部分刮板輸送機(jī)中部溜槽中板進(jìn)行了耐磨處理，并在辛置礦井下進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。通過對(duì)堆焊成分實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果對(duì)比分析可知，采用該耐磨堆焊工藝后，通過較低的成本投入可使溜槽使用時(shí)間增加一倍以上，中部溜槽中板堆焊層表面的硬度可達(dá)到HRC62，堆焊的合金層耐磨性是原熱軋16Mn鋼板的3～4倍，堆焊條生產(chǎn)成本僅為27～33 元 /kg，市場(chǎng)零售價(jià)為 40～60 元 /kg。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

辛置礦綜采工作面現(xiàn)使用SGZ800/1500型刮板輸送機(jī)，其中部溜槽每節(jié)的采購(gòu)價(jià)格為3.5萬(wàn)元，綜采工作面長(zhǎng)度取260 m，需要安裝172節(jié)中部溜槽，則一個(gè)工作面刮板輸送機(jī)中部溜槽采購(gòu)需花費(fèi)602萬(wàn)元。通常溜槽在通過100萬(wàn)t煤后就需要進(jìn)行更換。通過對(duì)中部溜槽中板堆焊斷續(xù)菱形花紋焊道，可使中板強(qiáng)度大大提高，更換前的過煤量可達(dá)到200萬(wàn)t以上。對(duì)中板進(jìn)行耐磨合金強(qiáng)化的成本：每節(jié)中部溜槽需要耐磨焊條5 kg，焊條采購(gòu)價(jià)格按60元/kg計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)堆焊施工費(fèi)用按材料費(fèi)用的3倍計(jì)算，考慮稅費(fèi)等因素，綜合計(jì)算每節(jié)中部溜槽改造成本為1 807元，對(duì)一個(gè)工作面進(jìn)行上述改造的成本為31萬(wàn)元，可節(jié)約資金571萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。