Ablagerungen und Verstopfungen bekämpfen

Unabhängig davon, welche Mineralien verarbeitet werden, gibt es in jeder Anlage Stellen, an denen Materialien vor dem Weitertransport zur nächsten Produktionsstufe zwischengelagert oder gelagert werden müssen. Und egal wie gut sie kon­struiert sind, Behälter wie Silos, Trichter, Behälter und Rutschen können von Problemen betroffen sein, wenn Materialien an den Innenwänden haften bleiben.

Sobald Material zu haften beginnt, kommt es in der Regel schnell zu dichten Ablagerungen, die den Materialfluss verlangsamen, Verschüttungen und sekundäre Verstopfungen verursachen und letztendlich zu ungeplanten Ausfallzeiten führen. Erschwerend kommt hinzu, dass die Versuchung, eine schnelle Lösung für eine Verstopfung zu finden, oft ohne angemessene Risikobewertung, sicheren Zugang oder die richtigen Werkzeuge oder Schulungen, dazu führen kann, dass sich die Mitarbeiter selbst in Gefahr bringen.

Hier kommen Durchflusshilfen ins Spiel – innovative Geräte, die speziell entwickelt und installiert wurden, um den Materialfluss zu fördern, Ablagerungen zu beseitigen und Verstopfungen zu verhindern, wodurch kostspielige Ausfallzeiten vermieden und die damit verbundenen Sicherheitsrisiken reduziert werden. Es gibt eine Vielzahl von Durchflusshilfstechnologien. Aber um zu wissen, welche für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist, muss zunächst verstanden werden, wie, wo, wann und warum es in einem bestimmten Behälter zu Verstopfungen kommt. Der nächste Schritt besteht darin, das System so umzugestalten, dass nicht nur Verstopfungen beseitigt werden, sondern auch die Notwendigkeit entfällt, dass Mitarbeiter dazu eingreifen müssen, indem die richtigen Durchflusshilfen eingesetzt werden.

Kapazitäten, Eigenschaften und Verstopfungen

Es ist von entscheidender Bedeutung, die Funktion und maximale Belastung jedes Behälters im Prozess zu verstehen und die physikalischen Eigenschaften der durchlaufenden Materialien, einschließlich Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur, sowie die Auswirkungen der atmosphärischen Bedingungen zu kennen. Große Unterschiede in der Größe und Form der Partikel beeinflussen ebenfalls die Fließeigenschaften. Werden diese grundlegenden Faktoren nicht berücksichtigt, kann dies zur Installation suboptimaler Konstruktionen führen, die die Wahrscheinlichkeit von Ablagerungen und Verstopfungen erhöhen.

Wenn ein Trichter nicht für die erforderliche Materialbelastung bei voller Kapazität ausgelegt ist, können ein plötzlicher Materialanstieg oder eine Verstopfung schnell zu Schäden führen. Und selbst wenn ein Trichter oder Silo ordnungsgemäß konstruiert ist, können wiederholte Stöße und Abrieb durch die jahrelange Beladung dazu führen, dass sich die Behälterwände verformen oder abnutzen, wodurch ihre Leistungsfähigkeit gemindert wird, die strukturelle Integrität beeinträchtigt wird und das Risiko eines schwerwiegenden Vorfalls steigt. 

Es gibt zahlreiche Referenzhandbücher, die die Beladung von Behältern zur Ermittlung der richtigen Konstruktion erläutern und dabei folgende Belastungsfaktoren behandeln:

Eigenlast – Das Gesamtgewicht der Konstruktion einschließlich der daran befestigten Komponenten und Ausrüstung, die von der Konstruktion getragen werden

Nutzlast – Kräfte, die vom gelagerten Material ausgeübt werden, einschließlich hoher und niedriger Drücke, die durch Strömungen verursacht werden, sowie alles, was unabhängig von der Konstruktion ist, wie Schnee, positiver und negativer Luftdruck, Wind- oder Erdbebenlasten und alle Kräfte, die von an der Außenwand gelagerten Materialien ausgehen

Thermische Belastung – Verursacht durch Temperaturunterschiede zwischen der Innen- und Außenseite der Wand

Setzungslast – Kräfte, die durch ungleichmäßige Setzungen und Bewegungen der Konstruktion entstehen

Es liegt auf der Hand, dass die Faktoren, die zu Ablagerungen, Verstopfungen und Überlastungen beitragen, komplex sein können – das Gewicht, die Größe und die Art des Materials, die Ladegeschwindigkeit, die Richtung und Verteilung der Ladung, die Konstruktion des Behälters, sein Alter und Zustand, die atmosphärischen Bedingungen sowie das Überwachungs- und Wartungssystem. Sobald es zu einer größeren Ansammlung gekommen ist, kann die Kraft des Druckstoßes in dem Moment, in dem das verstopfte Material freigesetzt wird, die Struktur, die Auslassklappe oder die Kippmulde bzw. den Förderer, auf den es fließt, überfordern und beschädigen. Bevor eine Verstopfung gelöst wird, ist es daher wichtig, das Gewicht des Materials in der Verstopfung selbst zu kennen.

Trichtergeometrien und Austragspunkte

Austragspunkte gibt es in verschiedenen Formen, abhängig vom Behälter und den Materialfließeigenschaften (Bild 3). Anlagenhersteller wählen die Form der Austragspunkte sorgfältig anhand einer Reihe von Belastungs- und Strömungsfaktoren aus. Schmale Ausläufe, wie sie bei konischen oder pyramidenförmigen Formen zu finden sind, leiten den Materialfluss in einer vertikalen Säule entweder in eine Rutsche oder in einen bestimmten Ladebereich. Schlitzförmige Ausläufe, wie sie bei Keil- oder Übergangsformen zu finden sind, verteilen das Material in der Regel in einer eng definierten Linie zur Verladung auf Förderbänder oder in Behälter wie Züge oder LKW.

In allen Fällen sollte die Form des Behälters mit der des Austrittspunktes übereinstimmen, da es sonst zu Verstopfungen kommen kann. Die Neigungswinkel in den Geometrien der Austrittspunkte können ebenfalls zu Verstopfungen beitragen, abhängig von den Materialeigenschaften, den Spezifikationen der Anwendung oder der Platzierung des Behälters.

Entladestellen sind häufig mit Schiebern (zum Anhalten des Materialflusses für die schrittweise Befüllung von Mulden, Eisenbahnwaggons oder Lastwagen) und Gittern (zum Aufbrechen kleinerer Agglomerate oder zum Verlangsamen des Materialflusses beim Beladen eines Förderbandes) ausgestattet. In beiden Fällen stellen die Bediener früher oder später fest, dass diese Vorrichtungen die Verstopfung verschlimmern können, indem sie das Material an der strukturellen Engstelle des Behälters stoppen oder verlangsamen.

Entsperrung und unsichere Vorgehensweisen

Sobald eine Verstopfung festgestellt wurde, beobachten viele Bediener unsichere Vorgehensweisen, die zu diesem Zeitpunkt als einfache und harmlose Lösung erscheinen mögen, aber häufig zu Verletzungen und sogar zu Todesfällen führen. 

Der häufigste Ansatzpunkt ist das Schlagen auf die Behälterwände mit Hämmern oder anderen schweren Gegenständen, um festsitzendes Material zu lösen. Abgesehen von den Sicherheitsrisiken der manuellen Handhabung verschlimmert sich die Situation mit der Zeit, je mehr auf die Wände geschlagen wird, da die durch die Hammerschläge entstandenen Unebenheiten und Kanten in der Wand Vorsprünge bilden, an denen sich weiteres Material ansammeln kann. 

Eine weitere gefährliche, aber beliebte Methode ist das Stoßen oder Aufstechen von unten an der Verstopfungsstelle am Auslasspunkt. Dies kann zu einem plötzlichen Herabfallen von Material führen, wodurch die darunter befindlichen Arbeiter verschüttet oder erdrückt werden können. Auch das Aufstechen von oben ist üblich, oft mit provisorischen Plattformen, die einen einfachen Zugang ermöglichen, aber wenig Schutz bieten, falls ein Arbeiter ausrutscht und in den Behälter fällt.

Das manuelle Aufbrechen der Verstopfung mit einer Luftlanze vom oberen Ende des Behälters aus kann eine wirksame Option sein, jedoch nur, wenn Geländer angebracht sind oder eine sichere Zugangsplattform verwendet wird. Natürlich müssen die Reichweite der Lanze und der Druckluftstrom der Größe des Behälters und der Verstopfung entsprechen. Und auch hier gilt: Wenn kein Sicherheitsgurt getragen wird, können Arbeiter beim Versuch, die Lanze bis zur Verstopfung zu führen, immer noch abstürzen, selbst wenn Geländer vorhanden sind. 

Die vielleicht häufigste Ursache für Verletzungen von Arbeitern ist das Betreten des Behälters. Neben der Gefahr, insbesondere in der Mitte im Material zu versinken, könnte sich der Inhalt des Silos oder Trichters „Brücken bilden“ und plötzlich freigesetzt werden. Wenn ein Arbeiter den Behälter betritt und auf der instabilen Brücke oder einer seitlichen Ansammlung steht, könnte eine plötzliche Entladung den Arbeiter in den Hohlraum ziehen und zu einem schweren Sturz oder Verschüttung führen.

Diese unsicheren Situationen und Verhaltensweisen können durch den Einsatz von Fließhilfen im Behälter vermieden werden, um Verstopfungen zu verringern, den Materialfluss zu fördern und Ausfallzeiten zu reduzieren.

Produktivität durch Prävention

Wie der Begriff schon sagt, sind Fließhilfen Komponenten oder Systeme, die installiert werden, um den Materialfluss durch ein Silo, einen Behälter, einen Trichter oder eine Rutsche zu fördern und gleichzeitig Ansammlungen, Überläufe und Verschüttungen zu kontrollieren. Fließhilfen gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter Rotations- und Linearvibratoren, Hoch- und Niederdruck-Luftkanonen und Belüftungsvorrichtungen sowie reibungsarme Auskleidungen und optimale Rutschenkonstruktionen, um einen möglichst effizienten Materialfluss zu gewährleisten.

Solche Lösungen können in beliebiger Konfiguration kombiniert werden, um sich in einem integrierten System gegenseitig zu ergänzen, Verstopfungen zu beseitigen und die Gesamtproduktivität zu verbessern. Fließhilfen sind in praktisch allen Schüttgütern und Umgebungen wirksam, einschließlich Schwerlastanwendungen, Gefahrstoffen und extremen Temperaturen. 

Bei der Verwendung von Fließhilfen ist es wichtig, dass die Trichter- oder Silostruktur in einwandfreiem Zustand ist und die Fließhilfevorrichtungen richtig dimensioniert und montiert sind, da ihr Betrieb zusätzliche Belastungen auf die Struktur ausüben kann. Ein gut konstruierter und gewarteter Behälter wird durch den Einbau von richtig dimensionierten und montierten Fließhilfen nicht beschädigt.

Es ist auch wichtig, dass Durchflusshilfen nur verwendet werden, wenn die Auslassklappen geöffnet sind und das Material wie vorgesehen fließen kann. Am besten ist es, Durchflusshilfen als vorbeugende Maßnahme einzusetzen, die durch Zeitschaltuhren oder Sensoren gesteuert werden, um Materialansammlungen zu vermeiden, anstatt zu warten, bis sich Material ansammelt und den Durchfluss zu behindern beginnt. Der vorbeugende Einsatz von Durchflusshilfen verringert nicht nur die Gefahr von Verstopfungen, sondern erhöht auch die Sicherheit und kann sogar Energie sparen.

Einsatz von technischer Vibration

Eine bessere Alternative zum Schlagen gegen die Außenwände eines Trichters oder einer Rutsche ist der Einsatz von technischer Vibration, die genau dort Energie liefert, wo sie benötigt wird, um Reibung zu reduzieren und mögliche Ansammlungen aufzubrechen, damit das Material zur Auslassöffnung weiterfließt, ohne die Rutsche oder den Behälter zu beschädigen. Diese Technologie wird häufig bei der Förderbandbeladung und an Austragsrinnen eingesetzt, kann aber auch effektiv bei anderen Prozess- und Lagerbehältern angewendet werden, darunter Silos, Behälter, Trichter, Siebe, Eisenbahnwaggons, Zuführungen, Zyklone und Wärmetauscher. 

Produktivität mit Druckluft

Wenn Vibratoren allein keinen optimalen Materialfluss erzielen, ist der Einsatz von Niederdruck-Luftkanonen, die in den 1970er Jahren von Martin Engineering entwickelt und patentiert wurden, eine hochwirksame Lösung zur Beseitigung von Materialansammlungen in Rutschen und Behältern. Luftkanonen oder Blaster nutzen das Druckluftsystem einer Anlage, um mit kräftigen und zeitlich genau abgestimmten Druckluftstößen Ablagerungen zu lösen, bevor sie zu einem Problem werden. Luftkanonen können auf Metall-, Beton- oder sogar Holzoberflächen montiert werden, solange diese strukturell stabil sind. Zu den Grundkomponenten gehören ein Lufttank, ein schnell reagierendes Ventil mit Auslösemechanismus und eine Düse, um die Luft in dem gewünschten Muster zu verteilen und die Ansammlungen möglichst effektiv zu beseitigen. 

Der plötzliche Luftstoß, der durch das Ventil einer Luftkanone freigesetzt wird, wird durch eine speziell entwickelte Düse geleitet, die strategisch günstig in der Rutsche, dem Turm, dem Kanal, dem Zyklon oder an einer anderen Stelle positioniert ist. Die Geräte werden häufig in einer Anordnung aus mehreren Luftkanonen installiert und für maximale Wirkung präzise sequenziert. Sie können zeitlich so abgestimmt werden, dass sie den individuellen Prozessbedingungen oder Materialeigenschaften optimal entsprechen. Diese Luftstöße tragen dazu bei, Materialansammlungen aufzubrechen und einen normalen Durchfluss zu gewährleisten. Um die Installation der Luftkanone an die Einsatzumgebung anzupassen, können durch Manipulation des Betriebsdrucks, des Tankvolumens, der Ventilkonstruktion und der Düsenform spezifische Luftstoßcharakteristika erzielt werden. 

In der Vergangenheit, als Materialansammlungen in schwer zugänglichen geschlossenen Behältern zu einem wiederkehrenden Problem wurden, mussten die Betreiber entweder bis zur nächsten planmäßigen Abschaltung durchhalten oder, was wahrscheinlicher war, teure ungeplante Ausfallzeiten in Kauf nehmen, um die verstopften Ablagerungen zu beseitigen. Der reibungslose Materialfluss ist so wichtig, dass viele Behälter mittlerweile mit Halterungen ausgestattet sind, an denen Geräte wie Luftkanonen und Vibratoren relativ einfach und sicher angebracht werden können. Die Frage ist nicht, ob Durchflusshilfen angebracht werden sollen, sondern vielmehr, welche Art, wie viele und wo.

Fazit

Angesichts der Anforderungen und Komplexität der Verarbeitung von Bergbaumaterialien sollten Ablagerungen und Verstopfungen in Silos, Trichtern und anderen Behältern mit Hilfe von technischen Fließhilfen beseitigt werden. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Auswahl der geeigneten Fließhilfetechnologie auf der Grundlage der Materialeigenschaften, der Behälterkonstruktion und der Betriebsbedingungen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass der proaktive und präventive Einsatz dieser Lösungen anstelle von reaktiven Maßnahmen dazu beiträgt, eine optimale Leistung aufrechtzuerhalten und sogar die Lebensdauer von Lager- und Förderanlagen zu verlängern. Da Bergbauanlagen zunehmend Wert auf Produktionseffizienz und Arbeitssicherheit legen, sind Investitionen in gut konzipierte Fließhilfesysteme zu einer Notwendigkeit geworden. Durch den Einsatz solcher Innovationen können Produzenten einen reibungsloseren Betrieb erreichen, den Durchsatz maximieren und eine sicherere Arbeitsumgebung schaffen, sodass Materialien ohne unnötige Unterbrechungen durch den Prozess transportiert werden können.

Fallstudie

Problem: Das Bauxit-Umschlagsystem zwischen Schiff und Land in einer Aluminiumhütte in den Vereinigten Arabischen Emiraten war aufgrund des hohen Feuchtigkeitsgehalts des Materials, das es klebrig und anfällig für Ablagerungen machte, mit schweren Blockaden konfrontiert. An fünf kritischen Übergabepunkten, vom Schiffsentlader bis zum Lagerplatz, kam es zu Blockaden, die den Materialfluss beeinträchtigten. Um den Materialfluss wiederherzustellen, waren täglich manuelle Eingriffe durch Hämmern und Stoßen erforderlich, was zu Sicherheitsrisiken und einem übermäßigen manuellen Reinigungsaufwand führte. Die wiederholten mechanischen Stöße verursachten strukturelle Schäden an Rutschen und Prozessbehältern, wodurch die Wartungskosten in die Höhe stiegen. Die wiederkehrenden Stillstände verringerten die Zuverlässigkeit der Anlagen, erhöhten die Ausfallzeiten und wirkten sich direkt auf die Produktivität in der gesamten Förderkette für Schüttgut aus.

Lösung: Martin Engineering führte gemeinsam mit dem internen Team des Werks eine Standortprüfung durch und empfahl eine technische Lösung. Achtzehn Martin^® Typhoon-Luftkanonen mit Düsen wurden strategisch an fünf verschiedenen Rutschen und Behältern installiert. Die Lösung umfasste Bedienfelder, Schalldämpfer zur Reduzierung des Strahlgeräuschs und Zubehör für einen zuverlässigen Betrieb. Die Martin^® Typhoon-Luftkanone verfügt über ein Hybridventilkonzept, das eine stärkere Strahlkraft bietet, um klebriges Bauxitmaterial in einen freien Fluss zu bringen. Sie verbraucht weniger Luft und vereinfacht die Wartung im Vergleich zu herkömmlichen Luftkanonen, während sie gleichzeitig einen effektiven Materialfluss und eine verbesserte Produktivität gewährleistet.

Ergebnis: Durch die Installation von Martin^® Typhoon-Luftkanonen konnten die Probleme mit dem Verkleben von Bauxit erfolgreich gelöst werden, sodass keine tägliche manuelle Reinigung mehr erforderlich ist und weitere strukturelle Schäden an Rutschen und Behältern verhindert werden. Die starken Luftstöße sorgten dafür, dass das klebrige Bauxitmaterial reibungslos durch das System floss, wodurch die Effizienz der Materialhandhabung verbessert wurde. Infolgedessen wurden die Ausfallzeiten reduziert, die Anlagensicherheit erhöht und die Gesamtproduktivität gesteigert. Die Lösung funktioniert seit über zwei Jahren zuverlässig, und der Kunde ist sehr zufrieden. Ermutigt durch diese Ergebnisse plant der Kunde nun, die gleiche Martin-Lösung zur Förderung des Materialflusses an weiteren Standorten mit ähnlichen Anforderungen einzusetzen.