新型復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）

刮板輸送機是當前我國煤礦井下重要運輸設備，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備之一。但是在井下復雜的工作環境當中，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固定在擋煤板側的下槽槽幫上，用兩個扁銷穿過鏟煤板側的下槽槽幫銷孔，插在上槽的耳板內將其固定，在縱向中板上有兩個圓柱定位銷用于上槽定位。這種活動上槽結構，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生在中板、底板和兩側槽幫內側，由煤、矸石和刮板、刮板鏈等在運動過程中造成的復合混合磨損。同時井下工作環境中的硫、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，尤其是設備耐磨性不適應現場實際情況的需要，導致刮板輸送機和轉載機中部槽、槽幫磨損嚴重，其中機尾槽和弧形槽幾乎報廢。另外嚴重的磨損現象也增加了機電設備的荷載，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象的出現，增加刮板輸送機的使用壽命。

2 普通耐磨材料

當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構鋼，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，適合刮板輸送機現場堆焊要求。但是當井下矸石量較多時，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，就發現中部槽板材磨損嚴重，必須考慮使用更加耐磨的材料加以改造。

3 新型復合耐磨材料的應用

隨著全國煤炭業的回暖，煤礦開采運輸用刮板輸送機也是朝向了設備大型化的方向發展。同時對于刮板輸送機中部槽的磨損現象就更加嚴重，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的研發投入。當前國外已有成功研究并實踐應用的高鉻耐磨復合材料，有效地解決了刮板輸送機中部槽板材的耐磨問題，該復合耐磨材料主要由母材和耐磨層進行復合而成，采用高效自動堆焊技術，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。鉻在復合材料當中與碳生成鉻的碳化物，因此可以大大提高該復合材料的強度、硬度和耐磨性。同時在該復合材料當中還有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，測量結果為復合耐磨材料60.1H RC，舊中部槽板材39.3H RC，復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，詳細數據見表2所示。因此，該復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，復合耐磨材料的耐磨性能高，能有效地降低中部槽的磨損現象，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 復合耐磨材料的實踐應用及效益分析

5.1 實踐應用

選用40Mn2冷軋鋼板做為母材，采用自動堆焊技術讓其同耐磨層進行復合形成新型復合耐磨材料，并將該材料應用在龐龐塔煤礦己14-31010綜采工作面SGZ-1000/1050型刮板輸送機中部槽當中。通過近1年的跟蹤記錄觀察，該新型復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更換量最大的煤機部件之一，新型復合耐磨材料的成功使用大幅度提高了中部槽的使用壽命，從而為企業節約了大量的材料費用。同時也降低了安裝和撤除等作業環節，為企業節約維修費用的同時，提高了煤礦開采的效率。同時新型復合耐磨材料硬度的提高，可以降低電動機的額外負載，可以節約30%左右的電能，產生了很好的社會效益。