Verbesserungen in der Wear Liner-Technologie
Abstrakt
Bei der Handhabung von Schüttgütern werden Bereiche, die einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind, mit verschleißfesten Materialien ausgekleidet, die nur auf Kosten der Zeit funktionieren und ausgetauscht werden müssen. Dazu gehören Geräte wie Übergaberutschen, Abweiser, Siebe und Siebunterböden, Schlammkästen, Rinnen, Umlenkklappen und Gleitflächen von Absetzern/Rückgewinnern. Der Austausch dieser Verschleißauskleidungen erfordert die Abschaltung der Geräte, was zu einem entsprechenden Verlust an Betriebszeit und damit zu erheblichen Kosten aufgrund von Produktionsausfällen führt. Darüber hinaus erfordern bestehende Methoden zur Anbringung von Verschleißauskleidungen einen hohen Arbeitsaufwand und bergen Sicherheitsrisiken, darunter Gerüstbau und Arbeiten in der Höhe, Heißarbeiten und die Verwendung von hydraulischen, elektrischen und/oder pneumatischen Geräten.
Verschleißauskleidungen sind in vielen Materialien für unterschiedliche Anwendungen erhältlich. Dabei kommen vorhandene Befestigungsmethoden zum Einsatz, darunter Gewindebolzen und -muttern, Schweißen und Direktverklebung mit Epoxidklebstoffen. In diesem Dokument wird eine Befestigungsmethode für Verschleißplatten auf Basis von Hochleistungsmagneten beschrieben, die erforderliche Stillstandszeiten, Arbeitsaufwand und Sicherheitsrisiken reduziert. Das Dokument befasst sich mit der Konstruktion und Prüfung zur Entwicklung eines Hochleistungsmagneten, der die Haltekräfte überwinden kann, die für den Betrieb unter den verschiedensten klimatischen Bedingungen erforderlich sind, wie sie im weltweiten Bergbau vorkommen. Darüber hinaus werden in dem Dokument die Installationsanforderungen für die Befestigung magnetischer Verschleißauskleidungen auf der Grundlage von Feldversuchen, festgestellte Probleme und deren Lösung sowie die Betriebsergebnisse dieser Feldversuche behandelt.
1. Einleitung
Um Verschleißschutzfolien auszutauschen, muss die Ausrüstung, die sie schützen, für die Dauer des Austauschvorgangs außer Betrieb sein. Dies führt für Förderbandbetreiber zu einer Reihe von Problemen, darunter:
- Produktionsausfall während der Anlagenstilllegung zum Austausch der Auskleidung.
- Arbeitskosten während des Shutdowns
- Verfügbarkeit von Fachkräften
- Arbeitsschutzrisiken, darunter Arbeiten in der Höhe, Arbeiten mit Heißluft, Stürze aus der Höhe, die Verwendung von Elektrowerkzeugen und Arbeiten in engen Räumen.
Der Zweck dieses Dokuments besteht darin, den Bedarf an einer anderen Methode zur Befestigung von Verschleißauskleidungen, insbesondere der magnetischen Befestigung, zu untersuchen, die Arbeit, die zur Entwicklung und Prüfung geeigneter Magnete für den Betrieb unter unterschiedlichsten klimatischen Bedingungen geleistet wurde, und die Ergebnisse von Feldtests in verschiedenen Anwendungen von Verschleißauskleidungen. Foto 1 unten zeigt eine Reihe von UHMWPE-Verschleißauskleidungen unterschiedlicher Größe mit eingebauter magnetischer Befestigung.
2. Vorhandene Befestigungsmethoden für Verschleißauskleidungen
Es gibt eine Reihe von Methoden zum Anbringen von Verschleißschutzauskleidungen an Materialhandhabungs- und -verarbeitungsgeräten, darunter Gewindebolzen und -muttern, Schweißen und Epoxidkleber mit Direktbindung. Jede dieser Methoden hat Vor- und Nachteile (siehe Tabelle 1).
Tabelle 1 Vorhandene Befestigungsmethoden für Verschleißplatten
| Bolzen und Muttern | Geschweißte | Direkte Bindung |
|---|---|---|
| Hohe Festigkeit | Hohe Festigkeit | Hohe Festigkeit |
| Kostengünstig | Kostengünstig | Kostengünstig |
| Sofort verfügbar | Sofort verfügbar | Einseitige Installation und Entfernung |
| Unfachmännische Installation | Einseitige Installation und Entfernung | |
| Kann korrodieren und schwer zu entfernen sein | Kann schwierig zu entfernen sein | Schwierig und zeitaufwändig zu entfernen |
| Für die Installation/Entfernung sind Elektrowerkzeuge erforderlich | Heißarbeiten/Schweißen | Zur Demontage erforderliche Elektrowerkzeuge |
| Lücken zwischen den Platten für die Montage | Kann die Oberfläche der Rutsche beschädigen | Erfahrener Applikator erforderlich |
| Minimale seitliche Verschiebung | Handwerker gesucht | Die Aushärtung der Anwendung dauert 48 Stunden |
| Zugriff von beiden Seiten erforderlich | Zugriff von beiden Seiten erforderlich | Betriebstemperaturgrenze <80 °C |
| Außengerüste | Außengerüste |
3. Das Bedürfnis nach etwas Anderem
Betreiber von Förderanlagen für den Bergbau, Kraftwerken, Hafenanlagen zur Schiffsbeladung sowie Zement- und Düngemittelfabriken versuchen alle, ihre Betriebsleistung zu verbessern. Es gibt eine Reihe gemeinsamer Faktoren zur Verbesserung dieser Betriebsabläufe, nämlich:
- Reduzierung der geplanten Stillstandsdauer
- Reduzierung des Bedarfs an Fachkräften für geplante Stillstände
- Erledigen Sie während einer geplanten Betriebspause mehr Arbeit.
- Reduzierung der Arbeitsschutzrisiken in allen Betrieben
- So werden Wartungsarbeiten einfacher und leichter.
Die Verringerung der Arbeitsschutzrisiken ist auf folgende Faktoren zurückzuführen:
- Einseitige Befestigung – keine Arbeiten außerhalb des Schachtes notwendig
- Kein Bedarf an externen Gerüsten oder externen Arbeiten in der Höhe
- Keine Elektrowerkzeuge oder Heißarbeiten
- Kein Fallrisiko aus großer Höhe außerhalb der Rutsche
Die magnetische Befestigung von Verschleißplatten war eine interessante Option, da sie die Möglichkeit bot, alle diese Faktoren zu verbessern. Da es jedoch bei früheren Versuchen, magnetisch befestigte Verschleißplatten zu verwenden, zu einem Verlust der Verschleißplatten während des Betriebs kam, wurde diese Technologie bisher nicht weithin übernommen. Die in diesem Dokument beschriebene Arbeit umfasst eine Reihe von Verbesserungen bei magnetischen Befestigungssystemen, die die Haltekraft und mechanische Retention der Verschleißplatten erheblich erhöhen und dadurch das Risiko eines Verlusts der Verschleißplatten während des Betriebs minimieren.
4. Eine interessante Entdeckung
Unsere ersten Arbeiten zur magnetischen Befestigung umfassten die Verwendung vorhandener hochfester Neodym-Magnetscheiben mit einem Durchmesser von etwa 20 mm. Diese Scheiben haben eine Haltekraft von 15-20 kgf auf beiden Seiten der Scheibe. Als wir daran arbeiteten, diese Magnetscheiben in eine Trägerplatte einzubauen, die an verschiedenen Arten von Verschleißauskleidungen befestigt werden konnte, machten wir eine interessante Entdeckung.
Der Einbau der hochfesten Magnetscheiben in ein mit Gewinde versehenes Metallgehäuse hatte zur Folge, dass die Magnetkraft in eine Richtung konzentriert wurde, sodass die Vorderseite des Magneten eine magnetische Haltekraft von >50 kgf hatte, während die gegenüberliegende Seite des Magnetgehäuses eine Haltekraft von < 1 kgf hatte. Diese Erhöhung der magnetischen Haltekraft um 250 % ist ein wesentlicher Faktor bei der Minimierung der Wahrscheinlichkeit eines Verschleißplattenverlusts im Betrieb und bildet die Grundlage für die folgende Arbeit, die in diesem Dokument beschrieben wird.
5. Welche Art von Magnet
Die Betriebsbedingungen für Förderbänder können von extremen Temperaturen im Sommer in der Pilbara bis hin zu Wintern in der Mongolei variieren. Hinzu kommen extrem trockene und staubige Bedingungen wie in der Atacama-Wüste in Chile und extrem nasse Bedingungen wie in tropischen Ländern wie Indonesien, wo die jährliche Niederschlagsmenge 5 Meter überschreiten kann. Um sicherzugehen, dass die Magnete unter diesen unterschiedlichen Umweltbedingungen funktionieren, wurden die folgenden Tests durchgeführt.
5.1 Betriebstemperaturbereich
Zunächst ist es wichtig, die Temperatur zu betrachten, da diese eine Bedingung ist, die zu einem Verlust der magnetischen Haltekraft führen kann. Hochfeste Neodym-Magnete können ihre Haltekraft über viele Jahre hinweg beibehalten, sofern sie keinen Temperaturen über ihrer vorgesehenen Betriebstemperatur ausgesetzt werden. Die für diese Verschleißplattenanwendung entwickelten Magnete haben eine vorgesehene maximale Betriebstemperatur von 120 °C.
Die Vorrichtung zur Prüfung der magnetischen Haltekraft ist in Foto 1 dargestellt und besteht aus dem zu prüfenden Magneten, der über ein Außengewinde in einem Halter montiert ist, der am oberen beweglichen Rahmen einer Zugprüfmaschine befestigt ist. Auf der stationären Seite der Zugprüfmaschine war eine 10 mm dicke Stahlplatte horizontal montiert, sodass der Magnet direkt daran befestigt werden konnte – Foto 2 unten.
Diese Baugruppe wurde in einer Klimakammer untergebracht, die in einem Temperaturbereich von –50 °C bis +150 °C betrieben werden kann. An fünf Magneten wurden Tests der magnetischen Haltekraft durchgeführt, wobei die Ergebnisse als Durchschnittswerte angegeben wurden. Bei jeder Temperatur wurden dieselben fünf Magnete verwendet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2 Magnetkraft vs. Temperatur
| Temperaturen | Magnetkraft (kgf) |
|---|---|
| - 40 ° C | 53.5 |
| + 25 ° C. | 53 |
| + 50 ° C. | 52.3 |
| + 100 ° C. | 51.7 |
Die Ergebnisse sind der Durchschnitt aus fünf Tests mit mehreren Magneten bei jeder Temperatur. Bei jeder Temperatur wurden dieselben Magnete getestet.
5.2 Betriebsbedingungen
Die Tests von Magneten, die den Elementen ausgesetzt waren, wurden über einen Zeitraum von 24 Monaten auf einer nach Norden ausgerichteten Freiluft-Alterungsstation in Somersby, NSW, durchgeführt. Im Sommer wurden Paneltemperaturen von bis zu 70 °C gemessen, im Winter können sie bis auf 0 °C sinken. Das Alterungspanel ist allen Elementen vollständig ausgesetzt – direktem Sonnenlicht, Regen, Wind und Staub.
Die Ergebnisse zur Magnetkraft sind in Tabelle 3 unten aufgeführt.
Die Zahlen in Rot (normalerweise der erste Wert) wurden aus den Durchschnittsergebnissen ausgelassen. Dies liegt am Winkel des ersten Tests sowie daran, dass die Magnete in die lackierte Oberfläche eindringen und dadurch abnormale Ergebnisse liefern.
5.3 Einfluss der Entfernung auf die Magnetkraft
Die Beziehung zwischen magnetischer Kraft und Entfernung folgt dem inversen Quadratgesetz, wie unten gezeigt:
Mf = 1/d2
Mf = Magnetkraft
d = Abstand zwischen dem Magneten und der Stahloberfläche, von der er angezogen wird.
Das bedeutet, dass die Magnetkraft schnell nachlässt, wenn der Abstand zwischen Magnet und Stahloberfläche zunimmt. In der Praxis bedeutet das, dass beim Befestigen von Verschleißauskleidungen an Stahloberflächen in Übergaberutschen, Deflektoren, Sieben usw. mit Magneten die maximale Haltekraft erreicht wird, wenn der Magnet in direktem Kontakt mit der blanken Stahloberfläche steht. Das ist jedoch selten der Fall, da Baustahlstrukturen mit Schutzbeschichtungen überzogen werden, um Korrosion zu minimieren. Die Dicke dieser Schutzbeschichtungen beeinflusst die magnetische Haltekraft – derselbe Testaufbau für die Magnetkraft wurde mit 10 mm dicken Stahlplatten verwendet, die mit Farbe in einer Dicke von 50 µm bis 350 µm beschichtet waren. Foto 2 zeigt den Test und die Ergebnisse für die verschiedenen Beschichtungsdicken auf Baustahl sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Tabelle 4 Testergebnisse Magnetkraft vs. Beschichtungsdicke
| Magnetkraft bei 25 °C (kgf) | Magnetkraft bei 25 °C (kgf) | Magnetkraft bei 25 °C (kgf) | Magnetkraft bei 25 °C (kgf) | Magnetkraft bei 25 °C (kgf) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Lackfilm | Keine Farbe | 50 um | 150 um | 250 um | 350 um |
| Beispiel Nr. 1 | 53.4 | 49.0 | 43.5 | 38.0 | 32.5 |
| Beispiel Nr. 2 | 53.3 | 48.2 | 41.7 | 40.8 | 33.1 |
| Beispiel Nr. 3 | 53.9 | 48.1 | 44.1 | 38.1 | 32.1 |
| DURCHSCHNITTLICH | 53.5 | 48.4 (–10 %) | 43.1 (–19.5) | 39.0 (–27 %) | 32.6 (–39 %) |
Basierend auf diesen Ergebnissen wird für die magnetische Befestigung von Verschleißauskleidungen eine maximale Beschichtungsdicke von 250 µm empfohlen.
6. Einfluss des Trägerplattenmaterials auf die Magnetkraft
Die Magnete werden in Trägerplatten montiert, die dann an den Verschleißauskleidungen befestigt werden. Um verschiedenen Verschleißauskleidungstypen gerecht zu werden, werden die Trägerplatten aus zwei Materialien hergestellt – technischem Thermoplasten (ETP) und Weichstahl. Die ETP-Trägerplatten werden für Verschleißauskleidungen aus Keramik, UHMWPE und kaltgebundenem Gummi verwendet. Die Trägerplatten aus Weichstahl werden für alle Arten von Stahlverschleißauskleidungen verwendet, einschließlich Schweißüberzugplatten, Q & T-Platten, Weißguss und NiHard. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der magnetischen Haltekraft, wenn die Magnete in 8 mm dicken Trägerplatten aus Weichstahl und technischem Thermoplasten montiert werden.
Die geringere Magnetkraft bei der Montage von Magneten in Trägerplatten aus Weichstahl muss bei der Auswahl der Anzahl der Magnete berücksichtigt werden, die pro Quadratmeter Kontaktfläche verwendet werden sollen. Dies kann sowohl durch die Größe der Verschleißplatte als auch durch die Anzahl der Magnete pro Platte angepasst werden.
Tabelle 5 Magnetkraft vs. Montageplattenmaterial
| Montageplattenmaterial | Magnetkraft (kgf) | Unterschied (%) |
|---|---|---|
| Baustahl Technischer Thermoplast | 38.6 51.04 | - 24% |
7. Einfluss der Stahldicke auf der Kontaktfläche
Tabelle 6 Magnetkraft vs. Stahldicke
| Rutschenplatte Dicke (Mm) | Magnetbeschreibung | Magnetisch Zwingen (kgf) | % Differenz ab 15mm Teller |
|---|---|---|---|
| 3 | Nr. 12 | 39.7 | |
| 3 | Nr. 13 | 38.7 | -8 % |
| 5 | Nr. 12 x | 42.4 | |
| 5 | Nr. 13 | 41.6 | 1% |
| 15 | Nr. 12 | 42.4 | |
| 15 | Nr. 13 | 42.8 |
Fallstudie – Eisenerz-Transferrutsche
Nach einem kleinen sechsmonatigen Versuch wurde in einer großen Exportverladeanlage entschieden, eine komplette Übergaberutsche an einem Schiffsladeförderband mit keramischer Verschleißauskleidung mit magnetischer Befestigung auszurüsten. Die für den Versuch ausgewählte Rutsche war eine Zugverladerutsche, die ein Förderband speist, das das Erz zum Schiffslader transportiert. Die Hauptfaktoren für den Wechsel von den vorhandenen mit Noppen versehenen Verschleißauskleidungen zu magnetischen Auskleidungen waren:
- Keine Heißarbeiten erforderlich
- Reduzierte Demontage-/Installationszeit
- Aufgrund des geringeren Gewichts der Verschleißauskleidung ist kein Kraneinsatz erforderlich.
Diese Rutsche befindet sich am Ende eines Schürzenförderers, was eine Reihe von Installationsentscheidungen erforderte. Abbildung 6 zeigt die Verschleißauskleidungskarte für diese Übergaberutsche – die folgenden Merkmale wurden eingeführt, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass magnetisch befestigte Platten unter Last verrutschen können:
- Anschlagleisten an den Unterkanten der Rückseite und den konischen Seiten
- Verschraubte Platten entlang der Unterkante neben dem Plattenbandförderer (Anschlagleisten konnten nicht verwendet werden, da diese durch den Materialfluss abgenutzt würden).
- Verschraubte Paneele entlang der Einführungskanten, um ein Verschieben der Paneele zu verhindern (ML01-S, ML02-S, ML20-S, ML05-S)
- Die Platten an der oberen Rückseite der Rutsche (ML05-9) hingen leicht über und wurden durch die Schwerkraft gelöst. Daher wurden in jeder Platte neun Magnete verwendet, um eine Haltekraft von >450 kgf zu erreichen.
Auf Foto 4 ist die Rutsche zu sehen, bei der alle Auskleidungen entfernt wurden und die bereit für die Installation der Magnetplatten ist. Auf Foto 5 wurden die Anschlagleisten angeschweißt, um zu verhindern, dass die Magnetplatten unter der Kraft des Materialflusses nach unten rutschen, und auf Foto 6 sind die magnetischen Keramikplatten installiert zu sehen.
Ergebnisse
Die Ergebnisse dieser Installation sind in Tabelle 7 unten aufgeführt. Die Auswechselzeit für die Liner mit Bolzenstahl betrug 35 Stunden. Bei den magnetisch befestigten Linern verkürzte sich diese Zeit auf 7 Stunden.
Tabelle 7 Installationszeiten Noppen-Liner vs. Magnet-Liner
| Noppen-Liner | Magnefast Liner | ||
|---|---|---|---|
| Rinnenoberfläche | 7 m² | Rinnenoberfläche | 7 m² |
| Arbeit | Arbeit | ||
| Ablösezeit (Stahl) | 20 Stunden | Entfernungszeit (Magnefast) | 2 Stunden |
| Einbauzeit (Stahl) | 15 Stunden | Installationszeit (Magnefast) | 5 Stunden |
| Total | 35 Stunden | Total | 7 Stunden |
| Anzahl der Bediener | 3 | Anzahl der Bediener | 3 |
| Dauer der Abschaltung | 35 Stunden | Dauer der Abschaltung | 7 Stunden |
Probleme/Maßnahmen
Nachdem die Übergaberutsche mehrere Wochen lang in Betrieb war, wurde bei einer geplanten Abschaltung festgestellt, dass sich einige der Magnetplatten nach oben bewegt hatten, wodurch Lücken zwischen einigen Auskleidungen entstanden. Diese Bewegung war das Ergebnis des horizontalen Überlaufs entlang der Fugen zwischen den Platten und der Tatsache, dass die Oberkante der Plattenfläche nicht gehalten wurde. Dies ist auf den Fotos 7 und 8 unten zu sehen.
Die Abhilfemaßnahme bestand darin, sämtliches in den Lücken zwischen den Platten festsitzendes Material zu entfernen, die Platten so neu zu positionieren, dass keine Lücken mehr vorhanden waren, und dann entlang der Oberkante der Magnetplatten einen Streifenbalken anzubringen, wie in Abbildung 3 unten gezeigt. Die Abhilfemaßnahme bestand darin, sämtliches in den Lücken zwischen den Platten festsitzendes Material zu entfernen, die Platten so neu zu positionieren, dass keine Lücken mehr vorhanden waren, und dann entlang der Oberkante der Magnetplatten einen Streifenbalken anzubringen, wie in Abbildung 3 unten gezeigt.
Die ursprüngliche Rutsche, die Anfang 2020 mit magnetisch befestigten Keramikplatten ausgestattet wurde, ist im März 2023 immer noch in Betrieb, und der Standort hat inzwischen sechs weitere Transferrutschen mit magnetischen Auskleidungen ausgestattet.
Fazit
Bergbauunternehmen legen einen ständigen Schwerpunkt auf die Verbesserung von Effizienz und Leistung, und ein wichtiger Faktor in dieser Hinsicht ist die Verkürzung der Dauer geplanter Stillstände. Darüber hinaus ist der Fokus auf Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz sowie die Notwendigkeit, die Sicherheit der Arbeitnehmer durch Risikominderung kontinuierlich zu verbessern, ein wichtiger KPI für alle Bergbauunternehmen. Die Verwendung magnetischer Befestigungen von Verschleißauskleidungen verkürzt die Auskleidungswechselzeit und hat sich als für eine Vielzahl von Betriebsbedingungen geeignet erwiesen.
Es ist wichtig, jede Anwendung sorgfältig zu prüfen und die Installationsmethode für magnetische Auskleidungen zu berücksichtigen, um die Haltekraft zu maximieren und ein Verrutschen auf der Montagefläche zu verhindern.
Danksagung
Der Autor möchte die Arbeit von Justin Minto, Betriebsleiter bei Elastotec P/L, und Cameron Dodd, Technischer Leiter bei Elastotec, für ihre Arbeit bei der Vorbereitung der Proben für die Tests und deren Durchführung über einen längeren Zeitraum würdigen. Der Autor möchte sich auch bei Elastotec P/L für die Unterstützung bei der Bereitstellung von finanziellen und Testressourcen bedanken, ohne die diese Arbeit nicht möglich gewesen wäre.
Nomenklatur
Mf = Magnetkraft
d = Abstand zwischen dem Magneten und der Stahloberfläche, von der er angezogen wird.