刮板输送机中部槽等离子熔覆合金涂层技术

摘要：阐述了中部槽在刮板输送机的地位及中部槽磨损情况，提出了一种能使中部槽循环利用永不磨损的技术，并对该技术的理念以及实际应用情况进行了分析。实践证明该技术能满足不同层次耐磨工况的需要。

关键词：中部槽；等离子熔覆合金涂层技术；耐磨损

0 前言

刮板输送机是煤炭生产的主要设备，它的使用效能决定了煤炭生产效率。中部槽是刮板输送机的机身构件，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。刮板输送机使用效能取决于中部槽的耐磨性。因而研究刮板输送机中部槽的耐磨技术就显得尤为重要。所谓中部槽永不磨损，这里必须设定2个条件：(1)机械损坏不含其中；(2)腐蚀磨损不包含在内。为了提高中部槽的使用寿命，上海多木实业有限公司利用等离子熔覆合金涂层技术研制了煤矿刮板输送机中部槽熔覆强化专用三维数控设备。等离子熔覆合金涂层技术是以等离子束为热源，在基体材料表面熔覆一层均匀致密、结合牢固的特殊保护涂层。熔覆强化专用三维数控设备由预设程序控制，操作过程全部自动完成，非常适合大型钢铁构件以及中小零件批量高效熔覆强化生产。

1 中部槽在刮板输送机中的地位

(1)在刮板输送机价格构成中占有的地位煤矿用刮板输送机由机头、机尾、电机、传动、控制和中部槽等组成。机头、机尾、中部槽在刮板输送机造价中占60％左右。所以，中部槽的使用寿命取决于刮板输送机的使用效益。

(2)耐磨性在刮板输送机维修维护中的地位中部槽、机头、机尾磨损失效不允许在井下维修，只能更换新的。在井下狭小的空间更换笨重的中部槽、机头、机尾具有很多弊端。刮板输送机最终又总是以机头、机尾、中部槽磨损失效而报废。所以刮板输送机的使用效益是增加机头、机尾、中部槽的耐磨性。

2 中部槽磨损形式分析

对失效中部槽分析可知，中板链道的磨损形式主要为磨料磨损和腐蚀磨损，重载时还有黏着磨损。

(1)磨粒磨损

刮板和链沿中板运行时，链表面凸体、链与中板间的硬颗粒对中板表面产生微切削和刮擦作用，导致磨粒磨损。磨粒把金属推挤在沟的两侧和前面，当链环和磨粒每通过中板表面一次，剪切应变就积累一次，故磨损表面下一个较宽的区域发生了严重的塑性变形和加工硬化。由于塑变硬化，位错塞积在晶界，很易在晶界处产生裂纹源，以致在链条和磨粒的反复作用下，裂纹扩展造成剥落。

(2)黏着磨损

从微观上看，刮板、链与中板的接触只是微凸体的相互接触，故当链环承载后作用在微凸体上的压力很高，由此在链道上产生的接触应力很高，尽管链环与中板表面的污染物，如煤粉和氧化腐蚀产物等阻碍黏着发生，但因界面上的相对运动，可能会使接触点上的污染膜消失，并使表面温度急剧升高，材料表层软化，甚至出现局部熔化现象，在压力的作用下链环与中板发生“冷焊”现象，在链条继续运动中，这

些“冷焊”点发生剪断而形成黏着磨损。

(3)腐蚀磨损

由于井下矿物水中存在腐蚀性介质，与摩擦副表面发生化学反应，而造成材料表层腐蚀，尤其磨损过的新鲜表面更易氧化及锈蚀，而腐蚀产物又易被接之而来的磨粒等磨去，这种磨损一腐蚀一磨损的交替过程大大地加速了中板的损坏。

3 能使中部槽耐磨损的技术及理念

3．1 等离子熔覆技术的基本原理

在柔性高温等离子束流作用下，将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、反应、凝固，等离子束离开后自激冷却，从而实现表面的强化与硬化。

3．2 本技术主要创新内容

①等离子束熔覆强化设备的研制；②熔覆合金涂层与机体呈冶金结合，不剥落；③ 涂层硬度HRC40 -65，根据工况需要随意设计；④研制专用等离子炬，使中部槽任何磨损部位均能实现等离子熔覆强化处理。

3．3 使中部槽耐磨损的基本理念

采用等离子熔覆合金涂层技术在中部槽磨损部位熔覆一层耐磨合金，中部槽使用过程的磨损以熔覆合金的磨损来保护中部槽基体永不磨损。根据永不磨损的基本理念，等离子熔覆合金强化技术可以在如下2个方面发挥应有的作用：

(1)在刮板输送机现有制造工艺和技术标准不变的情况下，根据工作面的煤炭储量、煤的硬度、地质条件设计熔覆合金涂层的材料配方、熔覆厚度、熔覆面积，确保一个工作面采完后中部槽基体不磨损。刮板输送机上井检修时，再根据新工作面的煤炭储量、煤的硬度、地质条件设计材料配方、熔覆厚度、熔覆面积等再对中部槽进行熔覆合金强化处理下井服役。周而复始，直至中部槽腐蚀磨损，机械损坏时宣

布报废。新刮板输送机第1次上井开始应用该技术会更有意义。

(2)利用等离子熔覆合金强化技术，针对仍有一定的强度，但在井下耐磨性不足以采完一个工作面的中部槽进行熔覆合金强化。根据工作面的可采储量、煤的硬度、地质条件设计熔覆合金涂层的材料配方、熔覆厚度、熔覆面积，确保一个工作面采完后中部槽基体不磨损。

4 井下工业实验

淮南矿务局张集煤矿：工作面煤炭储量240万t，煤炭硬度系数厂=0．7—1．1，地质条件较好。利用该技术生产了1 000余节煤矿刮板输送机中部槽，中部槽熔覆合金厚度4—5 inln，熔覆密度8％，合金涂层硬度HV700以上，工作面已采完，过煤量达到200多万t，熔覆合金磨损3—4 inln，滑靴道熔覆层仍有一定的厚度而且很完整。结果表明比未经等离子表面冶金强化的中部槽使用寿命提高4倍以上，但表面冶金的成本仅增加不到50％。由此大幅度降低井上井下拆迁搬运成本，降低频繁更换的劳动强度和煤炭生产中断损失，综合经济效益十

分明显。

5 预期

(1)刮板输送机在现有制造工艺和技术标准不变的情况下，应用等离子熔覆合金强化技术，能为煤炭企业降低大量的使用成本。如果中部槽井下腐蚀周期为20 年，全国煤炭大型刮板输送机年需求量2 000部，每部150节中部槽，每节中部槽1．5 t的话，那么，因使用等离子熔覆合金强化技术而节约下来1 年可节约45万t钢材，20 年节约900万t的钢材。相当于少建了一个钢厂。1部刮板输送机使用寿命一般为4 -5年，采用该技术后，使用寿命可延长至20 年，使用寿命延长了4—5倍。

(2)利用等离子熔覆合金强化技术，对社会存量旧中部槽进行修复强化处理。据市场调查，各规模以上煤炭生产集团(5 000多家)，地面旧中部槽存量都在2 000 3 000节，全国累计地面旧中部槽存量可达到100多万节，如果其强度达到要求的占到50％，通过该技术可修复使用的中部槽达到50万节之多。50万节中部槽可装配刮板输送机近4 000多部，按现有市场价格和中部槽在成本中所占的比重，可为现有煤炭工业节约设备费用100多亿元人民币。如果推广，能为国家节约巨大的钢铁资源，也能减少因冶炼钢材而造成的环境污染。