高爐液壓泥炮活塞桿的高分子材料修復試驗

楊 華，古 威，唐定忠，何東林

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司，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試驗

楊 華，古 威，唐定忠，何東林

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司，廣西柳州545002）

本文介紹應用高分子材料對柳鋼煉鐵高爐KD300型液壓泥炮活塞桿進行修復試驗，探討高分子材料修復技術的應用及發(fā)展。

高分子材料；液壓泥炮；活塞桿；超金屬修補劑；試驗

高爐液壓泥炮是高爐出鐵后，將炮泥壓出堵住鐵口的關鍵設備，液壓泥炮要堵滿很長的出鐵孔通道，又要修補爐內前墻，要求液壓泥炮具備較大推力及容量，以能夠便于爐前風口操作及運行安全可靠，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，進入粉塵后，造成活塞桿表面拉傷，產生泄漏，無法在線使用。液壓泥炮油缸下線后通常對拉傷嚴重（深度大于0.5 mm，受損面占40%以上）采取焊接、上機床車磨削、表面重新鍍鉻的修復工藝，存在周期長、費用高且存在焊后易變形、產生內應力等問題。而對拉傷較輕微只打磨拋光處理，修復效果不佳[1]。

高分子材料修補劑是近年國外發(fā)展很快的新型分子合金材料，廣泛應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、機械、鑄造、汽車、等行業(yè)帶來了無數成功實例。鑒于它的成功案例，機制公司液壓缸項目組擬開展調查、培訓及選型試驗，以把新型修補技術應用到液壓缸修復項目。

1 常用修復工藝分析

1.1 傳統(tǒng)修復工藝

（1）機械加工修理法：對刮傷零件進行測繪并重新制作，這種修復方法費工、費時、費料，修復成本高，它主要針對液壓缸的零部件已經損壞、變形十分嚴重，沒有修復價值時才采用的最后手段。

（2）焊接修理法：用于修復零部件的局部缺陷時稱之為補焊。補焊的最大特點是施工簡便、修復成本低、時間短。但它對材質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數據要求嚴謹，對員工技能水平要求高，再者，在施焊過程中不可避免地會產生局部高溫，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)產生熱應力，導致焊修件變形、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工作。

1.2 新型修復工藝

高分子修補法：高分子修補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志，粘連力的大小取決于界面上配位鍵的密度和強度，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，所以高分子修補劑對金屬有很強的粘連力。使用它只需消除零件上的油質后進行涂敷，再對其打磨外形至光滑，它操作簡單，不需昂貴的設備、熟練的工人，室溫操作，不會使零件產生熱影響和變形，安全節(jié)能，是一種快速，經濟的維修新技術。

2 KD300型液壓泥炮活塞桿修復試驗

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

2.1 試驗目的及方式

2.1.1 試驗目的

（1）驗證高分子材料與金屬基面之間的粘連力是否達到要求：

（2）驗證高分子材料的耐磨性；

（3）驗證溫度（200℃）對高分子材料的影響。

2.1.2 實施方式

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

2.2 試驗對象情況

（1）試驗對象情況：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

缸內介質：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 試驗修復過程步驟

3.1 使用產品

（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劑

（2）適用范圍：設備一般性修補，更新、再生、可機加工。

（3）應用領域：軸、液壓活塞、承重機座、鍵槽、管道、法蘭盤等。

3.2 預清潔

用具：丙酮、干凈布條、鋼絲刷等。

清除表面松散物質，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

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

圖4 活塞桿修補槽打磨示意

磨好修補槽后，再使用手電鉆在修補槽兩端鉆出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）修補槽深度與寬度應不小于1.6 mm，并在槽的兩端鉆深1.6 mm以上的止裂孔。

修補槽各邊應該垂直與工件表面。

3.4 基體清潔

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

3.5 調料

（1）等表面干燥后進行配料、調料?，F(xiàn)用產品超金屬1111配料時應按體積比進行配料，即基料、固化劑3：1混合。

（2）調料時一定要其充分混合均勻，保證調好的顏色均勻呈現(xiàn)灰色，無雜色即可。因為超級金屬1111的初次反應固化時間為15 min，所以在配料、調料的過程中盡量要快，以便留出較多操作時間（15 min后固化劑會與基料進行反應，并產生熱量，加快固化），如圖5所示。

圖5 修補劑調料示意

3.6 敷涂

用具：抹刀、調料板、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；膠帶貼在修補面的左右、上下這四個方向，防止修補劑粘到活塞桿表面上，如圖6所示。

圖6 第一層敷涂效果

（2）再根據所修補的表面進行依次敷涂第二層、第三層……，直至修復劑整體填滿修補槽，每層都要盡力壓實，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、細砂紙、煤油、干凈布條、游標卡尺等。

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

圖8 打磨后敷涂層

4 修復效果驗證及結論

4.1 驗證產品

使用貝爾佐納超金屬1111（BELZONA SUPER METAL 1111）進行驗證。

技術參數：

（1）抗磨損性：在1 kg負荷時潮濕0.889 cm3/千轉，干燥0.056 cm3/千轉（潮濕環(huán)境，摩擦設備施加1 kg負荷，設備摩擦轉速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）抗撓強度：自然固化633 kg/cm2，加熱固化914 kg/cm2.

（5）硬度：肖式D級89（HB670）

（6）抗熱性：干燥環(huán)境200°，潮濕環(huán)境93°.

4.2 驗證內容

（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硬度。

用具：樹酯夾布導向帶、電加熱器、游標卡尺、硬度測試儀、干凈布條、割槍等。

4.3 驗證過程

（1）常溫下尺寸測量：對修補槽三個部位的尺寸、硬度進行測量，測量結果分別是1號尺寸為φ125.10 mm、硬度為HB226；2號尺寸為φ125 mm、硬度為HB215；3號尺寸為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向帶相互摩擦200次以上，如圖10所示。選擇樹酯夾布導向帶為試驗用具的原因為，樹酯夾布導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硬。摩擦200次以上后，再進行尺寸測量1、2、3號測點尺寸。所得數據見表1.

圖10 樹酯夾布導向帶摩擦活塞桿修復部位

表1 活塞桿修復層硬度、尺寸值檢測表

（3）給修補區(qū)域進行加熱：利用電加熱器對其修補區(qū)域加熱至200°C，保溫10 min.

5 修復試驗效果及結論

（1）修補后常溫狀態(tài)下，高分子修復層硬度略高于母材硬度；加熱至200°C后，修復層硬度略有降低，差異不大。修復過程操作相對簡單，勞動強度較低，未產生變形，修復后尺寸公差達到圖紙要求。

（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2 000元，可滿足約30~40件活塞桿修復需求，工效提升約2~3倍，修復成本降低50%以上，具備較大成本優(yōu)勢。

（3）該活塞桿上線使用約12個月，使用正常，粘合力、抗壓強度、抗撓強度雖未在試驗中檢測，但通過實際上線12個月的使用驗證，表明達到相關性能參數能夠滿足實際使用要求。

6 結束語

高分子材料修復工藝已在液壓缸、葉輪、泵殼等產品修復中推廣應用，較傳統(tǒng)修復方式可減少焊接、機加工工作量，具有無變形，修復周期短、操作方式簡單及勞動強度低等優(yōu)勢，柳鋼各類機械設備修復需求較大，應加強研究應用高分子材料這一快速且經濟的維修新技術，從此可大幅降低維修成本，創(chuàng)造良好經濟效益。

[1]徐永洲，章天華.現(xiàn)代大型高爐設備及制造技術[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，研究方向為冶金機械設備制造及修復、鋼結構工程；古威（1987-），男，廣西柳州人，本科，助理工程師，研究方向為機械設備加工制造及修復。