刮板輸送機(jī)中部槽等離子熔覆合金涂層技術(shù)
摘要：闡述了中部槽在刮板輸送機(jī)的地位及中部槽磨損情況，提出了一種能使中部槽循環(huán)利用永不磨損的技術(shù)，并對(duì)該技術(shù)的理念以及實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。實(shí)踐證明該技術(shù)能滿足不同層次耐磨工況的需要。
關(guān)鍵詞：中部槽；等離子熔覆合金涂層技術(shù)；耐磨損
0 前言
刮板輸送機(jī)是煤炭生產(chǎn)的主要設(shè)備，它的使用效能決定了煤炭生產(chǎn)效率。中部槽是刮板輸送機(jī)的機(jī)身構(gòu)件，由于貨載(煤和矸石)、刮板和鏈條在中部槽中滑行，故工作阻力大，磨損十分嚴(yán)重。刮板輸送機(jī)使用效能取決于中部槽的耐磨性。因而研究刮板輸送機(jī)中部槽的耐磨技術(shù)就顯得尤為重要。所謂中部槽永不磨損，這里必須設(shè)定2個(gè)條件：(1)機(jī)械損壞不含其中；(2)腐蝕磨損不包含在內(nèi)。為了提高中部槽的使用壽命，上海多木實(shí)業(yè)有限公司利用等離子熔覆合金涂層技術(shù)研制了煤礦刮板輸送機(jī)中部槽熔覆強(qiáng)化專用三維數(shù)控設(shè)備。等離子熔覆合金涂層技術(shù)是以等離子束為熱源，在基體材料表面熔覆一層均勻致密、結(jié)合牢固的特殊保護(hù)涂層。熔覆強(qiáng)化專用三維數(shù)控設(shè)備由預(yù)設(shè)程序控制，操作過(guò)程全部自動(dòng)完成，非常適合大型鋼鐵構(gòu)件以及中小零件批量高效熔覆強(qiáng)化生產(chǎn)。
1 中部槽在刮板輸送機(jī)中的地位
(1)在刮板輸送機(jī)價(jià)格構(gòu)成中占有的地位煤礦用刮板輸送機(jī)由機(jī)頭、機(jī)尾、電機(jī)、傳動(dòng)、控制和中部槽等組成。機(jī)頭、機(jī)尾、中部槽在刮板輸送機(jī)造價(jià)中占60％左右。所以，中部槽的使用壽命取決于刮板輸送機(jī)的使用效益。
(2)耐磨性在刮板輸送機(jī)維修維護(hù)中的地位中部槽、機(jī)頭、機(jī)尾磨損失效不允許在井下維修，只能更換新的。在井下狹小的空間更換笨重的中部槽、機(jī)頭、機(jī)尾具有很多弊端。刮板輸送機(jī)最終又總是以機(jī)頭、機(jī)尾、中部槽磨損失效而報(bào)廢。所以刮板輸送機(jī)的使用效益是增加機(jī)頭、機(jī)尾、中部槽的耐磨性。
2 中部槽磨損形式分析
對(duì)失效中部槽分析可知，中板鏈道的磨損形式主要為磨料磨損和腐蝕磨損，重載時(shí)還有黏著磨損。
(1)磨粒磨損
刮板和鏈沿中板運(yùn)行時(shí)，鏈表面凸體、鏈與中板間的硬顆粒對(duì)中板表面產(chǎn)生微切削和刮擦作用，導(dǎo)致磨粒磨損。磨粒把金屬推擠在溝的兩側(cè)和前面，當(dāng)鏈環(huán)和磨粒每通過(guò)中板表面一次，剪切應(yīng)變就積累一次，故磨損表面下一個(gè)較寬的區(qū)域發(fā)生了嚴(yán)重的塑性變形和加工硬化。由于塑變硬化，位錯(cuò)塞積在晶界，很易在晶界處產(chǎn)生裂紋源，以致在鏈條和磨粒的反復(fù)作用下，裂紋擴(kuò)展造成剝落。
(2)黏著磨損
從微觀上看，刮板、鏈與中板的接觸只是微凸體的相互接觸，故當(dāng)鏈環(huán)承載后作用在微凸體上的壓力很高，由此在鏈道上產(chǎn)生的接觸應(yīng)力很高，盡管鏈環(huán)與中板表面的污染物，如煤粉和氧化腐蝕產(chǎn)物等阻礙黏著發(fā)生，但因界面上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)使接觸點(diǎn)上的污染膜消失，并使表面溫度急劇升高，材料表層軟化，甚至出現(xiàn)局部熔化現(xiàn)象，在壓力的作用下鏈環(huán)與中板發(fā)生“冷焊”現(xiàn)象，在鏈條繼續(xù)運(yùn)動(dòng)中，這
些“冷焊”點(diǎn)發(fā)生剪斷而形成黏著磨損。
(3)腐蝕磨損
由于井下礦物水中存在腐蝕性介質(zhì)，與摩擦副表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而造成材料表層腐蝕，尤其磨損過(guò)的新鮮表面更易氧化及銹蝕，而腐蝕產(chǎn)物又易被接之而來(lái)的磨粒等磨去，這種磨損一腐蝕一磨損的交替過(guò)程大大地加速了中板的損壞。
3 能使中部槽耐磨損的技術(shù)及理念
3．1 等離子熔覆技術(shù)的基本原理
在柔性高溫等離子束流作用下，將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴(kuò)散、反應(yīng)、凝固，等離子束離開(kāi)后自激冷卻，從而實(shí)現(xiàn)表面的強(qiáng)化與硬化。
3．2 本技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新內(nèi)容
①等離子束熔覆強(qiáng)化設(shè)備的研制；②熔覆合金涂層與機(jī)體呈冶金結(jié)合，不剝落；③ 涂層硬度HRC40 -65，根據(jù)工況需要隨意設(shè)計(jì)；④研制專用等離子炬，使中部槽任何磨損部位均能實(shí)現(xiàn)等離子熔覆強(qiáng)化處理。
3．3 使中部槽耐磨損的基本理念
采用等離子熔覆合金涂層技術(shù)在中部槽磨損部位熔覆一層耐磨合金，中部槽使用過(guò)程的磨損以熔覆合金的磨損來(lái)保護(hù)中部槽基體永不磨損。根據(jù)永不磨損的基本理念，等離子熔覆合金強(qiáng)化技術(shù)可以在如下2個(gè)方面發(fā)揮應(yīng)有的作用：
(1)在刮板輸送機(jī)現(xiàn)有制造工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不變的情況下，根據(jù)工作面的煤炭?jī)?chǔ)量、煤的硬度、地質(zhì)條件設(shè)計(jì)熔覆合金涂層的材料配方、熔覆厚度、熔覆面積，確保一個(gè)工作面采完后中部槽基體不磨損。刮板輸送機(jī)上井檢修時(shí)，再根據(jù)新工作面的煤炭?jī)?chǔ)量、煤的硬度、地質(zhì)條件設(shè)計(jì)材料配方、熔覆厚度、熔覆面積等再對(duì)中部槽進(jìn)行熔覆合金強(qiáng)化處理下井服役。周而復(fù)始，直至中部槽腐蝕磨損，機(jī)械損壞時(shí)宣
布報(bào)廢。新刮板輸送機(jī)第1次上井開(kāi)始應(yīng)用該技術(shù)會(huì)更有意義。
(2)利用等離子熔覆合金強(qiáng)化技術(shù)，針對(duì)仍有一定的強(qiáng)度，但在井下耐磨性不足以采完一個(gè)工作面的中部槽進(jìn)行熔覆合金強(qiáng)化。根據(jù)工作面的可采儲(chǔ)量、煤的硬度、地質(zhì)條件設(shè)計(jì)熔覆合金涂層的材料配方、熔覆厚度、熔覆面積，確保一個(gè)工作面采完后中部槽基體不磨損。
4 井下工業(yè)實(shí)驗(yàn)
淮南礦務(wù)局張集煤礦：工作面煤炭?jī)?chǔ)量240萬(wàn)t，煤炭硬度系數(shù)廠=0．7—1．1，地質(zhì)條件較好。利用該技術(shù)生產(chǎn)了1 000余節(jié)煤礦刮板輸送機(jī)中部槽，中部槽熔覆合金厚度4—5 inln，熔覆密度8％，合金涂層硬度HV700以上，工作面已采完，過(guò)煤量達(dá)到200多萬(wàn)t，熔覆合金磨損3—4 inln，滑靴道熔覆層仍有一定的厚度而且很完整。結(jié)果表明比未經(jīng)等離子表面冶金強(qiáng)化的中部槽使用壽命提高4倍以上，但表面冶金的成本僅增加不到50％。由此大幅度降低井上井下拆遷搬運(yùn)成本，降低頻繁更換的勞動(dòng)強(qiáng)度和煤炭生產(chǎn)中斷損失，綜合經(jīng)濟(jì)效益十
分明顯。
5 預(yù)期
(1)刮板輸送機(jī)在現(xiàn)有制造工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不變的情況下，應(yīng)用等離子熔覆合金強(qiáng)化技術(shù)，能為煤炭企業(yè)降低大量的使用成本。如果中部槽井下腐蝕周期為20 年，全國(guó)煤炭大型刮板輸送機(jī)年需求量2 000部，每部150節(jié)中部槽，每節(jié)中部槽1．5 t的話，那么，因使用等離子熔覆合金強(qiáng)化技術(shù)而節(jié)約下來(lái)1 年可節(jié)約45萬(wàn)t鋼材，20 年節(jié)約900萬(wàn)t的鋼材。相當(dāng)于少建了一個(gè)鋼廠。1部刮板輸送機(jī)使用壽命一般為4 -5年，采用該技術(shù)后，使用壽命可延長(zhǎng)至20 年，使用壽命延長(zhǎng)了4—5倍。
(2)利用等離子熔覆合金強(qiáng)化技術(shù)，對(duì)社會(huì)存量舊中部槽進(jìn)行修復(fù)強(qiáng)化處理。據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，各規(guī)模以上煤炭生產(chǎn)集團(tuán)(5 000多家)，地面舊中部槽存量都在2 000 3 000節(jié)，全國(guó)累計(jì)地面舊中部槽存量可達(dá)到100多萬(wàn)節(jié)，如果其強(qiáng)度達(dá)到要求的占到50％，通過(guò)該技術(shù)可修復(fù)使用的中部槽達(dá)到50萬(wàn)節(jié)之多。50萬(wàn)節(jié)中部槽可裝配刮板輸送機(jī)近4 000多部，按現(xiàn)有市場(chǎng)價(jià)格和中部槽在成本中所占的比重，可為現(xiàn)有煤炭工業(yè)節(jié)約設(shè)備費(fèi)用100多億元人民幣。如果推廣，能為國(guó)家節(jié)約巨大的鋼鐵資源，也能減少因冶煉鋼材而造成的環(huán)境污染。
