鑄石刮板輸送機刮板材質和制造的研究

韓亞麗

中煤張家口煤礦機械有限責任公司 河北張家口 076250

我國目前的經濟結構決定了工業仍舊在國民經濟中占據著主導地位，其中砂石煤礦等物料工業占了很大比重，對于這些物料的運輸，目前國內普遍采用的方法為鑄石刮板輸送機。傳統的鑄石刮板輸送機存在著摩擦損耗和腐蝕的問題，其刮板材質大多選用普通鋼板制造，在后續的技術改進中，逐漸使用耐磨高錳鋼代替了普通鋼板，有效提高了刮板的使用壽命和耐磨，耐腐蝕能力，并且能夠提高刮板的工作效率，使物料運輸更加快速穩定[1]。

1 鑄石刮板輸送機概述

1.1 鑄石刮板輸送機簡介

鑄石刮板輸送機主要適用于各種物料的輸送，可用于礦山、冶金、煤礦、化工對含水率無過高要求的物料輸送，系統中粒度在300mm以下。結構簡單，當水平運輸時可分為單雙層運輸，安裝維修方便可多點進料及出料，本機為干法輸送。不宜輸送粘性大的、要求破碎率低的易碎性物料。

鑄石刮板輸送機適用于溫度在250°以下的粉狀、粒狀、小塊狀及混合物料的密閉輸送，以水平運輸為主。也可傾斜輸送，其最大輸送傾角為20°，其中上鏈鑄石刮板運輸機適應30°的傾角，主要適用于各種物料的輸送，可適用于礦山、冶金、煤礦、化工對含水率無過高要求的物料輸送，系統中粒度在300mm以下。

1.2 鑄石刮板輸送機常見故障

從實際工作中來看，傳統鑄石刮板輸送機容易出現以下幾種故障：

第一，當鑄石刮板鏈條出現松動情況時，機頭主體的下滑道容易在工作中被刮板掀起，這樣，會使槽箱出現嚴重變形，甚至扯斷刮板鏈,對運輸工作產生嚴重影響。

第二，由于在煤礦運輸工作中，所處環境相對特殊，很多雜物在刮板鏈的帶動下進入鏈輪，最終引起鏈輪齒破壞或者掉鏈情況。

第三，在槽箱的裝載設備中，一般都是在槽箱底板上鋪設鑄石板，但是這種鑄石塊較為脆弱，容易因大塊煤的沖擊力而遭到破壞，如果更換不及時，容易產生較為嚴重的后果。

第四，對于一般的鑄石刮板輸送機來說，尾輪的直徑都較小，一旦刮板鏈出現偏斜現象，機尾容易出現掉鏈現象，嚴重時會出現斷鏈,影響煤礦運輸工作的進行。

基于上述故障情況來說，很容易對煤礦開采工作產生嚴重影響，因此，人們為了改善這種情況，相關科研人員對鑄石刮板輸送機進行相應技術改造，有效緩解了鑄石刮板輸送機故障的發生。

2 鑄石刮板輸送機刮板材質分析

國內目前市面上常見的刮板材質有:27SiMn、40Cr、45#、40Mn2

2.1 常見材質

27SiMn圓鋼，是無縫鋼管的其中一種材質，含碳量在0.24%-0.32%。這種材質淬透性較好，淬硬層深度較大。在進行熱處理時，這種鋼材的韌性沒有較其他鋼材降低太多，但是仍能保持比較高的強度和耐磨性。水淬時仍有較高的韌性。但是熱處理時，可能出現隨回火溫度的升高，沖擊韌性反而下降的現象，而且輕易產生晶粒粗大，輕易過燒。27SiMn材質淬透性較高，可切削性良好,冷變形塑性及焊接性中等，也是刮板材質的選擇之一;熱處理時有相當高的強度和耐磨性,特別是水淬時仍有較高的韌性;但是此鋼對白點敏感性大，熱處理時有回火脆性傾向及過熱敏感性。這種鋼主要在調質狀態下使用，于制造要求高韌性和耐磨性的熱沖壓件;也可在正火或熱軋供應狀態下使用[2]。

40Cr圓鋼最大的優勢是價格適中，加工工序相對簡單,經適當的熱處理以后，40Cr圓鋼的堅韌性、可塑性和耐磨性都普遍增強。淬透性高于45#,可以通過淬火增強表面硬化程度。40Cr材質是機械制造業比較青睞的鋼材之一,對于刮板材質來說也是很好的選擇，是-種中碳調質鋼,冷鐓模具鋼。調質處理后具有良好的綜合力學性能，良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性。40Cr材質的淬透性良好,適當的熱處理以后可獲得很好的韌性、塑性和耐磨性。

45#圓鋼的機械性能比較好。45#材質通常都稱作45號鋼，是一種優質碳素結構用鋼，是市面上刮板材質的用料之一,其硬度不高易切削加工，在模具應用中常用來做模板材質。而作為一些加工件,通常須用熱處理，提高自身的硬度、耐磨性和使用壽命。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好。所以生產廠家常常將鋼表面淬火(高頻淬火或者直接淬火),得到需要的表面硬度。

40Mn2圓鋼的強度、塑性和耐磨性都很高，熱處理時，仍能保持比較高的強度和耐磨性。存在可能出現隨回火溫度的升高，沖擊韌性反而下降的現象和產生晶粒粗大，輕易過燒，而且淬火時可能會開裂。

2.2 耐磨高錳鋼刮板

高錳鋼（hadfieldsteel）是指含錳量在10%以上的合金鋼。高錳鋼經過固溶處理后還會有少量的碳化物未溶解，當其數量較少符合檢驗標準時，仍可使用。耐磨高錳鋼的含錳量為10%-15%，含碳量為0.90%-1.50%，大部分在1.0%以上。耐磨高錳鋼相比起普通的碳素鋼和純鐵，在硬度上有了極大的提升，在沖擊載荷作用的冷變形過程中，由于位錯密度大量增加，位錯的交割、位錯的塞積及位錯和溶質原子的交互作用使鋼得到強化。這是加工硬化的重要原因。另一個重要原因則是高錳奧氏體的層錯能低，形變時容易出現堆垛層錯，從而為ε馬氏體的形成和形變孿晶的產生創造了條件。常規成分的高錳鋼的形變硬化層中常可以看到高密度位錯、位錯塞積和纏結。ε馬氏體和形變孿晶的出現使鋼難以變形，尤其是后者的作用更大。

而使用耐磨高錳鋼制作成的刮板，完美體現了其硬度上的優勢，在使用的時候，由于硬度較高，所以能夠擁有更長的使用壽命。傳統鋼材制作的刮板在使用時，由于物料的撞擊壓力，或者自然條件的侵蝕，以及物料的污染，會出現變形，磨損，腐蝕等問題。而高錳鋼制作的刮板在這方面的性能更加優秀。此外，耐磨高錳鋼由于其耐磨屬性，所以在刮板的工作過程中，也能夠抵抗更多的摩擦損耗，因為物料大多是硬質材料，在刮板推動物料前進的時候，會與物料發生直接的接觸，進而導致刮板出現磨損[3]。

總的說來，耐磨高錳鋼比起傳統的碳素鋼和純鐵在性能上更加優秀，尤其是在硬度和耐磨性方面，耐磨高錳鋼能夠極大地延長刮板的使用壽命，減少刮板被物料磨損的程度和頻率。

3 鑄石刮板輸送機刮板制造分析

鑄石刮板輸送機刮板的制造工藝主要包括焊接、鑄造、鍛造三種，隨著技術的發展，目前國內也出現了新的制造工藝，本文主要介紹了三種傳統的刮板制造工藝技術。

3.1 焊接

焊接指的是將制作刮板的鋼板材料通過焊接的方式制作成形，與常規的焊接工藝沒有顯著的差異。焊接刮板的主體包括兩個連接底板和一個連接頂板，連接底板的兩端部均設有一個端連接板,兩所述端連接板的相對面上均設有一個端連接立板,連接頂板設置于兩端連接立板之間，連接底板與連接項板之間焊接有若干條筋板,筋板與端連接立板平行設置見圖1、圖2。

圖1 刮板主體的示意圖

圖2 刮板實物圖

在焊接刮板中，焊接工藝主要是用在刮板主體的焊接上。焊接工藝制造刮板的主要優勢在于制作成本低，操作簡單，焊接不好也可以重新焊接，能夠節省原材料，焊接刮板，耐磨性較好，制造成本低，但抗彎性差，在使用過程中容易彎曲變形，但變形后易維修，更換成本低。只需要將鋼板材料焊接在一起，對于鋼板本身是采用鑄造還是鍛造的形式并沒有過多的要求，所以適應性較強。但是焊接刮板的缺點也很明顯，由于本身不是一體制作完成的，在焊接處容易發生斷裂，尤其是在長期使用的過程中，容易出現焊材脫落，導致刮板組件開裂脫落的情況。而且焊接刮板的工作量較大，對人工的需求也較大[4]。

3.2 鑄造

鑄造工藝制造刮板主要是用于耐磨高錳鋼刮板的制造。因為高錳鋼本身極易加工硬化，即在鋼材融化的時候，無法進行熱鍛造，并且由于含碳量較高，所以加工的時候容易在晶界上形成網狀，使得鑄態組織的高錳鋼極為脆弱，所以如果用鍛造的方法，會導致加工的時候鋼材直接斷裂，無法進行加工。鋼的熔點低（約為1400℃），鋼的液、固相線溫度間隔較小，（約為50℃），鋼的導熱性低，因此鋼水流動性好，易于澆注成型。鑄造工藝制造的刮板主要優勢在于一體成型，所以整體的密度分布均勻，使用過程中受力也更加均勻，并且耐磨高錳鋼制作的刮板在硬度，耐磨損和耐腐蝕性能上也要強于普通的碳素鋼，鑄造刮板，耐磨性好，對鑄造工藝要求高，價格適中，但脆性大，在使用過程中，容易斷裂，無維修價值，更換成本高。并且由于很多時候鑄造設備的缺陷，比如模具的問題，會導致一整批的刮板存在瑕疵[5]。

3.3 鍛造

鍛造工序采用模鍛錘,沖孔工序采用壓力機,切邊工序采用壓力機。工件成型后進行余熱淬火和回火熱處理,提高工件的強度和韌性,最后進行浸漆。余熱淬火工序采用專用淬火水槽,回火工序采用箱式電阻爐,浸漆工序采用浸漆池。鍛造刮板的生產工藝流程為：下料一加熱一鍛造一沖孔→切邊→余熱淬火→回火→浸漆。鍛造工藝制造刮板首先需要制作模具，然后將融化的鋼液傾倒在模具中，然后利用模鍛錘進行鍛造。鍛造工藝制造刮板主要適用于含碳量較低的鋼材，因為含碳量高的鋼材在鍛造的過程中會發生斷裂等問題，鍛造的優勢在于制造出來的刮板強度較高，雖然硬度比不上高錳鋼刮板，但是抵抗刮板內部應力的能力較強，并且鍛造將鋼材的雜質排除來，所以鍛造工藝制造的刮板使用壽命也比較長，鍛造刮板，耐磨性好，不易斷裂，抗彎性好，性能方面綜合了焊接和鑄造的優點，但成本較高，對生產工藝要求高，成品率低，對于易損件來說，性價比較低。

4 結語

目前，礦方傾向于使用焊接刮板，因為其價格低，維修方便，在備件供應不及時，也可以用修理舊刮板暫時代替使用。鑄造刮板也有大量的應用，鍛造刮板只有在對刮板使用時長要求高的工作面使用，在常規應用中較少見。鑄石刮板輸送機是物料運輸使用非常普遍的方式，在煤礦產業和砂石工業中都有較多的應用，鑄石刮板輸送機的核心就是刮板和中間槽，其中，刮板的性能會直接影響到輸送機的使用壽命，所以需要對刮板的制造材質和工藝進行研究，以期找出更加優質的制造材質和制造方法，制造出更加優質的刮板，提高鑄石刮板輸送機的使用性能，提高輸送的效率，減少輸送機的磨損問題。