(天津鋼管集團股份有限公司)

一、 引言

托輥是帶式輸送機的重要部件和易損件，通過輸送帶與其之前的摩擦力帶動旋轉，從而實現物流的傳輸。通常帶式輸送機使用的托輥數量很大。托輥支撐輸送帶和物料的重量，因此必須擁有一定的強度，托輥質量的好壞決定了帶式輸送機的使用生命和能源的消耗量。本文所涉及的項目對天津鋼管集團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行研究。

二、 項目背景

天津鋼管集團股份有限公司（英文縮寫TPCO）是目前國內規模最大的石油套管生產基地，主要產品還有高中壓鍋爐管、高壓氣瓶管、液壓支架管、管線管、結構管等專用管材。歷經二十年艱苦奮斗，已躋身于世界大型無縫鋼管企業前列，改寫了我國石油套管長期依賴進口的歷史，成為我國參與國際競爭的行業主力軍。

近年來，因為鋼鐵行業的能耗非常嚴重，為實現節能減排，低碳環保的目標，TPCP和中央制塑（天津）有限公司聯合成立項目組，研究開發高爐槽下托輥的技術升級和改造方案，并進行了為期一年的實驗。

三、 金屬托輥的改造方案概述

3.1 實驗托輥簡介

   本項目研究對象為高爐槽下上料皮帶的金屬托輥，該皮帶用于上料系統，提供高爐的冶煉原來。未經改造的金屬托輥規格如下：直徑φ89*240mm，壁厚3mm，材質為普通Q235鋼板。 

3.2 金屬托輥的缺點

   金屬材質易腐蝕，易粘附物料，項目組發現原有托輥在使用過程中，均出現了不同程度“生銹”的情況。而且傳統金屬托輥對皮帶的滑動摩擦系數是0.68~0.8，由于較高的摩擦系數，導致其耐磨性能較差，通常一個托輥的使用壽命在2~3個月，同時摩擦力也導致皮帶受損速度加快。因此企業需要定期檢查排除隱患，如托輥受損嚴重，則需要及時更換，更換托輥需要停止生產，從而增大了經濟損失。經統計，該項目原有托輥更換成本約為2000元/個/次。

3.3 托輥改性分析

由于該生產線的特殊性，無法大規模更換其他材質的托輥，因此項目組決定對原有金屬托輥進行改造，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的新材料，在耐磨、抗沖擊、自潤滑等性能上具有無可比擬的優勢。2019年中央制塑（天津）有限公司與德國PerLa Tech有限公司達成合作，引進UHMW-PE薄膜技術，項目組主要研究經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

表1 物理特性

   在相同的磨損條件下，通過相對質量損失表征不同材料的耐磨性能，得出以下結果：

圖1 不同材料的相對質量隨時對比圖

    由圖可知，UHMW-PE薄膜的耐磨性能強于鑄造尼龍、尼龍66、St.37號鋼，遠遠高于聚四氟乙烯和聚醛樹脂。

表2 自潤滑性能

圖2 抗沖擊性能

圖2 不同材料抗沖擊性能對比圖

3.3.2 貼附工藝

圖3 貼附工藝流程圖

1. 按照托輥長度裁切UHMW-PE，使薄膜寬240mm；

2. 使用砂紙等對托輥表面進行打磨處理；

3. 使用氣動膠槍，將SIKA專用膠粘劑呈"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膜貼附在托輥表面

5. 使用塑料收縮膜纏繞在在外側，提供臨時固定；

6. 48小時候，取下托輥外部塑料收縮膜，即完成。

四、實驗過程與結論

項目組選擇高爐槽下改造過的一個托輥作為實驗組，其余同期更換未進行改造的金屬托輥為空白對照組。在正常生產使用狀態下，經過一段時間，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 未使用的對照組托輥（普通金屬托輥）

圖5. 未使用前的實驗組和實驗組托輥（照片）

圖6 使用5個月后的對照組托輥  

結論：通過外觀可以明顯看出貼附了UHMW-PE的金屬托輥磨損程度遠遠小于普通金屬托輥，并且沒有發生任何形變，托輥承重強度沒有改變，可以推論該托輥仍可以正常使用。因此，通過此種方式改造可以達到預期效果，大大增強了金屬托輥的使用壽命。

五、經濟效益分析

由于高爐槽下托輥使用頻率較高，為保證安全生產，普通金屬托輥每3個月更換，更換時需停產停工，成本較高，約2000元/托輥；通過貼附UHMW-PE的金屬托輥，實驗周期內（即一年）未發現明顯壞損，因此推測其使用壽命超過1年，是原金屬托輥的4倍。因此，如選擇使用通過此法改進的金屬托輥，每年可節約成本數十萬元。

六、結語

    UHMW-PE薄膜具有良好的耐磨性能、抗沖擊性能和自潤滑等性能，貼附至金屬托輥上，可改善其原有不耐磨、易腐蝕等缺點，增加其使用壽命，同時大量節約了經濟成本。因此，由天津鋼管集團股份有限公司與中央制塑（天津）有限公司聯合成立設立的金屬托輥的改進項目取得成功，未來將進行內部與外部的大面積推廣，創造更多的收益。