煤矿用重型刮板输送机耐磨中板新材料的研用

乔 煜

(山西汾西矿业(集团)有限责任公司 设备修造厂，山西 介休 032000)

随着煤矿产量的日益增大，井下大型运输设备的磨损越来越严重。其中，刮板输送机就是煤矿中使用最广、磨损及耗能最严重的设备之一。

刮板输送机的核心部件中部槽的中板是物料的承载部分，运行过程中承受煤及矸石、刮板及链条的剧烈摩擦磨损，同时还要承受煤机运行中的动载负荷，如推拉液压支架侧向力和纵向力，采煤机振动及割煤时的反向力，大块煤、矸石卡死在槽中时的挤压、冲击力等。刮板输送机的失效也多由中部槽的中板过度磨损或断裂引起，所以中板的使用寿命是衡量整机寿命的重要指标。

为了提高刮板输送机的整机寿命，对刮板输送机中部槽中板材质的改进可大幅度提升刮板输送机的整机寿命和生产效率，提高装备的运行安全性和可靠性，并为企业带来较大的经济效益和社会效益。

1 主要研究内容

1) 对新型特种耐磨钢的耐磨性能进行试验。

2) 开发锰系耐磨钢的焊接工艺及性能中的关键技术。

3) 对中部槽中板在综采作业面进行全面工业试验，获取各种对比性能试验数据。

2 研究、试验方法

2.1 试验方法

1) 通过完善图纸及改进产品工艺，配套工装的设计及系列化、标准化等技术准备工作，使产品图纸具备试产条件；通过试生产检验产品工艺性以及技术资料的完整性；通过产品的试验检查该产品的整机性能。

2) 研究锰系耐磨钢的表面硬度、拉伸、弯曲、抗冲击强度性能测试，对不同载荷下的干磨损、冲蚀磨损试验进行对比。

3) 研究锰系耐磨钢的焊接工艺、焊缝组织结构，对焊缝的侧弯性能、拉伸性能进行检测。

4) 完成中部槽使用的锰系耐磨中板在综采工作面的试验，并与正在使用的其它系列耐磨板进行对比试验。

5) 建立不同使用工况下或冲击载荷下的锰系耐磨钢的表层强化规律，获取耐磨板使用寿命周期。

2.2 BTW钢成分、焊丝成分及焊接性能

1) BTW钢成分见表1。

2) 焊丝成分见表2。

3) 焊接性能。

焊机：LINCOLN LF45

焊丝：CHM18.8Mn实心焊丝，规格：d1.2mm

保护气体：Ar+5％CO2

环境温度：30 ℃

a) 外观检查。试板焊接过程中，对每一个焊道进行外观检查，并拍照保存(见图1)。

表1 BTW钢主要化学成分表

表2 CHM18.8Mn焊丝化学成分表重量百分比％

元素CSiMnPSCrNiMoCu0.0770.746.770.0140.00918.98.20.0550.028

图1 全焊道外观照片

b) 无损检测。

对焊接试板进行X射线探伤，依据GB/T3323-2005(BI级合格)，未发现超标缺陷。

对焊接试板进行超声波探伤，依据GB11345-89(BI级合格)，未发现超标缺陷。

用超声相控阵探伤仪对试板进行检测，未见连续缺陷， 超声相控阵检测到的点状缺陷图见图2。

图2 超声相控阵检测到的点状缺陷图

c) 力学性能检测。

用线切割的方式对分割焊机试板加工成力学试样，并进行力学试验。

试板拉伸性能见表3。

表3 焊件拉伸性能表

焊件侧弯试验分两组进行，首先将弯心直径定为8d，弯曲结果不合格，试板弯曲(8d)性能见表4 ，弯后试样见图3、4、5；然后将弯心直径定为16d，弯曲试验结果合格，试板弯曲(16d)性能见表5。

表4 焊件弯曲性能(8d)表

表5 焊件弯曲性能(16d)表

3 新型材料的焊接参数

耐磨钢焊接参数数据见表6～8。

4 结果分析

采用的BTW锰系耐磨金属,设计中降低了钢中奥氏体的稳定性，在中低冲击载荷下，通过应变诱发马氏体相变，其强化系数高达2.5倍，表面硬度可提高到HRC52～62，强化层深度约为2 mm。当表面的一层硬化材料被磨掉之后，新露出的表面同样会得到自强化，因而在使用过程中产品的耐磨性及使用寿命显著提高，但在没有发生塑性变形的中心，则仍保持高的冲击韧性。

图3 宏观金相图

图4 焊缝金相图

图5 熔合线附近图

表6 不锈钢焊丝焊接参数数据表

备注:打底焊后平均温度为208.5 ℃，填充后平均温度为250 ℃，盖面后为330 ℃。

表7 普通焊丝焊接参数数据表

备注:打底焊后平均温度为208 ℃，填充后平均温度为259.5 ℃，盖面后为300 ℃。

表8 常用焊丝焊接参数数据表

备注：打底焊后平均温度为210 ℃，填充后平均温度为261 ℃，盖面后为310 ℃。

以高碳高合金垂直连铸机生产的耐磨钢克服了高锰钢屈服强度低、磨料磨损性能差的缺点，表面硬度及耐磨性显著提高，耐磨件能承受较大的冲击载荷而不断裂，抗剥落及抗破碎性能是其它产品的5倍以上，其主要技术指标达到了国际领先水平。耐磨钢应用在工程机械的履带板、铲齿上的使用寿命是铸钢Mn13的3 倍；应用在重载刮板输送机中部槽上的使用寿命是NM400的2倍以上。

5 结 论

选用BTW系列耐磨钢板作为中板材料，其在技术上达到了国际先进水平，比国内耐磨中板使用寿命提高了2倍以上，同寿命下整体重量降低约20％。新型耐磨中板有效解决了在复杂恶劣工况下整机使用寿命短的问题。使用新型耐磨中板材料还具有成本低、性能优越、应用领域广泛、节约稀有元素资源等显著特点。其产生的效果如下：

1) 节约了大量资源，1件耐磨中板产品可代替传统2件以上产品，即各煤矿刮板输送机中板每年所需的备件可减少一半，节约的钢材和电能也是十分可观。

2) 新产品的使用寿命提高1倍节省了大量的人力资本和停产损失，提高了装备的运行安全可靠性，经济效益显著。

参 考 文 献

[1]王润之,金毓洲. Fe-05耐磨合金粉块碳弧堆焊技术在综采刮板输送机上的应用[J].焊接，1987(8):56-59.

[2]煤炭科学研究总院太原分院. MT/T 105-2006刮板输送机通用技术条件[S].北京：中国煤炭工业出版社，2006:7-9.