楊 華，古 威，唐定忠，何東林

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣西柳州545002）

材料工程

高爐液壓泥炮活塞桿的高分子材料修復(fù)試驗(yàn)

楊 華，古 威，唐定忠，何東林

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣西柳州545002）

本文介紹應(yīng)用高分子材料對(duì)柳鋼煉鐵高爐KD300型液壓泥炮活塞桿進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)，探討高分子材料修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展。

高分子材料；液壓泥炮；活塞桿；超金屬修補(bǔ)劑；試驗(yàn)

高爐液壓泥炮是高爐出鐵后，將炮泥壓出堵住鐵口的關(guān)鍵設(shè)備，液壓泥炮要堵滿很長的出鐵孔通道，又要修補(bǔ)爐內(nèi)前墻，要求液壓泥炮具備較大推力及容量，以能夠便于爐前風(fēng)口操作及運(yùn)行安全可靠，液壓泥炮在高爐使用壽命的好壞，直接影響能否保證鐵口正常除鐵運(yùn)行。因爐前工作環(huán)境較惡劣，高溫、粉塵大，液壓泥炮的油缸因密封性問題，進(jìn)入粉塵后，造成活塞桿表面拉傷，產(chǎn)生泄漏，無法在線使用。液壓泥炮油缸下線后通常對(duì)拉傷嚴(yán)重（深度大于0.5 mm，受損面占40%以上）采取焊接、上機(jī)床車磨削、表面重新鍍鉻的修復(fù)工藝，存在周期長、費(fèi)用高且存在焊后易變形、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等問題。而對(duì)拉傷較輕微只打磨拋光處理，修復(fù)效果不佳[1]。

高分子材料修補(bǔ)劑是近年國外發(fā)展很快的新型分子合金材料，廣泛應(yīng)用于零件的涂敷與粘接，已獲得耐磨、抗蝕、密封等零件所需性能，在冶金、石化、機(jī)械、鑄造、汽車、等行業(yè)帶來了無數(shù)成功實(shí)例。鑒于它的成功案例，機(jī)制公司液壓缸項(xiàng)目組擬開展調(diào)查、培訓(xùn)及選型試驗(yàn)，以把新型修補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用到液壓缸修復(fù)項(xiàng)目。

1 常用修復(fù)工藝分析

1.1 傳統(tǒng)修復(fù)工藝

（1）機(jī)械加工修理法：對(duì)刮傷零件進(jìn)行測繪并重新制作，這種修復(fù)方法費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)料，修復(fù)成本高，它主要針對(duì)液壓缸的零部件已經(jīng)損壞、變形十分嚴(yán)重，沒有修復(fù)價(jià)值時(shí)才采用的最后手段。

（2）焊接修理法：用于修復(fù)零部件的局部缺陷時(shí)稱之為補(bǔ)焊。補(bǔ)焊的最大特點(diǎn)是施工簡便、修復(fù)成本低、時(shí)間短。但它對(duì)材質(zhì)的性能和工件的使用環(huán)境、焊前處理、施焊、焊后處理方法及施工參數(shù)數(shù)據(jù)要求嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)員工技能水平要求高，再者，在施焊過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生局部高溫，工件本體之間的不均勻加熱必然造成焊區(qū)及熱影響區(qū)產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致焊修件變形、裂紋、局部硬化、相組織變化、疲勞性能下降等缺陷。所以焊接修理法同樣不利于液壓缸壁的修復(fù)工作。

1.2 新型修復(fù)工藝

高分子修補(bǔ)法：高分子修補(bǔ)劑和金屬基層兩方面可形成配位鍵，配位鍵是高分子材料粘連金屬的重要標(biāo)志，粘連力的大小取決于界面上配位鍵的密度和強(qiáng)度，而鐵、鋼、鑄鐵、銅、鋁及周表中的一些金屬元素，生成配位鍵的能力都比較強(qiáng)，所以高分子修補(bǔ)劑對(duì)金屬有很強(qiáng)的粘連力。使用它只需消除零件上的油質(zhì)后進(jìn)行涂敷，再對(duì)其打磨外形至光滑，它操作簡單，不需昂貴的設(shè)備、熟練的工人，室溫操作，不會(huì)使零件產(chǎn)生熱影響和變形，安全節(jié)能，是一種快速，經(jīng)濟(jì)的維修新技術(shù)。

2 KD300型液壓泥炮活塞桿修復(fù)試驗(yàn)

柳鋼機(jī)制公司與南寧貝爾佐納高分子材料公司聯(lián)合，對(duì)柳鋼煉鐵廠KD300型液壓泥炮活塞桿進(jìn)行了修復(fù)試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)?zāi)康募胺绞?/p>

2.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）驗(yàn)證高分子材料與金屬基面之間的粘連力是否達(dá)到要求：

（2）驗(yàn)證高分子材料的耐磨性；

（3）驗(yàn)證溫度（200℃）對(duì)高分子材料的影響。

2.1.2 實(shí)施方式

應(yīng)用貝爾佐納超金屬1111（BELZONA SUPER METAL 1111）在常溫狀態(tài)下修復(fù)拉傷的活塞桿，驗(yàn)證修復(fù)效果，測試不同溫度下的硬度。

2.2 試驗(yàn)對(duì)象情況

（1）試驗(yàn)對(duì)象情況：KD300型液壓泥炮油缸活塞桿直徑：φ125 mm，活塞桿材料35#鋼。如圖1所示。

圖1 KD300型液壓泥炮油缸活塞桿

（2）使用工況

缸內(nèi)介質(zhì)：長城46#液壓油，工作油溫約80°C，工作壓力為20 MPa（200 kg/cm2）。

工作環(huán)境：煙粉較多，泥炮配套了冷卻系統(tǒng)，油缸外圍環(huán)境溫度約50°C.

活塞桿面出現(xiàn)拉傷：共4條主要拉痕，長度約為50 mm，寬度約為1 mm，深度約為0.7 mm.如圖2所示。

圖2 活塞桿拉傷示意

3 試驗(yàn)修復(fù)過程步驟

3.1 使用產(chǎn)品

（1）貝爾佐納超金屬1111（BELZONA SUPER METAL 1111），如圖3所示。

圖3 貝爾佐納超金屬修復(fù)劑

（2）適用范圍：設(shè)備一般性修補(bǔ)，更新、再生、可機(jī)加工。

（3）應(yīng)用領(lǐng)域：軸、液壓活塞、承重機(jī)座、鍵槽、管道、法蘭盤等。

3.2 預(yù)清潔

用具：丙酮、干凈布條、鋼絲刷等。

清除表面松散物質(zhì)，使用清洗劑（現(xiàn)用丙酮）去除表面油污及其它污染物。

3.3 表面處理

3.3.1 表面粗糙化

準(zhǔn)備工具手提式砂輪機(jī)（5 mm切割片）、手電鉆（6mm鉆頭）、油石、丙酮、干凈布條等。使用手提砂輪機(jī)對(duì)拉痕進(jìn)行修整，此次因主要拉痕有4條，所以為方便修復(fù)，打磨出長為70 mm，寬約為6 mm，深度約為5 mm的修補(bǔ)槽。如圖4所示。

圖4 活塞桿修補(bǔ)槽打磨示意

磨好修補(bǔ)槽后，再使用手電鉆在修補(bǔ)槽兩端鉆出φ5 mm、深度5 mm的止裂孔。

3.3.2 粗糙化要求

（1）徹底除銹和氧化皮，顯出母體本色，表面粗糙度至少75 μm.

（2）修補(bǔ)槽深度與寬度應(yīng)不小于1.6 mm，并在槽的兩端鉆深1.6 mm以上的止裂孔。

修補(bǔ)槽各邊應(yīng)該垂直與工件表面。

3.4 基體清潔

使用氧割槍對(duì)活塞桿進(jìn)行火焰烘烤，用紅外測溫槍檢測溫度，在150℃內(nèi)，使?jié)B入表層的油污完全溢出來，直至無火花四濺。再次用丙酮對(duì)活塞桿修復(fù)面進(jìn)行清潔，在常溫下等20 min左右使清潔劑完全揮發(fā)和干燥后才能進(jìn)行下一步驟。

3.5 調(diào)料

（1）等表面干燥后進(jìn)行配料、調(diào)料?，F(xiàn)用產(chǎn)品超金屬1111配料時(shí)應(yīng)按體積比進(jìn)行配料，即基料、固化劑3：1混合。

（2）調(diào)料時(shí)一定要其充分混合均勻，保證調(diào)好的顏色均勻呈現(xiàn)灰色，無雜色即可。因?yàn)槌?jí)金屬1111的初次反應(yīng)固化時(shí)間為15 min，所以在配料、調(diào)料的過程中盡量要快，以便留出較多操作時(shí)間（15 min后固化劑會(huì)與基料進(jìn)行反應(yīng)，并產(chǎn)生熱量，加快固化），如圖5所示。

圖5 修補(bǔ)劑調(diào)料示意

3.6 敷涂

用具：抹刀、調(diào)料板、橡膠帶、干凈布條等。

（1）先施敷一層薄層，這一層要用力下壓，保證與活塞桿完全有效的接觸；膠帶貼在修補(bǔ)面的左右、上下這四個(gè)方向，防止修補(bǔ)劑粘到活塞桿表面上，如圖6所示。

圖6 第一層敷涂效果

（2）再根據(jù)所修補(bǔ)的表面進(jìn)行依次敷涂第二層、第三層……，直至修復(fù)劑整體填滿修補(bǔ)槽，每層都要盡力壓實(shí)，保證不留空隙和氣泡。在表面完全固化前，抹平表面，以獲得光滑的外表面，如圖7所示。

圖7 敷涂完成后示意

3.7 固化及后處理

用具：油石、細(xì)砂紙、煤油、干凈布條、游標(biāo)卡尺等。

超級(jí)金屬1111修補(bǔ)劑的完全固化時(shí)間為：常溫狀態(tài)下24 h完全固化并達(dá)到力學(xué)性能最好。待修補(bǔ)劑完全固化后首先用油石進(jìn)行打磨至大于活塞桿直徑0.05 mm后，再用細(xì)砂紙磨細(xì)化表面粗糙度，直至外徑為φ125 mm即可，如圖8所示。

圖8 打磨后敷涂層

4 修復(fù)效果驗(yàn)證及結(jié)論

4.1 驗(yàn)證產(chǎn)品

使用貝爾佐納超金屬1111（BELZONA SUPER METAL 1111）進(jìn)行驗(yàn)證。

技術(shù)參數(shù)：

（1）抗磨損性：在1 kg負(fù)荷時(shí)潮濕0.889 cm3/千轉(zhuǎn)，干燥0.056 cm3/千轉(zhuǎn)（潮濕環(huán)境，摩擦設(shè)備施加1 kg負(fù)荷，設(shè)備摩擦轉(zhuǎn)速1 000 r/min,高分子材料在上述條件下被磨削后，損失的體積為0.889 cm3，同理干燥條件下，是0.056 cm3）。

（2）粘合力：低碳鋼190 kg/cm2（與200 kg/cm2，20 MPa基本吻合）。

（3）抗壓強(qiáng)度：自然固化914 kg/cm2，加熱固化1 055 kg/cm2（超過200 kg/cm2，20 MPa）。

（4）抗撓強(qiáng)度：自然固化633 kg/cm2，加熱固化914 kg/cm2.

（5）硬度：肖式D級(jí)89（HB670）

（6）抗熱性：干燥環(huán)境200°，潮濕環(huán)境93°.

4.2 驗(yàn)證內(nèi)容

（1）室溫（20°C）下高分子材料的耐磨性；

（2）高溫（200°C）下高分子材料的耐磨性；

（3）高溫（200°C）高分子材料與常溫高分子材料的相對(duì)硬度。

用具：樹酯夾布導(dǎo)向帶、電加熱器、游標(biāo)卡尺、硬度測試儀、干凈布條、割槍等。

4.3 驗(yàn)證過程

（1）常溫下尺寸測量：對(duì)修補(bǔ)槽三個(gè)部位的尺寸、硬度進(jìn)行測量，測量結(jié)果分別是1號(hào)尺寸為φ125.10 mm、硬度為HB226；2號(hào)尺寸為φ125 mm、硬度為HB215；3號(hào)尺寸為125.10 mm、硬度為HB217，如圖9所示。

（2）常溫下的耐磨性：利用與其接觸的樹酯夾布導(dǎo)向帶相互摩擦200次以上，如圖10所示。選擇樹酯夾布導(dǎo)向帶為試驗(yàn)用具的原因?yàn)?，樹酯夾布導(dǎo)向帶與活塞桿接觸最頻繁且在KD300泥炮油缸密封材料中最堅(jiān)硬。摩擦200次以上后，再進(jìn)行尺寸測量1、2、3號(hào)測點(diǎn)尺寸。所得數(shù)據(jù)見表1.

圖10 樹酯夾布導(dǎo)向帶摩擦活塞桿修復(fù)部位

表1 活塞桿修復(fù)層硬度、尺寸值檢測表

（3）給修補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行加熱：利用電加熱器對(duì)其修補(bǔ)區(qū)域加熱至200°C，保溫10 min.

5 修復(fù)試驗(yàn)效果及結(jié)論

（1）修補(bǔ)后常溫狀態(tài)下，高分子修復(fù)層硬度略高于母材硬度；加熱至200°C后，修復(fù)層硬度略有降低，差異不大。修復(fù)過程操作相對(duì)簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度較低，未產(chǎn)生變形，修復(fù)后尺寸公差達(dá)到圖紙要求。

（2）該高分子材料為半液態(tài)泥狀，每千克覆蓋面積為398 cm3，單價(jià)2 000元，可滿足約30~40件活塞桿修復(fù)需求，工效提升約2~3倍，修復(fù)成本降低50%以上，具備較大成本優(yōu)勢(shì)。

（3）該活塞桿上線使用約12個(gè)月，使用正常，粘合力、抗壓強(qiáng)度、抗撓強(qiáng)度雖未在試驗(yàn)中檢測，但通過實(shí)際上線12個(gè)月的使用驗(yàn)證，表明達(dá)到相關(guān)性能參數(shù)能夠滿足實(shí)際使用要求。

6 結(jié)束語

高分子材料修復(fù)工藝已在液壓缸、葉輪、泵殼等產(chǎn)品修復(fù)中推廣應(yīng)用，較傳統(tǒng)修復(fù)方式可減少焊接、機(jī)加工工作量，具有無變形，修復(fù)周期短、操作方式簡單及勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)勢(shì)，柳鋼各類機(jī)械設(shè)備修復(fù)需求較大，應(yīng)加強(qiáng)研究應(yīng)用高分子材料這一快速且經(jīng)濟(jì)的維修新技術(shù)，從此可大幅降低維修成本，創(chuàng)造良好經(jīng)濟(jì)效益。

[1]徐永洲，章天華.現(xiàn)代大型高爐設(shè)備及制造技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

Repair Experiment Of Hydraulic Mud Gun By Polymer Materials Paper

YANG Hua，GU Wei，TANG Ding-zhong，HE Dong-ling
（Guangxi Liuzhou Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545002，China）

This paper introduces the repair experiment of KD300 type of hydraulic mud gun of liuzhou iron and steel company by polymer materials paper，discuss the application and development of polymer materials technology to repair.

polymer materials paper；hydraulic mud gun；piston rod；SUPER METAL；repair experiment

TF321.5

A

1672-545X（2016）11-0192-04

2016-08-06

楊華（1977-），男，廣西柳州人，本科，工程師，研究方向?yàn)橐苯饳C(jī)械設(shè)備制造及修復(fù)、鋼結(jié)構(gòu)工程；古威（1987-），男，廣西柳州人，本科，助理工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)備加工制造及修復(fù)。