[其他]高锰钢电铲铲齿的复合再生新工艺

说明书

本发明属于利用定向凝固理论和电渣堆焊方法使磨损电铲铲齿再生新工艺。

目前，在大型露天矿山的开采中，电铲的铲齿磨损极为迅速，在F＝14～18矿岩剥离条件下，铲齿使用1～2周就必须更换。同样在煤炭开采、地质、水电、铁路、交通等部门使用的电铲铲齿，虽然不及冶金矿山系统耗量大，但其总数也不少。仅据初步统计，鞍山钢铁公司所属主要矿山年耗电铲铲齿达6500个，用去高锰钢854吨，按每吨2200元计算，每年就需185万元。冶金工业部系统年用于电铲铲齿的高锰钢达4700吨，折合人民币超过一千万元。在其他系统中，仅东北三省及内蒙古自治区煤矿用铲齿年耗高锰钢可达1950吨。由此可见，减少铲齿的消耗是具有重大经济效益的。

当前国内外主要是从材质和结构两个方面来提高电铲铲齿使用寿命的。结构改进是变整体铲齿为复合式铲齿。这种结构型铲齿在日、美等国正广泛应用。其优点是套齿互换性强，拆卸方便，节省材料，但其缺点是精铸工艺复杂，不易掌握。

使用整体式铲齿，其历史悠久。它的优点是浇铸方便，无精度要求，成本低。但其缺点是，一旦铲齿尖磨损，整个铲齿就要报废。所以欧、美、日等国采用在高强钢中添加铬、钼等合金元素进行固溶强化和弥散强化来提高铲齿寿命。但其缺点是冶炼工艺和热处理工艺较为复杂。

使用ZGMn13高锰钢做电铲铲齿是最常用方法，但使用寿命还应提高。许多国家通过在ZGMn13钢中加入铬、钼、钨、钒等合金元素来提高其使用寿命，但缺点是热处理周期长，经济效益低，不宜推广。

为了提高铲齿寿命，国内外还曾采用在铸造铲齿上堆焊高碳，高铬、钼、硅等合金元素。使用这种方法，虽然铲齿使用寿命提高了，但成本也显著增加，并且堆焊易造成铲齿表面过硬，堆焊层易剥落。因此用堆焊方法提高铲齿寿命也不理想。

1981年苏联完成了用电渣堆焊方法修复磨损铲齿的试验，1982年苏联批准了该项专利，其专利号为775943。这种工艺修复的再生铲齿其使用寿命相当于铸造新齿的使用寿命。这样相对寿命提高一倍，达到了节约金属材料的目的。

1985年3月苏联又采用电渣熔焊横向法再生铲齿。它的方法是在铲齿尖部均匀加高铬铸铁。这种铲齿由于均匀合金化能保持锋锐的自磨刃角，因此提高了使用寿命，达到了节约能源和金属原料消耗的目的。

但是苏联修复磨损报废铲齿的工艺没有应用定向结晶理论，即使再生铲齿的堆焊部分得到定向结晶的组织结构。因为横向电渣堆焊法无法消除被焊高锰钢和高铬铸铁所产生横向裂纹的危害性，又由于焊接的铲齿部分与铲齿工作受力方向垂直，在电铲工作时，很容易使裂纹扩展，以至使铲齿折断。同时他们采用热渣法堆焊，这样就难于控制结晶成核和核长大，所以不能保证结晶时横向晶粒细化。

鉴于上述问题，本发明从挖掘高锰钢潜力出发，利用定向结晶理论，采取电渣堆焊方法来修复磨损电铲铲齿。本工艺装置和流程见附图1。在废铲齿端部（1）焊以相同材质金属（M13）做为自耗电极（2），在渣池（3）形成以后，插入有冷却水（4）的结晶器（5）中进行熔炼，待熔化完毕后，对磨损铲齿加热数分钟使端部熔化，再与熔铸部分（6）对接，拔模以后，即形成了新型复合再生铲齿。

本发明使用的结晶器形状与铲齿工作部分外形相似。熔焊时采用冷法造渣，即把CaF₂为基础的加入MgO，CaO，Al₂O₃，MoO的中性渣以固体形式装入结晶器内，然后通电熔化。采用冷法造渣有利于增加结晶成核质点，细化钢的组织。在本工艺中采用粗电极、大填充比、电极浅埋入形式进行电渣堆焊的。见附图2。所谓粗电极、大填充比是指电极与容纳电极的结晶器周围保持一定安全距离尺寸，其安全距离尺寸应在10～30毫米之间。电极浅埋入是指电极进入渣池的深度h_E要保持在10～30毫米之间。在堆焊过程中，渣池深度h_s要控制在80～100毫米，熔池深度h_m应小于a，最佳深度应在a～ 3/4 a之间，a表示渣池底长边尺寸。在堆焊时，堆焊电流I保持在1500～3500安培，对接处电流为4000～6000安培。由于采用上述方法，这样就使熔池受热由点热源变成面热源，结晶角接近于零度，保证了堆焊部分按纵向结晶。