銅礦峪礦二期工程溜井襯板設(shè)計

銅礦峪礦二期工程溜井襯板設(shè)計

目前，北方銅業(yè)有限公司銅峪礦區(qū)處理礦量為400萬噸。經(jīng)過兩個第二階段的建設(shè)，每年處理礦量達到600萬噸。溜破系統(tǒng)是二期工程的重要組成部分,溜破系統(tǒng)襯板主要用于溜井加固,滿足了溜井放礦的要求。根據(jù)設(shè)計要求,銅礦峪礦二期的溜破系統(tǒng)服務(wù)年限長達26a,溜井通過的礦石量將達到1.4億t。在生產(chǎn)期間,溜井將不斷受到礦石的沖擊和摩擦,因此要求溜破襯板必須具備高強度、高韌性和高耐磨等綜合性能,才能保證在服務(wù)年限內(nèi)溜井系統(tǒng)平穩(wěn)運行。針對銅礦峪礦二期工程溜破系統(tǒng)的使用工況,設(shè)計部門提出溜井襯板材質(zhì)采用稀土耐磨鋼,材質(zhì)由生產(chǎn)廠家自定,但必須保證其機械性能指標(見表1)。1工藝現(xiàn)狀及問題通過招標,為銅礦峪礦二期制作676.64t襯板,共9664塊。根據(jù)設(shè)計要求,目前生產(chǎn)的各種耐磨材料中M360耐磨板和12S稀土耐磨鋼的各項性能指標在熱處理后均能達到設(shè)計要求。M360耐磨板是采用軋制耐磨鋼板匹配合理的熱處理工藝來確保產(chǎn)品的性能指標。12S稀土耐磨鋼是中條山有色金屬集團有限公司近年來新開發(fā)的一種在低合金鋼中加入稀土進行孕育,以提高鑄件性能的新型耐磨鋼種。工藝評價時,其中有一種圓弧襯板數(shù)量為6800件,占合同總數(shù)量近2/3,其結(jié)構(gòu)形式見圖1。從鑄件結(jié)構(gòu)分析,襯板為細長薄板型,圓弧拱高只有1.6mm,采用鑄造生產(chǎn)時,存在以下難點:(1)尺寸精度難以保證;(2)變形難于控制;(3)襯板本體與螺栓法蘭處的薄厚懸殊較大,薄處25mm,厚處59mm,易出現(xiàn)鑄造應(yīng)力裂紋。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,擬定采用δ=34mm的M360軋制耐磨鋼板焊接制作本襯板,焊縫形式如圖2所示,并采用以下工藝保證措施來實現(xiàn)。(1)下料襯板本體1號鋼板長度方向橫向下料1m長(包括切割φ70mm圓)—卷弧—縱向下料成型;下料尺寸要小于名義尺寸1mm之內(nèi),保證安裝;下料邊緣粗糙度達到50μm,棱角打磨光滑;2-φ70mm孔中心距公差為±2mm,φ70mm孔公差為+2mm。(2)下料螺栓法蘭2號δ=25mm鋼板直徑仿形切割φ130mm法蘭、鉆孔。(3)焊接1號與2號采用定位工裝焊接;焊條采用低碳鋼焊條或J506焊絲,焊條烘干后使用;外側(cè)焊縫高度不低于15mm,內(nèi)側(cè)焊縫高度為5mm;采用先焊接1和2,后焊接3和4的焊接順序來防止焊接變形。(4)熱處理工藝曲線按M360耐磨板熱處理工藝執(zhí)行,保證性能指標。熱處理擺放采用工裝立放,工件之間間隔合理,避免了熱處理變形。2襯板與內(nèi)螺紋錨桿的連接螺栓的裝配見圖3。從裝配圖可以看出,襯板在溜井中豎向懸掛,靠M30螺栓與井筒壁的內(nèi)螺紋錨桿連接。襯板承受自上而下的礦石的沖擊力P和摩擦力,襯板與內(nèi)螺紋錨桿之間承受剪切應(yīng)力,其危險斷面為B-B剖面;襯板的法蘭與襯板本體采用填角焊縫,焊縫高度為15mm,襯板本體的危險斷面為A-A剖面。2.1螺栓的材質(zhì)及用量(1)螺栓M30橫截面積A=πr2=706.9mm2。(2)螺栓材質(zhì)為Q235,屈服強度σs=235MPa。(3)螺栓的許用剪應(yīng)力[τ]=(0.2~0.3)σs=58.75MPa。(4)螺栓的許用剪切力F=[τ]A=41.53kN。2.2法蘭焊縫的許用剪應(yīng)力(1)焊縫危險斷面的總面積A=Lh=4288mm2。式中:L為φ130mm法蘭座的焊縫長度,L=[τ]D=408.4mm;h為危險斷面的焊縫高度,h=0.7K=10.5mm,其中K=15mm。(2)焊縫的許用剪應(yīng)力[τ]=0.65[σe]=257.97MPa。式中:[σe]為材料的許用拉應(yīng)力,[σe]=σs/[n];σs為低合金鋼18MnSiCr的屈服強度,σs=635MPa;[n]為安全系數(shù),低合金鋼[n]=1.5~1.7,取1.6。(3)法蘭焊縫許用剪切力F=[τ]A=1106.17kN。(4)考慮焊縫缺陷,強度降低系數(shù)取γ=0.8,則F′=0.8F=884.9kN。由以上計算可見,焊縫的承載能力為884.9kN,遠遠大于螺栓的承載能力41.53kN。如果螺栓的承載能力是安全的,則法蘭焊縫的承載能力更安全,也就是該構(gòu)件的危險斷面是螺栓。采用焊接形式來代替整體鑄件,完全能夠滿足使用要求。3熱處理及清理磨削費用采用的M360耐磨鋼板為9100元/t;耐磨軋制鋼板為5600元/t(含稅到貨價);制作費用為2300元/(下料、卷圓、割孔、焊接);熱處理費用為1200元/(正火+淬火+回火)。采用12S稀土耐磨鋼為9427元/t;造型、冶煉費用為7800元/t(含鉬、稀土等);清理打磨費用為300元/t;熱處理費用為1000元/t(淬火+回火);廢品損失費用為327元/t。4工藝設(shè)計與性能指標通過改進結(jié)構(gòu)