專(zhuān)利名稱(chēng):高錳鋼電鏟鏟齒的復(fù)合再生新工藝的制作方法
本發(fā)明屬于利用定向凝固理論和電渣堆焊方法使磨損電鏟鏟齒再生新工藝。
目前，在大型露天礦山的開(kāi)采中，電鏟的鏟齒磨損極為迅速，在F＝14～18礦巖剝離條件下，鏟齒使用1～2周就必須更換。同樣在煤炭開(kāi)采、地質(zhì)、水電、鐵路、交通等部門(mén)使用的電鏟鏟齒，雖然不及冶金礦山系統(tǒng)耗量大，但其總數(shù)也不少。僅據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，鞍山鋼鐵公司所屬主要礦山年耗電鏟鏟齒達(dá)6500個(gè)，用去高錳鋼854噸，按每噸2200元計(jì)算，每年就需185萬(wàn)元。冶金工業(yè)部系統(tǒng)年用于電鏟鏟齒的高錳鋼達(dá)4700噸，折合人民幣超過(guò)一千萬(wàn)元。在其他系統(tǒng)中，僅東北三省及內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦用鏟齒年耗高錳鋼可達(dá)1950噸。由此可見(jiàn)，減少鏟齒的消耗是具有重大經(jīng)濟(jì)效益的。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主要是從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面來(lái)提高電鏟鏟齒使用壽命的。結(jié)構(gòu)改進(jìn)是變整體鏟齒為復(fù)合式鏟齒。這種結(jié)構(gòu)型鏟齒在日、美等國(guó)正廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是套齒互換性強(qiáng)，拆卸方便，節(jié)省材料，但其缺點(diǎn)是精鑄工藝復(fù)雜，不易掌握。
使用整體式鏟齒，其歷史悠久。它的優(yōu)點(diǎn)是澆鑄方便，無(wú)精度要求，成本低。但其缺點(diǎn)是，一旦鏟齒尖磨損，整個(gè)鏟齒就要報(bào)廢。所以歐、美、日等國(guó)采用在高強(qiáng)鋼中添加鉻、鉬等合金元素進(jìn)行固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化來(lái)提高鏟齒壽命。但其缺點(diǎn)是冶煉工藝和熱處理工藝較為復(fù)雜。
使用ZGMn13高錳鋼做電鏟鏟齒是最常用方法，但使用壽命還應(yīng)提高。許多國(guó)家通過(guò)在ZGMn13鋼中加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素來(lái)提高其使用壽命，但缺點(diǎn)是熱處理周期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益低，不宜推廣。
為了提高鏟齒壽命，國(guó)內(nèi)外還曾采用在鑄造鏟齒上堆焊高碳，高鉻、鉬、硅等合金元素。使用這種方法，雖然鏟齒使用壽命提高了，但成本也顯著增加，并且堆焊易造成鏟齒表面過(guò)硬，堆焊層易剝落。因此用堆焊方法提高鏟齒壽命也不理想。
1981年蘇聯(lián)完成了用電渣堆焊方法修復(fù)磨損鏟齒的試驗(yàn)，1982年蘇聯(lián)批準(zhǔn)了該項(xiàng)專(zhuān)利，其專(zhuān)利號(hào)為775943。這種工藝修復(fù)的再生鏟齒其使用壽命相當(dāng)于鑄造新齒的使用壽命。這樣相對(duì)壽命提高一倍，達(dá)到了節(jié)約金屬材料的目的。
1985年3月蘇聯(lián)又采用電渣熔焊橫向法再生鏟齒。它的方法是在鏟齒尖部均勻加高鉻鑄鐵。這種鏟齒由于均勻合金化能保持鋒銳的自磨刃角，因此提高了使用壽命，達(dá)到了節(jié)約能源和金屬原料消耗的目的。
但是蘇聯(lián)修復(fù)磨損報(bào)廢鏟齒的工藝沒(méi)有應(yīng)用定向結(jié)晶理論，即使再生鏟齒的堆焊部分得到定向結(jié)晶的組織結(jié)構(gòu)。因?yàn)闄M向電渣堆焊法無(wú)法消除被焊高錳鋼和高鉻鑄鐵所產(chǎn)生橫向裂紋的危害性，又由于焊接的鏟齒部分與鏟齒工作受力方向垂直，在電鏟工作時(shí)，很容易使裂紋擴(kuò)展，以至使鏟齒折斷。同時(shí)他們采用熱渣法堆焊，這樣就難于控制結(jié)晶成核和核長(zhǎng)大，所以不能保證結(jié)晶時(shí)橫向晶粒細(xì)化。
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明從挖掘高錳鋼潛力出發(fā)，利用定向結(jié)晶理論，采取電渣堆焊方法來(lái)修復(fù)磨損電鏟鏟齒。本工藝裝置和流程見(jiàn)附圖1。在廢鏟齒端部(1)焊以相同材質(zhì)金屬(M13)做為自耗電極(2)，在渣池(3)形成以后，插入有冷卻水(4)的結(jié)晶器(5)中進(jìn)行熔煉，待熔化完畢后，對(duì)磨損鏟齒加熱數(shù)分鐘使端部熔化，再與熔鑄部分(6)對(duì)接，拔模以后，即形成了新型復(fù)合再生鏟齒。
本發(fā)明使用的結(jié)晶器形狀與鏟齒工作部分外形相似。熔焊時(shí)采用冷法造渣，即把CaF2為基礎(chǔ)的加入MgO，CaO，Al2O3，MoO的中性渣以固體形式裝入結(jié)晶器內(nèi)，然后通電熔化。采用冷法造渣有利于增加結(jié)晶成核質(zhì)點(diǎn)，細(xì)化鋼的組織。在本工藝中采用粗電極、大填充比、電極淺埋入形式進(jìn)行電渣堆焊的。見(jiàn)附圖2。所謂粗電極、大填充比是指電極與容納電極的結(jié)晶器周?chē)３忠欢ò踩嚯x尺寸，其安全距離尺寸應(yīng)在10～30毫米之間。電極淺埋入是指電極進(jìn)入渣池的深度hE要保持在10～30毫米之間。在堆焊過(guò)程中，渣池深度hs要控制在80～100毫米，熔池深度hm應(yīng)小于a，最佳深度應(yīng)在a～ 3/4 a之間，a表示渣池底長(zhǎng)邊尺寸。在堆焊時(shí)，堆焊電流I保持在1500～3500安培，對(duì)接處電流為4000～6000安培。由于采用上述方法，這樣就使熔池受熱由點(diǎn)熱源變成面熱源，結(jié)晶角接近于零度，保證了堆焊部分按縱向結(jié)晶。
按照金屬學(xué)理論，柱晶生長(zhǎng)的外因是傳熱的方向性，內(nèi)因是晶體生長(zhǎng)速度和各向異性。柱晶的晶界是雜質(zhì)和氣泡等富集地區(qū)，是高錳鋼凝固產(chǎn)生裂紋的根源。由于采用了本工藝，改變了高錳鋼的結(jié)晶取向，控制了晶粒生長(zhǎng)速度，可使高錳鋼的柱狀晶與液體的金屬界面，依金屬的組成、凝固速度和方向，使結(jié)晶成為柱狀的。本發(fā)明的堆焊凝固是以結(jié)晶器尖部一端逐步向上發(fā)展的結(jié)晶過(guò)程，整個(gè)柱狀晶是同向的，即平行于電鏟受力方向。這樣在縱向上具有較好的強(qiáng)度，硬度和韌性。在鏟齒工作時(shí)，對(duì)于已存在的或新產(chǎn)生的晶間裂紋，由于和受力方向同向，所以裂紋不易延伸和擴(kuò)展。同時(shí)定向結(jié)晶使奧氏體橫斷面晶粒細(xì)化，夾在平行柱晶之間的碳化物顆粒不易脫落這些都大大有利于提高鏟齒的使用壽命。
用電渣堆焊法修復(fù)的磨損高錳鋼鏟齒，于1985年9月至11月分別在鞍山鋼鐵公司東鞍山鐵礦1號(hào)和18號(hào)電鏟進(jìn)行了試驗(yàn)，其結(jié)果如下1、1號(hào)電鏟1號(hào)電鏟鏟齒全部使用電渣堆焊法修復(fù)的再生鏟齒，試驗(yàn)時(shí)間為11天，礦巖硬度F＝18～20，共挖礦20387噸，挖巖64220噸，合計(jì)為84607噸。在同一采區(qū)原高錳鋼鑄造鏟齒綜合挖礦巖量為40000～50000噸。再生鏟齒使用壽命比原齒提高50～60%。
2、18號(hào)電鏟18號(hào)電鏟使用一個(gè)再生鏟齒與4個(gè)鑄造鏟齒同時(shí)挖掘。試驗(yàn)時(shí)間為37天，巖石硬度F＝8～10，挖巖量144538噸。在再生鏟齒試驗(yàn)37天內(nèi)，原鑄造鏟齒更換二次，再生齒沒(méi)更換。
綜合試驗(yàn)結(jié)果，復(fù)合再生新鏟齒比原鑄造鏟齒的使用壽命明顯提高，至少可提高50%。從而節(jié)約了大量金屬材料，增加了經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)由于減少了換齒時(shí)間，也提高了勞動(dòng)效率，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
使用電渣堆焊法對(duì)磨損高錳鋼廢鏟齒復(fù)合再生，它的經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。以鞍山鋼鐵公司為例，年耗電鏟鏟齒的高錳鋼845噸，如果按80%的鏟齒可以回收，每個(gè)再生鏟齒壽命按提高50%計(jì)算，扣除再生齒的成本，每年經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)156萬(wàn)元，還可節(jié)電30多萬(wàn)度。如果按此推算，使用此工藝，冶金部系統(tǒng)可創(chuàng)年效益800多萬(wàn)元，節(jié)電160萬(wàn)度。
權(quán)利要求
1.一種利用定向凝固理論采用電渣堆焊方法，修復(fù)磨損電鏟鏟齒的再生工藝，是在磨損鏟齒端部(1)焊以相同材質(zhì)金屬做為自耗電極(2)，在渣池(3)形成后，插入有冷卻水(4)的結(jié)晶器(5)中進(jìn)行熔煉。熔化完畢后，加熱磨損鏟齒使端部熔化，再與熔鑄部分(6)對(duì)接，形成新型復(fù)合再生鏟齒。本發(fā)明的工藝特征是用粗電極、大填充比、電極淺埋入方法和用冷法造渣進(jìn)行電渣堆焊。在堆焊過(guò)程中，控制渣池深度hs和熔池深度hm，控制堆焊工作電流I，使焊接到磨損鏟齒上的金屬具有柱狀的組織結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)項(xiàng)1所述的冷法造渣，其特征是把CaF2為基礎(chǔ)加入MgO、CaO、Al2O3、MoO的中性渣以固體形式裝入結(jié)晶器內(nèi)，然后通電熔化。
3.權(quán)項(xiàng)1所述的粗電極大填充比，其特征是電極與容納電極的結(jié)晶器周?chē)３忠欢ò踩嚯x尺寸，其安全距離尺寸在10～30毫米之間。
4.權(quán)項(xiàng)1所述的電極淺埋入，其特征是電極進(jìn)入渣池深度hE要保持在10～30毫米之間。
5.權(quán)項(xiàng)1所述的渣池深度，其特征是渣池深度hS應(yīng)控制在70～100毫米之間。
6.權(quán)項(xiàng)1所述的熔池深度，其特征是熔池深度hm應(yīng)小于a，hm最佳值在a～ 3/4 a之間，a為渣池長(zhǎng)邊尺寸。
7.權(quán)項(xiàng)1所述的堆焊工作電流I，其特征是堆焊電流I控制在1500～3500安培，對(duì)接處電流I控制在4000～6000安培。
8.權(quán)項(xiàng)1所述的柱狀組織結(jié)構(gòu)，其特征是該柱狀組織結(jié)構(gòu)應(yīng)是同向的，即平行于鏟齒工作時(shí)受力方向。
專(zhuān)利摘要
一種利用定向凝固理論和電渣堆焊方法使磨損電鏟鏟齒再生新工藝。它要求使用的結(jié)晶器形狀與鏟齒工作部分外形相似，熔焊時(shí)采用粗電極大填充比，電極埋入渣池深度hE控制在10～30毫米，渣池深度hs控制在80～100毫米，渣池深度h
文檔編號(hào)B23K25/00GK86104011SQ86104011
公開(kāi)日1988年2月10日 申請(qǐng)日期1986年6月17日
發(fā)明者尤隆潤(rùn) 申請(qǐng)人:鞍山鋼鐵公司, 鞍鋼礦山公司研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan