高腐蝕性礦井水環境下綜采設備的防腐處理

梁開東 劉祥彬 石 虎

（山東能源重裝集團魯南裝備制造有限公司，山東 棗莊 277521）

1 概述

煤礦綜采設備的安全直接決定著煤炭開采效率，至2017年，全國大、中型煤礦機械化程度已分別達到95%和80%以上。煤炭主要是地下開采，開采環境陰暗、潮濕，且礦井水質成分復雜，井下采煤機械設備的腐蝕現象十分嚴重。根據原煤炭部對部分礦井腐蝕情況的調查，鋼鐵在井下的年平均腐蝕深度為0.2～1.2mm，在腐蝕嚴重的礦井中，鋼鐵的腐蝕速度為海洋環境的2～3倍。由于設備零部件高速腐蝕，導致設備功能失效，嚴重地威脅了煤礦的安全生產。

目前，盡管各種防腐措施很多，但針對煤礦井下綜采設備環境的腐蝕及防護研究還較為少見，因此對綜采設備液壓支架上不同的零部件，選擇耐腐蝕材料和綜合的表面防腐蝕技術是非常必要的，魯南裝備公司作為專業液壓支架生產廠家，根據田陳煤礦復雜地質條件開展防腐研究。

2 立柱、千斤頂耐腐蝕性能處理

比較圖1田陳煤礦井下使用10個月后的激光熔覆立柱與圖2鍍鉻立柱，激光熔覆表面經10個月使用后幾乎沒有任何銹蝕，立柱端面由于沒有做任何防護措施而被嚴重銹蝕。由于電位較正的激光熔覆層與鋼基體材料構成了電偶腐蝕，從而導致了電位較負的鋼基體加速腐蝕。鍍鉻表面則出現了點蝕或鍍層大面積剝落后腐蝕的現象。

鍍硬鉻是一種傳統的表面電鍍技術，已經應用長達70多年。由于鍍鉻層硬度高、耐磨、耐蝕并能長期保持表面光亮且工藝相對比較簡單、成本較低而得到廣泛應用。但是鍍鉻工藝如果控制不好，極易產生鍍鉻缺陷，如鍍鉻槽液污染嚴重，槽液比例失調等會產生嚴重的針孔，而鍍前處理不好（主要是鋼基表面油污或氧化膜沒有去除干凈）及鍍鉻過程中斷電則會嚴重影響鍍層的結合力，造成鍍層在使用過程中剝落。

圖2 鍍鉻立柱

3 結構件常用材料的耐腐蝕性能處理

（1）結構鋼的耐腐蝕性能處理

一般情況下，鋼的腐蝕速率都會隨著碳含量的增加而增加。合金元素對鋼鐵材料的耐腐蝕性能的影響較為復雜，尤其是合金元素的加入有利于提高鋼的耐腐蝕性能。

部分結構件在使用過程中外表面基本不受力的作用，基本上可以看作是一個單純的腐蝕過程，因此可以考慮涂料防腐。考慮到煤礦井下濕度、礦化度及水溫高的特點，在涂料選擇上一定要選擇耐熱、耐水、耐化學性好的涂料。根據這一性能要求，結構件在涂刷涂料前對基材進行噴砂處理，除銹等級不低于Sa2.5級。涂層采用涂刷的方式，其中無機硅酸鋅底漆兩遍涂刷，配套防銹面漆直接兩遍涂刷，經實踐證明在田陳煤礦綜采環境下具有良好的防腐蝕性能，防腐效果較之原有工藝有明顯提高。這取決于板材材質和噴涂材料的選擇、板材表面處理工藝。

（2）不銹鋼的耐腐蝕性能處理

田陳煤礦液壓支架的閥件原用中碳鋼材質，但由于腐蝕嚴重不能滿足使用要求，因而選用2Cr17不銹鋼替代。按不銹鋼正火狀態來分，2Cr17相較于中碳鋼屬于含碳量相對低的鐵素體不銹鋼，其高含鉻量（≥16%）而具有良好的耐腐蝕性能，同時還有8%～11%的鎳，Ni還可以有效提高鋼的熱力學穩定性，使鋼無論是在氫去極化還是氧去極化過程中都有效提高鋼的耐腐蝕性能。通常情況下，Ni和Cr同時作為主要的合金元素加入不銹鋼中，可以使不銹鋼既耐氧化性介質腐蝕，也對不太強的還原性介質具有一定的耐蝕性。

經證明，2Cr17不銹鋼閥件在田陳煤礦礦井水環境中的耐腐蝕性能要明顯優于中碳鋼閥件。

4 銷軸的QPQ工藝耐腐蝕性能處理

銷軸作為液壓支架的主要鉸接件，不僅要求具有優異的耐腐蝕性能，同時還有強度、硬度、耐磨性等要求。目前銷軸處理工藝是調質+表面淬火+鍍鋅方式，不僅成本高，還對環境造成污染。QPQ處理工藝是將工件在滲氮鹽和氧化鹽中處理，在金屬表層生成厚度約為20μm的硬化層，實現滲氮與氧化的復合，工件表面會生成一層致密的四氧化三鐵膜，以及一定厚度的滲氮層，極大地提高了零件的耐磨性能和抗腐蝕性能，且處理后的工件幾乎不發生畸變，在不增加零件外形尺寸的條件下提高強度。

QPQ處理工藝完全可以取代目前銷軸熱處理工藝，且處理后的效果明顯優于后者。

5 結論

通過對田陳煤礦在用設備腐蝕現象進行分析，運用最新成熟的科學研究成果，通過防腐技術的研究，提出科學性、技術性、經濟性和安全性的綜合腐蝕控制方案，確定綜采設備結構件、立柱千斤頂等防腐蝕措施，以保證綜采設備的安全長壽命運行。