接近極限開采深度，而新礦又埋的深

ainet.cn 2018年07月27日

　　許多現(xiàn)有的地下礦井已接近極限開采深度，目前的鉆探方法很難再保證各項成本的可控性。而新的礦床埋藏更深，產(chǎn)量也較低。

　　背景01

　　Wassara是來自瑞典的一家礦業(yè)設(shè)備公司，擁有許多創(chuàng)新產(chǎn)品，能在開采礦石的同時最大限度地減少對環(huán)境的負面影響。其核心技術(shù)是使用高壓水射流驅(qū)動的潛孔(DTH) 錘。Wassara的液動潛孔錘是目前最環(huán)保的沖擊鉆探方法。

　　潛孔 (DTH) 錘技術(shù)示意圖

　　潛孔錘由高壓水射流驅(qū)動，不使用油脂進行潤滑，不會污染空氣或地下水，高壓水還可有效抑制粉塵。與相對傳統(tǒng)的氣動潛孔錘技術(shù)相比，Wassara的技術(shù)可節(jié)省大量的能源成本，驅(qū)動液動潛孔錘所需的能量更少。

　　挑戰(zhàn)02

　　潛孔錘由眾多復雜的部件組成。其核心部件是為活塞組件提供雙向高壓水導流的滑動外殼，該外殼內(nèi)部要求具有多條高壓水流動孔道;由于設(shè)計的復雜性，必須將多個加工好的零件接合在一起，才可制作出完整外殼，使得造價較為昂貴。接合工藝過程中頻繁產(chǎn)生的不合格產(chǎn)品，以及使用階段由于部件磨損或斑蝕而導致的設(shè)備故障，讓潛孔錘的整體成本進一步上升。

　　解決方案03

　　為降低成本并提高滑動外殼部件的可靠性，Wassara找到雷尼紹，希望了解增材制造 (AM) 技術(shù)是否能成為一種合適的替代制造方案。金屬增材制造的顯著優(yōu)點之一，便是能夠?qū)⒃痉稚⒌牧慵M合成一個復雜的3D幾何結(jié)構(gòu)且還可簡化加工步驟。

　　當增材方式制造的部件與傳統(tǒng)方式制造的部件在設(shè)計上沒有過大差異時，可在相同的應(yīng)用環(huán)境中對二者進行測試，結(jié)果可作為驗證金屬增材組件可用性的理想依據(jù)。在標準測試條件下對兩類部件的性能進行詳細對比，如果結(jié)果中出現(xiàn)任何顯著差異，即可直接歸因于制造技術(shù)的變化。Wassara滑動外殼的幾何結(jié)構(gòu)經(jīng)過重新設(shè)計，集成了增材制造在設(shè)計自由度方面的優(yōu)勢。

　　采用金屬增材制造方案需克服的下一個難題是針對特定應(yīng)用采用合適的金屬合金。在本案中，該部件原來使用的是標準合金鋼527M20，由于碳含量中等，通常不會用于金屬增材制造。更適合增材制造的合金鋼為316L不銹鋼，這種合金鋼的耐腐蝕性能較好，但預計在使用期間仍無法保證足夠的耐磨蝕和耐侵蝕性能。

　　雷尼紹提出使用馬氏體時效合金鋼生產(chǎn)測試部件。馬氏體時效鋼是一種時效硬化工具鋼，用途極為廣泛;可對其進行熱處理，通過調(diào)節(jié)工藝溫度可獲得適合特定應(yīng)用要求的材料特性。

　　這是該類型鋼在礦山開采領(lǐng)域的第一次測試和應(yīng)用，因此在滑動外殼加工完成后對其進行了熱處理，以確保達到最大硬度。

　　結(jié)果04

　　Wassara將其組裝到完整的潛孔錘上，在標準采掘條件下測試使用，在選定巖面上鉆鑿典型的長通道孔。隨后對潛孔錘進行常規(guī)目視檢查和維護。與傳統(tǒng)外殼相比，增材制造的滑動外殼并未出現(xiàn)任何斑蝕跡象，且磨損程度很小。接著又重新組裝潛孔錘，繼續(xù)進行更多的鉆鑿作業(yè)。

　　完成上述后，Wassara對增材制造的滑動外殼進行第二次檢查，發(fā)現(xiàn)確實出現(xiàn)了一些磨損跡象，但除此外，部件表面并沒有出現(xiàn)斑蝕(導致設(shè)備故障的第二大常見原因)。隨后又進行第三次鉆鑿測試，持續(xù)時間遠遠超出正常的潛孔錘工作周期，以期盡可能確定是否會出現(xiàn)斑蝕跡象，但實際上仍未出現(xiàn)任何斑蝕情況。與采用標準合金鋼制造的傳統(tǒng)滑動外殼相比，采用馬氏體時效鋼制造的增材部件具有卓越的潛在耐斑蝕性能。