» » Полимерные покрытия емкостей оборудования открытых работ

Полимерные покрытия емкостей оборудования открытых работ

30.08.2016

Для открытой разработки угольных и рудных месторождений полимерные композиции также находят эффективное применение в качестве изолирующих покрытий в оборудовании. Металлические поверхности емкостей оборудования для перегрузки горной массы (бункеры, ковши экскаваторов) и для ее транспортировки (думпкары, самосвалы) обладают высокой смачивающей способностью, теплопроводностью и электропроводностью. Эти свойства металлов способствуют прилипанию к емкостям горнотранспортного оборудования горной массы, а в условиях отрицательных температур также ее примерзанию.
Явления прилипания и примерзания горной массы (пород, глины, угля) к емкостям оборудования открытых работ приводят к значительному снижению их производительности. Опыт показал, что в результате таких явлений производительность локомотивосоставов снижается на 15—20%, автомобильного парка — на 15—18%, вскрышных экскаваторов — на 22—25%, а отвальных— на 12—15%.
Сложность решения вопросов борьбы с прилипанием и примерзанием сыпучих грузов основывается на специфических особенностях открытых горных работ: на существенном различии климатических и горнотехнических условий карьеров, большом разнообразии физико-механических свойств перевозимых пород и полезных ископаемых, многотипности и конструктивных особенностях средств погрузки и транспортирования. Применяемые в большинстве случаев методы борьбы с прилипанием и примерзанием основаны либо на механической очистке при помощи скребков, гидромониторов, вибромеханизмов и другого оборудования, либо на использовании различных сыпучих и жидких веществ, теплового обогрева, смазок и т. д.
В последние годы на предприятиях горнодобывающей промышленности благодаря работам главным образом НИИОГР для борьбы с прилипанием и примерзанием горной массы начато применение жидких и твердых покрытий, основанных на композициях полимерных и других химических материалов.
Жидкие профилактические покрытия

Метод химической изоляции рабочих поверхностей основан на создании на поверхности транспортных сосудов адсорбционных пленок поверхностно-активных веществ, резко повышающих гидрофобность этих поверхностей. Разработанные в НИИОГР жидкие профилактические средства КОС, РПС-67, НИОГРИН являются высокоэффективными от прилипания и примерзания горной массы и в настоящее время широко применяются на предприятиях угольной, железорудной, строительной промышленности.
Эти покрытия представляют собой смеси продуктов нефтехимического производства удельного веса 8—9,5 кН/м3 с температурой вспышки 75—120° С, температурой застывания —35° С (НИОГРИН) и -70° С (РПС-67, КОС). Исследования показали, что тонкая пленка профилактического средства, нанесенная на металлическую поверхность, в 2—3 раза снижает прочность прилипания, в 8—10 раз — прочность примерзания.
Эффективность таких профилактических средств обосновывается стабильностью их действия в широком диапазоне отрицательных температур (от 0 до -50° С) независимо от типа пород и их влажности. Действие профилактических средств КОС, РПС-67 и НИОГРИН проверено в различных горно-геологических и климатических условиях разрезов и карьеров ПО «Челябинскуголь», «Кемеровоуголь», «Якутуголь», «Красноярскуголь».
Приведем оценку действия покрытий на различных типах оборудования по данным НИИОГРа. Профилактирование думпкаров осуществляется стационарными автоматическими установками. При движении состава со скоростью 3—5 км/ч под установкой через систему форсунок вещество равномерно наносится на внутреннюю поверхность кузова. Установка включается и выключается автоматически. Продолжительность обработки состава емкостью 250—400 м3 1—1,5 мин, расход вещества при разовом нанесении составляет 30—50 г/м2 обрабатываемой поверхности.
Применение указанной обработки на думпкарах показало, что покрытие внутренней поверхности кузовов профилактическими средствами обеспечивает полную выгрузку с сохранением чистой до металла поверхности подавляющего (74—94%) числа думпкаров, а в остальных случаях объем невыгрузившейся породы в среднем составляет 3—7% емкости кузова. Производительность думпкарного парка повышается на 12—16%.
Надежный и постоянный эффект достигается при нанесении профилактического средства на предварительно очищенную до металла поверхность перед каждой загрузкой в течение 10—15 рейсов. Такая обработка обеспечивает образование на металлической поверхности устойчивой пленки, эффект которой сохраняется при обработке поверхности через 2—3 рейса.
На ковшах карьерных экскаваторов ЭКГ-4,6 и ЭКГ-8И профилактические покрытия РПС-67 и НИОГРИН применялись в условиях производственных объединений «Челябинскуголь» и «Красноярскуголь». Экскавируемые породы были представлены главным образом глинами повышенной влажности (14—31%), температура воздуха в зимний период колебалась от +2 до -23° С. Эффективность действия профилактического средства оценивалась количеством циклов экскавации без признаков налипания породы в ковше на каждую профилактическую обработку. Параллельно оценивалась работа ковша с применением кострового обогрева.
Результаты испытаний показали, что при работе непрофилактированным ковшом за счет налипания породы емкость ковша уменьшается на 8--10%. При отрицательных температурах и подогреве ковша на костре 75% сменного объема горной массы ковш экскавирует с залипшими стенками. При этом на подогрев к очистку ковша затрачивается от 40 до 190 мин, что составляет от 8 до 40% сменного времени. Одноразовая обработка ковша профилактическим средством обеспечивает чистую до металла поверхность ковша в течение 10—15 циклов экскавации в условиях налипания и 20—30 циклов в условиях примерзания при профилактике веществом НИОГРИН.
Добавка вещества РПС-67 к НИОГРИНу улучшает профилактический эффект последнего до 4—6 циклов экскавации и снижает расход последнего на одну обработку. Средний расход профилактического средства на одну обработку составляет 0,5—0,8 л для ковша емкостью 4 м3 и 0,8—1,2 л для ковша емкостью 8-10 м3.
Профилактическая обработка кузовов автосамосвалов НИОГРИНом проводилась на предприятиях ПО «Кемерово-уголь» и «Челябинскуголь» при температуре окружающего воздуха от -25 до -33° С. Автосамосвалы МАЗ-205 и КрАЗ-256 загружались суглинками влажностью 17,3—24,5%. Дальность транспортирования от места погрузки экскаватором до отвала составляла 2—5 км. Расход профилактического средства на 1 м3 перевозимого груза, обеспечивающий удовлетворительные результаты разгрузки, составил 0,1—0,25 кг.
Анализ хронометражных данных показал, что применение НИОГРИНа сокращает затраты времени при обработке кузова профилактическим средством, их разгрузке и чистке после разгрузки. Продолжительность рейса автосамосвалов сокращается, что приводит к увеличению их оборачиваемости на 25—30%. Кроме того, применение НИОГРИНа обеспечивает практически полную разгрузку автосамосвалов и исключает необходимость чистки кузовов после разгрузки, в результате чего число транспортных рабочих, занятых на вспомогательных работах, сокращается на 20—25%, а затраты на перевозку 1 м3 грунта — в 2,5—3 раза.
Промышленное использование новых профилактических средств на многих предприятиях угольной промышленности, черной и цветной металлургии, промстройматериалов и промышленных стройках Советского Союза потребовало решения ряда технических вопросов, связанных с организацией профилактических мероприятий. Основными из них являются механизация процесса нанесения покрытий и разработка технологии профилактирования. Технология профилактирования предусматривает комплекс вопросов, выполнение которых направлено на правильную и своевременную организацию мероприятий, включая предварительную подготовку поверхности, обеспечение равномерности покрытия (форсуночное распыление), установление оптимального периода профилактирования исходя из климатических и горнотехнических условий, а также физико-механических свойств перевозимых пород.
С целью повышения эффективности и сокращения времени технологического покрытия обработка производится при движении транспорта. Освоен промышленный выпуск жидких профилактических средств КОС, РПС-6, НИОГРИН. Нанесение жидких профилактических средств на металлические поверхности осуществляется с помощью форсуночного распыления. Недостатком жидких покрытий является недолговечность действия адсорбционных пленок, требующая систематического повторного опрыскивания поверхности, что приводит к значительному расходу профилактических средств.
Твердые пластмассовые покрытия

При нанесении на рабочие поверхности пластмассовых покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, достигаются две цели: значительно уменьшается прилипание и примерзание к ним транспортируемого материала и создается надежная защита от коррозии. В ГДР для футеровок угольных вагонов использовались плитки из полихлорвинила и полиэтилена, в Англии применялись вагонетки с рабочими поверхностями из алюминиевых сплавов и стеклопластиков, в США — облицовки из полиуретана, в Чехии и ГДР — эпоксидные покрытия. В нашей стране для этих целей опробованы кремнийорганические компаунды, капрон, полиамиды, полиэтилен, фторопласты. Перечисленные материалы не полностью отвечают требованию износостойкости.
Более эффективным зарекомендовал себя высокомолекулярный материал, модифицированный графитовым наполнителем,— супрален. Этот материал применялся на Запорожском и Северном карьерах Орджоникидзевского ГОКа для облицовки узлов перегрузки роторного экскаватора.
Супрален имеет высокую износостойкость, низкий коэффициент трения по стали и грунту, плохо смачивается водой, хорошо обрабатывается механическими способами, допускает сварку торцов и холодную гибку при толщине листов 5—15 мм. Срок службы супралена в узлах перегрузки роторных экскаваторов 1,5—3 мес.
Полимерные покрытия емкостей оборудования открытых работ

Большие работы по изысканию твердых профилактических покрытий для горнотранспортного оборудования и перегрузочных устройств проведены за последние годы НИИОГРом. Для покрытия рабочих поверхностей думпкаров институтом рекомендованы гидрофобные материалы на основе эпоксидных смол, модифицированых каменноугольной смолой, антраценовым маслом, каучуком. В условиях Коркинского вскрышного разреза такие покрытия показали высокую эффективность противодействия прилипанию горной массы: при положительных температурах думпкары выгружались без остатков глины, а в условиях низких (до -10°С) температур количество намерзшего грунта снижается в 2—2,5 раза по сравнению с контрольными думпкарами.
Для предотвращения прилипания угля в бункерах НИИОГР разработал недефицитные футеровочные материалы — графитопласты, которые долгое время с успехом применяются на отсевных бункерах Коркинской обогатительной фабрики ПО «Челябинскуголь» (рис. 10.11). Снижение прилипаемости влажного угля к поверхности графитопластов типа ATM-I и ATM-II по сравнению с металлом иллюстрируется приведенными на рис. 10.12 зависимостями. Из графиков следует, что удельное сопротивление сдвигу угля рy (при его влажности Wy около 20%) по отношению к графитопласту ATM-II в 4 раза, а к ATM-I в 10 раз ниже, чем по отношению к металлу.
Многолетние наблюдения за футеровкой из графитопласта показали, что покрытие обладает высоким профилактическим эффектом. Налипания угля в бункере не происходит. В результате отпадает необходимость в тяжелом труде по очистке бункера, пропускная способность его возрастает на 33%.
Графитопласты представляют собой пластмассу, содержащую 75—85% порошкообразного графита и лишь 15—25% связующего. Они относятся к хрупким материалам: удельная ударная вязкость ak = 17/18 Нм/м2, модуль упругости E=1,68 ГПа.
Применяемый для покрытий графитопласт выпускается в виде футеровочных плиток размером 100x12,5x1 см, крепление которых к металлическим поверхностям бункеров осуществляется при помощи клеевого слоя из арзамитзамазки толщиной 0,5—0,6 см. Модуль упругости E арзамитзамазки в 3—3,5 раза ниже, чем у графитопласта, и клеевой слой по отношению к покрытию является более упругим материалом. Это дало основание принять допущение о возможности расчета прочности графитопластов по теории балок на упругом основании.
На рис. 10.13 приведена расчетная схема полоски графитопластового покрытия. На основании метода интенсивность q нагрузки балки выражается дифференциальным уравнением
Полимерные покрытия емкостей оборудования открытых работ

где Ix — момент инерции сечения балки, см4.
Интенсивность нагрузки qx согласно схеме (рис. 10.13) выражается через коэффициент упругого основания реакции ky:
Полимерные покрытия емкостей оборудования открытых работ

который, в свою очередь, связывается с коэффициентом жесткости β:
Полимерные покрытия емкостей оборудования открытых работ

Для случая изгиба бесконечной балки, нагруженной сосредоточенной силой Р, формулы для расчета прогиба у и изгибающего момента М(х) имеют вид:
Полимерные покрытия емкостей оборудования открытых работ

Коэффициенты ky и β для решения этих уравнений в конкретных условиях крепления графитопластовых балок к металлу посредством упругой арзамитзамазки определены экспериментально для различных схем приложения нагрузки и приводятся в виде таблиц.
С учетом давления горной массы на покрытие в качестве равномерной нагрузки (рис. 10.13) выражение для изгибающего момента из формулы (10.4) получает вид
Полимерные покрытия емкостей оборудования открытых работ

где b и h — ширина и высота полосы графитопластового покрытия соответственно.
Изложенным способом рассчитано, например, графитопластовое покрытие для угольного бункера разреза Коркинский. При q=0,6 Н/м максимальный момент по выражению (10.5) получил значение
Mmax = 1,1*10в-4 Н*м,

а максимальное напряжение по выражению (10.6) равно
σmax = 5 МПа,

что гарантировало прочность графитопластового покрытия в условиях действующих на него нагрузок.