Una strategia di gestione della catena AFC prolunga la durata e previene tempi di inattività non pianificati
Catena minerariapuò creare o distruggere un'operazione. Mentre la maggior parte delle miniere a pareti lunghe utilizzano catene da 42 mm o superiori sui trasportatori a faccia corazzata (AFC), molte miniere utilizzano catene da 48 mm e alcune utilizzano catene larghe fino a 65 mm. I diametri maggiori possono prolungare la durata della catena. Gli operatori a pareti lunghe spesso si aspettano di superare gli 11 milioni di tonnellate con le misure da 48 mm e fino a 20 milioni di tonnellate con le misure da 65 mm prima che la catena venga messa fuori servizio. La catena di queste dimensioni più grandi è costosa ma ne vale la pena se è possibile estrarre un intero pannello o due senza arrestarsi a causa di un guasto della catena. Ma, se si verifica una rottura della catena a causa di cattiva gestione, cattiva gestione, monitoraggio improprio o a causa di condizioni ambientali che possono causare fessurazioni per corrosione da stress (SCC), la miniera si trova ad affrontare grossi problemi. In questa situazione, il prezzo pagato per quella catena diventa discutibile.
Se un operatore di longwall non gestisce la catena migliore possibile per le condizioni della miniera, una chiusura non pianificata potrebbe facilmente cancellare qualsiasi risparmio sui costi ottenuto durante il processo di acquisto. Quindi cosa dovrebbe fare un operatore longwall? Dovrebbero prestare molta attenzione alle condizioni specifiche del sito e scegliere attentamente una catena. Dopo l'acquisto della catena, è necessario dedicare ulteriore tempo e denaro necessari per gestire correttamente l'investimento. Ciò può pagare dividendi significativi.
Il trattamento termico può aumentare la resistenza della catena, ridurne la fragilità, alleviare le tensioni interne, aumentare la resistenza all'usura o migliorare la lavorabilità della catena. Il trattamento termico è diventato una forma d'arte e varia da produttore a produttore. L'obiettivo è ottenere un equilibrio di proprietà del metallo per adattarsi al meglio alla funzione dei prodotti. La catena a tempra differenziale è una delle tecniche più sofisticate utilizzate da Parsons Chain in cui la corona della maglia della catena rimane dura per resistere all'usura e le gambe se le maglie sono più morbide aumentano la tenacità e la duttilità in servizio.
La durezza è la capacità di resistere all'usura ed è indicata dal numero di durezza Brinell con il simbolo HB o dal numero di durezza Vickers (HB). La scala di durezza Vickers è veramente proporzionale, quindi un materiale di 800 HV è otto volte più duro di uno con una durezza di 100 HV. Fornisce quindi una scala razionale di durezza dal materiale più tenero a quello più duro. Per valori di durezza bassi, fino a circa 300, i risultati di durezza Vickers e Brinell sono approssimativamente gli stessi, ma per valori più alti i risultati Brinell sono inferiori a causa della distorsione del penetratore sferico.
Il Charpy Impact Test è una misura della fragilità di un materiale ottenibile da una prova di impatto. La maglia della catena viene dentellata nel punto di saldatura sulla maglia e posta sul percorso di un pendolo oscillante, l'energia richiesta per fratturare il provino viene misurata dalla riduzione dell'oscillazione del pendolo.
La maggior parte dei produttori di catene risparmiano alcuni metri di ciascun ordine di lotto per consentire l'esecuzione di test distruttivi completi. I risultati completi dei test e i certificati vengono normalmente forniti con la catena che viene normalmente spedita in coppie abbinate da 50 m. Durante questo test distruttivo vengono rappresentati graficamente anche l'allungamento alla forza di prova e l'allungamento totale alla frattura.
La catena ottimale
L'obiettivo è combinare tutte queste caratteristiche per creare la catena ottimale, che include le seguenti prestazioni:
• Maggiore resistenza alla trazione;
• Maggiore resistenza all'usura della maglia interna;
• Elevata resistenza ai danni al pignone;
• Maggiore resistenza alla fessurazione martensitica;
• Maggiore tenacità;
• Maggiore durata a fatica; E
• Resistenza all'SCC.
Tuttavia non esiste una soluzione perfetta, ma solo vari compromessi. Un elevato limite di snervamento tenderà a comportare un elevato stress residuo, se associato ad un'elevata durezza per aumentare la resistenza all'usura, tenderà inoltre a diminuire la tenacità e la resistenza alla tensocorrosione.
I produttori sono costantemente impegnati a sviluppare catene che funzionino più a lungo e sopravvivano a condizioni difficili. Alcuni produttori zincano la catena per far fronte ad ambienti corrosivi. Un'altra opzione è la catena COR-X, realizzata con una lega brevettata di vanadio, nichel, cromo e molibdeno che combatte l'SCC. Ciò che rende unica questa soluzione è che le proprietà antistress corrosione sono omogenee in tutta la struttura metallurgica della catena e la sua efficacia non cambia con l'usura della catena. COR-X ha dimostrato di aumentare sostanzialmente la durata della catena in ambienti corrosivi ed eliminare virtualmente i guasti dovuti alla tensocorrosione. I test hanno dimostrato che la forza di rottura e di azionamento aumenta del 10%. L'impatto dell'intaglio è aumentato del 40% e la resistenza all'SCC è aumentata del 350% rispetto alla catena normale (DIN 22252).
Ci sono casi in cui la catena COR-X da 48 mm ha percorso 11 milioni di tonnellate senza che si verificasse un guasto correlato alla catena prima di essere smantellata. E l'installazione iniziale della catena OEM a banda larga da parte di Joy presso la miniera BHP Billiton San Juan utilizzava la catena Parsons COR-X prodotta nel Regno Unito, che si dice abbia trasportato fino a 20 milioni di tonnellate dalla superficie durante la sua vita.
Catena inversa per prolungare la durata della catena
La causa principale dell'usura della catena è il movimento di ciascuna maglia verticale che ruota attorno alla maglia orizzontale adiacente quando entra ed esce dal pignone di trasmissione. Ciò porta anche a una maggiore usura su un piano delle maglie mentre ruotano attraverso il pignone, quindi uno dei modi più efficaci per prolungare la durata di una catena usata è ruotarla o invertirla di 180° per far scorrere la catena nella direzione opposta . Ciò metterà in funzione le superfici "inutilizzate" delle maglie, con conseguente minore usura dell'area delle maglie e ciò equivale a una maggiore durata della catena.
Il carico non uniforme del trasportatore, dovuto a una serie di motivi, può portare a un'usura non uniforme delle due catene, provocando un'usura più rapida di una catena rispetto all'altra. L'usura o l'allungamento non uniforme di una o di entrambe le catene, come può accadere con i gruppi fuoribordo gemelli, può causare un disallineamento o uno sfasamento dei facchini mentre girano attorno alla ruota dentata di trasmissione. Ciò può anche essere causato da un allentamento di una delle due catene. Questo effetto di squilibrio porterà a problemi operativi, oltre a causare un'usura eccessiva e possibili danni alle ruote dentate di trasmissione.
Tensionamento del sistema
È necessario un programma sistematico di tensionamento e manutenzione per garantire che dopo l'installazione il tasso di usura della catena sia controllato e che entrambe le catene si allunghino a causa dell'usura a un ritmo controllato e comparabile.
Nell'ambito di un programma di manutenzione, il personale addetto alla manutenzione misurerà l'usura e la tensione della catena, sostituendo la catena quando si è usurata più del 3%. Per apprezzare cosa significhi in termini reali questo grado di usura della catena, è opportuno ricordare che su un fronte di parete lungo 200 m, un'usura della catena del 3% implica un aumento della lunghezza della catena di 12 m per ogni trefolo. Il personale di manutenzione sostituirà inoltre le ruote dentate di consegna e di ritorno e gli estrattori quando questi si usurano o danneggiano, esaminerà la scatola del cambio e il livello dell'olio e si assicurerà, a intervalli regolari, che i bulloni siano serrati.
Esistono metodi consolidati per calcolare il corretto livello di pretensione e questi si rivelano una guida molto utile per i valori iniziali. Tuttavia, il metodo più affidabile consiste nell'osservare la catena mentre lascia il pignone di trasmissione quando l'AFC funziona a pieno carico. La catena dovrebbe mostrare appena un minimo di allentamento (due maglie) mentre si stacca dal pignone di trasmissione. Quando esiste un tale livello, la pretensione deve essere misurata, registrata e impostata per il futuro come livello operativo per quella particolare faccia. Le letture della pretensione dovrebbero essere effettuate regolarmente e il numero di collegamenti rimossi dovrebbe essere registrato. Ciò fornirà un avviso tempestivo dell'inizio dell'usura del differenziale o dell'usura eccessiva.
I facchini piegati devono essere raddrizzati o modificati senza indugio. Riducono le prestazioni del trasportatore e possono far sì che la barra esca dalla guida inferiore e salti sulla ruota dentata causando danni ad entrambe le catene, alla ruota dentata e alle barre di volo.
Gli operatori a parete lunga devono prestare attenzione agli estrattori di catena usurati o danneggiati poiché potrebbero consentire alla catena allentata di rimanere nel pignone e ciò potrebbe causare inceppamenti e danni.
La gestione della catena inizia durante l'installazione
La necessità di una buona linea del viso diritta non può essere sottolineata abbastanza. Qualsiasi deviazione nell'allineamento frontale potrebbe comportare pretensionamenti differenziali tra le catene frontali e quelle sul lato goccia, con conseguente usura irregolare. Ciò è più probabile che si verifichi sulla faccia di nuova costituzione poiché le catene attraversano un periodo di “assestamento”.
Una volta che si è formato un modello di usura differenziale, è praticamente impossibile correggerlo. Il più delle volte il differenziale continua a peggiorare con l'usura della catena allentata per creare più allentamento.
Gli effetti negativi della corsa con una linea del viso inadeguata che porta a variazioni eccessive nelle pretensioni laterali sono illustrati esaminando i numeri. Ad esempio, una parete lunga 1.000 piedi con catena AFC da 42 mm che ha circa 4.000 maglie su ciascun lato. Accettare che la rimozione del metallo da usura dell'interconnessione avvenga su entrambe le estremità del collegamento. La catena ha 8.000 punti in cui il metallo viene consumato dalle pressioni delle maglie mentre viene azionata e quando vibra lungo la superficie, subisce carichi d'urto o viene colpita da un attacco corrosivo. Pertanto, per ogni 1/1.000 di pollice di usura generiamo 8 pollici di aumento di lunghezza. Qualsiasi leggera variazione tra i tassi di usura frontale e quella del lato goccia, causata da tensioni non uniformi, si moltiplica rapidamente fino a formare una variazione maggiore nella lunghezza della catena.
Due forgiature contemporanee sul pignone potrebbero comportare un'usura eccessiva del profilo del dente. Ciò è dovuto alla perdita della posizione positiva nella ruota dentata di azionamento che consente alla maglia di scorrere sui denti di guida. Questa azione di scorrimento taglia la maglia e aumenta anche il tasso di usura sui denti della ruota dentata. Una volta stabilito come modello di usura, può solo accelerare. Al primo segno di taglio della maglia, i pignoni devono essere esaminati e sostituiti se necessario, prima che il danno distrugga la catena.
Una pretensione della catena troppo elevata causerà inoltre un'usura eccessiva sia della catena che del pignone. La pretensione della catena deve essere stabilita a valori che impediscano la creazione di una catena eccessiva allentata a pieno carico. Tali condizioni causeranno lo “scatto verso l'esterno” delle barre raschianti e il rischio di danni alla ruota dentata di coda causati dall'aggrovigliamento della catena mentre lascia la ruota dentata. Se le pretensioni sono troppo alte ci sono due pericoli evidenti: usura eccessiva delle maglie della catena e usura eccessiva delle ruote dentate.
Una tensione eccessiva della catena può essere mortale
La tendenza comune è quella di stringere troppo la catena. L'obiettivo dovrebbe essere quello di controllare regolarmente la pretensione e di eliminare l'allentamento della catena con incrementi di due maglie. Più di due maglie indicherebbero che la catena è troppo lenta oppure la rimozione di quattro maglie creerebbe una pretensione troppo elevata che indurrebbe una forte usura delle maglie e ridurrebbe seriamente la durata della catena.
Supponendo che l'allineamento della faccia sia buono, il valore di pretensione su un lato non dovrebbe superare il valore sull'altro lato di più di una tonnellata. Una buona gestione della superficie dovrebbe garantire che qualsiasi differenziale possa essere mantenuto a non più di due tonnellate per tutta la vita operativa della catena.
L'aumento di lunghezza dovuto all'usura delle maglie (a volte indicato erroneamente come “allungamento della catena”) può raggiungere il 2% e continuare a funzionare con pignoni nuovi.
Il grado di usura delle maglie non costituisce un problema se catena e pignoni si usurano insieme mantenendo così la loro compatibilità. Tuttavia, l'usura delle maglie determina una riduzione del carico di rottura della catena e della resistenza ai carichi d'urto.
Un metodo semplice per misurare l'usura delle maglie consiste nell'utilizzare un calibro, misurando in cinque sezioni di passo e applicando alla tabella di allungamento della catena. Generalmente si prende in considerazione la sostituzione delle catene quando l'usura delle maglie supera il 3%. Ad alcuni responsabili della manutenzione conservatori non piace vedere la loro catena superare il 2% di allungamento.
Una buona gestione della catena inizia nella fase di installazione. Un monitoraggio intensivo con correzioni, se necessarie, durante il periodo di assestamento contribuirà a garantire una vita della catena lunga e senza problemi.
(Per gentile concessione diEllton Longwall)
Orario di pubblicazione: 26 settembre 2022