Dobór zabezpieczenia przeciwściernego nie powinien opierać się wyłącznie na twardości wykładziny lub jej deklarowanej odporności na zużycie. Kluczowe znaczenie mają właściwości transportowanego materiału, sposób jego przemieszczania, prędkość przepływu oraz geometria instalacji. Inne rozwiązania sprawdzają się przy drobnym piasku, inne przy ostrym kruszywie, a jeszcze inne przy wilgotnym urobku lub materiale przesuwającym się pod dużym naciskiem.
Sprawdź ➡ ochrona przed ścieraniem dla przemysłu!
Jakie właściwości materiału decydują o zużyciu powierzchni?
Najważniejszym parametrem jest ścieralność materiału, wynikająca między innymi z jego twardości, kształtu ziaren i udziału frakcji mineralnych. Materiały zawierające kwarc, korund, bazalt lub twarde składniki skalne powodują szybsze zużycie niż surowce miękkie i zaokrąglone.
Duże znaczenie ma również kształt cząstek. Ziarna ostre i kanciaste intensywnie rysują powierzchnię, natomiast cząstki zaokrąglone częściej wywołują zużycie przez tarcie i ugniatanie. Istotna jest także wielkość frakcji. Drobny materiał może działać jak ścierniwo, natomiast duże bryły dodatkowo powodują uderzenia i miejscowe odkształcenia.
Przy doborze zabezpieczenia należy uwzględnić:
- twardość i mineralogię materiału,
- kształt oraz wielkość ziaren,
- wilgotność, lepkość i temperaturę,
- masę jednostkową oraz obciążenie powierzchni,
- prędkość, kąt uderzenia i sposób przemieszczania się surowca.
Zabezpieczenie dla materiałów drobnoziarnistych
Drobny piasek, pył mineralny, cement, popiół lub mączka wapienna powodują zwykle zużycie przez ciągłe tarcie. Szczególnie niebezpieczne są miejsca, w których materiał przemieszcza się z dużą prędkością albo zmienia kierunek przepływu.
W takich warunkach dobrze sprawdzają się wykładziny ceramiczne, płyty z węglików spiekanych oraz trudnościeralne stale o podwyższonej twardości. Ceramika zapewnia bardzo wysoką odporność na ścieranie drobnymi cząstkami, ale wymaga stabilnego podłoża i prawidłowego mocowania. Nie powinna być stosowana bez dodatkowej ochrony w miejscach narażonych na silne uderzenia.
Przy umiarkowanym obciążeniu można wykorzystać także płyty poliuretanowe. Ich zaletą jest elastyczność, tłumienie drgań i mniejsza skłonność do oblepiania niż w przypadku niektórych powierzchni stalowych.
Zabezpieczenie dla ostrego kruszywa i materiałów skalnych
Kruszywo łamane, granit, bazalt, żużel lub ruda powodują jednocześnie ścieranie, bruzdowanie i uderzenia. W takich zastosowaniach sama wysoka twardość materiału ochronnego może być niewystarczająca. Zabezpieczenie musi zachowywać również odpowiednią odporność na pękanie.
Najczęściej stosuje się blachy trudnościeralne, płyty napawane oraz rozwiązania kompozytowe łączące twardą warstwę roboczą z bardziej plastycznym podłożem. Stal sprawdza się szczególnie w zsypach, przesypach i podajnikach, gdzie duże bryły uderzają w powierzchnię pod zmiennym kątem.
W miejscach o bardzo intensywnym zużyciu warto stosować elementy wymienne, montowane śrubowo. Ułatwia to serwis i pozwala wymieniać tylko najbardziej obciążone fragmenty instalacji.
Zabezpieczenie dla materiałów uderzających z dużą energią
Duże bryły węgla, kamienia, rudy lub złomu mogą uszkodzić nawet bardzo twardą wykładzinę, jeżeli spadają z dużej wysokości. W takich warunkach podstawowym problemem jest nie tylko ścieranie, lecz także udar.
Najlepsze efekty daje układ warstwowy. Warstwa zewnętrzna powinna być odporna na ścieranie, natomiast warstwa spodnia musi tłumić energię uderzeń. Stosuje się w tym celu wykładziny gumowo-ceramiczne, grube płyty gumowe, poliuretan albo stal trudnościeralną zamocowaną na elastycznym podłożu.
Ceramika bez warstwy amortyzującej może pękać i odspajać się. Z kolei sama guma dobrze tłumi uderzenia, ale przy ostrych ziarnach może zużywać się szybciej przez rozcinanie powierzchni.
Zabezpieczenie dla materiałów wilgotnych i lepkich
Wilgotna glina, ił, urobek, koncentraty mineralne lub mokry miał mogą przywierać do ścian zbiorników i zsypów. W takim przypadku zabezpieczenie musi ograniczać zarówno ścieranie, jak i narastanie osadów.
Dobrym rozwiązaniem są wykładziny poliuretanowe, gumowe oraz płyty o niskim współczynniku tarcia, na przykład wykonane z polietylenu o bardzo wysokiej masie cząsteczkowej. Materiały te ograniczają przywieranie, poprawiają zsuwanie się surowca i zmniejszają ryzyko powstawania zatorów.
Należy jednak sprawdzić temperaturę pracy i nacisk wywierany przez materiał. Tworzywa sztuczne mogą odkształcać się przy wysokim obciążeniu lub temperaturze, dlatego w ciężkich warunkach wymagają odpowiedniego podparcia.
Zabezpieczenie dla materiałów transportowanych pneumatycznie
W instalacjach pneumatycznych największe zużycie występuje zwykle na kolanach, trójnikach, zwężkach i odcinkach bezpośrednio za zmianą kierunku przepływu. Cząstki uderzają tam w ścianki z dużą prędkością, powodując erozję.
Do ochrony takich elementów stosuje się ceramikę techniczną, bazalt topiony, węgliki spiekane oraz specjalne łuki o zwiększonej grubości ścianki. Przy bardzo drobnych i twardych cząstkach ceramika jest zwykle skuteczniejsza niż stal, ponieważ wolniej traci materiał pod wpływem erozji.
Znaczenie ma również geometria rurociągu. Łuki o większym promieniu ograniczają koncentrację uderzeń, a odpowiednie prowadzenie strugi może wydłużyć trwałość zabezpieczenia bez zwiększania jego grubości.
Zabezpieczenie dla materiałów transportowanych ślizgowo
W przenośnikach ślimakowych, korytach, zsuwniach i podajnikach materiał pozostaje przez dłuższy czas w kontakcie z powierzchnią. Zużycie ma wtedy charakter ciągły i jest wynikiem nacisku połączonego z przesuwaniem.
Przy materiałach twardych i suchych stosuje się stale trudnościeralne, płyty napawane lub ceramikę. Przy materiałach wilgotnych korzystniejsze mogą być poliuretany oraz tworzywa o niskim tarciu. W przenośnikach ślimakowych zabezpieczenia wymagają zarówno powierzchnie koryta, jak i krawędzie zwojów, ponieważ są one narażone na odmienne mechanizmy zużycia.
Jak dopasować materiał zabezpieczenia?
| Rodzaj transportowanego materiału | Główne zagrożenie | Najczęściej stosowane zabezpieczenie |
|---|---|---|
| Drobny piasek, pył, popiół | Intensywne ścieranie | Ceramika, stal trudnościeralna |
| Ostre kruszywo, ruda, żużel | Bruzdowanie i uderzenia | Blacha trudnościeralna, płyty napawane |
| Duże bryły skalne | Silny udar | Guma, poliuretan, kompozyt gumowo-ceramiczny |
| Wilgotna glina, mokry urobek | Ścieranie i przywieranie | Poliuretan, guma, polietylen o bardzo wysokiej masie cząsteczkowej |
| Materiał w transporcie pneumatycznym | Erozja przy dużej prędkości | Ceramika, bazalt topiony, węgliki spiekane |
| Materiał gorący | Ścieranie i wysoka temperatura | Stal stopowa, ceramika wysokotemperaturowa |
Dlaczego miejsce zużycia ma znaczenie?
Ten sam materiał może powodować różne rodzaje zużycia w poszczególnych częściach instalacji. Na prostym odcinku zsypu dominuje tarcie, natomiast w miejscu pierwszego kontaktu z powierzchnią występuje silne uderzenie. Na kolanie rurociągu pojawia się erozja, a w strefie zalegania materiału dodatkowo korozja lub oblepianie.
Z tego powodu nie zawsze należy stosować jeden rodzaj wykładziny w całym urządzeniu. Największą trwałość zapewnia podział instalacji na strefy zużycia i dopasowanie zabezpieczenia do warunków występujących w każdej z nich.
Jak uniknąć błędów przy doborze zabezpieczenia?
Najczęstszym błędem jest wybór najtwardszego dostępnego materiału bez analizy obciążeń udarowych. Twarda ceramika może bardzo dobrze chronić przed drobnym ścierniwem, ale pękać pod wpływem dużych brył. Z kolei miękka guma tłumi uderzenia, lecz może szybko ulegać przecięciu przez ostre kruszywo.
Nie należy także pomijać sposobu montażu. Nawet właściwie dobrana wykładzina może odspajać się, pękać lub przesuwać, jeżeli podłoże jest niestabilne, a mocowanie nie odpowiada obciążeniom. W strefach intensywnego zużycia warto projektować elementy jako łatwo wymienne i zapewnić możliwość kontroli ich grubości.
Dobór zabezpieczenia powinien wynikać z mechanizmu zużycia
Skuteczne zabezpieczenie przeciwścierne musi odpowiadać nie tylko rodzajowi transportowanego materiału, ale również sposobowi jego oddziaływania na powierzchnię. Ceramika sprawdza się przy drobnym i twardym ścierniwie, stal trudnościeralna przy kruszywie i obciążeniach mieszanych, a guma oraz poliuretan w strefach uderzeń i przy materiałach wilgotnych.
Najlepsze rezultaty daje analiza wielkości ziaren, ich kształtu, twardości, wilgotności, prędkości transportu i kąta uderzenia. Dopiero po zestawieniu tych parametrów można dobrać zabezpieczenie, które rzeczywiście wydłuży trwałość instalacji i ograniczy częstotliwość przestojów.