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銹蝕對鋼絲繩強度的影響

發(fā)布時間:2022-05-16 14:15 文章來源:未知 文章作者:admin 點擊數(shù):

銹蝕對礦井提升鋼絲繩強度的影響是很大的,銹蝕斷繩直接影響礦井生產(chǎn)和升降人員的生命安全。據(jù)一些文獻(xiàn)資料報道,英國礦井在15起斷繩事故中,因銹蝕斷繩造成的事故競高達(dá)13起。


銹蝕對礦井提升鋼絲繩強度的影響是很大的,銹蝕斷繩直接影響礦井生產(chǎn)和升降人員的生命安全。據(jù)一些文獻(xiàn)資料報道,英國礦井在15起斷繩事故中,因銹蝕斷繩造成的事故競高達(dá)13起。又據(jù)我所1972年國內(nèi)斷繩事故調(diào)查報告記載,在總共50起斷繩事故中,銹蝕斷繩事故也占10起以上。另外,從銹蝕報廢情況看,德意志民主共和國有90%
左右的礦井提升鋼絲繩是因銹蝕鎖壞而報廢的。因此,近年來國內(nèi)外對礦并提升鋼絲繩的銹蝕問題都很重視,本文僅就銹蝕對鋼絲繩強度的影響、原因以及防止方法三個方面,論述如下。
一、銹蝕對鋼絲繩強度的影響為了便于分析,我們把鋼絲繩的銹蝕分為三個等級:
I級一一誘蝕輕微。鋼絲變黑、有銹蝕麻點;
Ⅱ級一—銹蝕較重。鋼絲表面有銹皮,點蝕出現(xiàn)麻坑;
Ⅲ級一—銹蝕嚴(yán)重。銹蝕麻坑發(fā)展成溝紋,鋼絲失去原有斷面形狀,外層鋼絲松動。
上述分級是根據(jù)外觀判斷和試驗結(jié)果提出的,比較粗糙,相鄰兩級間業(yè)沒有明顯界限,故對具體鋼絲繩的判斷是有一定誤差的。
為了說明銹蝕和銹蝕磨損與鋼絲繩強度損失的關(guān)系,本文引用了我所的試驗結(jié)果(見表1)。
試驗研究的結(jié)果證明,銹蝕與磨損較輕時,強度損失與捻距斷絲斷面積的百分?jǐn)?shù)相近。而且,捻距內(nèi)斷絲在各股上的分布,對強度損失也有一定影響。如捻距斷絲在6股上均勻分布,則鋼絲繩的強度損失略低于斷絲斷面百分?jǐn)?shù)。如斷絲集中于1、2股上時,則鋼絲繩的強度損失值稍大于斷絲斷面的百分?jǐn)?shù)。磨損(銹蝕較輕)繩在外層鋼絲磨損不大于鋼絲直徑的50%的情況下,其強度損失與鋼絲繩金屬斷面積的磨損量相近似。大量的礦井(豎井)用繩的實踐還說明,對同一條鋼絲繩,誘蝕嚴(yán)重段比銹蝕輕微段的強度損失要大的多。如有些繩的銹蝕輕微段,其強度損失為10%左右,而銹蝕嚴(yán)重段則達(dá)30%以上。
鋼絲繩的直徑一般也隨銹蝕程度的加重面縮小。但也有些銹蝕和銹蝕磨損都嚴(yán)重的鋼絲繩,其繩徑縮細(xì)不大,而強度損失卻很大。有時因鋼絲松馳隆起(繩股的層間鋼絲出現(xiàn)間隙),繩徑變細(xì)反而不明顯。另外,現(xiàn)場使用經(jīng)驗還表明,銹蝕鋼絲繩的使用壽命是較短的。甚至有些優(yōu)良結(jié)構(gòu)的鋼絲繩,由于銹蝕的嚴(yán)重而顯示不出其結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。由于對鋼絲繩銹蝕程度掌握的不準(zhǔn),其強度損失往往超過斷絲或繩徑縮細(xì)的報廢標(biāo)準(zhǔn),有些繩的強度損失甚至高達(dá)50%以上。
銹蝕不僅對鋼絲繩的強度影響很大,而且還引起鋼絲繩抗沖擊性能下降。鋼絲繩是在承受動載荷的情況下進(jìn)行工作的。鋼絲繩使用到后期是否安全,還要看它是否能承受正常狀態(tài)下的動載荷能力,這項考核是通過沖擊試驗進(jìn)行的。
張力與其靜拉斷力相近,動安全系數(shù)近于1,序號3的金屬斷面損失系數(shù)也很大,達(dá)30.7%,在動張力系數(shù)3.95的多次沖擊作用下設(shè)有破斷。其表面狀態(tài)沒有變化。試驗中的最小動安全系數(shù)略大于1。其余繩樣在受多次沖擊后,表面狀態(tài)沒有顯著變化,對其最弱部位進(jìn)行拉斷試驗,破斷力也無明顯變化。
但以銹蝕為主要影響的鋼絲繩(表2的序號7~11),其試驗結(jié)果卻完全不同。如Ⅲ級銹蝕繩樣(表2的序號11),在動張力系數(shù)為3.5的沖擊作用下破斷。破斷時,鋼絲繩所受張力尚未達(dá)到其整體破斷拉力值,其動安全系數(shù)為1.18。
表2中的沖擊試驗結(jié)果說明:銹蝕輕微鋼絲繩的動安全系數(shù)大于1是安全的,而銹蝕嚴(yán)重的鋼絲繩,盡管動安全系數(shù)大于1,也有斷繩的可能性。
試驗的結(jié)果認(rèn)為,銹蝕較輕的鋼絲繩,其鋼絲的機械物理性能的變化很小,只要能把斷絲查清就可精確地計算出其承載能力。這種鋼絲繩的抗沖擊能力較大;銹蝕較嚴(yán)重的鋼絲繩,其鋼絲的機械物理性能變化較大。
根據(jù)銹蝕對強度的影響來判斷鋼絲繩能否繼續(xù)使用時,應(yīng)考慮以下三項原則:I級銹蝕對鋼絲繩的強度影響不大(強度損失在10%以下),可按其他規(guī)定報廢,Ⅱ級銹蝕鋼絲繩的強度損失在20%以下,應(yīng)考慮銹蝕的影響,Ⅱ級銹蝕鋼絲繩的強度損失在30%
左右,應(yīng)以銹蝕報廢。其它因素可作參考。
二、銹蝕的原因
1、氧化銹蝕與特殊介質(zhì)銹蝕氧化銹蝕和特殊介質(zhì)銹蝕是指這兩種蝕銹對鋼絲表面(不包括鋼絲間接觸部分)的銹蝕。金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時,則產(chǎn)生金屬損失。如鋼絲表面與空氣中的氧化合而逐漸形成褐色或灰黑色氧化膜覆蓋層。氧化膜厚度的增長速度隨時間的指數(shù)規(guī)律減小”因此,氧化銹蝕的速度很慢,它與介質(zhì)中的含氧量和潤滑條件有關(guān)。在空氣和比較純凈的“濕氣或淋水中運行的礦井提升鋼絲繩易發(fā)生此種銹蝕。這種損失率很小。
特殊介質(zhì)銹蝕是指鋼絲繩與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)作用下發(fā)生的銹蝕。其銹蝕機理與氧化銹蝕相似,但銹蝕速度較快。鋼絲的銹蝕速度隨腐蝕性介質(zhì)的增加而變快。這種酸、堿、鹽的金屬化合物是脆性的,易被磨失和脫落。鋼絲表面呈現(xiàn)均布的點狀銹痕,隨時間的增長蝕點加深、加大,逐漸由麻點形成麻坑。麻坑連成麻溝后,引起鋼絲繩機械物理性能突變,鋼絲繩的強度損失可達(dá)30~40%,甚至更大。這就是前面所講的級銹蝕。礦井多屬此類銹蝕。
2、銹蝕磨損
銹蝕磨損是指動態(tài)銹蝕和磨損,是股間和鋼絲間接觸部分的銹蝕和磨報情況。由于鋼絲是在拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)和擠壓應(yīng)力等變動載荷下工作,因而鋼絲間經(jīng)常處于相對滑動狀態(tài),故又稱這種摩擦為微動腐擦。由于銹蝕在微動摩擦面處常出現(xiàn)據(jù)紅色或黑色腐蝕物。在鋼絲間擠壓應(yīng)力較大情況下,摩擦表面出現(xiàn)較集中的小席坑,也叫點或粘著磨損。銹蝕的鋼絲在腐蝕物和磨屑的研廊下,其銹蝕磨損率迅速增加。在振動應(yīng)力作用下,微動磨損處還可形成應(yīng)力集中點,進(jìn)而出現(xiàn)疲勞裂紋,引起鋼絲破斷。這些現(xiàn)象在點接觸交又捻綱絲繩上表現(xiàn)得尤為明顯。微動磨損量隨鋼絲繩的載荷加大而增加。
3、電化學(xué)腐蝕
有些鋼絲的早期疲勞破斷,是由于鋼絲表面的損傷發(fā)展形成的。鋼絲表面的劃痕或小的裂痕以及其它損傷的產(chǎn)生原因很多,有的在捻制過程中,有的在運搬過程中,也有的在運行過程中造成。由于裂痕底部的應(yīng)力集中,當(dāng)在含有某種介質(zhì)的潮濕氣體或水分浸入裂痕中時,劃痕或裂痕的壁就
圖1中a、b兩條鋼絲繩,從外觀看外層鋼絲的磨力損量差不多,但鋼絲的實際斷面損失和拉斷力卻相差很大。因此,加強日常涂油可大大減輕鋼絲間的銹蝕磨損。
3)可減少繩芯油的流失,亞能經(jīng)常補充繩芯油量。鋼絲繩在張力和彎曲應(yīng)力的反復(fù)作用下,麻芯不斷受到擠壓,麻芯中的油脂不斷被擠出、汲回。如外部無油時,麻芯油脂則逐漸流失,造成麻芯無油腐爛。及時涂油可減少麻芯油脂的自由流失,業(yè)能適當(dāng)補充麻芯油,保證鋼絲繩的正常防腐潤滑。
4)防止外界潮濕氣體和水分的浸入。涂油時應(yīng)注意除掉油垢,涂在鋼絲繩上的油,經(jīng)過一定時間,由于煤塵和其它雜質(zhì)的粘附而逐漸硬化失效,形成一種油垢。如再在其上部涂油則不能發(fā)揮其潤滑和防腐作用。油垢不僅阻礙新油與鋼絲接觸,而且還對鋼絲繩起很壞的磨料作用,加速鋼絲間的磨損。油垢硬化后出現(xiàn)龜裂則不起防水作用。因此,出現(xiàn)油兵后在涂油前應(yīng)進(jìn)行清2、改善礦并條件
這里主要指改善礦井的濕度、淋水、腐蝕性強的特殊介質(zhì)含量以及井筒中水管路漏水等不利條件。經(jīng)驗證明,水管漏水使提升經(jīng)常停車的相對繩段的銹蝕加劇,因而應(yīng)及時處理。如平頂山五礦副井(豎井)原井簡淋水量較大,鋼絲繩因銹蝕較重,使用壽命不到兩年,而消除淋水后,鋼絲繩的使用壽命達(dá)5年左右。
3、選用鍍鋅鋼絲繩
在鋼絲繩銹蝕嚴(yán)重的礦井中,如經(jīng)過處理或加強維護(hù)后,仍得不到防誘效果時,可選用鍍鋅鋼絲繩。鍍鋅鋼絲繩具有良好的防銹蝕性能。表3中為阜新礦務(wù)局五龍礦東風(fēng)井多繩提升絞車的用繩情況。
選用鍍鋅繩是會大大降低鋼絲繩的各種強度損失和提高其使用壽命的。
四、結(jié)論
1、鋼絲繩的銹蝕是對其安全運轉(zhuǎn)威脅最大的原因之一。銹蝕嚴(yán)重的鋼絲繩,不僅其強度嚴(yán)重下降,其抗沖擊性能也明顯下降,其危害性大于斷絲或磨損。應(yīng)予以特別重視;
2、在鋼絲繩制造和使用過程中,應(yīng)盡量避免使鋼絲繩受到劃傷和其它損傷;3、對井筒中影響鋼絲繩銹蝕的不利因素,進(jìn)行及時處理和涂油,可增強其耐銹蝕、耐磨損和耐疲勞性能,提高鋼絲繩的使用壽命。