礦井提升機(jī)是礦山運(yùn)輸?shù)暮诵臉屑~,承載著連接井下與地面的重任,其性能優(yōu)劣直接關(guān)乎礦山生產(chǎn)的效率與安全。隨著礦業(yè)不斷向深部、智能化發(fā)展,2025年礦井提升機(jī)行業(yè)迎來(lái)新挑戰(zhàn)與機(jī)遇,而材料革新成為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量,其中鈦材在礦井提升機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力備受矚目。
目前,我國(guó)眾多礦山使用的礦井提升機(jī)容器,如箕斗和罐籠,多以普通碳素鋼及少量合金結(jié)構(gòu)鋼為制造材料。這些材料存在明顯弊端,其較大的比重導(dǎo)致整機(jī)設(shè)備笨重,以某礦主井使用的 TMT2.25×4 多繩提升機(jī)的箕斗為例,裝載量 8t,自身重量卻高達(dá) 5.212t,容器重量占據(jù)提升總重量一半以上。同時(shí),普通碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼抗腐蝕能力弱,致使設(shè)備使用壽命較短。
《2025-2030年全球及中國(guó)礦井提升機(jī)行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》從發(fā)展歷程來(lái)看,我國(guó)礦井提升機(jī)從設(shè)計(jì)開發(fā)到形成系列產(chǎn)品,雖在局部結(jié)構(gòu)如調(diào)繩系統(tǒng)和主導(dǎo)輪系統(tǒng)有改進(jìn),但在減輕機(jī)重、降低能耗等關(guān)鍵方面長(zhǎng)期未有重大突破,難以滿足現(xiàn)代礦山向大型化、輕量化和安全化發(fā)展的需求,這促使行業(yè)積極探尋新的選材方向。
材料工業(yè)的進(jìn)步是推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品升級(jí)的重要基石。近百年來(lái),工業(yè)產(chǎn)品材料從碳素鋼逐步發(fā)展至低合金鋼,再到具備特殊性能的高合金鋼和合金材料,有力推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品朝著高精尖方向邁進(jìn)。在這樣的大背景下,我國(guó)礦井提升機(jī)在選材方面也擁有了更大的探索空間。
以某礦主井提升箕斗為例,若運(yùn)距為 250m,經(jīng)測(cè)算,容器自重每減少 1t,總機(jī)重將減少近 3t,電機(jī)容量和耗電量隨之降低,制動(dòng)安全性得以提升??梢?,在結(jié)構(gòu)改進(jìn)潛力有限的情況下,通過(guò)優(yōu)化材料來(lái)減輕容器重量,是提升礦井提升機(jī)性能的關(guān)鍵突破口。
對(duì)于礦井提升機(jī)容器的選材,需滿足高強(qiáng)度、強(qiáng)抗腐蝕能力和良好耐磨性等要求。在眾多金屬材料中,鈦材脫穎而出,成為理想選擇。
從機(jī)械性能分析,鈦的強(qiáng)度可與高強(qiáng)度鋼相媲美,能適應(yīng)高溫和低溫環(huán)境,且比重僅為 4.5t/m3,約為普通鋼材 7.8t/m3 比重的 57%。若將礦井提升機(jī)容器的碳鋼材料替換為鈦材,重量可減少 43%。如前文所述的箕斗,全部采用鈦材后,重量將減輕 3.53t,整機(jī)重量減輕近 8.5t。
在強(qiáng)度方面,鈦材具備高沖擊韌性,能承受高壓和振動(dòng),契合礦井提升機(jī)的工作需求。而鋁合金雖重量輕,但強(qiáng)度遠(yuǎn)不及鈦材,僅為鐵材強(qiáng)度的一定比例,難以滿足金屬礦山箕斗提升的強(qiáng)度要求,不過(guò)在非金屬礦山箕斗提升或罐籠提升的部分部位,可根據(jù)實(shí)際情況考慮部分替代。
鈦材的抗腐蝕性能尤為突出。通過(guò)實(shí)驗(yàn),將相同大小、形狀的鈦板和碳鋼板置于井下相同提升系統(tǒng)環(huán)境中,三年后,鈦板無(wú)腐蝕,碳鋼板出現(xiàn)明顯腐蝕,由此測(cè)算出碳鋼的腐蝕速度,按我國(guó)目前箕斗制作厚度和腐蝕率報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn),碳鋼制作的箕斗平均壽命較短。此外,鈦在食鹽飽和溶液、鹽酸、燒堿和硝酸等環(huán)境中均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗腐蝕能力,其在空氣中瞬間氧化形成的致密 TiO?薄膜,有效阻止進(jìn)一步腐蝕。不過(guò)需注意,當(dāng)鈦材表面含鐵時(shí),鐵會(huì)生銹影響其抗腐蝕能力,所以實(shí)際應(yīng)用中更傾向使用低鐵系列的純鈦。
從經(jīng)濟(jì)角度考量,以特定提升箕斗為例,碳鋼箕斗按現(xiàn)有價(jià)格計(jì)算,壽命較短;鈦材箕斗雖價(jià)格較高,但抗腐蝕壽命可達(dá)數(shù)年。將鈦材箕斗一個(gè)壽命周期的成本與碳鋼箕斗對(duì)比,可發(fā)現(xiàn)鈦材箕斗在一個(gè)壽命周期內(nèi),能減少投資近一定金額,這還未包括因運(yùn)動(dòng)質(zhì)量減少帶來(lái)的電機(jī)容量降低和耗電量減少所節(jié)省的成本。隨著我國(guó)鈦提取技術(shù)提升,生產(chǎn)成本將不斷下降,大規(guī)模生產(chǎn)成為趨勢(shì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看,鈦材在礦井提升機(jī)容器制造領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值,若能在全國(guó)礦山行業(yè)推廣,將帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
2025年,礦井提升機(jī)行業(yè)正處于變革關(guān)鍵期。當(dāng)前設(shè)備選材的局限推動(dòng)著行業(yè)尋求突破,材料工業(yè)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ),而鈦材憑借自身優(yōu)異性能和經(jīng)濟(jì)可行性,為礦井提升機(jī)的升級(jí)換代帶來(lái)新方向。盡管目前鈦材應(yīng)用受成本等因素制約,但隨著技術(shù)進(jìn)步,鈦材有望在礦井提升機(jī)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,助力行業(yè)朝著更高效、更安全、更輕量化的方向發(fā)展,開啟設(shè)備革新的新篇章。
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