礦用刮板機中部槽新型耐磨堆焊工藝研究

韓 偉

（霍州煤電集團辛置煤礦， 山西 霍州 031412）

引言

霍煤集團辛置煤礦在生產(chǎn)中常使用16Mn鋼板作為刮板輸送機中部溜槽中板材質(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t煤后幾近報廢。若能采取適當(dāng)?shù)拇胧┘訌娭胁苛锊壑邪宓挚鼓p的能力，降低刮板鏈及煤矸石物料等對中板的磨損程度，盡可能地延長中部溜槽的使用時間，減少維修及更換次數(shù)，既降低機械設(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)時間[1]。

目前，發(fā)達(dá)的采煤國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，同時將中板加寬加厚。鑒于我國裝備制造水平及經(jīng)濟實力，使用價格高昂的高合金材料并不現(xiàn)實，想提高中部溜槽的耐磨損性能及通過煤矸石量，切實可行的方法是，在中部槽材質(zhì)和制造工藝不變的情況下對中板表面采取措施進(jìn)行強化處理。處理措施有多種，如：對中板表面進(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）、對中板表面進(jìn)行淬火處理（該方法工藝相對復(fù)雜且對增強中板耐磨性幫助較小）、對中板表面進(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)合國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)及研究情況來看，提高刮板輸送機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，同時要確保刮板在運轉(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，通過對多種堆焊花紋形狀對比試驗，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，焊道方向與刮板運動方向呈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)生相對較小的摩擦阻力。焊道間采用間隔堆焊工藝，每條焊道的長度為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現(xiàn)應(yīng)力釋放的效果，同時可以使焊道間的粉煤灰在受到擠壓作用時有一個出口，以防止將其壓實，實際生產(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，在實際生產(chǎn)中，要兼顧耐磨效果和經(jīng)濟成本[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，對耐磨合金的組成成分含量進(jìn)行檢測，檢測結(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，同時用4%的硝酸酒精溶液對其清洗，并用顯微鏡對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)場應(yīng)用中具有硬度高、韌性好的特點。

3 現(xiàn)場工業(yè)性試驗

霍州煤電集團通過采用斷續(xù)菱形花紋焊道工藝對部分刮板輸送機中部溜槽中板進(jìn)行了耐磨處理，并在辛置礦井下進(jìn)行了工業(yè)性試驗。通過對堆焊成分實驗室檢測分析和現(xiàn)場試驗效果對比分析可知，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，市場零售價為 40～60 元 /kg。

4 經(jīng)濟效益分析

辛置礦綜采工作面現(xiàn)使用SGZ800/1500型刮板輸送機，其中部溜槽每節(jié)的采購價格為3.5萬元，綜采工作面長度取260 m，需要安裝172節(jié)中部溜槽，則一個工作面刮板輸送機中部溜槽采購需花費602萬元。通常溜槽在通過100萬t煤后就需要進(jìn)行更換。通過對中部溜槽中板堆焊斷續(xù)菱形花紋焊道，可使中板強度大大提高，更換前的過煤量可達(dá)到200萬t以上。對中板進(jìn)行耐磨合金強化的成本：每節(jié)中部溜槽需要耐磨焊條5 kg，焊條采購價格按60元/kg計算，現(xiàn)場堆焊施工費用按材料費用的3倍計算，考慮稅費等因素，綜合計算每節(jié)中部溜槽改造成本為1 807元，對一個工作面進(jìn)行上述改造的成本為31萬元，可節(jié)約資金571萬元，經(jīng)濟效益明顯。