液壓鑿巖鉆車用釬桿防腐工藝裝備的探討

唐維兵

（首鋼貴陽特殊鋼釬鋼事業部，貴州 貴陽 550005）

1 前言

隨著我國經濟建設的快速發展，礦業開采、能源建設、基礎工程施工、交通道路發展等建設工程領域對鑿巖釬具的需求呈現上升趨勢，同時對釬具產品種類、性能和質量也提出了更高的要求。特別是近年來，隨著勞動力成本的增加，操作者的職業健康與安全意識在不斷提高，鑿巖設備的機械化、自動化程度也隨之提高，液壓鑿巖鉆車用鉆桿的需求量越來越大，目前國內市場需求超過20萬支，國外市場需求超過15萬支。表面防腐處理是液壓鑿巖鉆車用鉆桿的關鍵工序，首鋼貴鋼作為釬鋼釬具行業的龍頭企業，具備技術創新的技術和資金優勢，正逢首鋼集團投資貴陽特鋼城市鋼廠異地搬遷調整產品結構、轉型發展的有利時機，為了提升鉆車釬桿的品質及外觀形象，減輕內腐蝕對釬桿鑿巖壽命的影響，防止釬桿出口在海運過程中受海水腐蝕，降低操作者勞動強度，改善勞動者勞動環境，保護操作者職業健康，因此釬鋼事業部根據實際需要，研發了磷化浸蠟表面防腐工藝，替代此前的噴漆防腐工藝。

2 自動磷化浸蠟生產線的特點

（1）本生產線根據技術成熟、工藝先進、自動化程度較高、經濟合理的原則進行總體設計，并充分注意節能，力求減少動力消耗，以節約能源，降低處理成本及運行費用，還利用新技術、新工藝等前沿先進技術，體現技術發展水平。

（2）能滿足自動磷化浸蠟工藝要求，滿足產品的技術、質量要求，實現自動／手動兩種生產方式。

（3）設備的結構、機構設計合理、可靠，占地面積適中，維修方便，物流暢通，投資費用省，運行成本低，工藝布局緊湊、合理，達到了國家消防、環保與安全生產法規的要求。

（4）生產線設計新穎美觀，布局合理，采取措施減少對周圍環境的影響，合理控制噪聲、氣味及固體廢棄物，防止了二次污染，做到噪聲低，基本無異味，不影響周圍環境，達到了社會效益、環境效益、經濟效益的最佳統一。

3 自動磷化浸蠟生產線的使用范圍

（1）能完成長度在0.33米至4.5米，斷面H22-H35、R32-R89的桿件類釬鋼釬具產品的磷化與浸蠟防腐。

（2）各種規格釬具的年生產能力超過50萬支，能完成的品種包括接桿釬、釬尾、風鎬釬、整體釬、MF釬桿、鉆車釬桿等。

（3）自動磷化浸蠟線的起吊工件（含行車二級接桿和工件吊桿）重量為2噸／掛，生產節拍為≤30min/掛。

4 工藝生產線流程及要求

4.1 工藝流程

上線→脫脂→水洗→水洗→表調→磷化→水洗→水洗→熱水洗→吹水→烘烤→浸蠟→風冷→下線。

4.2 工藝參數

工藝參數見表1。

4.3 操作流程

用壓縮空氣將經過拋丸的液壓鉆車釬桿內外表面的鋼丸灰塵吹掃掉，用鋼繩將釬桿牢固打捆（注意釬桿間要有間隔），用車間行車將其吊入自動磷化浸蠟線上料工位，再由兩臺槽沿龍門式程控行車自動完成脫脂、水洗、表調、磷化、水洗、烘烤、浸蠟、冷卻工序。工序完成后程控行車將工件放入卸料工位，再由車間行車將工件吊離生產線進行卸料。空的行車二級接桿自動返回。工件的上升、下降以及前后行走通過程控行車自動控制完成。工件吊桿離線進行除蠟處理，以防止浸蠟后敷有蠟的工件吊桿污染脫脂液和磷化液。

4.4 設備平面布置及主要特點

自動磷化浸蠟線采用一字形布置（見圖1），設備主要由槽體、槽液加熱系統、廢氣收集處理及排放系統、工件烘烤加熱系統、吹水系統、風冷系統、磷化液除渣裝置、工件吊桿除蠟裝置、室體、龍門行車輸送裝置、電控系統等部分組成。

（1）槽體的結構采用矩形槽結構，由工字鋼和槽鋼等型材做骨架，δ4 mm SUS304不銹鋼板做壁板，加熱槽為雙層保溫結構，外蒙δ1.5 mm SUS304不銹鋼板。

（2）所有槽體的“V”形槽底均有3-5度的傾斜角，槽體的排污口均設在槽底傾斜部分，并在排污口安裝過濾網（防堵），同時排污口含集污功能，便于清理集污，無清掃死區。浸漬槽體兩端設置擋液板，防止內孔液體排到槽外。

（3）為防止移動的工件滴液污染地面，相鄰的槽與槽之間設有SUS304不銹鋼護板保護，所有護板向前一個槽體傾斜，方便滴液自流回槽。

（4）對于需要加熱的槽體，均采用雙層保溫結構。封閉板與槽口鋼板翻下部分由上至下順茬疊接，用不銹鋼拉鉚以防止槽口邊流下的溶液流到保溫層內，確保保溫層外表面的溫升不高于15度。

（5）脫脂槽配置空氣攪拌裝置，采用壓縮空氣供氣。為節約用水，脫脂槽下設有一個附槽，脫脂槽內的水溢流到附槽，在附槽內配刮帶式油水分離器對槽液進行處理，再用泵打回到主槽內循環利用；

（6）磷化液靠泵循環流動，促進工件內外表面的磷化效果。磷化槽配在線和離線磷化液除渣裝置。采用液壓式明流壓濾機除渣，輸送泵將懸浮液輸入壓濾機每個濾室，在壓力的作用下，懸浮液中的液相通過濾布流出。固相被截留在濾布上形成濾餅，松開濾板濾餅可卸出。

（7）表調槽配置空氣攪拌裝置，采用壓縮空氣供氣，清洗時液體能提高流動速度和沖擊力，提高表調效果。

（8）水洗槽槽體為單層結構，由工字鋼和槽鋼等型材做骨架，δ4 mm SUS304不銹鋼板做壁板。為節約水的消耗和確保工件清洗質量，水洗槽的水從后工序向前工序單向溢流。

（9）烘烤槽根據槽體用途及溫度要求，確保槽體的耐溫性能，采用矩形槽結構，由工字鋼和槽鋼等型材做骨架；槽體為雙層保溫結構，外表面溫升不大于15℃。為了節約能源并減小對周邊環境溫度的影響，在其頂部設有活動保溫蓋板，采用低速電機直接驅動蓋板開與關。活動蓋板的開、關由程序自動控制，工件到位下槽前自動打開，提走工件并放下另一掛工件后自動關閉。

（10）吹水槽配置了合理的吹水系統，保證吹掉工件表面的水。設置排水管道將液體排到排污溝內。采用內置式吹嘴，固定在槽體內兩側的風管上，根據工件位置、大小可以調整吹嘴的角度。

（11）為便于工件散熱以及清除滴落在槽體底部的混合蠟，在風冷槽槽體的兩側下部200 mm不設壁板。配置合理的吹自然風冷卻系統，工件溫度低于40℃時下線。

（12）對需要加熱槽液的脫脂槽、熱水洗槽、磷化槽采用SUS304不銹鋼電加熱管加熱；為了維護檢修及清渣工作方便，加熱管布置在槽的兩側。為了減少人為因素的影響，保證工藝參數在工藝要求范圍內，所有加溫槽體均采用自動控溫方式。為防止液槽或者液箱出現干燒現象，安裝了液位控制器，通過控制電磁閥的開關進行補水，使液槽或者液箱的水位實現自動控制。所有加熱槽或者液箱安裝溫度傳感器，溫度控制采用智能數顯儀表結合溫度傳感器自動控制電加熱器的開與關，達到自動控制溫度的目的。為防止吊框及工件撞壞加熱器，在槽內安裝不銹鋼防撞裝置，以保護加熱器的安全。

（13）在烘烤槽內直接布置遠紅外電加熱管采用輻射加熱的方式對工件進行烘干，加熱管布置在槽體的兩側。烘烤槽額定溫度180℃，工作溫度110℃～160℃，槽內溫度均勻性好，溫度差小于5℃；溫度控制采用智能數顯儀表結合溫度傳感器自動控制電加熱器的開與關，達到自動控制溫度的目的。遠紅外輻射管的優點是：光譜輻射匹配吸收特性好，長期使用輻射性能不退變，電熱轉換效率高，比一般加熱元件節能30%左右；升溫快、熱慣性小、耐高溫、耐腐蝕、熱化學性能穩定性好、使用壽命長、絕緣強度高、無污染。

（14）最初設計浸蠟槽采用電加熱管直接加熱，在調試時出現消防安全隱患，為了解決此隱患對浸蠟槽的加熱系統進行了改進，采用導熱油加熱器間接加熱替代加熱管直接加熱。浸蠟槽蠟液加熱系統由槽外導熱油電加熱爐和槽內盤管加熱器組成。由循環泵將經電加熱爐加溫的導熱油通過管道送給槽內盤管加熱器，加熱器對蠟液實施間接加熱，導熱油卸載后通過管道重新回到電加熱爐進行加熱，如此循環讓蠟液保持浸蠟工藝所需的溫度。

（15）除磷化槽外，其余加熱槽液中無酸性物質，故其排風管直接將槽口揮發出來的水霧氣排放到車間外，無需對排放的水霧氣進行處理。為防止磷化槽中的酸氣對車間廠房的影響，在磷化槽槽邊設有不銹鋼吸風管以及在車間外設置排風機和酸霧處理塔以及時地將生產過程中揮發的酸氣排放到酸霧塔中進行處理后排放。

5 工藝介質及鉆車釬桿的防腐效果

工藝介質見表2。

表2

各工序的作用如下：

（1）脫脂：將鉆車釬桿內外表面的油脂去除，同時清洗掉表面及內孔殘留的鋼丸灰。

（2）水洗：洗掉鉆車釬桿內外表面的污漬及殘留在表面的磷化渣等污染物。

（3）表調：可以促進零件表層的活力，還能形成大量極細的結晶層，加快磷化膜的形成。

（4）磷化：增強涂裝膜層（如涂料涂層）與工件間結合力，提高表面涂裝層的耐蝕性，提高螺紋的耐磨性，提高螺紋配合的潤滑性，提高涂層的耐水沖刷性能。

（5）烘烤：鉆車釬桿磷化水洗后進行烘干，同時將釬桿的溫度加熱到110℃，浸入蠟液后處于放熱過程，不會導致釬桿內孔堵塞，使釬桿在蠟液中停留的時間短，可以提高生產效率。

（6）浸蠟：釬桿通過磷化表面形成了一層磷化膜，磷化膜硬而脆，細膩致密，但多微孔，形成了晶體網格，給涂裝作前處理，裸膜的防腐效果沒有達到極佳的狀態，浸蠟是對磷化膜進行封閉處理，蠟在釬桿的內外表面形成一層韌性、致密性、強度很好的膜，且蠟具有一定的滲透性，蠟膜在釬桿表面的附著力很強，經過磷化浸蠟的釬桿的防腐能力強，有利于提高釬桿的使用壽命。

（7）蠟液的配方為70#地蠟60%，松香18%，蒙旦蠟2%，防銹油20%，加入防銹油的目的是降低蠟的硬度，便于螺紋的旋合。

5.3 釬桿防腐的質量

磷化后工件表面磷化膜膜重達到了8.75 g/m2，工件經CB5018磷化后封閉，鹽霧實驗可以達到8h以上。

磷化裸膜鹽霧試驗情況見圖2。

釬桿內外表面的蠟層均勻，厚度適中，蠟層厚度可調整。

圖2

6 討論

（1）液壓鉆車釬桿的外觀顏色批與批之間還存在較大的差異，不能呈現鋼的本色，造成此情況的原因是：①釬桿在拋丸時未清理徹底，②磷化后表面殘渣未清洗干凈，③磷化后釬桿熱水洗工序進行程控行車運輸交換，導致釬桿在熱水洗工序停留時間偏長，使釬桿表面出現泛紅現象。

（2）液壓鉆車釬桿經過磷化浸蠟后使螺紋耐磨性、潤滑性、防腐性提高，對釬桿鑿巖壽命的影響需要做大量的礦山試驗及數據的收集。

（3）液壓鉆車釬桿浸蠟后表面還存在蠟珠且不均勻，這既影響釬桿的外觀又造成蠟液浪費，增加成本。特別是MF釬桿內螺紋殘留的蠟液比較多，造成生產成本增加。還需要進一步摸索烘烤和蠟液溫度，優化工藝，使蠟液的流動性增加，殘留在釬桿表面的蠟減少。

（4）目前自動磷化浸蠟線的吊具還不夠完善，裝卸釬桿效率較低，電耗偏高，成本偏高，還需對吊具進行完善，提高裝卸釬桿的效率。

7 結論

（1）磷化浸蠟工藝使液壓鉆車釬桿螺紋的耐磨性、潤滑性得到了提高，提高了釬桿在使用過程中抵抗礦水侵蝕的能力，解決了釬桿在海運過程中受海風腐蝕的影響。

（2）通過一系列措施對磷化浸蠟線進行持續改進和完善，使磷化浸蠟釬桿的外觀質量和防腐能力越來越強，改進吊具，使生產效率越來越高，降低生產成本。