一、當(dāng)前國(guó)內(nèi)刮板機(jī)(轉(zhuǎn)載機(jī))在磨損方面的現(xiàn)狀及耐磨處理的意義
1.刮板機(jī)使用現(xiàn)狀
目前國(guó)內(nèi)所使用的輸送機(jī)中部槽在結(jié)構(gòu)上普遍采用整體鑄造鏟板槽幫、擋板槽幫與高強(qiáng)度耐磨合金中板及底板組焊而成,雖然強(qiáng)度與壽命有一定的提高,過煤量普遍超過百萬噸。但是在實(shí)際使用中,中部槽各部位的耐磨能力不一致,導(dǎo)致中部槽整體報(bào)廢時(shí),個(gè)別主要部件仍有很大的利用價(jià)值,非??上?。刮板機(jī)輸送中承受的煤中部的刮板槽是和物料鏈條的承載劇烈摩擦部分,運(yùn)行刮板輸送機(jī)中使用量和消耗量最大的部件。中部槽的質(zhì)量占刮板輸送機(jī)總質(zhì)量的70%以上,刮板輸送機(jī)的失效,也多是由中部槽的過度磨損或斷裂引起的,所以,中部槽在很多煤礦企業(yè)中報(bào)廢的堆積如山。全國(guó)統(tǒng)配煤礦使用各種類型刮板輸送機(jī)二萬多臺(tái),每年因磨損而報(bào)廢的中部槽30~40萬節(jié),消托鋼材3.6~4.8萬噸,價(jià)值1.25~1.68億元,加上過量磨損引起的停機(jī)維修給生產(chǎn)造成損失,煤礦所用刮板輸送機(jī)為例, 由于中部槽磨損所造成的損失每年為1~2億元人民幣。如果再考慮到其他機(jī)械設(shè)備磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失和鋼材的消耗那將是很驚人的。
2.耐磨處理意義
(1)中部槽的中板、底板、機(jī)頭機(jī)尾的中板、舌板為刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中磨損速度最快的部分,磨損到一定程度后,便會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度不夠而報(bào)廢。對(duì)此,根據(jù)磨損部位及程度的不同,確定合適的熔覆參數(shù),使用等離子熔覆耐磨強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行耐磨處理,可使中板、底板的耐磨壽命延長(zhǎng)2倍以上。
(2)中部槽的槽幫鋼兩端部位因?yàn)槭艿芥湕l和刮板連接環(huán)的接觸磨擦,磨損較快。利用等離子熔覆強(qiáng)化設(shè)備,在槽幫鋼的兩端進(jìn)行熔覆處理,可顯著延長(zhǎng)它的使用壽命,使用壽命可延長(zhǎng)2倍以上。
(3)合金熔覆層間的磨擦系數(shù)約為中板、底板和槽幫鋼的50%,運(yùn)行阻力大大減小,使刮板輸送機(jī)(轉(zhuǎn)載機(jī))的運(yùn)行能耗明顯降低,為煤礦生產(chǎn)節(jié)約了寶貴的電能。同時(shí)基本消除了擠鏈、壓溜等現(xiàn)象的發(fā)生。
(4)在煤礦井下,空間狹小,設(shè)備繁多,搬運(yùn)、安裝和維修工作非常困難。經(jīng)等離子熔覆強(qiáng)化技術(shù)耐磨處理后,壽命明顯延長(zhǎng),大大減少了搬運(yùn)次數(shù),同時(shí)減少了搬運(yùn)過程中的安全隱患。
根據(jù)刮板運(yùn)輸機(jī)使用要求規(guī)范,中板磨損達(dá)到30%以后,由于槽體強(qiáng)度不夠而造成槽體的報(bào)廢,刮板機(jī)每完成一個(gè)工作面后升井維修,通常對(duì)于磨損嚴(yán)重并不能保證下個(gè)工作面完成的中底板采用更換的方法或直接報(bào)廢。
等離子熔覆耐磨處理與修復(fù)方法不僅可以大幅度提高耐磨性能,而且可以修舊利廢,重復(fù)利用,并且采用數(shù)控熔覆設(shè)備可以處理底板與槽幫下沿等手工難以修復(fù)的部位。
二、等離子耐磨處理技術(shù)簡(jiǎn)介
1.等離子熔覆耐磨處理技術(shù)
等離子熔覆技術(shù)的基本原理是:在柔性高溫等離子束流的作用下,將合金粉末與基本表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴(kuò)散、反應(yīng)、凝固,等離子束移動(dòng)的同時(shí)自激冷卻,從而實(shí)現(xiàn)零部件表面的強(qiáng)化與硬化。和堆焊相比,等離子熔覆層的質(zhì)量、與基體結(jié)合力及經(jīng)濟(jì)性能都要高出一籌。與激光熔覆相比,生產(chǎn)成本低、功率轉(zhuǎn)換率高,生產(chǎn)交效率高,可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
可在銹蝕及油污的金屬零件表面不經(jīng)過噴砂等復(fù)雜的前處理工藝,直接進(jìn)行等離子熔覆,工藝簡(jiǎn)單;
等離子束能量密度高,基材表面與合金粉末同時(shí)熔化,保證了合金層與基材之間呈完全冶金結(jié)合,在沖擊載荷下不脫落;
采用先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù),可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定批量生產(chǎn)??蓪?shí)現(xiàn)中板、底板及槽幫上沿同時(shí)處理,補(bǔ)缺了其它設(shè)備不能完成的工作。
2.等離子熔覆技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
(1)形成環(huán)狀負(fù)壓等離子束,減少粉末材料在等離子射流中的速度差異,并減少粉末散失。
(2)等離子發(fā)生器噴嘴周圍增加均壓環(huán)槽,獲得柔性等離子束,減小沖刷力,防止合金氧化,穩(wěn)定弧柱。
(3)設(shè)計(jì)高放熱原位反應(yīng)體系,通過添加 B、Si、Re 等元素,降低熔體粘度,提高流動(dòng)性。
3.等離子束表面冶金層的金相組織與性能
4.等離子束表面冶金設(shè)備的主要構(gòu)成
控制部分——控制各部件按照工藝參數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行;
主電源——供給高空載電壓的大功率陡降外特性直流電;
等離子炬——轉(zhuǎn)移弧同步送粉柔性弧長(zhǎng)壽命等離子炬;
送粉系統(tǒng)——與起滅弧無滯后同步開關(guān)送停粉寬參數(shù);
炬水冷系統(tǒng)——恒溫冷卻等離子炬及電纜,有水壓保護(hù);
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)——按照實(shí)際工件專門設(shè)計(jì);
工裝——按照實(shí)際工件專門設(shè)計(jì)。
5.等離子精細(xì)熔覆技術(shù)耐磨處理的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
等離子熔覆技術(shù)是解決金屬表面耐磨、耐腐蝕、耐沖擊的最新技術(shù)方法??梢源蠓忍岣呓饘倌湍バ阅埽瑫r(shí)可以達(dá)到修舊利廢,降低成本。
我們公司對(duì)刮板輸送機(jī)的易磨損部位如中部槽的中板、底板和槽幫鋼、機(jī)頭機(jī)尾的中板、底板、側(cè)幫等進(jìn)行等離子熔覆強(qiáng)化處理后,可顯著地提高刮板輸送機(jī)的整體耐磨性能,使整機(jī)各功能部件達(dá)到了最佳匹配,提高了溜槽的使用壽命。該技術(shù)修復(fù)再制造的中部槽,過煤量超過進(jìn)口中部槽,成本僅為25-30%,性價(jià)比高,正逐步替代進(jìn)口耐磨合金鋼中部槽。
(1)等離子熔覆層具有以下技術(shù)特征:
——熔覆層厚度在1.5~2mm之間;
——熔覆層顯微硬度可達(dá)到HRC55以上;
——熔覆層與中板的結(jié)合強(qiáng)度高于耐磨焊條堆焊;
——等離子合金層表面平整無明顯凸點(diǎn)的凹坑;
——熔覆合金層磨擦系數(shù)比中板、底板降低50%;
——熔覆合金層耐酸耐鹽水腐蝕性是16Mn中板、底板的10倍以上。
(2)利用等離子熔覆技術(shù)對(duì)刮板輸送機(jī)中部槽進(jìn)行耐磨強(qiáng)化處理后,可達(dá)到綜合提高使用效能之目的。主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:
(a)中部槽的中板、底板、機(jī)頭機(jī)尾的中板、舌板為刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中磨損速度最快的部分,磨損到一定程度后,便會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度不夠而報(bào)廢。對(duì)此,根據(jù)磨損部位及程度的不同,確定合適的熔覆參數(shù),使用等離子熔覆耐磨強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行耐磨處理,可使中板的耐磨壽命延長(zhǎng)2倍以上。
(b)中部槽的槽幫兩端部位因?yàn)槭艿芥湕l和刮板連接環(huán)的接觸磨擦,磨損較快。利用等離子熔覆強(qiáng)化設(shè)備,在槽幫的兩端進(jìn)行熔覆處理,可顯著延長(zhǎng)它的使用壽命,使用壽命可延長(zhǎng)2倍以上。
(c)合金熔覆層間的磨擦系數(shù)約為中板、底板和槽幫鋼的50%,運(yùn)行阻力大大減小,使刮板輸送機(jī)的運(yùn)行能耗明顯降低,為煤礦生產(chǎn)節(jié)約了寶貴的電能。同時(shí)基本消除了擠鏈、壓溜等現(xiàn)象的發(fā)生。
(d)在煤礦井下,空間狹小,設(shè)備繁多,搬運(yùn)、安裝和維修工作非常困難。經(jīng)等離子熔覆強(qiáng)化技術(shù)耐磨處理后,壽命明顯延長(zhǎng),大大減少了搬運(yùn)次數(shù),同時(shí)減少了搬運(yùn)過程中的安全隱患。
三、等離子精細(xì)熔覆技術(shù)與傳統(tǒng)耐磨工藝處理的技術(shù)比較
1.技術(shù)比較
2.等離子精細(xì)熔覆技術(shù)在本領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力表述
我們公司研究的等離子精細(xì)熔覆技術(shù)耐磨熔覆層以(Fe, Cr)7C3為主強(qiáng)化相,硬度達(dá)HRC55以上,采用美國(guó)ASTM-G65標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行磨損試驗(yàn),熔覆層磨損失重僅為0.056g,同等試驗(yàn)條件下球墨鑄鐵和瑞典Hardox450耐磨鋼的磨損量分別為3.1g和0.8g,耐磨性能分別提高54倍和13倍。該技術(shù)還可以根據(jù)需要加入CrC或WC強(qiáng)化相,以滿足不同的工況需求。采用該工藝制備的高溫耐磨層在700℃工況條件下的使用壽命為不銹鋼件的5-15倍,制備的耐腐蝕熔覆層性能優(yōu)于鍍鉻層,按照ASTM-G48標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的點(diǎn)蝕試驗(yàn)表明熔覆層的耐蝕性能為304不銹鋼的1.2~2倍。該技術(shù)與激光熔覆工藝相比具有單次熔覆層厚、冶金過程充分、無夾渣、可熔覆工件內(nèi)孔等優(yōu)勢(shì);與電鍍硬鉻相比具有無Cr6+污染、熔覆層厚、高溫耐磨性能優(yōu)越、與基體呈冶金結(jié)合、可根據(jù)需要靈活添加合金元素等優(yōu)勢(shì),與等離子噴涂比具有熔覆層厚、結(jié)構(gòu)致密、無氣孔、夾雜和裂紋、與基體結(jié)合牢固等優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)徹底摒棄了傳統(tǒng)工藝中的工藝簡(jiǎn)陋、高耗能、重污染等所有弊端,可取代以上工藝而應(yīng)用在大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、油缸、液壓支架立柱等惡劣工況條件下的工件的強(qiáng)化,實(shí)現(xiàn)工藝連續(xù)化生產(chǎn),消除二次污染,利用該技術(shù)在煤礦行業(yè)修復(fù)的液壓支架活塞桿項(xiàng)目,表面具有極高的耐磨耐蝕性能,是原來的10~20倍,硬度達(dá)到HRC40~60,大大延長(zhǎng)了其使用壽命,該科技成果整體技術(shù)性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
四、經(jīng)濟(jì)性分析
1.等離子熔覆技術(shù)創(chuàng)新在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的作用
該技術(shù)在柔性高溫等離子束流作用下,將合金粉末與基體表面迅速加熱并一起融化,混合、擴(kuò)散、反應(yīng)、凝固,等離子束離開后自激冷確,在基體表面形成一個(gè)耐磨合金層,從而實(shí)現(xiàn)表面的強(qiáng)化和硬化。通過對(duì)國(guó)內(nèi)部分大公司的刮板運(yùn)輸機(jī)中的中部槽和轉(zhuǎn)載機(jī)的技術(shù)修復(fù),延長(zhǎng)了其設(shè)備部件的使用壽命,減低零部件的使用量,符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的“減量化”原則;使其獲得新的使用性能,符合“再利用” 的原則;同時(shí)采用表面強(qiáng)化和修復(fù)技術(shù),可以節(jié)約資源、減少排放對(duì)環(huán)境的污染, 符合“資源化”的原則。由此可以看出,等離子熔覆技術(shù)是金屬零部件在制造過程中“降低消耗、降低排放、提高效率”的重要手段,在循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有不可替代的位置。該技術(shù)通過進(jìn)一步分析、研究、設(shè)計(jì)強(qiáng)化涂層,可最大限度的提高工礦機(jī)械、零部件的使用壽命,充分有效、合理的利用資源,將在汽車、電力、冶金、石油和機(jī)械等工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中發(fā)揮節(jié)約資源、節(jié)能減排的重要作用。據(jù)國(guó)家權(quán)威部門統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年報(bào)廢的中部槽多達(dá)50~60萬節(jié),若能全面推廣使用等離子熔覆工藝技術(shù),可節(jié)省鋼材 610~712萬t,實(shí)現(xiàn)價(jià)值2140~2188億元。如今許多煤礦機(jī)械的生產(chǎn)廠家, 為了提高煤礦生產(chǎn)的可靠性, 將刮板輸送機(jī)中部槽的中板采用進(jìn)口鋼板, 將厚度由25~30mm 提高到40~50mm,估計(jì)成本將增加1~2倍,一部普通刮板輸送機(jī)在運(yùn)載60~80萬t煤之后就報(bào)廢了,稍大型刮板輸送機(jī)的中板采用厚度為50mm的進(jìn)口鋼材,而該機(jī)的過煤量也只是在300萬t左右。按年全國(guó)煤炭產(chǎn)量20億t及采煤機(jī)械化平均水平45%統(tǒng)計(jì),保守估計(jì),采用等離子熔覆耐磨處理技術(shù)每年可為全國(guó)刮板輸送機(jī)減少磨損節(jié)省資金10~12億元。
“循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展”是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方針和國(guó)策,以等離子熔覆技術(shù)為代表的表面強(qiáng)化與修復(fù)技術(shù),有著廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景。循環(huán)經(jīng)濟(jì)作為減輕對(duì)自然資源的壓力和增強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,是人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇,等離子熔覆技術(shù)及耐磨產(chǎn)品的問世正是填補(bǔ)了物質(zhì)流動(dòng)方向“資源---產(chǎn)品—再生資源”的閉環(huán)流動(dòng)型,以“減量化、再利用、再循環(huán)”的反饋式流程,實(shí)現(xiàn)“高利用、低排放”,從根本上消除了長(zhǎng)期以來經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境資源之間的矛盾,既能減輕企業(yè)發(fā)展的成本壓力,實(shí)現(xiàn)加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo),又能加快企業(yè)的流動(dòng)性發(fā)展,還能最大限度的保護(hù)和利用好自然資源和環(huán)境,是工業(yè)化、城市化與生態(tài)化有機(jī)結(jié)合的根本途徑,是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境“雙贏”的最佳模式。當(dāng)前,進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃和布局,盡快提高我國(guó)表面強(qiáng)化工程的綜合能力,將在國(guó)家經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式中發(fā)揮其更大的作用。
2.具體數(shù)據(jù)及分析
以某煤礦企業(yè)刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽和轉(zhuǎn)載機(jī)上的應(yīng)用為例,耐磨技術(shù)采用nm-w-8金屬合金粉末,使用自動(dòng)化機(jī)械手臂操作,使用專用等離子設(shè)備,根據(jù)實(shí)際溜槽磨損程度采用菱形焊接紋路,耐磨處理后大大提高了磨損嚴(yán)重中部槽的耐磨性,延長(zhǎng)了使用壽命,成本大幅下降,處理后的熔覆層硬度達(dá)到HRC55以上,耐磨合金層表面與刮板鏈條摩擦形成光滑表面,摩擦系數(shù)減少,減輕了輸送煤炭時(shí)的運(yùn)行阻力,降低了10%~30%的運(yùn)行阻力,該煤礦企業(yè)刮板輸送機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)購(gòu)買總價(jià)款為3000萬元,刮板輸送機(jī)使用壽命一般為3年,采用該技術(shù)后,使用壽命延長(zhǎng)了4~5年,增加了1.5倍左右,為企業(yè)節(jié)省了1500萬元費(fèi)用,同時(shí)節(jié)省安裝搬家1500工時(shí),節(jié)省電費(fèi)近20萬元。等離子熔覆以高效率、低成本、熔覆層質(zhì)量?jī)?yōu)異等綜合優(yōu)勢(shì)得到合作各方好評(píng)。
五、等離子熔覆技術(shù)施工方案
檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):MT183-1988《刮板輸送機(jī)中部槽》和《煤礦機(jī)電設(shè)備檢修技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。
具體耐磨處理步驟按排如下:
1.進(jìn)場(chǎng)前需甲方提供相應(yīng)的施工場(chǎng)地;免費(fèi)提供水、電、住宿、行車、叉車、等運(yùn)輸設(shè)備;
2.具備施工條件后供方安裝調(diào)試機(jī)器,并檢查統(tǒng)計(jì)需要修復(fù)的中部槽表面磨損情況;
3.清點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng),逐一整理分類所需耐磨處理中部槽,對(duì)需要修復(fù)的中部槽進(jìn)行表面附著物清理;
4.對(duì)于中部槽中板中部鏈溝部分,先采用普通堆焊填平后再熔覆耐磨層;
5.溜槽槽幫、接口處做一道耐磨層; 前溜溜槽僅底板做耐磨處理;后溜溜槽中、底板及鏈溝做耐磨處理;
6.對(duì)于中板熔覆圖形采用菱形網(wǎng)格加強(qiáng)型熔覆層布置,熔覆層寬度8-10mm,熔覆層厚度為比母板高出1.5~2mm;詳見圖1,圖2;
7.中板兩側(cè)自動(dòng)化設(shè)備達(dá)不到的死角,由手持設(shè)備做填補(bǔ);中間鏈道部分做重點(diǎn)強(qiáng)化處理;
(8)槽幫鋼兩端頭(接口處)采用手持設(shè)備熔覆150-200 mm。
根據(jù)具體情況選擇合適的工藝參數(shù):
粉末硬度:HRC55 以上;
熔覆曲線形式:菱形;
熔覆電流:200-450;
等離子弧高度:15-55mm;
熔覆速度:0.3-1.2m/min;
送粉量:4-10(送粉器數(shù)字表顯示值);
大離子氣:5-15;
小離子氣:4-15;
送粉氣:4-18;
冷卻水設(shè)定溫度:15-25。
六、等離子精細(xì)熔覆技術(shù)處理效果展示
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