E X A M E N S A R B E T E
2006:073 CIV
DANIEL SÖDERLUND
Omkonstruktion av Grizzlygaller
CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET Maskinteknik
Luleå tekniska universitet
Institutionen för Tillämpad fysik • Maskin- och materialteknik Avdelningen för Datorstödd maskinkonstruktion
Sammanfattning
LKAB har tre kulsinterverk av s.k. Grate-Kiln typ, två nyare i Kiruna och ett äldre i Svappavaara. I graten sker torkning och förvärmning av pelletskulor på ett transportband och i Kilnen sker vidare en bränning/sintring av kulorna, innan det slutligen sker en värmeåtervinning samt kylning av pelletsen i en roterande kylare.
Ett Grizzlygaller är ett separationsgaller som sitter under kylaren och separerar bort oönskat material från den färdigsintrade pelletsen, efter att denna har kylts i kylaren och ska vidare för lastning i järnvägsvagnar.
I Svappavaara tillverkas cirka 3.5 miljoner ton pellets per år som alla strömmar igenom Grizzlyn, vilket gör att gallret idag nöts igenom helt på mellan sex till tio månader på det värsta stället. Detta är helt oacceptabelt ur underhållssynpunkt då punkten för byte sällan sammanfaller med UH-stoppen. Byter man inte sektionerna då oavsett slitage, riskerar man att behöva stanna hela anläggningen för att byta gallret. Alla oönskade stopp är så klart negativa rent kostnadsmässigt då mycket produktion går förlorad. Det sliter dessutom onödigt mycket på övrig utrustning vid start och stopp.
Uppgiften var att ta fram en färdig konstruktionslösning i Weartec SF, ett relativt nytt slitstarkt verktygsstål från Uddeholm som i tester har visat sig avsevärt mer
nötningsbeständigt än det Boforsstål samt Hardox 500, vilket gallret är tillverkat av idag.
Weartec har dock nackdelen att inte vara svetsbart, samt är dessutom väldigt svårbearbetat varvid någon form av mekanisk fastlåsning behövdes.
Det är dessutom väsentligt mycket dyrare än exempelvis Hardox där materialkostnaden är hela 13 gånger dyrare. Och då har man inte tagit med de dyrare
bearbetningskostnaderna. Det är därför fördelaktigt om man även kan minimera användningen av Weartec så pass mycket så att det inte inverkar på livslängden.
Gallret i Svappavaara sitter dessutom till skillnad för de i Kirunas två pelletsverk väldigt illa till. Då man i KK2 och KK3 lätt kan byta sektionerna med en traktor på dryga
timmen, tar det i Svappavaara åtminstone en halv dag om inte mer att lirka i delarna med vajerspel genom öppningen för utkastet. Man ville därför även se om konstruktionen kunde göras enklare att byta.
Tack vare att gallret sitter så otympligt till har man bara tillgång till det under ett längre UH-stopp. Detta gjorde att det bara fanns en bra chans för studiebesök under hösten.
En mängd olika förslagskoncept togs fram för de olika ingående delarna och en slutlig konstruktion med löstagbara slitytor fastslogs i samråd med företaget. Man kom också fram till att man till en början har en prövotid och endast byter ut två av de totalt sju sektionerna då dessa ligger i primära slitagezonen.
Då man ville att konstruktionen skulle ha bibehållen hållfasthet gjordes ett flertal FEM analyser i programmet MSC.MARC på det befintliga gallret samt det valda konceptet.
En dynamiksimulering gjordes dessförinnan i MSC.ADAMS för att ta fram krafternas storlek. Det visade sig att det gamla gallret mer än väl håller för de krafter som kan tänkas uppkomma.
Resultatet av den nya framtagna konstruktionen är att man får en konstruktion med längre livslängd, som med lätthet går att byta. Hållfastheten blir i princip oförändrad då det bygger på samma stomme i Hardox som innan. Och det blir ingen dyr ombyggnation i infästningen samt omgivande struktur runt gallret, vilket ville undvikas.
Abstract
LKAB has three pelletizing plants of Grate-Kiln type, two in Kiruna and one in Svappavaara. In the grate the pellets is dried and preheated with hot air on a grated conveyor belt before the actual sintering in the kiln. The pellets are then cooled and the hot air is recycled in the system to the grate.
The Grizzly is a grate like construction, sitting under the cooler, that consist of a number of slates and welded solid blocks that offset the slates, acting like distances. Its function is to sort out any large chunks of sintered slag and pellets that has been building up inside the kiln. If not removed, these chunks could also easily damage infrastructure further down the line, but you wouldn’t want them ending up in the train wagons anyway.
The problem today is that the 3.5 million tons of pellets that flows thru the grizzly each year makes the wear on the construction substantial. The actual lifespan right now is between six and 10 months which at the moment is unacceptable from a maintenance standpoint. It is quite difficult to time the planned maintenance stops with the change intervals for the grizzly. At the moment it has to be changed at an earlier point even if it just shows slight to moderate signs of wear to prevent total failure. It has occurred that production has had to be halted just to change a worn section of the grizzly, which of course costs a lot of money. You simply don’t want to take the risk. The plant is also very sensitive to starting and stopping. It functions best when run consistently.
The task of this master thesis was to come up with a new solution for the grizzly using Weartec SF from Uddeholm which is a highly wear resistant sprayformed toolsteel. Tests made with this steel on the grizzly shows it to be highly suitable for the application, with much longer life expectancy then Hardox 500 which is the material used today. The main difference in these two steels is that Weartec isn’t weldable, so a mechanical solution for bonding the Weartec to the rest of the structure is to be found. It is also very hard to work with due to its hardness. There is also the fact that it is 13 times as expensive then
Hardox, so it’s a good thing to find a concept that minimize the use of Weartec, but still is able to do the job.
The grizzly in Svappavaara is also very hard to access, compared to the ones in the two plants in Kiruna. There you can change the whole grate with a tractor in about an hour, when it takes part or most of the day to change in Svappavaara, so the changeable parts must be small enough to transport in and out easily. Due to the limited access, the only time I had a possibility to see the grizzly up close was during a maintenance stop in October.
Many different concept solutions was generated based on how the plates where to be fastened, and a final solution with removable wear surfaces was agreed upon for
continuation. It was also decided that only two of the seven sections was to be changed at first during a trial period. These two are in the main wear zone.
Because the specifications for the thesis stated that the new grizzly had to have the same strength as the old design, FEA was used on the old and new design to confirm this. A dynamics simulation was also made to find the approximate size of the forces that act on
the section. It was found that the old design more then well could handle these forces, which was good because the decided concept in large was built on the old design.
The positive result of the new design is therefore longer life expectancy, easier and faster change of the wear surfaces. The strength is virtually unchanged because it’s based on the old design. This also avoids an expensive reconstruction of the fixtures and walls around the grizzly.
Förord
Detta examensarbete är utfört under hösten 2004 vid LKAB i Kiruna samt vid
pelletsverket i Svappavaara. Arbetet är avslutningen på min utbildning till civilingenjör i maskinkonstruktion vid LTU.
Jag vill först och främst tacka mina handledare Johan Breheim samt Stina Petterson på LKAB samt examinator Tobias Larsson, LTU för en mycket bra handledning.
Jag vill även passa på att tacka alla övriga personer som hjälpt mig med goda råd och synpunkter under den gångna tiden.
Tack till
Leif Larsson, Nybergs Mek. AB
Bertil Norén, LKAB
Mats Sundgren, Uddeholm
Morgan Löfvenholm, SSAB Oxelösund Esa Vouronen, Materialteknik LTU
Innehållsförteckning
1. LKAB – Historia och nutid 1
1.1. Gruvbrytning i Norrbotten – en kort introduktion 1
1.2. Företaget LKAB 1
1.3. Brytning 3
1.4. Förädling 4
1.4.1. Rullkretsar 4
1.4.2. Karusellkylare 5
1.5. Grizzlygallrets betydelse 5
2. Uppgift. 7
3. Beskrivning av det befintliga gallret 8
3.1. När anses gallret som utslitet 8
4. Kravspecificering 10
4.1. Byte 10
4.2. Kostnadskrav 11
4.3. Tillverkningskrav 11
4.4. Hållfasthet 12
4.5. Geometriska krav 12
5. Slitageanalys 13
5.1. Slitagetyper 13
5.2. Avgöra slitagetyp 13
5.3. Testperiod med Weartec 14
5.4. RS-metoden 14
6. Material 16
6.1. Weartec 16
6.1.1. Användningsområden 16
6.1.2. Brottgräns för dragspänning 16
6.1.3. Sprayforming 17
6.1.4. Ekonomi 17
6.1.5. Bearbetning 18
6.2. Hardox 500 18
6.3. Hardox 600 18
6.4. Hårdhet 19
6.4.1. Vickers 19
6.4.2. Rockwell 19
7. Konceptgenerering 20
7.1. Koncept 1. 21
7.1.1. Beskrivning 21
7.1.2. Plant galler 23
7.2. Koncept 2. 24
7.2.1. Beskrivning 24
7.2.2. Infästning 24
7.2.3. Stabilitet längs last 26
7.3. Koncept 3. 28
7.3.1. Beskrivning 28
7.4. Tilläggskoncept 30
8. Konceptval 31
8.1. Offert 31
8.2. Valt koncept 32
9. Hållfasthet 34
9.1. Beräkning av befintlig konstruktion 34
9.1.1. Vikt på nedfallande block 34
9.2. Vart träffar då blocket? 35
9.3. Simulering i Adams 35
9.4. FEM simulering
9.4.1. Simulering av befintlig konstruktion 37
9.4.2. Simulering av mittblock 39
9.4.3. Simulering av slitbalk på det valda konceptet 40
9.5. Slutsatser 40
10. Resultat 41
11. Diskussion 42
12. Referenser 43
Bilagor
B1. Relativa slitage – metoden B2. Konceptskisser - offert
B3. Handräkning
B4. Ritningar
LKAB – Historia och nutid
___________________________________________________________________________
1. LKAB historia och nutid
1.1 Gruvbrytning i Norrbotten – en kort introduktion
Den första gruvan i Norrbotten öppnades 1635 på Nasafjäll i Arjeplogs kommun. Efter detta spred sig järnmalmsbrytningen i Norrbotten. Bland annat togs malmprov i Gällivare malmberg, med lovande resultat, och ett dagbrott öppnades även i Svappavaara.
Förekomsten av järnmalm i Kiruna blev känd tack vare bokhållaren Samuel Mört som i ett brev, under en rundresa i Lappland, skriver om ”tvenne järnberg”, Luossavaara och Kirunavaara, väster om Jukkasjärvi.
Brytningen, men framför allt transporten av malmen på den här tiden var mycket svår och för att inte säga kostsam. Det var inte ovanligt att man använde sig av renar med slädar för att forsla malmen till kusten. Detta gjorde att många av dem som försökte bedriva gruvnäring t.ex. Jonas Melderchreutz och efter honom S.G. Hermelin, slutade sina dagar mer eller minde utblottade. Till och med den svenske kungen Karl XIV Johan
investerade i början av 1800-talet stora summor i Gällivare, men insåg snabbt att ”furstendömmet Gällivare” som han döpt det, enbart var till belastning. Bara transporten av malmen i norr var lika dyr som färdigt tackjärn i Mellansverige. Gruvorna gick i arv till Oscar I, men allt såldes 1855 för en miljon riksdaler. Gruvnäringen i hela Norrbotten skulle förbli att vara riskprojekt för den som vågade under flera årtionden.
Det fanns dessutom ett stort problem med malmen från norrbotten, den var mycket rik på fosfor. Ingen av dåtidens stålprocesser kunde utvinna bra stål ur malm med hög fosforhalt. Det var inte förrän år 1878 då kemisterna Thomas och Gilchrist kom på den s.k. Thomasprocessen som problemet med fosforhalten löstes. Stål med bra kvalitet kunde nu åstadkommas, vilket gjorde malmen från Norrbotten högintressant.
Dock kvarstod problemet med de dåliga transporterna. Man hade länge velat bygga en järnväg ut till kusten, dels till Luleå men också till atlantkusten där Narvik var en idealisk hamn tack vare golfströmmen, som gjorde kusten isfri på vintern. Det fanns dock ingen som ville ställa upp med kapital för ett så stort projekt, men efter att man lyckats intressera ett engelskt bolag kunde banbygget komma igång i början av 1880-talet. Den första sträckan Luleå – Malmberget stod klar 1888, medan den till Narvik var klar först 1902. Nu i svenska och norska statens regi, då svårigheterna med byggandet genom fjällen försatt det engelska företaget i konkurs. I och med att det nu fanns ett sätt att få ut malmen till hamn kunde brytningen av järnmalm komma i gång på allvar i Gällivare och Kiruna, eller Luossavare som det hette till en början.
1.2 Företaget LKAB
Så det är år 1890, som Luossavaara Kirunavaara Aktiebolag bildas i Stockholm med Robert Schough som drivande kraft. Svenska staten fick dock på ett tidigt skede mer och mer inflytande och bolaget är idag till 95 procent ägt av just staten.
Brytningen kunde komma igång 1892 med ett blygsamt dagbrott på toppen av Luossavaara och sex år senare även med brytning på Kirunavaara.
LKAB – Historia och nutid
___________________________________________________________________________
Dagbrottsbrytningen skulle fortsätta i ytterligare drygt 60 år fram till 1962, då man gick över till den brytning under jord som pågår än idag.
Kirunavaaras malmkropp, vilken är fyra kilometer lång och i genomsnitt 80 meter tjock, sluttar rätt ner under Kiruna stad. Detta gör att man förbereder sig på en flytt av stora delar av staden eftersom marken ”äts upp” underifrån och lämnar ett dike som sjunker undan, vilket nu närmar sig järnvägen och bebyggelsen däromkring. Detta visste man om redan på sextiotalet så man köpte helt enkelt upp marken inne i centrum. Över 50 mil asfalterad väg finns underjord vilket i sig är ganska imponerande, men denna sträcka kommer med största sannolikhet öka då man planerar att gå ner ytterligare en huvudnivå i gruvan från 1045 meter för malmbrytning till 1200 meter.
Det kan här nämnas att av de riktigt stora malmproducenterna idag är det bara LKAB som bryter järnmalm under jord. Andra producenter i t.ex.
Brasilien, Ryssland och Indien har fördelen att kunna bedriva verksamhet i dagbrott, och dessutom med en mycket större produktionskapacitet.
Detta gör LKAB till en liten aktör med cirka fyra procent av
världsmarknaden, men för att kompensera detta har man nischat in sig på att ha en hög förädlingsgrad på sina produkter. Och man var väldigt tidiga med att göra detta, då man byggde Europas första pelletsverk i Malmberget 1955.
Nästan 70 procent av all malm görs om till pellets, vilket kan tillverkas utifrån kundernas specifika behov och krav, och man ligger långt framme med att försöka hitta andra områden för järnmalmsanvändning. Dessutom är man inte rädd för att investera i modern teknik som kan förenkla och
effektivisera verksamheten.
De senaste åren har LKAB investerat många miljarder på att bedriva försöksverksamhet i stor skala samt att ta fram avancerad processtyrning med hjälp av IT. Bland annat har man en försöksmasugn i Luleå där man på ett kontrollerat sätt kan testa och utveckla nya produkter. Och redan i början av sjuttiotalet hade man möjliggjort fjärrstyrning av tågen under jord från en produktionscentral på marknivå. Idag styrs även produktionsborrningen och lastmaskinerna i orterna därifrån. I framtiden är det tänkt att även
pelletsverken i Kiruna och Svappavaara, hamnarna i Luleå och Narvik samt tågtransporterna på malmbanan även styras lokalt från Kiruna.
LKAB – Historia och nutid
___________________________________________________________________________
1.3 Brytning
I Kiruna bryts malmen med en metod som kallas skivrasbrytning. Den fungerar på så vis att man börjar med att spränga, eller tillreda, en mängd tunnlar, kallade ortar som går genom malmkroppen. Därefter borrar man ett antal kransar med raka hål uppe i taket med formen av en solfjäder med bestämda intervall inne i orten. Detta kallas rasborrning. När man gjort det kan man spränga. Hålen i kransen längst in fylls med ett kraftigt flytande sprängmedel som heter och tillverkas av Kimit, LKABs eget
sprängmedelsbolag. Kimit består av två komponenter som blir högexplosiv när man blandar dem i borrhålen. När man sprängt ut denna första skiva har den bortsprängda malmen rasat ner så att man kan lasta ut den. Detta görs med stora eldrivna fjärrstyrda lastmaskiner som kan ta upp mot 30 ton i en och samma skopa. När det är dags för nästa salva backar man ut ett par meter och bereder en ny sprängning på exakt samma sätt i nästa krans, och spränger bort ytterligare en skiva med malm. Detta upprepas tills man avverkat orten. Vid varje salva lösgör man ungefär 10000 ton malm och man skjuter på ett antal olika platser i malmkroppen varje natt på bestämda klockslag.
Lastmaskinerna för malmen till ett antal störtschakt som leder till bergfickor där malmen samlas upp. Under dessa, på huvudnivån går förarlösa tåg som malmen tappas i och som fraktar malmen vidare till en lossningsstation.
Här tappas malmen i ytterligare en bergficka, som i sin tur matar en kross.
Denna grovkrossar malmen till ungefär 100 millimeters bitar varefter den faller ner i en av fyra stora malmhissar, så kallade skipar. Malmen tas upp i två steg. Först till nivå 775m, sen via en omlasning till ett antal snabbare skipar vidare till marknivå och sovringsverket.
Figur 1. Skivrasbrytning (Copyright LKAB.com)
LKAB – Historia och nutid
___________________________________________________________________________
1.4 Förädling
Förädlingen av den upptagna malmen sker i tre huvudsteg, sovring, anrikning och sist pelletsfamställning i pelletsverket.
I Kirunas två pelletsverk KK2 och KK3 tas malmen upp direkt till anrikningen. I Svappavaara (Svp) däremot har man inte längre någon gruvbrytning utan enbart förädling, varvid man transporterar malm med tåg från Kiruna, till en upplagringsplats intill verket. Stora dumprar kör sedan malmen sista biten till anrikningen.
Malmen som tas upp klassas i tre olika kvaliteter beroende på fosforinnehåll:
B1 (låghaltig), B2 (mellanhaltig) samt D3 (höghaltig).
Beroende på vilken malm man har bearbetas den på olika sätt.
Av B1 malm produceras sinterfines med hög järnhalt som LKAB säljer som specialprodukt.
B2 malmen separeras och krossas till en storlek av ~30mm och innan den skickas vidare till anrikningsverket i Svappavaara.
För D3 malmen med hög fosfor, finns olika processer beroende på till vilket av de två anrikningsverken som finns i Kiruna. Detta har att göra med vilken typ av malning som är den primära, kulkvarnsmalning eller autogenmalning.
Kulkvarnsmalningen går till så att det är stora stålkulor som hjälper till att mala malmen till lämplig storlek. I autogenmalning används den grövre fraktionen av malmen ( ~120mm) till att hjälpa krossa resten av malmen i kvarnen. Malningen i kvarnarna har till uppgift att göra malmen finare men också för att separera malm från gråberg. Efter att malmen malts i
primärkvarnen passerar det ett antal våtseparatorer där man avskiljer gråberg samt sänker fosforhalten. Därefter mals malmen ytterligare en gång i en sekundär kvarn där man använder sig av gråbergssten eller järnmalm som maltillsats. I Svappavaara används även stångkvarnar där järnstänger används som tillsats.
Efter ännu ett steg av våtseparering så skickas sligen, som malmen heter efter malning, till flotationsanläggningen, som är stora bassänger där kemikalier tillsätts för att få ner fosforhalten till önskat värde. Sligen är nu redo att skickas till pelletsverket, men först tillsätts vatten vilket ger en slurry. Slurryn gör att man kan blanda i tillsatsmedel såsom dolomitkalk, och kvartsit för att få pelletsen anpassad till kundernas önskemål.
Sligen filtreras för att hålla en fuktighet på ungefär 10 procent varvid bentonitlera tillsätts för att underlätta den följande processen.
1.4.1 Rullkretsar
Rullningskretsarna är stora trummor som ligger i vinkel så att när sligen hälls i trumman agerar rotationen samt sligens kletighet att den vill följa med längs trummans väggar. Är nu bentonitblandningen rätt avvägd faller sligmassan av och bildar kulor såsom snöbollar bildas då de rullas i en sluttning.
LKAB – Historia och nutid
___________________________________________________________________________
Kulornas storlek avgörs bl.a. av hur brant vinkel man har på trumman, rotationshastighet samt rätt bentonitblandning. Men variationerna blir trots allt ganska stora så efter trumman har man ett antal sållningsrullar som pelletskulorna får rulla över. Mellan rullarna finns spalter med olika bredd som blir större ju längre ut rullen sitter. De kulor som är för små enligt kundspecifikationen ramlar igenom de första rullparen och de övriga åker vidare. Detta fortsätter tills den rätta storleken nås. De som inte har den rätta diametern åker tillbaka till sliglagret och får gå igenom processen på nytt.
Efter ytterligare en sållning ska kulorna sintras ihop till pellets. Detta görs i en anordning som kallas grate. Det är i princip en ugn med olika värmezoner där varmluft blåser upp genom slitsar på tranportbandet och förvärmer pelletsbädden. I slutet ligger temperaturen på ungefär 1200 grader. Värmen uppnås av en koldriven brännare (drivs även av olja vid uppstart) som sitter i slutet på en stor trumma, kilnen, som sakta roterar. I likhet med rullkretsarna har kilnen en svag lutning, vilket gör att pelletsen får exakt rätt hastighet igenom för att fullborda sintringen.
1.4.2 Karusellkylare
Kulorna är vid det här stadiet glödande och måste kylas. Detta görs genom att pelletskulorna faller ner i karusellkylaren. Denna består av en lastficka direkt under brännaren samt en stor roterande cirkulär skiva, c:a 20m i diameter, med fällbara bord, s.k. palleter. Lastfickan har en avstrykarvägg som ser till att pelletsbädden får en jämn nivå på palleterna.
Genom palleterna och bädden med kulor blåser en ström av kylluft, olika mycket beroende i vilken kylzon man befinner sig så att kylning sker kontrollerat. När kulorna åkt ett knappt varv vickas palleten ner och kulorna fortsätter genom grizzlygallret ner i en produktficka. Efter ytterligare en gallring går pelletsen så vidare till utlastningen. Detta är i princip två stora silos, eller tågfickor med en giljotinlucka i botten, som förser malmvagnarna 50 meter under jord.
1.5 Grizzlygallrets betydelse
När pelletsen passerar igenom grate och kiln händer det ofta att stora sjok av pellets sintras ihop och bildar solida block, s.k. chunks, av malm som följer med ner i kylaren. Storleken samt därmed vikten på chunksen kan ibland vara betydande. Ryktet säger att så stora block som mindre
folkvagnsbubblor har hittats. Hur sant detta är kan tyvärr inte verifieras.
Det kan också nämnas att det även bildas slagg runt brännaren i slutet på kilnen som även den följer med ner i kylaren. Allt annat som inte är pellets är så klart oönskat material och måste avlägsnas på något vis, Det är ju dessutom steg i processen efter kylning som kräver att det inte finns något annat med än pellets, t.ex. transportband , utläggare m.m. som kan ta skada eller sätta igen processen.
LKAB – Historia och nutid
___________________________________________________________________________
Det kan här nämnas att under normal drift innehåller lastfickan i kylaren 1- 3 m med pellets vilket skyddar palleterna från stora nerfallande block, men avstrykarväggen ser till att block som är högre än 60 cm fastnar och måste
”sprängas” bort med tryckluft.
Nu är det dock inte chunksen i sig som ger upphov till problemet med gallrets korta livslängd utan den konstanta abrasiva nötningen som uppstår på materialet. Drygt 3.5 miljoner ton pellets passerar gallret varje år och den hårda karbiden i pelletsen gör att ytan på denna blir otroligt slitande på gallermaterialet, trots att detta är gjort av HARDOX 500 som i normala fall är ett väldigt slitstarkt material.
Uppgift
___________________________________________________________________________
2. Uppgift
Den slutliga uppgiften kan beskrivas av följande punkter:
• Ge förslag på en ny konstruktion av grizzly som är genomförbart med det nya materialet WEARTEC SF från Uddeholm och som är minst lika hållbart som det befintliga.
• Leverera fullständigt ritningsunderlag samt göra hållfasthetsberäkningar på ny konstruktion.
• Att om möjligt hitta ett likvärdigt material till WEARTEC om detta skulle underlätta och förbättra konstruktionsförfarandet.
Mål
Att minska slitaget på grizzlygallret och därmed förlänga bytesintervallet.
Beskrivning av det befintliga gallret
___________________________________________________________________________
3. Beskrivning av det befintliga gallret
Att ha en exakt beskrivning av hur det nuvarande gallret är uppbyggt är fullkomligt avgörande för att kunna ta fram ett som ska fungera bättre. Därför har studiebesök gjorts i Svappavaara under ett underhållsstopp för att få bilder och egna mått. Ritningarna som fanns i arkiv var inte aktuella när det gällde längdmåtten på plåtarna, men dessa hade Leif Larsson på Nybergs Mek. Ett bekymmer som fanns var att gallret bara var tillgängligt för inspektion under just detta stopp eftersom pelletsverket är i konstant drift. Man hade därför inte möjlighet att dubbelkolla mått och geometrier under arbetets gång om det hade behövts. Just geometrin blir ganska udda eftersom de bärande balkarna sitter på olika höjd samt med en vinkel mot
varandra. Ingenting är modifierat sen verket byggdes i början av sextiotalet, så man kan lätt fundera över om man inte kunnat göra på ett annat sätt första gången man ser det. Men det är på grund av kylarens runda utformning och dess bärande balkar under, som gör att man inte kan fästa gallrets fästbalkar på något annat sätt.
Gallret i sig består av sju sektioner med fyra plåtar med tjockleken 30 mm i varje sektion.
Mellan dessa sitter två solida block av HARDOX 500 med måtten 80x80x200 mm, vilka fungerar som distanser och som svetsas fast direkt på plåtarna. Man har även tunnare
kvadratiska plattor som distanser i ändarna. På så sätt blir varje sektion styv och robust, men för att försäkra sig om att det ligger kvar svetsas även sektionerna samman. På övre kanten på varje plåt sitter en slitkant av ett speciellt Boforsstål fastsvetsad för att skydda kortsidan som utsätts för pelletsen. Detta stål har man satt dit för att man trott det vara mer
nötningsbeständigt än själva kanten på hardoxplåten, men det är tydligt att detta varit långt ifrån tillräckligt skydd. Det har heller inte framkommit varför man valt just detta stål.
3.1 När anses gallret som utslitet?
Som det sett ut hittills så har man bytt en gallersektion så fort man sett att slitaget varit så stort att man ansett att den inte håller till nästa underhållsstopp. Detta har varit ett ganska lätt beslut att ta då slitaget oftast varit så pass att mindre än halva höjden funnits kvar i den värsta
urgröpningen. Det har även förekommit att gallerdelarna varit helt av.
Figur 2. CAD-model av galler Figur 3. Vy uppifrån
Beskrivning av det befintliga gallret
___________________________________________________________________________
Figur 4. Vy från materialficka i kylare. Pallet kan ses upp till höger
Figur 5. Lösa gallersektioner innan montering.
Figur 6. Detaljbild, stomme och svetsad slityta
Kravspecificering
___________________________________________________________________________
4. Kravspecificering
Det går ofta att ta fram flera konstruktioner som fungerar på samma sätt, men som skiljer sig avsevärt i t.ex. komplexitet, och därmed också i tillverkningskostnad, vikt, volym och materialkostnad. Det är ofta lätt att man kommer på en lite väl avancerad lösning på ett problem som, när man senare analyserat konstruktionen, kunnat lösa med en enklare lösning.
Det är också lätt att fastna för ett förslag utan att försöka hitta fler.
Den utgångspunkt som funnits vid genereringen av grizzlygallret har varit att försöka lösa problemet med så lite ändringar som möjligt i byggnationen runt närheten av gallret.
Omgivningen är väldigt trång och kompakt och många av de omgivande balkarna är bärande, eller har en annan viktig funktion, vilket gör att man helst inte modifierar dessa utan att vara helt säker på att det är nödvändigt. Självklart skulle det dessutom vara väldigt
kostnadskrävande och förmodligen inte lönande jämfört med hur bytet av gallret görs idag.
För att få fram ett optimalt slutligt gallerkoncept är det viktigt att hela tiden utgå från de grundläggande krav som ställs. I det här fallet uppfyller det nuvarande gallret funktionskravet att sålla bort s.k. ”shunks” av ihopsintrade pellets, slagg, och annat bråte, men det fallerar på den dåliga livslängden. Att det inte ens tål en kontinuerlig drift under ett halvår är helt klart undermåligt, framförallt då det är tillverkat av HARDOX 500, ett material som har erkänt goda slitegenskaper i andra typer av applikationer i tung industri.
Detta gör att en materialvalsanalys på ett flertal möjliga material måste göras för att hitta det mest optimala. Nu har dock LKAB haft liknande problem med andra konstruktioner i gruvverksamheten, varvid man redan tidigare gjort studier för lämpliga material. Det har resulterat i att det redan från början av detta exjobb finns ett mycket lämpligt material ur slitagesynpunkt. Men även andra material undersöks.
Undersöka ändringar av konstruktionen för att få ner nötningen
Samt att om det är möjligt kunna använda det nuvarande konstruktionsmaterialet som, om det inte blir direkt utsatt av pelletsströmmen bör vara tillräckligt nötningsbeständigt.
4.1 Byte
Vid ett underhållsstopp ska många konstruktionsdetaljer kontrolleras och om det behövs, bytas ut. Detta ska göras på kortast möjligast tid och det måste ske så att det funkar direkt från början. Sker inte detta blir resultatet att pelletsverket inte kommer igång och man får
produktionsbortfall. Man bör därför redan från början sträva mot en enkelhet i konstruktionen och ha det i bakhuvudet hela vägen, fast förstås inte så det på något sätt inverkar på
funktionen.
På pelletsverket i Svappavaara är det väldigt svårt att på ett enkelt sätt komma in till gallret.
Till skillnad med pelletsverken i Kiruna (KK2 och KK3) kommer man inte in direkt med traktor för att lyfta in de sju gallersektionerna. Utan man måste ta sig in ungefär 10 meter in i ett traktorbås på verkets bottennivå, vidare fyra meter upp i en öppning till höger i taket, som i sin tur leder in till gallerutrymmet. Detta gör att man måste använda en vinsch med ett spel, samt tillgång till utrymmet i kylaren ovanför, för att kunna lyfta ur sektionerna vid byte.
Eftersom man inte kan ändra den geografiska positionen av gallret gäller det här att göra de
Kravspecificering
___________________________________________________________________________
separata delarna så lätthanterliga som möjligt att frakta in och montera, samt om möjligt modifiera öppningen så att delarna kommer in smidigt.
Eftersom WEARTEC inte är svetsbart måste därför en alternativ fastmontering tas fram.
4.2 Kostnadskrav
En viktig del av kravspecifikationen för alla projekt är att man håller sig till de ekonomiska ramar som sats upp. Ingenting var sagt om hur mycket ett nytt galler skulle få kosta, så den frågan togs upp på ett tidigt stadium. Inledningsvis var inställningen den att då det kraftiga gallerslitaget faktiskt skapat produktionsstopp i hela pelletsverket, så skulle kostnaden för det nya gallret vara ett litet pris mot att få en mer ostörd drift. Men självklart måste man dock sträva mot att gallret helst inte bli mycket dyrare än idag.
Eftersom man inte använt sig av materialet WEARTEC tidigare på LKAB fanns ingen uppfattning om hur stor skillnaden i pris det var mellan WEARTEC och Hardox 500.
Nybergs Mek. AB som varit det företag som byggt och monterat det gamla gallret, och som också skulle montera det nya hade det inte heller.
WEARTEC, som är ett maskinstål, är ett dyrare material än Hardox 500, om man tittar på kronor per kilo och möjlig extra bearbetningskostnad då det inte går att svetsa samman detaljer Utöver detta fanns det också en osäkerhet i om Uddeholm, som var väldigt
intresserade att få sälja material till LKAB, även hade möjlighet att tillverka plåtarna, i och med att dessa måste bearbetas innan härdning. Nybergs Mek. hade inte möjlighet att härda plåtarna.
Man kom därmed fram till att om en bra konstruktion togs fram som man var villig att satsa på, skulle en offert på de konceptval som var mest intresseranta skickas till Uddeholm, varefter man utifrån svaret från denna skulle ta ställning till lönsamheten av att byta ut material och konstruktion. Blir det inte alltför dyrt, går man vidare med att till en början byta ut en eller två av sektionerna i gallret till den nya konstruktionen för att på så vis testa under en prövoperiod.
4.3 Tillverkningskrav
Kraven på tillverkning återspeglas direkt på kostnadskraven. En mer komplicerad
konstruktion innebär som regel en dyr tillverkning, därför är det viktigt att man försöker hålla allt så enkelt som möjligt. När det gäller toleranser så är det självklart viktigt att de ingående delarna på gallret passa ihop. Man har ju infästningar mellan material som inte kan svetsas fast m.m., men det behöver inte vara så små toleranser att delarna inte kan tillverkas med en helt vanlig industrisvarv, fräs eller borr.
Tittar man på hur gallret är tillverkat idag så är det absolut ingen superpassning på delarna.
Allt är enbart tillverkat för att grovt passa in så att det ligger kvar på bärbalkarna. Men då är det också en väldigt enkel konstruktion utan mycket bearbetning, och det som behövts ändras har skurits med skärbrännare.
Hela utrymmet där gallret sitter har många detaljer som behövts modifierats från ritning för att passa.
Kravspecificering
___________________________________________________________________________
4.4 Hållfasthet
Kraven på hållfasthet uppkommer på grund av de större nerfallande ihopsintrade slagg och pelletsblocken och krafterna som skapas vid nedslaget. Pelletsen i sig sprids ut på gallret när de lämnar kylaren utom vid de zoner där flödet, och slitaget, blir extra stort. Men kraften av detta blir inte särskilt stor. Den teoretiska storleken på stora block uppkommer då de precis kan komma förbi kylaröppningen. Efter diskussion fastslogs att ett block med måtten 60x60x60 cm var tänkbar. Detta kanske inte är den mest representativa formen då
sannolikheten för att klumpen faktiskt har den formen samt är helt solid är väldigt liten. En kub har även den största massan av de föremål som har längden 60 cm.
Som sades i inledningen finns historier som berättar om att man fått ut block stora som folkabubblor när man tömt uppsamlingen vid gallret. Hur sant detta är, kan inte styrkas men man måste ändå räkna med att gallret ska klara en sådan påfrestning.
Kan då blocket av pellets vara så bra ihopsintrat att det inte splittras vid nedslag?
Det fanns lite motstridiga uppgifter om vad som faktiskt är ett troligt scenario. Enligt Johan Breheim, LKAB var det så gott som osannolikt att det över huvudtaget kunde skapas så stora block av pellets. Helt enkelt för att kulorna i de fotbollsstora klumpar som ofta bildas, inte sitter fast så hårt. Man kan lätt ta loss dem med fingrarna. Ett större block skulle heller inte kunnat bildas direkt, varken i graten eller i kilnen.
Eftersom det varit svårt att få fram information över den exakta sammansättningen av pelletskulorna och för slaggen så har jag gått på två olika linjer och jämfört dessa.
Först antogs att pelletsen bara innehåller ungefär 85 % järn och resten mycket lättare substanser, samt att man därpå har en maximal packningsgrad på 74 % för runda kulor i en volym (Se hållfasthetsavsnittet för vidare förklaring). Densiteten för järn används sedan, för att få fram en vikt på kuben. Vill man ha extremvärden så duger antagandet. Jag fick även senare reda på att man på Uddeholm använder en densitet på ~3000 Kg/m3 för pellets så jag använde även detta värde.
Tittar man på slaggen så är det troligen så att ett block av slagg är mycket lättare än ett av pellets. Enligt en analys som är gjord av Mefos i Luleå så består stora delar av slaggen utav kolaska, vilket är mycket lättare än järn. Rapporten var dock väldigt bristfällig och gav inga värden.
4.5 Geometriska krav
Man vill försöka behålla bredden på slitytan till ~ 40 mm. Är balkarna för breda har det tidigare visat sig att man får för mycket pellets som studsar på slitytan ut genom luckan, med mycket skottande som följd. Dessutom är det bra om man kan behålla avståndet mellan gallerplåtarna .
Slitageanalys
___________________________________________________________________________
5. Slitageanalys
En av de viktigaste aspekterna under hela arbetet är att se till att slitage faktiskt minskar. Att analysera hur slitaget ser ut är ganska svårt eftersom ett ståls slitstyrka dels beror av dess materialegenskaper men framförallt hur det abrasiva materialet rör sig gentemot plåtarna.
Tribologi handlar väldigt mycket om att göra tester där man försöker simulera slitaget i fråga och på så sätt hitta modeller för att beräkna livslängd. Detta kan göras på en mängd olika sätt, antingen genom fälttester eller i laboratoriet.
5.1 Slitagetyper
Abrasivt slitage kan uppdelas i tre undergrupper, glid, stöt och klämslitage.
Glidslitage
Uppkommer som det låter när det abrasiva materialet glider över en yta, med spånbildning eller plastisk deformation (plogning) som följd.
Stötslitage
Inträffar när det abrasiva materialet faller och slår mot en yta. Det kan här handla om antingen större stycken som är sammansatta av olika beståndsdelar, med en klar stöt av ett föremål, eller av små homogena partiklar med hög hårdhet som konstant slår mot ytan, s.k. partikelerosion. Man kan fastslå att pellets hör till just den sistnämnda typen. Stötslitage är svårare att beskriva än glidslitage eftersom fler faktorer spelar in. Förutom det abrasiva materialets hårdhet och kantskärpa måste man nu även räkna med infallsvinkel, partikelstorlek och hastighet.
Klämslitage
Sist finns även slitage orsakat av klämning, d.v.s. då abrasivt material kläms mellan två styva ytor t.ex. i käftkrossar. Denna slitagetyp finns det fortfarande väldigt lite forskning på och det är också ganska svårt att analysera.
5.2 Avgöra slitagetyp
Figur 7. Slitagezon
En viktig del är att ta reda på vilken typ av slitage gallret utsätts för?
Slitageanalys
___________________________________________________________________________
Eftersom den inte alltför tunga pelletsen faller ner på gallret från en höjd av 0.7 -1.0 m så skulle den största delen komma från stöt och partikelerosion. Men en viss glidning förekommer också där flödet mellan plåtarna är som störst.
Det man ser vid en direkt inspektion av gallret är att det finns en klar zon där slitaget är som störst. Detta beror av att huvuddelen av all pellets som ligger på den vickbara palleten i kylaren faller av vid en viss vinkel, så att det blir som ett koncentrerat flöde på en och samma punkt. Självklart kommer det pellets även på andra delar också men inte alls i samma mängd.
Det är alltså inte undra på att det är just det är gallersektionerna 3 och 4 där zonen är, som byts mest frekvent.
5.3 Testperiod med Weartec
I det här fallet har man en klar bild över hur slitaget ser ut, och man har även gjort enkla tester med det nya materialet som visat att det står emot slitaget mycket bra.
Det man gjorde var helt enkelt att man satte en testbit av Weartec i en påsvetsad ficka i zonen där slitaget blir som störst och lätt biten sitta där en viss tid. I det här fallet drygt två år. (Det var lite osäkerhet över exakt hur länge då det inte fanns nerskrivet på något protokoll, men den uppskattade tiden var mellan 1.5-2 år.) Fickan och resten av plåten hade som vanligt slitits hårt, medan Weartec-biten endast hade lite rundade kanter upptill men i övrigt var intakt.
Det enda ordentliga sättet att mäta hur slitaget påverkar en ny gallerkonstruktion är därför att ha en testprototyp i produktionen och låta den sitta där under en viss period, varefter man kan studera skillnaden.
Det hade dock varit intressant att ha gjort ett lämpligt tribologitest till den här rapporten men tyvärr fanns ingen lämplig testutrustning vid TRIBOLAB på skolan. Det enda som fanns var en form av bandslip som nöter på en testbit en vis tid. Man väger biten före och efter och får på så sätt en skillnad som går att jämföra. Detta test kändes dock ganska intetsägande
eftersom det inte är samma typ av slitage, samt att det troligtvis bara skulle visa att Weartec är slitstarkare än Hardox, vilket redan är känt.
Men det skulle vara kul att i alla fall få en indikation på ändring i livslängd. Detta går på sätt och vis grovt att göra med SSAB: s Relativa Slitage - metod, som jag upptäckte när jag gjorde litteraturstudier på Hardox.
5.4 RS-metoden
SSAB Oxelösund har mångårig erfarenhet av hur slitstål påverkas i gruvindustrin och har också samarbetat länge med LKAB och övriga bolag på marknaden. Den relativa
slitagemetoden, eller RS-metoden, som framtagits av SSAB, kan användas för att jämföra stål vars slitstyrka baseras på materialets hårdhet. Metoden är därför i sig på långa vägar exakt och är utvecklad främst för glidslitage, fast man har även utarbetat en enkel modell även för stöt.
Allt finns beskrivet i ett häfte utgivet av företaget som jag fick tillgång till tack vare Stina Pettersson. Ett sammandrag finns i bilaga 1.
Slitageanalys
___________________________________________________________________________
Ökad hårdhet är i allmänhet den viktigaste egenskapen för att minska slitaget från ett abrasivt material. Ju hårdare plåt man har desto mindre risk är det att det blir mekanisk åverkan på plåten. Andra egenskaper som seghet, duktilitet, elasticitet, hårdnande vid deformation och förmågan att absorbera energi har självklart även de en viktig inverkan. Det är dessutom en stor skillnad beroende på om det är glid, stöt, eller klämslitage. Som sades tidigare berodde t.ex. Weartec:s slitstyrka också mycket på att man lyckats skapa stora karbider i ett redan hårt och homogent material, så det var inte så konstigt att man från Uddeholm inte tyckte man kunde göra en så enkel hårdhetsjämförelse.
SSAB har dessutom bara jämfört produkter i sitt eget sortiment (Hardox, Toolox, Weldox) då det bara används internt inom företaget, så det finns inga kurvor framtagna för Uddeholms Weartec stål.
Men man kommer inte ifrån att Weartec är hårdare (~800 HV) än Hardox 600, som i sin tur är hårdare än 500, så man borde rimligtvis få en indikation på hur livslängden kan komma att ändras om man ändrar plåthårdheten med oförändrade villkor.
Figur 8. Relativt slitage för Hardox 400, 500 och 600 vid infallsvinkel 45°, som funktion av de abrasiva partiklarnas hårdhet.
Kurvan för stöt och 45 graders infallsvinkel, och en partikelhårdhet på 580 HV, ger en 3.7 gånger längre livslängd för Hardox 600 i förhållande till 500, så därför borde rimligtvis Weartec vara ännu bättre med en kurva som ligger strax till höger om den för 600. Men som sagt det är många andra faktorer än hårdhet som också inverkar.
Material
___________________________________________________________________________
6. Material
6.1 WEARTEC SF
Weartec är ett krom-molybden-vanadin legerat verktygsstål, utvecklat av Uddeholm Tooling, som är speciellt utvecklat för kallarbetssverktyg. Stålet har speciellt tagits fram för att ha:
- Utmärkt motstånd för abrasiv nötning, sprickbildning och urflisning.
- Kunna stå emot mycket höga tryckspänningar.
- Hög seghet
- Bra genomhärdningsegenskaper av materialet
- Bättre dimensionsstabilitet efter härdning jämfört med konventionellt framställda kallarbetsstål med hög legeringsgrad.
- Goda egenskaper för ytbeläggning med nitridering, PVD eller CVD.
Materialdata
6.1.1 Användningsområden
Weartec är tänkt att användas i applikationer där arbetsmaterialet tillfogar verktyget eller konstruktionen omfattande abrasiv nötning och plastisk deformation under längre tidsperioder och konstant körning som i t.ex.: Stenkrossar, knivar, blandarskruvar i betongindustri samt gjutformar för pressning av tegel och kakelplattor m.m.
6.1.2 Brottgräns för dragspänning
En viktig faktor som inte står i datablad för materialet är en användbar brottgräns vid
dragspänning. Då materialet har så hög kolhalt fanns risken att materialet skulle bete sig som ett sprött material, och därmed ha väsentligt mindre sträck och brottgräns vid drag. Det visade sig dock bara ha en minimal skillnad mellan tryck och drag. Vid en härdning på 64 HRC samt med en säkerhetsfaktor på 0.5 ligger brottgränsen för en slank balk som utsätts för böjning på
~1100-1300 MPa. Detta är ett otroligt bra värde med tanke på den höga kolhalten vilket i normala stål skulle innebära sprödhet. Att det är så bra beror förutom på legering och härdning även på att materialet är sprayformat (se nedan) vilket ger en ytterst homogen struktur.
Material
___________________________________________________________________________
6.1.3 Sprayformning
1. Smältan fördelas jämnt 2. Kryo-kylning av smälta 3. Metallen pulvriseras 4. Gjutämne
5. Roterande gjutplatta 6. Utsug
7. Pulver uppsamlare 8. Spray-kammare 9. Partikel-injektor
Figur 10. Spraymunstycken
Figur 9. Sprayformning
Weartec är tillverkat med en metod kallad Sprayformning (SF). Detta är en relativt ny metod för att gjuta höghållfasta legeringar, med egenskaper som skulle vara svåra eller omöjliga att ta fram med vanliga metoder för ståltillverkning. Sprayformning ger dessutom automatiskt helt spänningsfria homogena strukturer och hög hårdhet.
Vid pulvermetallurgi (PM) används hög isostatisk pressning (HIP), d.v.s. materialet sintras under extremt högt tryck och värme för att ge en viss maximal täthet vilket homogeniserar materialet. Det är väldigt svårt att få materialet fullständigt homogeniserat på detta sätt då det alltid uppstår fickor med orenheter. Vid sprayformning undviks detta då man gradvis och väldigt exakt kan bygga upp ett göt för smide eller valsning. Metoden går ut på att det flytande materialet atomiseras med hjälp av kryoteknik (snabb nedkylning) till droppar som samlas upp på en roterande platta innan det fullständiga stelnandet är klart. I och med att materialet fylls sjunker plattan för att hålla konstant avstånd till spraymunstyckena. Götet kan sedan kokillgjutas samt valsas till rätt form.
Sprayformade verktygsstål har likt PM stål en extremt homogen struktur med många hårda karbider som bidrar till ett avsevärt bättre nötningsmotstånd samt bättre motstånd för sprickbildning än traditionellt tillverkade verktygsstål. Men karbiderna kan i och med
sprayformning göras större vid härdningen vilket väsentligt ökar slitstyrkan. Detta beror på att den höga kolhalten binder upp karbiderna på ett helt annat sätt än för vanliga stål.
Metoden är också väldigt fördelaktig för tillverkaren då man kan hålla sig med korta serier och bara tillverka så mycket man behöver varvid man håller lagerkostnaden nere.
6.1.4 Ekonomi
Den stora negativa delen med Weartec är priset. Det är främst den stora legeringshalten samt tillverkningstekniken som gör att materialkostnaden i dagsläget ligger runt 300 kr/Kg. Detta är 13 gånger dyrare än exempelvis Hardox 500. Legeringspriserna har de senaste åren skjutit i höjden då det inte finns tillräckligt med material för att mätta stålboomen i Asien. Ställer man dock fördelarna med längre livslängd mot priset är det många gånger fördelaktigt att byta stål.
Material
___________________________________________________________________________
6.1.5 Bearbetning
Weartec levereras mjukglödgat med en hårdhet på ~270HB och kan då bearbetas med de flesta metoder innan härdning, men det är ytterst viktigt att hålla sig inom rekommenderade skärdata p.g.a. materialets hårdhet. Har valt att inte ta med bearbetningsdata då dessa lätt kan hämtas på Uddeholms hemsida, www.uddeholm.se.
6.2 Hardox 500
Detta är materialet som det nuvarande gallret är tillverkad utav.
Hardox 500 är en produkt från SSAB Oxelösund som funnits ute på världsmarknaden länge och som allmänt anses vara ett mycket bra material till slitplåtar för många ändamål. Det kan vara skopor till grävare, Lastbilsflak och rännor m.m. Materialet innehåller relativt små legeringstillsatser och får sin slitstyrka och hårdhet (~500 HB) genom en speciell seghärdningsprocess som SSAB tagit fram.
Plåten är relativt lätt att arbeta med tack var bra svets och bearbetningsegenskaper, och kommer färdigvärmebehandlat vid leverans. Materialet går även att bocka. Självklart måste man vara väldigt noggrann med att hålla sig till rekommenderade skärdata, för att inte tappa slitstyrka i yta och kanter.
Kostnaden ligger runt 22 Kr/Kg Data:
Densitet 7800 Kg/mm3
Sträckgräns RP0.2 1300 MPa Brottgräns Rm 1500 MPa Slagseghet ( Charpy-V,
Provtemp 40 C, Plåttjocklek
20mm 30 J
6.3 Hardox 600
Hardox 600 är en relativt ny produkt från SSAB som dock funnits ute på marknaden ett tag.
Materialet innehåller också det relativt små legeringstillsatser och får sin bättre slitstyrka och hårdhet genom att man förfinat seghärdningsprocessen och legeringstillsatserna. Plåten är 3-4 ggr hårdare än vanlig höghållfast konstruktionsplåt med en hårdhet på 570-640 Brinell, vilket gör det till enda seghärdade slitplåt på marknaden som kommer upp i just 600 Brinell. Trots detta är det ändå relativt lätt att arbeta med tack var bra svets och bearbetningsegenskaper.
Plåten kommer färdigvärmebehandlat vid leverans och man bör inte arbeta i en temperatur över 250 grader under längre perioder.
Material
___________________________________________________________________________
Data:
Densitet 7800 Kg/mm3
Sträckgräns RP0.2 1650 MPa Brottgräns Rm 2000 MPa Slagseghet ( Charpy-V,
Provtemp 40 C, Plåttjocklek
20mm 20 J
Eftersom det är slitstarkare än det nuvarande materialet Hardox 500 undersöktes till en början om man kunde tjäna på att skulle byta ut Hardox 500 mot 600. Materialet är trots allt mycket billigare än Weartec.
När jag diskuterade med applikationsingenjörer på SSAB Tunnplåt i Oxelösund om detta fick jag rekommendationen att om slitytan inte ska vara Hardox 600 så var det bättre om man fortsatte att ha Hardox 500 på de delar av konstruktionen, t.ex. stommen under, som inte får en direkt kontakt med pelletsen. Detta på grund av att nötningen som uppstår på sidorna och nederkanten inte alls är så skadlig som den som uppstår på den övre kanten. Hardox600 är dessutom svårare att svetsa bra och att fogarna då ändå inte skulle få samma hårdhet som materialet. Det är också lättare att bygga in oönskade spänningar i materialet.
Skulle en konstruktion tas fram där man behöver komponenter som inte svetsas fast, t.ex.
distanser vid en bultad gallersektion, eller slityta, skulle Hardox 600 få en längre livslängd.
Dock talar alla data för att Weartec i så fall är ett mycket lämpligare val, trots kostnad.
6.4 Hårdhet
Hårdhet kan beräknas på många olika sätt beroende på vad man har för ingående testvillkor för respektive test, d.v.s. form på spets, storlekar, last och material. Man får därför ingen direkt konvertering mellan dessa test.
6.4.1 Vickers
Vickers hårdhetstest lämpar sig för många olika material över ett brett spektrum. Test görs med en diamantpyramid med fyrkantig bas med en last på vanligtvis 50kg (men kan utföras med 5, 10, 20, 30, 120kg last) som trycks ner på en plan yta av testmaterialet i 30 sekunder.
Hårdheten beräknas utifrån den area som spetsen lämnar i materialet med formeln:
) (
) (
mm2
ea Intrycksar
kg HV = Last
6.4.2 Rockwell
Rockwells hårdhetstest använder sig av en stål eller diamantspets som är konisk, med viken man mäter intryckets djup, som i sig ger ett mått på hårdheten. Det finns en mängd olika sätt att utföra rockwelltest (olika storlek på spets, last m.m.) beroende på materialets egenskaper, och man måste ha god kännedom vad som krävs för olika material. Först trycks spetsen ner med en liten last på 10 Kg och mätdonet nollställs, varefter man lägger på en stor last (för HRC-test 150 Kg). Lasten går sen tillbaka till 10 Kg och intrycksdjupet mäts.
Konceptgenerering
___________________________________________________________________________
7. Konceptgenerering
Genereringen av koncept har delats in i olika områden beroende på om man vill utgå ifrån att man ska ett helt nytt material i gallret, försöka bibehålla det befintliga materialet eller använda sig av en blandning av materialen. Eftersom LKAB gjorts tester på gallret med maskinstål som visat att detta material har en klart bättre nötningsbeständighet har dock fokus lagts på att försöka ta fram koncept som bygger på införandet av just WEARTEC.
Mycket tid har lagts på att ta fram underlag för de olika konstruktionslösningar som ingår i koncepten. Bland har också ett antal brainstormingsessioner genomförts.
Det som är viktigt i det här stadiet är just det att man inte fastnar i tänket att det SKA fungera eller att det är för svårt e.t.c. Det som är viktigt är att man försöker hitta lösningar som man kanske inte tänkt på tidigare då man kanske varit fast i ett tankesätt under en längre tid, och inte behövt hitta andra lösningar. Det kan ju vara så att man blivit inlärd av andra att det bara går att göra på ett sätt, nämligen det som funkat för dem. Det finns ett flertal olika former av brainstorm övningar som är gångbara och som fungerar även när man sitter själv. De görs med fördel i grupp men jag tycker faktiskt att det funkar bra ensam. T.ex. koncentrerar man sig på att komma fram med så många olika fastsättningslösningar av plåtar som man bara kan inom en viss tid. Sedan gallrar man av dessa för att ta bort de förslag som kanske inte fungerar för just den här applikationen, eller som bara är helt uppåt väggarna.
Har man nu gjort ett antal sådana sessioner kan man gå tillbaka och kanske vidareutveckla idéer som man kom på förra veckan. På så vis låter man idéer gro utan att man pressar fram saker på en gång.
Det som är viktigt är att man inte får komma med egenkritik för idéerna direkt då man lätt fastnar och stör den drivande processen.
Några av de metoder som använts är följande:
- Man sätter sig ner med en bunt tomma lappar. Därefter ska man inom ett specifikt ämne t.ex. ett så övergripande ämne som ”fastsättning”, komma på så många idéer som möjligt inom en viss tid och skriva ner dessa på lapparna. Det kan vara precis vad som helst man skriver ner. Därefter går man igenom lapparna och sållar mer grundligt av de som kanske inte var så bra.
- Ritning av idéskisser, samtidigt som man har tillgång på referensbilder från kamera.
Enkel metod som funkar väldigt bra då man samtidigt får en bild av problemet.
Att på ett tidigt stadium skapa CAD-modeller på koncepten. Man kan på så vis direkt se om vissa mått är rätt samt vad som kan anses rimligt när det gäller dimensioner för enskilda detaljer m.m. Detta gick bra eftersom gallret inte var alltför avancerat från början. Hade det handlat om någonting mer avancerat skulle framtagningen tagit alltför mycket tid från annat.
Det var även väldigt givande att sätta sig ner med de som faktiskt tillverkade och monterade delarna, d.v.s. Nybergs Mek., för att på så vis få fram vilka problem som dagens konstruktion hade, vad gällde att få in delarna på plats och montering m.m. Det som man från deras håll eftersträvade var förutom ökad livslängd även så enkel hantering som möjligt. På
