一种矿用刮板机铸造槽帮分区差速淬火装置及工艺方法与流程

本发明属于槽帮铸造技术领域，具体涉及一种矿用刮板机铸造槽帮分区差速淬火装置及工艺方法。

背景技术：

刮板输送机是煤炭综采工作面的主要运输设备，槽帮是组成刮板输送机和中部槽的主要批量部件。目前槽帮通常由槽帮基体、凸端头、凹端头和推移耳四个主要部位组成，整体铸造成型，材料ZG30MnSi，调质处理。各部位的作用和工作状态下受力形式不同。槽帮基体采用Σ型结构，其内表面是工作面，当刮板输送机运行时，硬度较高的刮板和相对较软的槽帮内表面发生相对滑动，由于其间煤、矸石及金属颗粒和腐蚀产物的存在，形成了Σ型槽帮内表面的磨粒磨损；槽帮与槽帮之间通过凸端头和凹端头相互铰接，主要承受在工作面底板不平整时，采煤机往返割煤过程中，由采机重量对铰接点带来的周期性的压力作用，易造成两端头的磨损、断裂和压溃现象。槽帮推移耳和液压支架相互连接，主要受到液压支架的推力和拉力作用。

综上分析，槽帮合理的性能要求及硬度分布应该是“槽帮基体和两端头硬度偏高，推移耳硬度偏低，韧性则相对较高”。但是目前铸造槽帮仅通过单一的整体调质热处理，综合力学性能较差，更实现不了硬度和性能的合理分布，经常出现槽帮基体因硬度不高磨损过快、端头因强度不足发生断裂、推移耳因韧性不足出现拉断。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种矿用刮板机铸造槽帮分区差速淬火装置及工艺方法，该装置及工艺方法能够实现对槽帮的不同部位进行分区差速淬火，提高槽帮整体机械性能的同时，实现槽帮抗拉强度、冲击韧性、硬度等力学特性在不同部位的合理分布，满足实际工况的要求，提高中部槽和刮板输送机可靠性及使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种矿用刮板机铸造槽帮分区差速淬火装置，包括水泵和水槽，所述水槽中设置有水力孔板，所述水力孔板上均匀分布有多个出水孔，水力孔板上设置有多个支撑条；所述水力孔板将水槽分为上下两层，水槽的一个侧壁下层开设有至少一个进水口，每个进水口对应连接一台水泵；水槽侧壁上层开设有出水口，出水口处安装有水位调节装置。

所述水槽上端设有冷却风管，所述冷却风管上设有喷嘴，并与空压机联接。

所述水位调节装置为设置在出水口处的水位隔板。

所述进水口的数量为2～4个。

所述水槽的底部四角设置有支座。

一种矿用刮板机铸造槽帮分区差速淬火工艺方法，包括加热、淬火和高温回火，所述淬火为分区差速淬火：将槽帮推移耳朝上放置于水槽内，槽内液面可以浸没槽帮主体的链道、端头部位，不浸没推移耳部位，链道、端头部位采用水冷方式进行冷却，推移耳部位采用风冷方式进行冷却，冷却时间为6～8分钟。

所述加热是指，将槽帮进行整体加热，加热温度920℃，保温时间90～110分钟。

所述风冷方式为采用喷射压缩空气气冷进行冷却。

所述高温回火是指，将槽帮进行整体加热，加热温度为500℃～550℃，保温时间为180～210分钟。

所述高温回火后进行降温，所述降温是指槽帮在空气中自然冷却至25℃。

所述降温后进行表面处理，所述表面处理是指将冷却后的槽帮使用抛丸机进行清理，清除槽帮表面氧化皮。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明的槽帮分区差速淬火工艺方法，在槽帮加热保温阶段，采用比传统调质处理更高的热处理温度，选择920℃进行保温，采用比传统保温时间更短的保温时间，以防止晶粒过大，选择保温90～120分钟。在槽帮出炉淬火阶段，采用本发明的槽帮分区差速淬火装置，以带孔钢板上的进水孔为中心形成的水柱，由于流速快，冲击功高，可搅动冷却水、击碎淬火过程槽帮表面形成的气膜，提高淬火效果。循环冷却水槽水位根据槽帮具体尺寸设定，处于水位以下的槽帮基体、凸端头、凹端头等部位通过冷速较快的水冷方式，以获得高的硬度和耐磨性；水位以上的槽帮推移耳等部位通过冷速较慢的风冷方式，以获得较高的冲击韧性。

对槽帮不同部位同时进行了高效的分区差速淬火，实现了抗拉强度、冲击韧性、硬度等在槽帮不同部位的合理分布，提高了槽帮整体机械性能和使用寿命。本发明操作便捷，工艺先进合理，槽帮性能得到提高，同时利用提高淬火温度，缩短保温时间，细化了晶粒，提高了生产效率，节约了电能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是槽帮分区差速淬火过程示意图；

图4是槽帮分区差速淬火水流方向示意图；

图5是槽帮分区差速淬火与整体调质处理工艺对比图；

其中：1、水泵，2、水槽，3、支座，4、水力孔板，5、支撑条，6、水位隔板，7、推移耳，8、凸端，9、凹端，10、槽帮基体，11、冷却风管，12、空压机。

具体实施方式

以通用槽帮为例，总长1.75m，总高0.44m，底部(包含槽帮基体、凸端头、凹端头)高0.28m，顶部推移耳高0.16m，材料ZG30MnSi，主要化学成分(质量分数)C：0.28～0.35％，Si：0.6～0.8％，Mn：1.1～1.4％，S、P≤0.035％。

如图1和图2所示：一种矿用刮板机铸造槽帮分区差速淬火装置包括水泵1和水槽2，所述水槽2中设置有水力孔板4，所述水力孔板4上均匀分布有多个出水孔，水力孔板4上设置有多个支撑条5；所述水力孔板4将水槽2分为上下两层，水槽2的一个侧壁下层开设有三个进水口，每个进水口对应连接一台水泵1；水槽2侧壁上层开设有出水口，且出水口与进水口不设置在同一个侧壁上；出水口安装有水位调节装置，所述水位调节装置的作用是控制水槽中的水位高低。水槽2的底部四角设置有支座3。

水槽2四周布置环状冷却风管11，冷却风管11连接空压机12。冷却风管12的喷嘴环状布置16个，分四个面布置，每面各4个，孔径为φ4mm，风管压力为0.6MPa，喷嘴中心距上层带孔钢板表面高度600mm。将带有喷嘴的冷却风管11连接空压机、调节风管压力为0.6MPa，形成气冷系统。推移耳部位暴露在空气中，通过使用压缩空气进行风冷，可提高冷却效率和冷却效果。

需要说明的是，本发明的水槽2的尺寸、水力孔板4的出水孔密度和直径、出水口的位置、进水口的数量等，都可以根据实际需要处理的槽帮的尺寸和单次批量处理的槽帮数量进行试验或模拟试验确定。因此，结构尺寸等不构成对本发明的限制。

如本优选实施例中，对应所述的通用槽帮尺寸，水槽2的深度设计，上层深度以通过调节可以保证水位浸没凸端8、凹端9和槽帮基体10为准，下层深度以能保证通过水泵调节提供合适的冲击水柱为准。

采用本发明的装置及工艺方法对通用槽帮进行分区淬火处理，淬火后可以达到槽帮基体、凸端、凹端等部位抗拉强度980MPa，破断延伸率13％，硬度HB260～320，冲击功33J。推移耳等部位抗拉强度850MPa，破断延伸率17％，硬度HB200～240，冲击功38J。

如图3-5所示：

实施例1：首先开启三台水泵，对水槽2进行注水，根据槽帮需要水淬部分的高度尺寸，在出水口设置一块水位隔板6，决定水槽水位；

根据水力孔板形成的水柱高度和形状，以水柱高度不超过水槽水位为准，调节水泵1的流量和压力；

加热时，将槽帮在电阻炉中进行加热，保温温度920℃，保温90分钟后，出炉淬火；

淬火时，槽帮吊装采用推移7耳朝上，缓慢水平入水，直至槽帮基体、凸端头和凹端头全部没入水中，淬火过程水温≤30℃。而推移耳7部位则暴露在空气中，使用压缩空气进行空气冷却；冷却时间为6分钟。

高温回火时：加热温度为500℃，保温时间为180分钟。

降温时：槽帮在空气中自然冷却至25℃。

表面处理：将冷却后的槽帮使用抛丸机进行清理，清除槽帮表面氧化皮，提高外观质量，改善后续焊接条件，可以达到进一步减少和消除组织内应力的目的，还可以起到表层硬化的作用，能够提高槽帮表面抗疲劳强度，进一步提高槽帮使用寿命。

最后对分区差速淬火后的槽帮不同部位进行硬度、抗拉强度、破断延伸率和冲击功的测试，并和传统的调质槽帮进行对比。拉伸试验按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行，冲击试验按照GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行。测试结果对比如下表所示：

实施例2：首先开启三台水泵，对水槽2进行注水，根据槽帮需要水淬部分的高度尺寸，在出水口设置一块水位隔板6，决定水槽水位；

根据水力孔板形成的水柱高度和形状，以水柱高度不超过水槽水位为准，调节水泵1的流量和压力；

将槽帮在电阻炉中进行加热，保温温度920℃，保温100分钟后，出炉淬火；

淬火时，槽帮吊装采用推移耳7朝上，缓慢水平入水，直至槽帮基体、凸端头和凹端头全部没入水中，淬火过程水温≤30℃。而推移耳7部位则暴露在空气中，使用压缩空气进行风冷；冷却时间为7分钟。

高温回火时：加热温度为525℃，保温时间为195分钟。

降温时：槽帮在空气中自然冷却至25℃。

表面处理：将冷却后的槽帮使用抛丸机进行清理，清除槽帮表面氧化皮。

测试结果对比如下表所示：

实施例3：首先开启三台水泵，对水槽2进行注水，根据槽帮需要水淬部分的高度尺寸，在出水口设置一块水位隔板6，决定水槽水位；

根据水力孔板形成的水柱高度和形状，以水柱高度不超过水槽水位为准，调节水泵1的流量和压力；

将槽帮在电阻炉中进行加热，保温温度920℃，保温120分钟后，出炉淬火；

淬火时，槽帮吊装采用推移耳7朝上，缓慢水平入水，直至槽帮基体、凸端头和凹端头全部没入水中，淬火过程水温≤30℃。而推移耳7部位则暴露在空气中，使用压缩空气进行风冷；冷却时间为8分钟。

高温回火时：加热温度为550℃，保温时间为210分钟。

降温时：槽帮在空气中自然冷却至25℃。

表面处理：将冷却后的槽帮使用抛丸机进行清理，清除槽帮表面氧化皮。

当然，水位隔板6可由多个水位隔板6插接组成，通过拔插水位隔板6调节水槽水位。

测试结果对比如下表所示：

测试结果表明：槽帮通过缩短保温时间细化晶粒以及分区差速淬火后，和传统的调质处理相比较，槽帮基体、凸端、凹端等部位的抗拉强度、硬度明显提高，而推移耳等部位的冲击韧性则显著提高，实现力学性能的优化分布。

本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。