新型復(fù)合耐磨材料在刮板輸送機中部槽上的實踐

侯壯壯

（山西焦煤霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦綜放一隊，山西 霍州 033200）

刮板輸送機是當(dāng)前我國煤礦井下重要運輸設(shè)備，因其運量大、壽命高、強度高、可靠性高的特點成為了高效綜合機械化采煤的理想設(shè)備之一。但是在井下復(fù)雜的工作環(huán)境當(dāng)中，刮板輸送機中部槽會因為磨損而失效。因此，對刮板輸送機中部槽板材耐磨性能的研究和應(yīng)用具有重要的價值。本文針對龐龐塔煤礦己14-31010綜采工作面SGZ-1000/1050型刮板輸送機中部槽的磨損情況，采用新型復(fù)合耐磨材料進行改造。

1 刮板輸送機中部槽磨損失效分析

目前重型刮板輸送機有1.75m（如國產(chǎn)SGZ-1000/1050型）和2.0m（如美國JOY公司）長的中部槽，與寬體液壓支架配套使用。輕型機有的是1.2m長，帶有橫拉插板式檢查窗的封底式中部槽（如SGZ-800/800型）。新型分體式封底式中部槽（如SGZ-800/2×400型），溜槽由上、下槽兩部分組成，在縱向用兩個鍍鋅壓塊將上槽一側(cè)固定在擋煤板側(cè)的下槽槽幫上，用兩個扁銷穿過鏟煤板側(cè)的下槽槽幫銷孔，插在上槽的耳板內(nèi)將其固定，在縱向中板上有兩個圓柱定位銷用于上槽定位。這種活動上槽結(jié)構(gòu)，可方便更換磨損了的活動上槽。

中部槽的磨損失效通常主要發(fā)生在中板、底板和兩側(cè)槽幫內(nèi)側(cè)，由煤、矸石和刮板、刮板鏈等在運動過程中造成的復(fù)合混合磨損。同時井下工作環(huán)境中的硫、磷等腐蝕性元素也容易對中部槽的表面起到腐蝕作用，從而加速了材料的磨損和失效。從本質(zhì)上分析，中部槽板材的失效過程是磨粒磨損、腐蝕磨損和黏著磨損的綜合作用的結(jié)果。

從龐龐塔煤礦己14-31010綜采工作面刮板輸送機的使用實踐來看，刮板輸送機的輸送能力不足，尤其是設(shè)備耐磨性不適應(yīng)現(xiàn)場實際情況的需要，導(dǎo)致刮板輸送機和轉(zhuǎn)載機中部槽、槽幫磨損嚴(yán)重，其中機尾槽和弧形槽幾乎報廢。另外嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象也增加了機電設(shè)備的荷載，額外消耗能量30%左右，進一步加大了煤礦開采的成本。因此，必須對刮板輸送機的中部槽板材進行改造，增加其磨損性能，有效地控制磨損失效現(xiàn)象的出現(xiàn)，增加刮板輸送機的使用壽命。

2 普通耐磨材料

當(dāng)前對于刮板輸送機中部槽板材的改造，一般都是采用普通的耐磨材料。比如常見的HARDOX450耐磨板，該材料不僅僅耐磨性能好，布氏硬度達到了450HB，同時也有很好的冷彎性和可焊性。相對普通的低合金結(jié)構(gòu)鋼，該材料中的錳、硅元素的含量有了極大的提高，一般使用壽命為原來的2～3倍。采用耐磨堆焊焊條焊接工藝簡單，適合刮板輸送機現(xiàn)場堆焊要求。但是當(dāng)井下矸石量較多時，運輸矸石對該材料造成的磨損較大，大大降低了使用壽命。龐龐塔煤礦己14-31010綜采工作面刮板輸送機在使用到4個月時，就發(fā)現(xiàn)中部槽板材磨損嚴(yán)重，必須考慮使用更加耐磨的材料加以改造。

3 新型復(fù)合耐磨材料的應(yīng)用

隨著全國煤炭業(yè)的回暖，煤礦開采運輸用刮板輸送機也是朝向了設(shè)備大型化的方向發(fā)展。同時對于刮板輸送機中部槽的磨損現(xiàn)象就更加嚴(yán)重，對板材的耐磨性也有了更高的要求，進一步推動了耐磨材料行業(yè)的研發(fā)投入。當(dāng)前國外已有成功研究并實踐應(yīng)用的高鉻耐磨復(fù)合材料，有效地解決了刮板輸送機中部槽板材的耐磨問題，該復(fù)合耐磨材料主要由母材和耐磨層進行復(fù)合而成，采用高效自動堆焊技術(shù)，在普通碳鋼板材上自動堆焊，耐磨合金粉末在高能熱源加熱的條件下，迅速熔化并形成復(fù)合材料。

4 新材料與舊中部槽板材性能比較分析

4.1 材料成分分析

采用江蘇天瑞儀器公司生產(chǎn)的genius5000型便攜式金屬成分分析儀器對兩種材料進行了成分分析，結(jié)果如表1所示。

表1 材料成分分析對比

從表1中可以看到，復(fù)合耐磨材料中的鉻、硼和碳等元素的含量要明顯高于舊中部槽板材，對比分析鉻的含量為55.1倍，碳的含量為15.9倍。鉻在復(fù)合材料當(dāng)中與碳生成鉻的碳化物，因此可以大大提高該復(fù)合材料的強度、硬度和耐磨性。同時在該復(fù)合材料當(dāng)中還有0.47g的硼元素，能進一步改善材料的致密性和熱軋性能。

4.2 硬度分析

使用TH300洛氏硬度計來對兩種材料的硬度進行測試，測量結(jié)果為復(fù)合耐磨材料60.1H RC，舊中部槽板材39.3H RC，復(fù)合耐磨材料硬度為舊中部槽板材的1.53倍，因此可以降低在運輸過程中中部槽的磨損量。

4.3 耐磨性試驗分析

使用MLS-225B型濕式橡膠輪磨粒磨損試驗機來檢測復(fù)合耐磨材料與舊中部槽板材的耐磨性。在確定試驗工況相同的條件下，復(fù)合耐磨材料的磨損率為0.209，舊中部槽板材的磨損率為1.273，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2所示。因此，該復(fù)合耐磨材料的耐磨性為舊中部槽板材耐磨性的6.1倍。從耐磨性試驗可以得知，復(fù)合耐磨材料的耐磨性能高，能有效地降低中部槽的磨損現(xiàn)象，提高中部槽的使用性能和壽命。

表2 兩種材料耐磨性對比

5 復(fù)合耐磨材料的實踐應(yīng)用及效益分析

5.1 實踐應(yīng)用

選用40Mn2冷軋鋼板做為母材，采用自動堆焊技術(shù)讓其同耐磨層進行復(fù)合形成新型復(fù)合耐磨材料，并將該材料應(yīng)用在龐龐塔煤礦己14-31010綜采工作面SGZ-1000/1050型刮板輸送機中部槽當(dāng)中。通過近1年的跟蹤記錄觀察，該新型復(fù)合耐磨材料的耐磨性能好，平均磨損約1.5mm，有效地保障了井下煤炭的運輸能力。

5.2 效益分析

刮板輸送機中部槽是煤礦開采企業(yè)更換量最大的煤機部件之一，新型復(fù)合耐磨材料的成功使用大幅度提高了中部槽的使用壽命，從而為企業(yè)節(jié)約了大量的材料費用。同時也降低了安裝和撤除等作業(yè)環(huán)節(jié)，為企業(yè)節(jié)約維修費用的同時，提高了煤礦開采的效率。同時新型復(fù)合耐磨材料硬度的提高，可以降低電動機的額外負(fù)載，可以節(jié)約30%左右的電能，產(chǎn)生了很好的社會效益。