Una strategia di gestione della catena AFC ne prolunga la durata e previene i fermi macchina imprevisti.
Catena minerariaLa durata di una catena può determinare il successo o il fallimento di un'operazione. Sebbene la maggior parte delle miniere a fronte lungo utilizzi catene da 42 mm o superiori sui propri nastri trasportatori corazzati (AFC), molte miniere impiegano catene da 48 mm e alcune addirittura da 65 mm. I diametri maggiori possono prolungare la durata della catena. Gli operatori delle miniere a fronte lungo prevedono spesso di superare gli 11 milioni di tonnellate con le catene da 48 mm e fino a 20 milioni di tonnellate con quelle da 65 mm prima che la catena venga messa fuori servizio. Le catene di queste dimensioni maggiori sono costose, ma ne vale la pena se consentono di estrarre un intero pannello o due senza interruzioni dovute a guasti alla catena. Tuttavia, se si verifica una rottura della catena a causa di una gestione inadeguata, di una manipolazione errata, di un monitoraggio insufficiente o di condizioni ambientali che possono causare tensocorrosione (SCC), la miniera si trova ad affrontare gravi problemi. In questa situazione, il prezzo pagato per quella catena diventa irrilevante.
Se un operatore di estrazione a fronte lungo non utilizza la catena più adatta alle condizioni della miniera, un arresto imprevisto potrebbe facilmente vanificare tutti i risparmi ottenuti durante la fase di acquisto. Cosa dovrebbe fare quindi un operatore di estrazione a fronte lungo? Dovrebbe prestare molta attenzione alle condizioni specifiche del sito e scegliere la catena con cura. Dopo l'acquisto, è necessario investire tempo e denaro aggiuntivi per una corretta gestione dell'investimento. Questo può portare a risultati significativi.
Il trattamento termico può aumentare la resistenza della catena, ridurne la fragilità, alleviare le tensioni interne, aumentarne la resistenza all'usura o migliorarne la lavorabilità. Il trattamento termico è diventato una vera e propria arte e varia da produttore a produttore. L'obiettivo è ottenere un equilibrio di proprietà del metallo che si adatti al meglio alla funzione del prodotto. La catena temprata in modo differenziato è una delle tecniche più sofisticate utilizzate da Parsons Chain, in cui la corona della maglia rimane dura per resistere all'usura, mentre le gambe delle maglie sono più morbide per aumentarne la tenacità e la duttilità in esercizio.
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 effettivamente proporzionale, quindi un materiale con una durezza di 800 HV è otto volte più duro di uno con una durezza di 100 HV. Fornisce quindi una scala di durezza razionale dal materiale più morbido a quello più duro. Per bassi valori di durezza, fino a circa 300, i risultati della durezza Vickers e Brinell sono approssimativamente gli stessi, ma per valori più elevati i risultati Brinell sono inferiori a causa della deformazione del penetratore a sfera.
Il test di impatto Charpy è una misura della fragilità di un materiale che può essere ottenuta tramite un test di impatto. La maglia della catena viene intagliata nel punto di saldatura e posizionata sulla traiettoria di un pendolo oscillante; l'energia necessaria per fratturare il campione viene misurata dalla riduzione dell'oscillazione del pendolo.
La maggior parte dei produttori di catene conserva alcuni metri di ogni lotto per consentire l'esecuzione di test distruttivi completi. I risultati completi dei test e i relativi certificati vengono normalmente forniti insieme alla catena, che di solito viene spedita in coppie abbinate da 50 metri. Durante questi test distruttivi vengono inoltre rappresentati graficamente l'allungamento alla forza di prova e l'allungamento totale a rottura.
La catena ottimale
L'obiettivo è combinare tutte queste caratteristiche per creare la catena ottimale, che includa le seguenti prestazioni:
• Maggiore resistenza alla trazione;
• Maggiore resistenza all'usura della maglia interna;
• Elevata resistenza ai danni causati dal pignone;
• Maggiore resistenza alla fessurazione martensitica;
• Maggiore tenacità;
• Maggiore durata della fatica; e
• Resistenza al carcinoma a cellule squamose (SCC).
Tuttavia, non esiste una soluzione perfetta, ma solo diversi compromessi. Un elevato limite di snervamento tenderà a generare elevate tensioni residue; se associato ad un'elevata durezza per aumentare la resistenza all'usura, tenderà anche a diminuire la tenacità e la resistenza alla corrosione sotto sforzo.
I produttori si impegnano costantemente nello sviluppo di catene più resistenti e in grado di sopportare condizioni difficili. Alcuni produttori zincano le catene per renderle adatte ad ambienti corrosivi. Un'altra opzione è rappresentata dalle catene COR-X, realizzate con una lega brevettata di vanadio, nichel, cromo e molibdeno, che contrasta la tensocorrosione (SCC). La particolarità di questa soluzione risiede nell'omogeneità delle proprietà anti-corrosione da stress (SCC) in tutta la struttura metallurgica della catena, la cui efficacia non diminuisce con l'usura. Le catene COR-X hanno dimostrato di aumentare significativamente la durata in ambienti corrosivi ed eliminare virtualmente i guasti dovuti alla tensocorrosione. I test hanno evidenziato un aumento del 10% della forza di rottura e di azionamento, un aumento del 40% della resistenza all'intaglio e un aumento del 350% della resistenza alla SCC rispetto alle catene tradizionali (DIN 22252).
Esistono casi in cui la catena COR-X da 48 mm ha trasportato 11 milioni di tonnellate senza guasti prima di essere dismessa. Inoltre, l'installazione iniziale della catena Broadband OEM da parte di Joy nella miniera BHP Billiton di San Juan utilizzava una catena Parsons COR-X prodotta nel Regno Unito, che si dice abbia trasportato fino a 20 milioni di tonnellate dal fronte di scavo durante la sua vita utile.
Invertire la catena per prolungarne la durata.
La causa principale dell'usura della catena è il movimento di rotazione di ogni maglia verticale attorno alla maglia orizzontale adiacente, durante l'ingresso e l'uscita dalla ruota dentata. Questo comporta anche una maggiore usura su un piano delle maglie durante la rotazione attraverso la ruota dentata; pertanto, uno dei modi più efficaci per prolungare la durata di una catena usata è ruotarla, o invertirla, di 180° per farla funzionare nella direzione opposta. In questo modo, le superfici "non utilizzate" delle maglie entreranno in funzione, riducendo l'area di usura e, di conseguenza, prolungando la durata della catena.
Il carico non uniforme del trasportatore, dovuto a diversi fattori, può causare un'usura irregolare delle due catene, con conseguente usura più rapida di una rispetto all'altra. Un'usura o un allungamento non uniformi di una o di entrambe le catene, come può accadere con i sistemi a doppio motore fuoribordo, possono causare un disallineamento delle spire, ovvero uno sfasamento tra di esse mentre ruotano attorno alla ruota dentata motrice. Questo problema può anche essere causato dall'allentamento di una delle due catene. Tale squilibrio comporterà problemi operativi, oltre a causare un'usura eccessiva e possibili danni alle ruote dentate motrici.
Tensione 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, con entrambe le catene che si allungano a causa dell'usura a un ritmo controllato e comparabile.
Nell'ambito di un programma di manutenzione, il personale addetto misurerà l'usura e la tensione della catena, sostituendola quando l'usura supera il 3%. Per comprendere appieno il significato di questo grado di usura, basti pensare che su un fronte di estrazione di 200 metri, un'usura del 3% corrisponde a un aumento di 12 metri nella lunghezza di ogni catena. Il personale addetto alla manutenzione sostituirà anche le ruote dentate di mandata e di ritorno e i dispositivi di trascinamento quando risultano usurati o danneggiati, controllerà il riduttore e il livello dell'olio e si assicurerà, a intervalli regolari, che i bulloni siano ben serrati.
Esistono metodi consolidati per calcolare il livello corretto di precarico, che si rivelano una guida molto utile per i valori iniziali. Tuttavia, il metodo più affidabile consiste nell'osservare la catena mentre esce dalla ruota dentata motrice quando l'AFC opera a pieno carico. La catena dovrebbe presentare un gioco minimo (due maglie) quando si sfila dalla ruota dentata motrice. Quando si verifica tale livello, è necessario misurare il precarico, registrarlo e impostarlo come valore di riferimento per quel particolare lato. Le misurazioni del precarico devono essere effettuate regolarmente e il numero di maglie rimosse deve essere registrato. Ciò consentirà di individuare tempestivamente l'insorgere di usura differenziale o eccessiva.
Le spire piegate devono essere raddrizzate o sostituite senza indugio. Riducono le prestazioni del trasportatore e possono causare la caduta della barra dalla pista inferiore, con conseguente salto sulla ruota dentata e danni a catene, ruota dentata e spire.
Gli operatori delle trivelle a fronte lungo devono prestare attenzione ai tendicatena usurati e danneggiati, poiché potrebbero consentire alla catena di rimanere allentata nel pignone, causando inceppamenti e danni.
La gestione della catena inizia durante l'installazione
L'importanza di un allineamento rettilineo perfetto del fronte di scavo non può essere sottovalutata. Qualsiasi deviazione dall'allineamento del fronte di scavo può causare tensioni differenziali tra le catene sul lato del fronte e sul lato della cavità, con conseguente usura irregolare. Questo problema si verifica con maggiore probabilità sul fronte di scavo appena aperto, durante il periodo di rodaggio delle catene.
Una volta che si è formato un modello di usura differenziale, è praticamente impossibile porvi rimedio. Nella maggior parte dei casi, il differenziale continua a peggiorare con l'allentamento della catena, che a sua volta crea ulteriore gioco.
Gli effetti negativi di un fronte di scavo non ottimale, che porta a variazioni eccessive di precarico tra i due lati, sono illustrati dall'analisi dei dati. Ad esempio, si consideri una parete di 305 metri (1.000 piedi) con una catena AFC da 42 mm, composta da circa 4.000 maglie per lato. Supponendo che l'usura tra le maglie avvenga a entrambe le estremità, la catena presenta 8.000 punti in cui il metallo viene consumato dalle pressioni tra le maglie durante l'avanzamento, le vibrazioni lungo il fronte di scavo, i carichi d'urto o l'azione corrosiva. Pertanto, per ogni millesimo di pollice (1/1.000 di pollice) di usura si genera un aumento di lunghezza di 20 centimetri (8 pollici). Qualsiasi minima variazione tra i tassi di usura del fronte di scavo e del lato di crollo, causata da tensioni non uniformi, si moltiplica rapidamente fino a generare una notevole variazione nella lunghezza della catena.
Due forgiature simultanee sulla ruota dentata potrebbero causare un'usura eccessiva del profilo del dente. Ciò è dovuto alla perdita di un punto di appoggio preciso sulla ruota motrice, che permette alla maglia di scorrere sui denti di trasmissione. Questo scorrimento incide la maglia e aumenta anche il tasso di usura dei denti della ruota dentata. Una volta instauratosi come modello di usura, questo non può che accelerare. Ai primi segni di usura della maglia, le ruote dentate devono essere esaminate e sostituite se necessario, prima che il danno comprometta la catena.
Un precarico eccessivo della catena provoca un'usura eccessiva sia della catena che del pignone. Il precarico della catena deve essere impostato su valori che impediscano un eccessivo allentamento della catena a pieno carico. Tali condizioni potrebbero causare lo "slittamento" delle barre raschiatrici e il rischio di danni al pignone di coda dovuti all'aggrovigliamento della catena all'uscita dal pignone stesso. Un precarico eccessivo comporta due pericoli evidenti: un'usura eccessiva delle maglie della catena e un'usura eccessiva dei pignoni di trasmissione.
Una tensione eccessiva della catena può essere letale
La tendenza comune è quella di tendere eccessivamente la catena. L'obiettivo dovrebbe essere quello di controllare regolarmente il precarico e di eliminare il lasco di due maglie alla volta. Eliminare più di due maglie indicherebbe che la catena è troppo lenta, oppure eliminare quattro maglie creerebbe un precarico eccessivo che causerebbe un'usura eccessiva tra le maglie e ridurrebbe drasticamente la durata della catena.
Supponendo che l'allineamento del fronte di scavo sia corretto, il valore del precarico su un lato non dovrebbe superare di oltre una tonnellata quello sull'altro lato. Una buona gestione del fronte di scavo dovrebbe garantire che qualsiasi differenza non superi le due tonnellate per tutta la durata di esercizio della catena.
L'aumento di lunghezza dovuto all'usura delle maglie (a volte erroneamente definito "allungamento della catena") può raggiungere il 2% e la catena può comunque funzionare con pignoni nuovi.
Il grado di usura tra le maglie non rappresenta un problema se catena e pignoni si usurano insieme, mantenendo così la loro compatibilità. Tuttavia, l'usura tra le maglie comporta una riduzione del carico di rottura della catena e della sua resistenza agli urti.
Un metodo semplice per misurare l'usura tra le maglie consiste nell'utilizzare un calibro, misurando in cinque sezioni di passo e confrontando i valori con la tabella di allungamento della catena. In genere, si considera la sostituzione delle catene quando l'usura tra le maglie supera il 3%. Alcuni responsabili della manutenzione, più prudenti, non gradiscono che l'allungamento della catena superi il 2%.
Una corretta gestione della catena inizia già in fase di installazione. Un monitoraggio intensivo, con eventuali correzioni durante il periodo di rodaggio, contribuirà a garantire una lunga durata e un funzionamento senza problemi della catena.
(Con la cortesia diEllton Longwall)
Data di pubblicazione: 26 settembre 2022
