(天津鋼管集團(tuán)股份有限公司)

一、 引言

托輥是帶式輸送機(jī)的重要部件和易損件，通過(guò)輸送帶與其之前的摩擦力帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)物流的傳輸。通常帶式輸送機(jī)使用的托輥數(shù)量很大。托輥支撐輸送帶和物料的重量，因此必須擁有一定的強(qiáng)度，托輥質(zhì)量的好壞決定了帶式輸送機(jī)的使用生命和能源的消耗量。本文所涉及的項(xiàng)目對(duì)天津鋼管集團(tuán)股份有限公司的高爐槽下上料皮帶使用的托輥耐磨性能進(jìn)行研究。

二、 項(xiàng)目背景

天津鋼管集團(tuán)股份有限公司（英文縮寫(xiě)TPCO）是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的石油套管生產(chǎn)基地，主要產(chǎn)品還有高中壓鍋爐管、高壓氣瓶管、液壓支架管、管線管、結(jié)構(gòu)管等專(zhuān)用管材。歷經(jīng)二十年艱苦奮斗，已躋身于世界大型無(wú)縫鋼管企業(yè)前列，改寫(xiě)了我國(guó)石油套管長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的歷史，成為我國(guó)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的行業(yè)主力軍。

近年來(lái)，因?yàn)殇撹F行業(yè)的能耗非常嚴(yán)重，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，低碳環(huán)保的目標(biāo)，TPCP和中央制塑（天津）有限公司聯(lián)合成立項(xiàng)目組，研究開(kāi)發(fā)高爐槽下托輥的技術(shù)升級(jí)和改造方案，并進(jìn)行了為期一年的實(shí)驗(yàn)。

三、 金屬托輥的改造方案概述

3.1 實(shí)驗(yàn)托輥簡(jiǎn)介

   本項(xiàng)目研究對(duì)象為高爐槽下上料皮帶的金屬托輥，該皮帶用于上料系統(tǒng)，提供高爐的冶煉原來(lái)。未經(jīng)改造的金屬托輥規(guī)格如下：直徑φ89*240mm，壁厚3mm，材質(zhì)為普通Q235鋼板。 

3.2 金屬托輥的缺點(diǎn)

   金屬材質(zhì)易腐蝕，易粘附物料，項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)原有托輥在使用過(guò)程中，均出現(xiàn)了不同程度“生銹”的情況。而且傳統(tǒng)金屬托輥對(duì)皮帶的滑動(dòng)摩擦系數(shù)是0.68~0.8，由于較高的摩擦系數(shù)，導(dǎo)致其耐磨性能較差，通常一個(gè)托輥的使用壽命在2~3個(gè)月，同時(shí)摩擦力也導(dǎo)致皮帶受損速度加快。因此企業(yè)需要定期檢查排除隱患，如托輥受損嚴(yán)重，則需要及時(shí)更換，更換托輥需要停止生產(chǎn)，從而增大了經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該項(xiàng)目原有托輥更換成本約為2000元/個(gè)/次。

3.3 托輥改性分析

由于該生產(chǎn)線的特殊性，無(wú)法大規(guī)模更換其他材質(zhì)的托輥，因此項(xiàng)目組決定對(duì)原有金屬托輥進(jìn)行改造，在外層包覆超高分子量聚乙烯薄膜（UHMW-PE薄膜），從而提升其各方面性能。超高分子量聚乙烯薄膜是一種先進(jìn)的新材料，在耐磨、抗沖擊、自潤(rùn)滑等性能上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。2019年中央制塑（天津）有限公司與德國(guó)PerLa Tech有限公司達(dá)成合作，引進(jìn)UHMW-PE薄膜技術(shù)，項(xiàng)目組主要研究經(jīng)該材料包覆后的金屬托輥的耐磨防腐性能變化。

3.3.1 UHMW-PE薄膜的性能指標(biāo)

表1 物理特性

   在相同的磨損條件下，通過(guò)相對(duì)質(zhì)量損失表征不同材料的耐磨性能，得出以下結(jié)果：

圖1 不同材料的相對(duì)質(zhì)量隨時(shí)對(duì)比圖

    由圖可知，UHMW-PE薄膜的耐磨性能強(qiáng)于鑄造尼龍、尼龍66、St.37號(hào)鋼，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚四氟乙烯和聚醛樹(shù)脂。

表2 自潤(rùn)滑性能

圖2 抗沖擊性能

圖2 不同材料抗沖擊性能對(duì)比圖

3.3.2 貼附工藝

圖3 貼附工藝流程圖

1. 按照托輥長(zhǎng)度裁切UHMW-PE，使薄膜寬240mm；

2. 使用砂紙等對(duì)托輥表面進(jìn)行打磨處理；

3. 使用氣動(dòng)膠槍?zhuān)瑢IKA專(zhuān)用膠粘劑呈"Z"字均勻涂抹到托輥表面，并使用鋸齒刮板將膠粘劑刮勻，膠層厚度約2mm；

4. 將裁切好的超高分子量聚乙烯保護(hù)膜貼附在托輥表面

5. 使用塑料收縮膜纏繞在在外側(cè)，提供臨時(shí)固定；

6. 48小時(shí)候，取下托輥外部塑料收縮膜，即完成。

四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)論

項(xiàng)目組選擇高爐槽下改造過(guò)的一個(gè)托輥?zhàn)鳛閷?shí)驗(yàn)組，其余同期更換未進(jìn)行改造的金屬托輥為空白對(duì)照組。在正常生產(chǎn)使用狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，觀察上述兩組托輥的磨損和腐蝕程度（外觀）以判斷該改造方案的可行性。

圖4 未使用的對(duì)照組托輥（普通金屬托輥）

圖5. 未使用前的實(shí)驗(yàn)組和實(shí)驗(yàn)組托輥（照片）

圖6 使用5個(gè)月后的對(duì)照組托輥  

結(jié)論：通過(guò)外觀可以明顯看出貼附了UHMW-PE的金屬托輥磨損程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通金屬托輥，并且沒(méi)有發(fā)生任何形變，托輥承重強(qiáng)度沒(méi)有改變，可以推論該托輥仍可以正常使用。因此，通過(guò)此種方式改造可以達(dá)到預(yù)期效果，大大增強(qiáng)了金屬托輥的使用壽命。

五、經(jīng)濟(jì)效益分析

由于高爐槽下托輥使用頻率較高，為保證安全生產(chǎn)，普通金屬托輥每3個(gè)月更換，更換時(shí)需停產(chǎn)停工，成本較高，約2000元/托輥；通過(guò)貼附UHMW-PE的金屬托輥，實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)（即一年）未發(fā)現(xiàn)明顯壞損，因此推測(cè)其使用壽命超過(guò)1年，是原金屬托輥的4倍。因此，如選擇使用通過(guò)此法改進(jìn)的金屬托輥，每年可節(jié)約成本數(shù)十萬(wàn)元。

六、結(jié)語(yǔ)

    UHMW-PE薄膜具有良好的耐磨性能、抗沖擊性能和自潤(rùn)滑等性能，貼附至金屬托輥上，可改善其原有不耐磨、易腐蝕等缺點(diǎn)，增加其使用壽命，同時(shí)大量節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。因此，由天津鋼管集團(tuán)股份有限公司與中央制塑（天津）有限公司聯(lián)合成立設(shè)立的金屬托輥的改進(jìn)項(xiàng)目取得成功，未來(lái)將進(jìn)行內(nèi)部與外部的大面積推廣，創(chuàng)造更多的收益。