CCO Verschleißplattenanwendungen im Bergbau: Rutschen, Trichter und Brecherschalen

Eine Eisenerzmine in Westaustralien wechselte die Entleerungsschachtauskleidungen an ihrer Primärpresse alle 11 Wochen. Die 12 mm dicken Weicheisenplatten hielten gerade lang genug, damit das Wartungsteam einen vollständigen Schachtausbau durchführen konnte, bevor der Zyklus an einem anderen Abschnitt des Kreislaufs erneut begann. Die Mine verarbeitete jährlich ungefähr 65 Millionen Tonnen Erz über sechs Brechstationen. Über alle Stationen verteilt beliefen sich die jährlichen Kosten für die Auskleidungsersetzung – Material, Arbeitskräfte und Produktionsausfall – auf ungefähr 2,8 Millionen US-Dollar.

Nachdem die am stärksten beanspruchten Schachtabschnitte auf CCO Verschleißplatten ausgetauscht wurden, verlängerte sich das Austauschintervall in diesen Bereichen auf ungefähr 14 Monate, und die jährlichen Kosten sanken um ungefähr 41%.

Das Bergbauwesen bietet die aggressivste Verschleißumgebung im industriellen Materialhandling. Die Kombination aus harten, eckigen Gesteinspartikeln, hohen Durchsatzraten und Stoßbelastungen durch fallendes Material schafft Bedingungen, die herkömmliche Stahlauskleidungen innerhalb von Wochen oder Monaten überwältigen. Chromkarbid-Overlay-VerschleißplatteTechnologie ist für einen zunehmenden Anteil an Bergbaugeräten zur Standardlösung für Verschleißschutz geworden, weil sie eine dicke, metallurgisch verbundene Verschleißschicht bietet, der herkömmliche Stähle nicht gewachsen sind. Dieser Artikel untersucht, wie CCO-Platten an den wichtigsten Verschleißstellen in einem typischen Bergbaubetrieb eingesetzt werden.

1. Warum der Bergbauverschleißschutz spezialisierte Materialien erfordert

Der Bergbauverschleiß wird von drei Mechanismen gleichzeitig beherrscht. Niedrigdruck-Scratching-Abrieb tritt auf, wenn feine Erzpartikel mit hoher Geschwindigkeit über Stahloberflächen gleiten und allmählich Material durch Mikrospanen und -pflügen entfernen. Hochdruck-Schleifabrieb tritt auf, wenn große Gesteinsbruchstücke zwischen Stahloberflächen unter hohem Kontaktdruck zerkleinert werden – der Mechanismus, der Brecherbackenplatten und Kreiselbrecherschalenauskleidungen zerstört. Stoßverschleiß resultiert daraus, dass Steine von Förderband-Abgaberollen auf Rutschboden und Trichterwände fallen, was die Stahloberfläche verformt und bricht.

Standardmäßige Baustahlsorten — Q235, A36, S275 — haben eine Brinell-Härte im Bereich von ungefähr 120 bis 160 HB. Quarz, das häufigste harte Mineral in Erzkörpern, hat eine Härte von ungefähr 1.100 HV. Das Härteverhältnis zwischen dem Schleifmittel und der verschleißenden Oberfläche überschreitet 7:1, was den Verschleiß eindeutig in den schweren Bereich einordnet.

Bei diesem Verhältnis verschleißen selbst abrasionsbeständige Stähle wie AR400 (ungefähr 400 HB) so schnell, dass sie für Schurrenauskleidungen mit hohem Durchsatz unwirtschaftlich sind. Die Chromcarbide in einer CCO-Beschichtung, mit einer Härte von ungefähr 1.400 bis 1.800 HV, kehren das Härteverhältnis um — die harte Phase in der Platte ist nun härter als die Schleifpartikel, die sie angreifen.

2. Übergabeschurren: Die am stärksten verschleißbeanspruchte Zone im Förderkreislauf

Übergabeschurren sind die Stellen, an denen zwei Förderbänder zusammentreffen und der Materialstrom seine Richtung ändert. Eine Antriebstrommel entlädt Erz mit Geschwindigkeiten von 3 bis 5 Metern pro Sekunde auf einen Schurrenboden oder eine Prallplatte, oft mit einer Fallhöhe von 3 bis 10 Metern. Die Kombination aus Geschwindigkeit, Aufprall und Gleiten macht Übergabeschurren zu den am stärksten verschleißbeanspruchten Komponenten im Materialhandhabungssystem der Mine.

CCO Verschleißplatten werden in drei verschiedenen Zonen einer Übergabeschurre eingesetzt. Die Aufprallzone – der Bereich direkt unterhalb des Kopfrollenauslasses – nimmt die volle Kraft des fallenden Gesteins auf. Für diese Zone empfiehlt Jiangsu Wodon Wear Resistant New Material Co., Ltd. normalerweise eine 10+6- oder 10+8-Konfiguration, bei der die dicke Grundplatte Verformungen widersteht und die dicke Auflage sowohl Aufprall- als auch Abriebkräfte absorbiert.

Die Gleitzone – der Schurrenboden stromabwärts des Aufprallpunkts – kann eine 8+4- oder 8+6-Konfiguration verwenden, da die Aufprallkräfte abnehmen und der Gleitabrieb der dominierende Verschleißmechanismus wird. Die Seitenwandzone erfährt im Allgemeinen geringere Verschleißraten und kann mit 6+4-Platten geschützt werden.

Die richtige Festlegung der Plattenkonfiguration für jede Zone – anstatt die gleiche Platte in der gesamten Schurre zu verwenden – optimiert das Gleichgewicht zwischen Verschleißlebensdauer und Materialkosten. Die Aufprallzone erfordert die dickste Auflage. Die Gleitzone profitiert von einem maximalen Karbidvolumenanteil für die Widerstandsfähigkeit gegen Gleitabrieb. Die Seitenwände benötigen genug Auflage, um gelegentlichen Gesteinsstößen standzuhalten, ohne unnötige Kosten zu verursachen.

3. Trichter und Puffersilos: Verwaltung von Abrieb bei Lagerung und Beschickung

Trichter und Puffersilos lagern Material temporär und geben es in eine nachgeschaltete Anlage mit einer kontrollierten Geschwindigkeit weiter. Im Gegensatz zu Rutschen, in denen Material kontinuierlich über eine Oberfläche fließt, sind Trichter einer Kombination aus statischem Materialdruck, Trichterströmungsabrieb und dem Aufprall von Material ausgesetzt, das in einen leeren oder teilweise gefüllten Silo fällt.

Die Trichterwandplatten unterliegen in der Strömungszone – dem unteren Kegelabschnitt, in dem sich das Material in Richtung Austragsöffnung beschleunigt – dem höchsten Verschleiß. Wenn sich das Silo entleert, übt die Materialsäule über der Strömungszone Druck auf die konvergierenden Wände aus, und die Gleitgeschwindigkeit der Partikel an der Wandoberfläche erhöht sich. CCO - Platten in dieser Zone sind typischerweise 8+4 oder 8+6, je nach der Härte des Erzes und der Durchsatzleistung des Trichters. Im Gegensatz dazu unterliegen die oberen vertikalen Wände einem viel geringeren Verschleiß und können mit 6+3 - Platten ausreichend geschützt werden oder sogar unausgekleidet bleiben, wenn das Erz weich und nicht abrasiv ist.

Eine praktische Überlegung für Trichteranwendungen ist die Installationsmethode. Trichterwände sind oft gekrümmt oder konisch, was erfordert, dass die CCO-Platten gerollt werden, um dem Trichterradius anzupassen. Der Rollvorgang kann bestehende Spannungsausgleichsrisse in der Auflage öffnen, wenn der Biegeradius zu eng ist.

Eine allgemeine Richtlinie ist, dass der Biegeradius mindestens 10-mal die Gesamtdicke der Platte betragen sollte. Für eine 12-mm-Platte beträgt der empfohlene Mindestbiegeradius ungefähr 120 mm. Wodon Wear Resistant New Material rollt Platten bereits in der Fabrik auf den angegebenen Radius vor, wodurch das Risiko von Beschädigungen beim Formen vor Ort ausgeschlossen wird.

4. Brecherauskleidungen und Einzugsöffnungen

Brecher sind das Herzstück des Zerkleinerungskreislaufs, und ihre Verschleißteile — Backenplatten, Mantelauskleidungen und Prallstäbe — werden typischerweise aus hochmanganhaltigem austenitischem Stahl (Hadfield-Stahl) oder hochchromhaltigen Weißeisen-Gussteilen hergestellt. CCO-Verschleißplatten ersetzen diese primären Brecherschleißteile nicht. Ihre Rolle im Brechungskreislauf ist unterschiedlich: Sie schützen das Brechergehäuse sowie die Einzugs- und Austragsöffnungen vor dem abrasiven Materialstrom, der in den Brecher eintritt und ihn verlässt.

Der Beschickungsschacht des Brechers – die Struktur, die das Erz in die Brechkammer leitet – ist eine kritische Anwendung. Das Material fällt von oben in die Beschickungsöffnung, oft mit erheblicher Stoßenergie. Die Auskleidung des Beschickungsschachtes muss Stöße aufnehmen, ohne zu brechen, und dem Gleitverschleiß des Erzes widerstehen, das über ihre Oberfläche in die Brechermündung fließt. Eine 10+6- oder 10+8-CCO-Konfiguration ist typisch, wobei die dicke Grundplatte die strukturelle Integrität für die Überbrückung zwischen den Stützrippen bietet und die Auftragsschweißung die verschleißfeste Oberfläche liefert.

Der Austragsbereich des Brechers, wo das gebrochene Produkt mit hoher Geschwindigkeit austritt, stellt eine andere Verschleißherausforderung dar. Die Partikelgröße wurde verringert, was die Gesamtfläche der abrasiven Partikel erhöht, die mit den Wänden des Austragsschachtes in Kontakt kommen. Feinere Partikel neigen eher zum Gleiten als zum Aufprall, was Auftragsschweißungen mit einem hohen Karbidvolumenanteil gegenüber stoßfesten Formulierungen bevorzugt. China Wodon kann die Chemie der Auftragsschweißung und die Schweißparameter anpassen, um die Mikrostruktur für den spezifischen Verschleißmechanismus an jeder Brecherposition zu optimieren – einen höheren Karbidanteil für den Feinpartikel-Austragsstrom, eine zähere Matrix für die Grobpartikel-Beschickungszone.

5. Sieb-Untergrößenschalen und Klassiersiebe

Schwingungs sieben trennen gekörnte Erze in Größenfraktionen, und das Untergrößengut – die Feinkörnungen, die durch das Siebbett fallen – sammelt sich in einer Schale unterhalb des Siebs und fließt zu einer Entleerungsschurre. Dieses Untergrößengut ist oft kantig, frisch gekörnt und bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit über die Schalenoberfläche. Diese Kombination macht die Sieb-Unterschalen zu einer der am stärksten verschleißanfälligen Komponenten in der Aufbereitungsanlage.

CCO-Schleißplatten, die als Auskleidung für die Untergrößenschalen installiert werden, müssen neben der Standardabriebfestigkeit zwei Anforderungen erfüllen. Die Platten müssen dünn genug sein, um dem Schwingungssiebaufbau nicht zu viel Gewicht hinzuzufügen – eine Einschränkung, die in den meisten Konstruktionen die Grundplattendicke auf 6 mm oder 8 mm begrenzt. Sie müssen auch sicher befestigt sein, um den Vibrationen standzuhalten, ohne sich zu lösen.

Stopfen-Schweißen durch vorgebohrte Löcher oder Naht-Schweißen entlang der Kanten sind die Standard-Befestigungsverfahren. Verschraubte Befestigungen mit Senkschrauben werden verwendet, wenn die Platten ohne Schweißen ausgetauscht werden müssen.

6. Auswahl der richtigen CCO-Plattenkonfiguration nach Bergbauanwendung

Die folgende Tabelle fasst die empfohlenen CCO-Plattenkonfigurationen für häufige Verschleißstellen im Bergbau zusammen, basierend auf der Praxiserfahrung an mehreren Bergbaustellen und bei verschiedenen Erztypen.

Diese Empfehlungen sind Ausgangspunkte. Die Erzhärte, die Partikelgrößenverteilung, die Durchsatzrate und der Feuchtigkeitsgehalt beeinflussen alle die tatsächlichen Verschleißraten, und eine standortspezifische Verschleißbewertung sollte immer die endgültige Plattenangabe bestimmen.

7. Fallbeispiele aus Bergbaubetrieben

Die in der Einleitung erwähnte westaustralische Eisenerzmine ersetzte die Stoßzone ihrer Primärbrecher-Austragsschurre durch 10+8 CCO-Platten, nachdem die ursprünglichen 12-mm-Messingstahlauskleidungen alle 11 Wochen ausfielen. Die CCO-Platten wurden in einer modularen Schraubmontagekonfiguration installiert, wobei die einzelnen Platten jeweils ungefähr 120 kg wogen – leicht genug, um von zwei Technikern ohne Kran gehandhabt zu werden. Nach 14 Monaten zeigten die Platten in der Stoßzone in den Bereichen mit der höchsten Beanspruchung ungefähr 2,5 mm Verschleiß der Überlagerung.

Die Gleitzonenplatten, die als 8+6 installiert wurden, zeigten ungefähr 1,1 mm Verschleiß. Das Wartungsteam prognostizierte einen Austausch in ungefähr 20 Monaten für die Stoßzone und 30+ Monaten für die Gleitzone.

Eine Kupfermine in Chile wechselte bei ihrer SAG-Mühle-Zuführschurre von Gussmanganstahlauskleidungen zu 10+8 CCO-Platten. Die Manganauskleidungen hatten sich wie erwartet im Betrieb gehärtet, aber der Aufprall von 150-mm-Erzklümpchen verursachte Abplatzungen an den Rändern der Auskleidungen, wo die Spannungen um die Schraubenlöcher konzentriert waren. Die CCO-Platten beseitigten das Abplatzungsproblem, da das Rissnetz der Überlagerung die Aufprallenergie absorbierte, ohne große, sich ausbreitende Risse zu erzeugen.

8. Häufig gestellte Fragen

8.1 Können CCO Verschleißplatten gegossenes Manganstahl in Brecherkomponenten ersetzen?

CCO Platten sind keine direkte Ersetzung für gegossenes Manganstahl in Verschleißteilen von Primärbrechern wie Backenplatten, Kegelauskleidungen oder Prallleisten. Gegossenes Manganstahl härtet unter Schlagbeanspruchung aus und entwickelt eine Oberflächenhärte, die 500 HB übersteigen kann. Seine Zähigkeit ermöglicht es ihm, sich ohne Bruch zu verformen – wesentliche Eigenschaften für Komponenten, die wiederholten starken Stößen ausgesetzt sind. CCO Platten erfüllen in Brecherkreisen eine andere Funktion: Sie schützen das Brechergehäuse, die Einzugs- und Austragsschächte vor dem abrasiven Materialstrom. Sie ergänzen die Verschleißteile aus gegossenem Manganstahl anstatt sie zu ersetzen.

8.2 Wie ermittle ich, wann ich die CCO Schachtauskleidungen ersetzen soll?

Der Austausch sollte durch die Messung der Überlagerungsdicke ausgelöst werden, nicht allein durch die Kalenderzeit oder die visuelle Inspektion. Ultraschall-Dickenmesser, die für das Überlagerungsmaterial kalibriert sind, können die verbleibende Überlagerungsdicke durch die Plattenoberfläche messen, typischerweise mit einer Genauigkeit von ±0,1 mm. Ein Austauschschwellenwert von etwa 1,0 bis 1,5 mm verbleibender Überlagerung ist üblich – ein ausreichender Verschleißausgleich, um den Austausch während der nächsten geplanten Stillstandszeit zu planen. Wenn man wartet, bis die Grundplatte freigelegt ist, besteht die Gefahr von Schäden an der Schachtstruktur, und es entsteht eine Sicherheitsgefahr, wenn die verschlissenen Platten sich lösen und in den Materialstrom gelangen.

8.3 Sind CCO Verschleißplatten für feuchte, korrosive Bergbauumgebungen geeignet?

CCO-Platten zeigen in feuchten Umgebungen gute Leistung, in denen die Hauptsorge der abrasiver Verschleiß bei gelegentlicher Feuchtigkeitseinwirkung ist. Allerdings können unter stark sauren Bergwassernbedingungen – was bei der Verarbeitung von Sulfiderzen üblich ist, wo der pH-Wert unter 3 fallen kann – die Kohlenstoffstahlgrundplatten von der Rückseite her korrodieren, auch wenn die Overlay-Oberfläche intakt bleibt. Für diese Bedingungen kann die Angabe einer Edelstahlgrundplatte (wie 304L oder 316L) oder die Anwendung einer Schutzbeschichtung auf die Rückseite der Platte die Lebensdauer verlängern. Das Overlay selbst ist gegen viele chemische Umgebungen beständig, bildet aber keine Korrosionsbarriere für die Grundplatte.

8.4 Welche Befestigungsmethode wird für CCO-Platten in Rutschen empfohlen?

Das Stopfen-Schweißen durch vorgebohrte Löcher in der CCO-Platte ist die am häufigsten verwendete Befestigungsmethode für Rutschenauskleidungen. Löcher werden von der Overlay-Seite durch die Platte gebohrt, und die Platte wird mit einem Standard-Messingstahlelektroden durch diese Löcher an der Rutschenstruktur angeschweißt. Die Schweißung sollte von der Overlay-Seite her erfolgen, um sicherzustellen, dass die Rutschenstruktur durchdrungen wird.

Für Anwendungen, die häufiges Austauschen erfordern, ermöglichen Schraubkonstruktionen mit versenkten Schraubenköpfen unterhalb der Überzugsoberfläche einen schnellen Austausch ohne Schweißen. Bolzenschweißen – das Schweißen von Gewindebolzen auf die Rückseite der Platte vor der Installation – ist eine dritte Option, die die Sicherheit einer geschweißten Befestigung mit der Austauschbarkeit einer verschraubten Verbindung kombiniert.