铜矿峪矿二期工程溜井衬板设计

铜矿峪矿二期工程溜井衬板设计

目前，北方铜业有限公司铜峪矿区处理矿量为400万吨。经过两个第二阶段的建设，每年处理矿量达到600万吨。溜破系统是二期工程的重要组成部分,溜破系统衬板主要用于溜井加固,满足了溜井放矿的要求。根据设计要求,铜矿峪矿二期的溜破系统服务年限长达26a,溜井通过的矿石量将达到1.4亿t。在生产期间,溜井将不断受到矿石的冲击和摩擦,因此要求溜破衬板必须具备高强度、高韧性和高耐磨等综合性能,才能保证在服务年限内溜井系统平稳运行。针对铜矿峪矿二期工程溜破系统的使用工况,设计部门提出溜井衬板材质采用稀土耐磨钢,材质由生产厂家自定,但必须保证其机械性能指标(见表1)。1工艺现状及问题通过招标,为铜矿峪矿二期制作676.64t衬板,共9664块。根据设计要求,目前生产的各种耐磨材料中M360耐磨板和12S稀土耐磨钢的各项性能指标在热处理后均能达到设计要求。M360耐磨板是采用轧制耐磨钢板匹配合理的热处理工艺来确保产品的性能指标。12S稀土耐磨钢是中条山有色金属集团有限公司近年来新开发的一种在低合金钢中加入稀土进行孕育,以提高铸件性能的新型耐磨钢种。工艺评价时,其中有一种圆弧衬板数量为6800件,占合同总数量近2/3,其结构形式见图1。从铸件结构分析,衬板为细长薄板型,圆弧拱高只有1.6mm,采用铸造生产时,存在以下难点:(1)尺寸精度难以保证;(2)变形难于控制;(3)衬板本体与螺栓法兰处的薄厚悬殊较大,薄处25mm,厚处59mm,易出现铸造应力裂纹。为了保证产品质量,拟定采用δ=34mm的M360轧制耐磨钢板焊接制作本衬板,焊缝形式如图2所示,并采用以下工艺保证措施来实现。(1)下料衬板本体1号钢板长度方向横向下料1m长(包括切割φ70mm圆)—卷弧—纵向下料成型;下料尺寸要小于名义尺寸1mm之内,保证安装;下料边缘粗糙度达到50µm,棱角打磨光滑;2-φ70mm孔中心距公差为±2mm,φ70mm孔公差为+2mm。(2)下料螺栓法兰2号δ=25mm钢板直径仿形切割φ130mm法兰、钻孔。(3)焊接1号与2号采用定位工装焊接;焊条采用低碳钢焊条或J506焊丝,焊条烘干后使用;外侧焊缝高度不低于15mm,内侧焊缝高度为5mm;采用先焊接1和2,后焊接3和4的焊接顺序来防止焊接变形。(4)热处理工艺曲线按M360耐磨板热处理工艺执行,保证性能指标。热处理摆放采用工装立放,工件之间间隔合理,避免了热处理变形。2衬板与内螺纹锚杆的连接螺栓的装配见图3。从装配图可以看出,衬板在溜井中竖向悬挂,靠M30螺栓与井筒壁的内螺纹锚杆连接。衬板承受自上而下的矿石的冲击力P和摩擦力,衬板与内螺纹锚杆之间承受剪切应力,其危险断面为B-B剖面;衬板的法兰与衬板本体采用填角焊缝,焊缝高度为15mm,衬板本体的危险断面为A-A剖面。2.1螺栓的材质及用量(1)螺栓M30横截面积A=πr2=706.9mm2。(2)螺栓材质为Q235,屈服强度σs=235MPa。(3)螺栓的许用剪应力[τ]=(0.2~0.3)σs=58.75MPa。(4)螺栓的许用剪切力F=[τ]A=41.53kN。2.2法兰焊缝的许用剪应力(1)焊缝危险断面的总面积A=Lh=4288mm2。式中:L为φ130mm法兰座的焊缝长度,L=[τ]D=408.4mm;h为危险断面的焊缝高度,h=0.7K=10.5mm,其中K=15mm。(2)焊缝的许用剪应力[τ]=0.65[σe]=257.97MPa。式中:[σe]为材料的许用拉应力,[σe]=σs/[n];σs为低合金钢18MnSiCr的屈服强度,σs=635MPa;[n]为安全系数,低合金钢[n]=1.5~1.7,取1.6。(3)法兰焊缝许用剪切力F=[τ]A=1106.17kN。(4)考虑焊缝缺陷,强度降低系数取γ=0.8,则F′=0.8F=884.9kN。由以上计算可见,焊缝的承载能力为884.9kN,远远大于螺栓的承载能力41.53kN。如果螺栓的承载能力是安全的,则法兰焊缝的承载能力更安全,也就是该构件的危险断面是螺栓。采用焊接形式来代替整体铸件,完全能够满足使用要求。3热处理及清理磨削费用采用的M360耐磨钢板为9100元/t;耐磨轧制钢板为5600元/t(含税到货价);制作费用为2300元/(下料、卷圆、割孔、焊接);热处理费用为1200元/(正火+淬火+回火)。采用12S稀土耐磨钢为9427元/t;造型、冶炼费用为7800元/t(含钼、稀土等);清理打磨费用为300元/t;热处理费用为1000元/t(淬火+回火);废品损失费用为327元/t。4工艺设计与性能指标通过改进结构