一種採煤工作面刮板輸送機中部槽製作工藝的製作方法

2023-05-02 06:16:51

本發明具體涉及一種採煤工作面刮板輸送機中部槽製作工藝，屬於材料處理加工領域。
背景技術：
：綜合機械化採煤已普及，刮板輸送機為連續運煤機械，是煤礦使用量最大、消耗最多的重要設備。刮板輸送機由機頭尾部、中部槽及其附屬部件組成。其中，中部槽是刮板輸送機的承載連接體的重要組成部分，是整套設備的關鍵部件，位於刮板機的中部，它既是刮板鏈的運行軌道，又是採煤機的行走軌道，還是載送煤流的運行通道。同時也是刮板機上用量最大、質量最重的部件，一般一臺刮板輸送機含100多節中部槽，每節槽長為1.2米或1.5米。中部槽為整體鑄焊封底式結構，中部槽主要由擋板槽幫、鏟板槽幫與中板、底板焊接組成，中板、底板材質為nm400，擋板槽幫、鏟板槽幫材質為zg30mnsi。上槽用作煤炭運輸，下槽供刮板返程使用。全國每年因磨損而失效的中部槽達到數十萬節。其原因為：①刮板、鏈條、煤流的運行與中板、槽幫的磨損，同時在使用中，若遇大塊煤巖卡死槽中，中板受壓還會產生縱向彎曲變形；②採煤機沿中部槽槽幫移動，造成槽幫上部磨損，同時附加的負荷和滾筒切割煤層的衝擊，還會造成槽幫變形；③採煤機前進向煤壁方向移動產生水平方向彎曲，同時推拉液壓支架受力使中部槽中板發生拱彎，加之底板鋪設不平產生上下彎曲，進而連接件受拉壓彎曲，加重了中板、槽幫邊緣的磨損。可見，中部槽使用工況較惡劣，受力複雜多變，因此要求中部槽有足夠的強度、剛度和耐磨性。為了滿足強度要求，現實中往往採用大裕量設計，容易造成資源浪費。而產品的質量主要體現在力學性能上，所以中部槽槽幫應具有良好的力學性能。據粗略統計，我國各大煤機廠每年生產的鑄造槽幫重量在30wt以上，因此，急需研製出一套更好的製造工藝，以提高刮板輸送機質量性能。產品現行工藝：中部槽的槽幫形狀結構複雜，體積較大，切削加工都比較困難，因此採用原材料直接鑄造成型。鑄鋼件容易產生較嚴重的枝晶偏析，凝固後組織極不均勻，尤其是合金鑄鋼件尤為明顯。在鋼液凝固過程中，奧氏體沿斷面厚度方向長成不同的晶粒形狀。鑄件斷面越厚，即冷卻愈慢時，柱狀晶及粗等軸晶愈發達。柱狀晶及粗等軸晶會使鋼的力學性能降低，特別是韌性。槽幫壁厚不均勻，同一鑄件的各部位往往有不同的組織結構，並且殘留相當大的內應力，因而其機械性能比較差。同行業中對zg30mnsi槽幫在這方面的研究不是很多，為了提高zg30mnsi槽幫鋼的性能質量，需要進行這方面的改進研究，使得材料成分和熱處理對zg30mnsi槽幫鋼質量的影響減小到最小，力學性能達到最佳。技術實現要素：本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種可以得到質量更佳的刮板輸送機的技術。為實現上述目的，本發明所採取的技術方案如下：本發明提供一種採煤工作面刮板輸送機中部槽製作工藝，包括鑄造步驟、熱處理步驟、焊接步驟。其中所述的鑄造步驟為：(1).選用70砂100份，水玻璃7-8份製作成中部槽槽幫鑄模，並使鑄模含水量為5-6％，溼壓力大於0.008mpa，溼透氣大於200，幹強度大於0.3mpa；(2).使鋼水出鋼溫度為1620-1640℃，出鋼後在鋼水包中進行鎮靜5-10分鐘，(3).開始澆注入中部槽槽幫鑄模，並在澆注過程中使鋼水保持溫度為1560-1580℃，開始澆注時控制小流量澆注，而後逐加大澆注流量；澆注完成後自然冷卻8小時拆模；將澆鑄成型的中部槽槽幫毛丕經過切削加工後中部槽槽幫結構成型；其中所述的熱處理步驟為：(1).正火：將結構成型的中部槽槽幫置於加熱介質中，按100-120℃/小時的速度進行加熱至630-680℃，並在此溫度區間內保溫1.5-2小時；再按50℃/小時的速度進行加熱至870-890℃，並在此溫度區間內保溫4-6小時；(2).冷卻：停止加熱，自然冷卻至≤400℃，並在此溫度區間內保溫5-7小時；(3).回火：再次加熱結構成型的中部槽槽幫，加熱速度按100-120℃/小時進行，並加熱至570-600℃，並在此溫度區間內保溫5-6小時；最後冷卻：停止加熱，爐內冷卻至小於300℃，然後自然冷卻至室溫；其中所述的焊接步驟為將中板、底板焊接在槽幫上，其過程如下：(1).在室溫不低於10℃的室內進行焊接；(2).對焊接部進行提前預熱，並使熱輸入為14-17kj/cm，利用割炬中性焰均勻加熱焊接口兩側各30mm寬，中板預熱至150-200度，槽幫預熱至200-250度，然後開始焊接；(3).焊接後，將中部槽進行消焊接應力退火：將中部槽加熱至500-550℃，並保持5小時，然後自然冷卻。如上所述的一種採煤工作面刮板輸送機中部槽槽幫製作工藝，具體為：所述的鑄造步驟中，當澆注鋼水升到鑄模冒口時，應停止澆注5分鐘，然後再迅速澆注並澆滿冒口。如上所述的一種採煤工作面刮板輸送機中部槽槽幫製作工藝，具體為：鋼水出鋼溫度為1630℃，出鋼後在鋼水包中進行鎮靜7分鐘；澆注過程中使鋼水保持溫度為1570℃。如上所述的一種採煤工作面刮板輸送機中部槽製作工藝，具體為：所述的焊接步驟具體如下：先將槽幫立放在兩側，中板拼裝在槽幫腰部，底板拼裝在槽幫底部；其拼裝時，形成的槽口寬度增加變形補償量△b，具體為：上槽口補償量△b為3-4mm，下槽口補償量△b為4-5mm，且上槽口補償量△b小於下槽口補償量△b2-3mm。如上所述的一種採煤工作面刮板輸送機中部槽製作工藝，具體為：所述的熱處理步驟為：(1).加熱：將結構焊接成型的中部槽按110℃/小時的速度進行加熱至500-550℃；(2).消應力退火：爐冷至150-200℃自然冷卻至室溫。如上所述的一種採煤工作面刮板輸送機中部槽製作工藝，具體為：焊接後將中部槽進行消應力退火：將中部槽加熱至500-550℃進行退火。本發明的有益效果為：本發明的技術結合刮板輸送機特有的機械結構特點和使用環境，制定出關於刮板輸送機的製造工藝，能有效提高刮板輸送機中部槽的耐磨機械性能，以及獲得結構尺寸精度更高的刮板輸送機。附圖說明圖1為刮板輸送機的中部槽斷面結構示意圖。其中：1-槽幫；2-中板；3-底板；4-背面焊縫。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明具體實施例及相應的附圖對本發明技術方案進行清楚、完整地描述。參考附圖1，中部槽由槽幫1、中板2、底板3焊接組成，中板2、底板3材質為nm400，槽幫1、鏟幫材質為zg30mnsi，主要壁厚30～70mm，兩端及中間局部有厚大部位。zg30mnsi槽幫鋼以碳、錳、矽三大元素為主的低合金鑄鋼，除此還存在上所述的少量雜質元素。碳是決定鋼材性能的基本元素，是獲得高強度、高硬度的有效強化元素之一，鋼的機械強度和硬度將隨著含碳量的變化而變化。錳是較弱形成碳化物的元素，能固溶於鐵素體，從而強化鐵素體。錳能增強奧氏體的穩定性，降低淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。但是錳有促進晶粒長大的作用，對鋼的過熱較敏感，含錳較高的鋼回火脆性較明顯。矽能固溶於鐵素體，且有較強的固溶強化作用，同時它對回火轉變有阻礙作用。當矽錳元素加入的配比適當時，可減少因矽引起的脫碳缺點，同時可減小錳鋼的過熱傾向。鋁作為脫氧劑加入，鋁能夠細化鋼的晶粒，抑制低碳鋼的時效，提高鋼在低溫下的韌性，抗氧化性、耐磨性和疲勞強度。由於低合金鑄鋼對原材料要求比較高，雜質元素硫、磷常被視為是有害的元素，含量必須嚴格控制。針對中部槽槽幫鋼使用性能要求，本申請人反覆化檢目前zg30mnsi槽幫鋼樣品，所得化學成分含量如下表。槽幫鋼實際生產過程中，對應試樣進行試驗時，會出現化學成分配比適當符合要求，經同樣的熱處理後機械性能卻出現相差較大的情況。同時一臺刮板輸送機需要多節中部槽，如出現上述情況，會導致同一臺刮板機不同的中部槽使用性能相差較大，影響整臺刮板機的使用性能。所以必須從化學成分與機械性能的關係來調整化學成分配比關係，由於實際生產中很難控制其中某一種元素的變化來實現對所需性能的控制。因此，找到各種元素對力學性能的影響規律，最佳配比各種化學元素含量，發揮各種元素的綜合作用，既能夠使得材料獲得較好的力學性能，又容易在實際生產中實施。同時必須選擇合理的熱處理工藝，最大限度的提高槽幫鋼的力學性能和使用性能。根據上述條件，本示例設計如下生產過程。一、鑄造步驟：採用的實模造型。鑄造線縮利率按水玻璃石灰石砂選擇為2.0％，加工面預留加工餘量為5mm,為減少鑄件重量，起模斜度加工面採用減少鑄件壁厚、非加工面使用增減壁厚的方式，起模斜度為α/mm≤2.0mm。在下泥芯時為保證泥芯不上浮，需使用芯撐對泥芯進行固定。澆注採用底注式澆注。在試製時選擇了石英砂和70砂兩種材料，co2硬化。在批量生產過程中面砂可採用石英砂，背砂採用70砂。混砂採用碾輪式混砂機進行。因石灰石砂耐碾性較差，要求混砂機的碾輪與底盤距離為20—25mm,刮板與底盤距離為5—10mm。先幹混2-4分鐘，再加水玻璃進行混碾。型砂配比及性能見下表：砂型表面流塗兩遍鋯英鋁礬土複合塗料。因石灰石砂在高溫下產生分解，生成大量的氣體，造型時要在砂型上做好排氣，提高砂型排氣能力。根據材料要求，冶煉過程中必須嚴格控制化學元素，特別是p、s、al含量的控制。採用搖包澆注，並帶隨爐試樣，以便進行力學試驗和化學元素抽查。為使鑄件得到良好的補縮，鋼水出鋼溫度控制在1620-1640℃，出鋼後在鋼水包中對進行鋼水鎮靜，以使懸浮在鋼液中的夾雜物上浮，鎮靜時間根據出鋼溫度應大於5min，不超過10min。澆注溫度控制在1560-1580℃，低溫澆注可以減少鑄件縮孔、縮松等缺陷的傾向。澆注時控制好澆注速度，開始時將鋼水流量控制得小些，避免鋼水對砂型的衝刷，而後逐漸加大。待鋼液上升到冒口時，應緩一下注流，然後增大注流繼續澆注，直到澆滿冒口。防止鋼水中的爐渣進入砂型型腔。整個澆注過程不允許鋼水斷流，避免鑄件產生冷隔缺陷。澆注後在鑄件冒口上加保溫覆蓋劑，提高冒口補縮效果。打箱時間控制在不小於8小時，防止鑄件過早打箱產生變形。在生產槽幫件過程中，經常出現槽幫頂部出現局部灰綠色玻璃狀夾渣物。這種夾渣物從鋼液中漂浮起來的，由於頂部沒有設冒口，夾渣物無法排出，便滯留形成夾渣缺陷。夾渣物主要組成物為錳鋁矽酸鹽，cao含量很低，夾渣物不是直接來自還原爐渣，因為還原爐渣有很高的氧化鈣含量，一般高大30％-50％。夾渣物中含有很高的mno，所以與鋼液有關，因為鋼液中含有大量錳元素。鋼液中的mno與還原渣中sio2、al2o3等酸性或弱酸性氧化物反應的產物。由於鋼液在澆包中鎮靜時間有限，捲入鋼液中的錳鋁矽酸鹽夾渣無法完全上浮，在澆注過程中部分渣液隨鋼液進入型腔，上浮到鑄型頂部，形成鑄件表面夾渣物。通過加強還原初期及出鋼前鋼液沉澱脫氧、稀薄渣形成後加錳鐵，可以減少鋼液中mno含量和消除鑄件錳鋁矽酸鹽夾渣物，消除這一缺陷。二、熱處理工藝：鑄鋼的變相點是制定熱處理工藝的重要依據，由於zg30mnsi槽幫鋼含碳量偏高，且形狀複雜，對其採用正火+回火的熱處理工藝過程。鋼的加熱溫度、保溫時間和冷卻方式整個熱處理過程中的各道工序是共同影響熱處理結果的。複雜的熱處理過程中，某一道工序一點點的變化都影響zg30mnsi槽幫鋼獲得不同的力學性能。因此，對於化學成分控制和熱處理對鋼的力學性能影響是多方面共同作用的結果，生產過程中必須高度重視每一道工藝，以獲得更優質的zg30mnsi槽幫鋼。所述的熱處理步驟為：(1).正火：將結構成型的中部槽槽幫置於加熱介質中，按100-120℃/小時的速度進行加熱至630-680℃，並在此溫度區間內保溫1.5-2小時；再按50℃/小時的速度進行加熱至870-890℃，並在此溫度區間內保溫4-6小時；(2).冷卻：停止加熱，自然冷卻至400℃，並在此溫度區間內保溫5-7小時；(3).回火：再次加熱結構成型的中部槽槽幫，加熱速度按100-120℃/小時進行，並加熱至570-600℃，並在此溫度區間內保溫5-6小時；最後冷卻：停止加熱，爐內冷卻至小於300℃，然後自然冷卻至室溫；三、焊接步驟如下：zg30mnsi和nm400為異種合金鋼焊接，選取焊絲應與焊接材料強度相當，並採用二氧化碳混合氣體保護焊，可選用55kg級的高強焊絲。工作環境：室溫不低於10℃。焊前預熱採用局部預熱，熱輸入14-17kj/cm。採用割炬中性焰均勻加熱坡口兩側各30mm寬，耐磨板處預熱溫度為150-200℃，槽幫處預熱溫度為200-250℃，槽幫處溫度需嚴格控制，焊接過程中需進行連續不間斷焊接。焊接電流：焊絲直徑打底焊填充焊蓋面焊備註φ1.2焊絲230-240a280a左右不大於320aφ1.6焊絲280-300a350a左右不大於380a電弧電壓：i300a時，u＝32-34v幹伸長度(工件到導電嘴的距離)：焊絲直徑i>300ai<300a備註φ1.2焊絲12-16mm不超過20φ1.6焊絲14-18mm不超過20氣體流量：i300a時，取15-20l/min焊接步驟：從中間向一頭退焊，然後從另一端向中間退焊，焊接時，焊絲對準中縫不得擺動，且焊絲角度均分坡口總角度。前一條焊道對後一條焊道起預熱作用，而後一條焊道對前一條焊道起熱處理作用，可改善焊接接頭處的組織和性能。出現缺陷及時返修。為防止冷裂紋起弧不能在母材上起弧。焊接順序：a、中板2的焊接先焊正面第一道焊縫，b、再焊背面焊縫4，焊縫應與中板2、槽幫1圓滑過渡。c、正面採用兩層三道焊接，第一層一道，第二層兩道，先焊接中板側，焊縫要平，防止槽幫側未焊透。若焊縫壓縫不好則採用三層四道焊接，第四道焊縫蓋面。中部槽槽幫1與中板2、底板3的焊接過程中，有效防止焊接變形量是保證焊接質量的重要因素之一。中板採用雙面v型坡口，槽幫採取與中板接焊處飛平，達到與中板可靠有效定位焊接。由於中部槽的焊後變形表現為槽口寬收縮變形，所以在組裝時槽口寬b確定為b+△b,預先加上了與焊接變形方向相反的變形補償量；又因為中部槽焊接後還有槽幫相對中板的偏轉變形，槽幫的收縮變形量上少下多，所以上、下槽口寬的變形補償量△b上、△b下也不一樣，△b上<△b下，即組裝時上下槽口尺寸呈梯形，確定變形補償量為△b上＝3mm～4mm，△b下＝4mm～5mm，且下口△b下比上口△b上大2mm～3mm。由於中部槽組件的每個零件存在尺寸和變形差異，不同焊工的焊接過程存在差異，這些都會使中部槽的焊接變形不穩定，所以在反變形法的基礎上又加上了剛性固定法。工藝措施是：在中部槽兩端上下槽口位置各加焊一根φ40圓鋼拉強(焊後去除)，採用強制手段來限制和減少焊後變形。焊後熱處理控制：槽幫與中板、底板焊接後，為了消除焊接殘餘應力，防止延遲裂紋等焊接缺陷的產生，減少焊接變形量，保證產品整體製造精度，中部槽焊接完成後應立即進行去應力退火處理，消應力退火溫度為500-550℃，恆溫保持2-3h。上述實施方式用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明做出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。當前第1頁12