提高刮板输送机中部槽耐磨性的探讨

提高刮板输送机中部槽耐磨性的探讨【摘要】：针对刮板输送机中部槽的磨损失效形式，探讨了抵抗磨损的各种方法，提出了提高中部槽耐磨性的最有效方式。

【关键字】：刮板输送机中部槽磨损失效抗磨措施Discussion onimproving wearability of the Scraper Conveyer Middle TroughWang Zheng-ke 1, Zhang Cai-xia 2(1. China National Coal Mining Equipment Co., Ltd.Beijing100011,China;2. China Coal Zhangjiakou Coal Mining Machinery Co.,Ltd.Zhangjiakou075025,China) Abstract: According to the wear failure of the Scraper Conveyer Middle Trough,discusses the various methods of wear-resistant, puts forward the most effective way to improving wearability of the Scraper Conveyer Middle TroughKey words: Scraper Conveyer Middle Trough; wear failure;anti-wear measures0前言近年来，我国经济飞速发展，煤矿能源勘探行业取得了长足的进步，为国民经济发展奠定了坚实的物质基础，但是，在煤矿开采中，煤炭的采掘、分选、存储及运输设备的磨损非常严重。

煤矿机械中刮板输送机是现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备，担负着煤矿井下繁重的运输任务。

由于工作条件恶劣，磨损、腐蚀严重，全国报废的刮板运输机达到近20万吨，煤矿开采行业为之付出了沉重的代价。

对于刮板输送机中部槽，由于货载（煤和矸石）、刮板和链条在中部槽中滑行，故工作阻力大，磨损十分严重。

目前国内所使用的输送机中部槽在结构上普遍采用整体铸造铲板槽帮、挡板槽帮与高强度耐磨合金中板及底板组焊而成，位于输送机的中部，每台设备都包含有100节以上中部槽，按总长度计，占整个刮板输送机的80%～90%左右，是刮板输送机磨损最严重的部件，据不完全统计，我国每年因磨损而失效的中部槽达10万节，耗资数亿人民币，使生产成本大幅度上升。

1中部槽磨损现象通过对中部槽样品进行表面形貌观察，根据其磨损程度的不同。

中、底板的磨损可以分为两个区域：①链道磨损，为严重磨损区域，尤其是槽体对接接口处；②中板其它部位的磨损，为轻度磨损区域。

图1 中部槽磨损失效图Fig.1 The wear failure of the Scraper Conveyer Middle Trough通过现场的调查及分析总结，造成中部槽磨损的原因主要为磨料磨损，在腐蚀性环境下也会发生腐蚀。

2提高耐磨性的措施为了提高中部槽耐磨性，提高刮板输送机的过煤量，国内外煤机行业都投入了大量的人力、物力进行了相应的技术及新材料的研究与开发应用。

2.1中板应用耐磨钢为了提高中板耐磨性，国内外对中部槽中板应用耐磨钢，大体上可分为高锰钢、中低合金高强耐磨钢。

2.1.1低合金高强耐磨钢的应用高强耐磨钢是在低合金高强度可焊接钢的基础上发展起来的，是轧后直接淬火加低温回火,或通过控轧、控冷工艺进行强化和得到的强化钢，热处理后获得板条马氏体和少量分布在板条间的微小碳化物。

高强耐磨钢合金含量元素较少，一般为1%～3%，通常所含的化学元素有Si、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Ti、B、Cu、稀土。

当前国外生产耐磨钢板的著名厂家有：瑞典奥克隆德生产的Hardox系列, 硬度达HB400 、HB500、HB550及HB600；德国迪林根的400V 和500V；德国蒂森克虏伯XAR 400、XAR 450、XAR 500；日本的JFE-EH360、EH400和EH500等。

国内能生产高强度耐磨钢的厂家主要有鞍钢、武钢、宝钢、南钢等。

高强耐磨钢主要依靠高硬度的马氏体来抵抗磨损，一定程度上提高了耐磨性，延缓了磨损，但是，煤矿井下矸石的显微硬度远大于高强耐磨钢回火马氏体的显微硬度，所以在刮板输送机机溜槽中、底板极易磨损的部位经常呈现出严重的磨损失效。

2.1.2高锰钢的应用高锰钢属于奥氏体型耐磨钢，该钢种具有强烈的形变诱导硬化特性，在使用过程中浅表层发生细晶强化、位错强化、相变强化，表面硬度与强度急剧提高，形成一种表层耐磨、内部高韧的梯度耐磨材料，可适用于各类冲击、疲劳、磨粒磨损工况。

在实际应用中，其耐磨性能或使用寿命较传统的中低合金耐磨钢（如进口HARDOX400\450\500或国产NM360\400\450）提高1～5倍不等。

近年来，开始在刮板输送机中板、转载机中板、溜槽板、料仓衬板、磨机衬板和重载卡车车厢板等矿山机械领域得到广泛应用。

但是，由于高锰钢特有的熔点高、比热容小、无磁性、加工硬化等特点给应用带来了转运困难、加工困难、焊接成本高等问题,制约了中、高锰钢在煤机行业的大批量应用。

2.2局部堆焊不管是低合金耐磨钢还是高猛奥氏体钢，最终都是依赖马氏体来提抗磨粒磨损，但是，马氏体的显微硬度势必远小于矸石的显微硬度，所以我们对中部槽进行了表面改性技术--堆焊的研究。

2.2.1堆焊材料的选择目前堆焊耐磨材料主要采用马氏体和高Cr堆焊合金，对于马氏体堆焊合金耐磨性主要取决于堆焊层中Fe-Cr-Mo-C固溶形成的马氏体来抵抗磨损，由于马氏体的显微硬度远低于煤矿井下物料的显微硬度，且堆焊层中无耐磨碳化物存在，所以抗磨损效果不理想。

而高耐磨高Cr铸铁堆焊焊丝，主要依靠堆焊层中弥散分布在铁基马氏体和残余奥氏体中的硬质相来抵抗磨粒磨损。

2.2.2堆焊工艺的选择堆焊是采用焊接方法将具有一定性能的材料熔敷在工件表面的一种工艺过程。

在产品需求的牵引下，堆焊以表面技术为支撑，不断地发展，现在已经成为产品制造、维修、再制造不可缺少的关键技术，和其他表面技术相比，堆焊创造的产值最高，对于节能、节材的贡献最大。

20世纪70年代，以粉末等离子弧堆（喷）焊为代表，20世纪80年代以粉块碳弧堆焊为代表，国内各煤机制造行业开始使用Fe-05合金粉快堆焊。

80年代中后期，大面积耐磨复合板对焊技术开始在冶金、水泥行业中应用。

20世纪90年代后期，以研究、推广药芯焊丝、药芯焊带为代表，国内推出了多项自保护药芯焊丝。

药芯焊丝的应用和发展使得一些高合金含量、高硬度的耐磨堆焊材料能够制成用途广泛的自动化生产焊丝，取代了手工堆焊工艺方法，而且堆焊也有传统的埋弧堆焊、气保弧堆焊向自保护方向发展。

近年来，高效、优质堆焊技术（激光堆焊、电子束堆焊、聚焦光束表面堆焊）成为堆焊领域的研究方向，将逐步走向过程智能化，不断推动堆焊技术的发展与应用。

高效、优质、精确的堆焊技术相应的堆焊设备价格高、维修费用高，堆焊制造成本高，不适于溜槽的应用；粉块堆焊限制了操作方式，劳动强度大、环境差、极大的损害了劳动者的身体健康。

根据煤机产品的性质，综合考虑提高自动化生产与性价比的要求，自保护明弧堆焊是最适合的方式。

2.2.3堆焊工艺控制堆焊工艺是表面改性技术实施的关键，堆焊的特点在于它不是把两个分离的部件连接在一起，而仅仅是在焊件表面施焊一层熔敷金属，因此要重视其工艺控制1）防止堆焊层剥离堆焊后的焊缝金属硬度大、塑性低，尤其当堆焊金属成分与基本金属成分相差比较大时，金属的线膨胀系数较大，从而引起相当大的内应力，使堆焊层金属在堆焊后的冷却过程中容易产生堆焊层裂纹并剥离。

2）防止堆焊层的硬度不符合要求堆焊层的硬度依靠堆焊层的合金成分来获得，而合金成分来自焊接材料而不是母材。

所以堆焊时，用合适的堆焊参数降低母材对焊缝金属的稀释。

3）防止堆焊件变形堆焊热量必然会造成零部件的变形，采用强制冷却方式以及工装开具刚性固定方法减少堆焊变形，同时，通过强制冷却方式提高耐磨层硬度。

2.2.4局部堆焊的应用根据中部槽极易磨损的区域，我们应用自保护堆焊工艺对中部槽中板进行了堆焊，堆焊图如下图2 中部槽中板局部堆焊Fig.2 The local Surfacing of the Scraper Conveyer Middle Trough中板堆焊各种网格，一方面利用方格中的存煤增加了润滑性，另一方面高耐磨堆焊合金提高了耐磨性，提高了中部槽的使用寿命。

2.3 应用耐磨复合钢板现在正在渐渐进入煤机装备领域的高耐磨复合钢板是指专供大面积磨损工况条件下使用的特种板材产品，是在韧性、塑性较好的普通低碳钢或者低合金钢表面通过堆焊方法复合一定厚度的硬度较高、耐磨性优良的合金耐磨层而制成的板材。

在工业发达国家，20世纪80年代就已开始推广使用高碳高铬耐磨复合钢板，这种复合材料是解决磨粒磨损最有效的重要手段，制造复合钢板的工艺方法有粉末等离子熔敷、粉末埋弧堆焊、粉末明弧堆焊、药芯焊丝明弧堆焊等。

其中药芯焊丝明弧堆焊是利用自保护药芯焊丝与焊件产生电弧后，在高温下，把焊材熔敷在母材的工艺方法，由于明弧堆焊工艺及装备的操作方便、效率高的优点，其明弧堆焊复合钢板正在渐渐的进入煤机领域，堆焊合金层采用高碳高铬合金系或是C-Cr-W合金系，基材采用塑性很好的低碳钢板，可以在受冲击的过程中吸收大量能量，使得超耐磨复合钢板具有很强的抗冲击性和抗裂行、高耐磨性，可以应用到煤矿井下刮板输送机的第冲击、的工况条件下。

2.3.1高耐磨复合板的耐磨原理耐磨复合钢板的耐磨层表面通过形成细小均匀的裂缝释放应力，保持整幅板面的平整，限制产生应力集中，裂缝仅局限于硬层内，使用过程中也不会向韧性很好的基板中扩展。

在600℃以下，较高的冲刷磨损和磨粒磨损的工况条件下，具有良好的耐磨性、耐冲击性和抗氧化性，适用于多种磨损工况条件。

复合耐磨堆焊板的耐磨合金层与基材采用的是冶金结合，结合处无氧化夹杂和裂纹、气孔等缺陷，耐磨层厚度在3～12mm之间，堆焊耐磨层金相组织为典型过共晶高铬合金铸铁，Cr7C3型初生相细小均匀，基体为Cr7C3与奥氏体、马氏体的共晶组织。

六角形Cr7C3（复杂结构间隙化合物）硬质相显微观硬度在1300～2500之间，硬质颗粒数量多、分布均匀，能够有效抑制矸石棱角对板材表面的刮伤。

2.3.2抗磨损检测鉴于中部槽产品的磨损失效形式主要是磨粒磨损，故磨损检测采用湿式橡胶轮磨损试验机，型号MLS-225，磨料为石英砂；橡胶轮转速240转/分；每一试样预磨1000转，第一次称重后正式磨1000转，磨损实验结果见表1。

表1 各种复合耐磨板磨损性能比较Tab.1 Comparison of wear Properties between Complex Wear Resistant Steel由表1可知，把SSAB公司HARDOX450板耐磨性比作“1”的话，D888焊丝堆焊下的耐磨板耐磨性为“5.90”；D900焊丝堆焊下的耐磨板耐磨性为“9.43”；上海信洛钢的耐磨性为“8.16”。