장벽식 채굴 체인 관리

AFC 체인 관리 전략은 수명을 연장하고 계획되지 않은 가동 중단을 방지합니다.

채굴 체인체인 관리는 작업의 성패를 좌우할 수 있습니다. 대부분의 장벽식 채굴 광산에서는 장갑 채굴 컨베이어(AFC)에 42mm 이상의 체인을 사용하지만, 48mm 체인을 사용하는 광산도 많고, 심지어 65mm에 달하는 체인을 사용하는 곳도 있습니다. 직경이 큰 체인은 수명을 연장시켜 줍니다. 장벽식 채굴 작업자들은 48mm 체인의 경우 1,100만 톤 이상, 65mm 체인의 경우 2,000만 톤까지 채굴할 수 있을 것으로 예상합니다. 이처럼 직경이 큰 체인은 가격이 비싸지만, 체인 파손으로 인한 작업 중단 없이 전체 채굴 구역을 한두 개 더 채굴할 수 있다면 그만한 가치가 있습니다. 하지만 관리 부실, 취급 부실, 부적절한 모니터링 또는 응력 부식 균열(SCC)을 유발하는 환경 조건으로 인해 체인이 파손되면 광산은 심각한 문제에 직면하게 됩니다. 이런 상황에서는 체인에 투자한 비용이 무의미해집니다.

장벽 채굴 업체가 광산 현장 조건에 가장 적합한 체인을 운영하지 않으면, 예상치 못한 가동 중단 사태 한 번으로 구매 과정에서 얻은 비용 절감 효과가 모두 사라질 수 있습니다. 그렇다면 장벽 채굴 업체는 어떻게 해야 할까요? 현장별 조건을 면밀히 분석하고 체인을 신중하게 선택해야 합니다. 체인 구매 후에는 투자 효과를 극대화하기 위해 추가적인 시간과 비용을 투자해야 합니다. 이러한 노력은 상당한 이익을 가져다줄 수 있습니다.

열처리를 통해 체인의 강도를 높이고, 취성을 줄이며, 내부 응력을 완화하고, 내마모성을 향상시키거나, 가공성을 개선할 수 있습니다. 열처리는 고도의 기술력이 요구되는 기술이며, 제조사마다 적용 방식이 다릅니다. 목표는 제품의 기능에 가장 적합한 금속 물성의 균형을 얻는 것입니다. 파슨스 체인(Parsons Chain)에서 사용하는 정교한 기술 중 하나인 차등 경화 체인은 체인 링크의 윗부분은 마모에 강하도록 단단하게 유지하고, 아랫부분은 연화시켜 인성과 연성을 향상시키는 방식입니다.

경도는 마모에 저항하는 능력을 나타내며, 브리넬 경도(기호 HB) 또는 비커스 경도(HB)로 표시됩니다. 비커스 경도계는 진정한 비례 관계를 가지므로, 800 HV의 재료는 100 HV의 재료보다 8배 더 단단합니다. 따라서 가장 부드러운 재료부터 가장 단단한 재료까지 합리적인 경도 척도를 제공합니다. 경도가 낮은 값(약 300 이하)에서는 비커스 경도와 브리넬 경도 측정값이 거의 동일하지만, 그 이상의 값에서는 볼 인덴터의 변형으로 인해 브리넬 경도 측정값이 더 낮게 나타납니다.

샤르피 충격 시험은 재료의 취성을 측정하는 시험 방법으로, 충격 시험을 통해 얻을 수 있습니다. 체인 링크의 용접 부위에 홈을 파고 진자의 진폭에 맞춰 놓은 후, 시편이 파손되는 데 필요한 에너지를 진자의 진폭 감소량으로 측정합니다.

대부분의 체인 제조업체는 전체 주문 배치에서 몇 미터를 따로 보관하여 파괴 시험을 실시합니다. 시험 결과 및 인증서는 일반적으로 50m 길이의 체인 쌍과 함께 제공됩니다. 이 파괴 시험 중에는 시험 하중에서의 신장률과 파괴 시 총 신장률을 그래프로 기록합니다.

롱월 채광 체인 관리

최적 사슬

목표는 이러한 모든 특성을 결합하여 다음과 같은 성능을 포함하는 최적의 공급망을 구축하는 것입니다.

• 더 높은 인장 강도;

• 내부 링크 마모에 대한 저항력이 더 높습니다.

• 스프로킷 손상에 대한 높은 저항성;

• 마르텐사이트 균열에 대한 저항성이 더 높음;

• 향상된 내구성;

• 피로 수명 증가; 및

• SCC에 대한 저항성.

하지만 완벽한 해결책은 없고, 다양한 절충안이 존재할 뿐입니다. 항복점이 높으면 잔류 응력이 높아지는 경향이 있는데, 내마모성을 높이기 위해 경도를 높이면 인성과 응력 부식 저항성은 저하되는 경향이 있습니다.

제조업체들은 더 오래 사용하고 열악한 환경에서도 견딜 수 있는 체인을 개발하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 일부 제조업체는 부식성 환경에 대응하기 위해 체인에 아연 도금을 합니다. 또 다른 선택지는 특허받은 바나듐, 니켈, 크롬, 몰리브덴 합금으로 만들어져 응력 부식 균열(SCC)에 강한 COR-X 체인입니다. 이 솔루션의 독특한 점은 응력 부식 방지 특성이 체인의 금속 구조 전체에 걸쳐 균일하며, 체인이 마모되더라도 그 효과가 변하지 않는다는 것입니다. COR-X는 부식성 환경에서 체인 수명을 크게 연장하고 응력 부식으로 인한 파손을 거의 완벽하게 방지하는 것으로 입증되었습니다. 테스트 결과, 파단력과 작동력은 일반 체인(DIN 22252) 대비 10% 증가했으며, 노치 충격은 40% 증가했고, SCC 저항성은 350% 증가했습니다.

COR-X 48mm 체인은 폐기되기 전까지 체인 관련 고장 없이 1,100만 톤을 운반한 사례가 있습니다. 또한 BHP 빌리턴 산후안 광산에 조이(Joy)사가 설치한 최초의 OEM 브로드밴드 체인은 영국에서 제조된 파슨스(Parsons)사의 COR-X 체인을 사용했는데, 이 체인은 수명 기간 동안 채굴면에서 최대 2,000만 톤을 운반한 것으로 알려져 있습니다.

체인 수명 연장을 위한 역방향 체인

체인 마모의 주요 원인은 각 수직 링크가 구동 스프로킷에 들어가고 나올 때 인접한 수평 링크를 중심으로 회전하는 움직임입니다. 이로 인해 링크가 스프로킷을 통과하면서 특정 평면에서 마모가 더 심해집니다. 따라서 사용한 체인의 수명을 연장하는 가장 효과적인 방법 중 하나는 체인을 180도 회전시켜 반대 방향으로 작동시키는 것입니다. 이렇게 하면 링크의 "사용되지 않는" 면이 사용되어 마모되는 링크 면적이 줄어들고 결과적으로 체인 수명이 연장됩니다.

컨베이어에 하중이 고르지 않게 실리는 것은 여러 가지 원인으로 발생할 수 있으며, 이로 인해 두 체인의 마모가 불균형해져 한쪽 체인이 다른 쪽보다 빨리 마모될 수 있습니다. 특히 트윈 아웃보드 어셈블리에서처럼 두 체인 중 하나 또는 둘 모두에 불균형적인 마모나 늘어짐이 발생하면, 체인 날개가 구동 스프로킷을 회전할 때 위상이 어긋나거나 동기화가 맞지 않게 됩니다. 또한 두 체인 중 하나가 느슨해지는 경우에도 이러한 현상이 발생할 수 있습니다. 이러한 불균형은 작동 문제를 야기할 뿐만 아니라 구동 스프로킷의 과도한 마모 및 손상을 초래할 수 있습니다.

시스템 장력 조절

체계적인 장력 조절 및 유지 보수 프로그램을 통해 설치 후 체인의 마모율을 제어하고, 두 체인 모두 마모로 인해 늘어나는 속도가 제어되고 유사한 수준이 되도록 해야 합니다.

유지보수 프로그램에 따라 유지보수 담당자는 체인 마모도와 장력을 측정하고, 마모율이 3%를 초과하면 체인을 교체합니다. 이러한 체인 마모 정도가 실제적으로 무엇을 의미하는지 이해하려면, 200m 길이의 장벽 채굴면에서 체인 마모율이 3%가 되면 각 가닥당 체인 길이가 12m 증가한다는 점을 기억해야 합니다. 또한 유지보수 담당자는 마모되거나 손상된 공급 및 회수 스프로킷과 스트리퍼를 교체하고, 기어박스와 오일 레벨을 점검하며, 정기적으로 볼트가 단단히 조여져 있는지 확인합니다.

적정 예압을 계산하는 방법은 이미 잘 정립되어 있으며, 이러한 방법들은 초기값을 설정하는 데 매우 유용한 지침이 됩니다. 그러나 가장 신뢰할 수 있는 방법은 AFC(자동 체인 컨트롤)가 최대 부하 조건에서 작동할 때 체인이 구동 스프로킷에서 빠져나오는 순간을 관찰하는 것입니다. 체인이 구동 스프로킷에서 빠져나올 때 최소한의 느슨함(두 링크)만 보여야 합니다. 이러한 상태가 되면 예압을 측정하고 기록하여 해당 면의 작동 수준으로 설정해야 합니다. 예압은 정기적으로 측정하고 제거된 링크 수를 기록해야 합니다. 이를 통해 차등 마모 또는 과도한 마모가 시작되는 것을 조기에 감지할 수 있습니다.

휘어진 플라이트는 즉시 펴거나 교체해야 합니다. 휘어진 플라이트는 컨베이어의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 바가 하단 레일에서 빠져나와 스프로킷 위로 튀어 올라 체인, 스프로킷 및 플라이트 바에 손상을 줄 수 있습니다.

롱월 채굴 작업자는 마모되거나 손상된 체인 스트리퍼에 주의해야 합니다. 이러한 부품이 마모되거나 손상된 경우 느슨한 체인이 스프로킷에 남아 걸림이나 손상을 초래할 수 있기 때문입니다. 

체인 관리

체인 관리는 설치 중에 시작됩니다.

갱도면의 직선 정렬이 얼마나 중요한지는 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 갱도면 정렬이 조금이라도 어긋나면 갱도면과 채굴면 쪽 체인 사이에 장력 차이가 발생하여 마모가 고르지 않게 될 가능성이 높습니다. 특히 새로 조성된 갱도면은 체인이 길들이는 기간 동안 이러한 현상이 더욱 두드러지게 나타납니다.

일단 차등 마모 패턴이 형성되면 사실상 복구가 불가능합니다. 대부분의 경우 체인이 느슨해지면서 마모가 더욱 심해져 차등 마모는 계속 악화됩니다.

채굴면의 장력 불균형으로 인해 좌우측 프리텐션에 과도한 차이가 발생하는 악영향은 수치를 통해 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 각 측면에 약 4,000개의 링크가 있는 42mm AFC 체인을 사용하는 1,000피트 길이의 롱월 채굴을 생각해 보겠습니다. 링크 사이의 마모로 인한 금속 손실은 링크의 양쪽 끝에서 발생한다고 가정할 때, 체인에는 채굴 과정에서 발생하는 링크 간 압력과 진동, 충격 하중, 부식 등으로 인해 금속이 마모되는 지점이 8,000개에 달합니다. 따라서 1/1,000인치의 마모가 발생할 때마다 체인 길이는 8인치 증가합니다. 불균형한 장력으로 인해 채굴면과 채굴 후 남은 부분의 마모율에 약간의 차이가 생기더라도, 이러한 차이는 빠르게 증폭되어 체인 길이의 큰 차이로 이어집니다.

스프로킷에서 두 개의 단조 부품이 동시에 마모되면 톱니 프로파일이 과도하게 마모될 수 있습니다. 이는 구동 스프로킷에서 링크의 정확한 위치가 유지되지 않아 링크가 구동 톱니 위에서 미끄러지기 때문입니다. 이러한 미끄러짐 작용은 링크를 깎아내고 스프로킷 톱니의 마모 속도를 증가시킵니다. 일단 마모 패턴이 형성되면 마모는 더욱 가속화됩니다. 링크가 깎여 나가는 조짐이 보이면 스프로킷을 점검하고 필요한 경우 교체해야 합니다. 그렇지 않으면 체인이 완전히 파손될 수 있습니다.

체인 예압이 너무 높으면 체인과 스프로킷 모두에 과도한 마모가 발생합니다. 체인 예압은 최대 부하 시 체인이 너무 느슨해지지 않도록 설정해야 합니다. 체인이 너무 느슨해지면 스크레이퍼 바가 튀어나오고, 스프로킷에서 체인이 뭉치면서 테일 스프로킷이 손상될 위험이 있습니다. 예압이 너무 높게 설정되면 체인 링크 사이의 마모가 심해지고 구동 스프로킷의 마모도 심해지는 두 가지 위험이 있습니다.

체인 장력이 과도하면 치명적일 수 있습니다.

흔히 체인을 너무 팽팽하게 당기는 경향이 있습니다. 목표는 정기적으로 예압을 점검하고 두 링크씩 느슨하게 풀어주는 것입니다. 두 링크 이상 풀면 체인이 너무 느슨한 것이고, 네 링크를 풀면 예압이 너무 높아져 링크 간 마모가 심해지고 체인 수명이 크게 단축됩니다.

면 정렬이 양호하다고 가정할 때, 한쪽의 예압 값은 다른 쪽의 예압 값보다 1톤 이상 높아서는 안 됩니다. 효과적인 면 관리를 통해 체인의 작동 수명 동안 모든 차이가 2톤을 넘지 않도록 유지해야 합니다.

체인 연결부 마모로 인한 길이 증가(때때로 "체인 늘어짐"이라고 잘못 불림)는 2%까지 허용되며 새 스프로킷을 사용해도 문제없이 작동할 수 있습니다.

체인과 스프로킷이 함께 마모되어 호환성이 유지된다면, 연결부 마모 정도는 문제가 되지 않습니다. 그러나 연결부 마모는 체인의 파단 하중과 충격 하중에 대한 저항력을 감소시키는 결과를 초래합니다.

체인 연결부 마모를 측정하는 간단한 방법은 캘리퍼를 사용하여 5개의 피치 구간으로 측정하고 체인 신장률 차트에 적용하는 것입니다. 일반적으로 체인 연결부 마모가 3%를 초과하면 체인 교체를 고려합니다. 일부 보수적인 유지보수 관리자는 체인 신장률이 2%를 넘는 것을 바람직하지 않게 여깁니다.

효과적인 체인 관리는 설치 단계에서부터 시작됩니다. 길들이기 기간 동안 집중적인 모니터링과 필요시 수정을 통해 체인의 수명을 연장하고 문제 발생을 최소화할 수 있습니다.

(제공: )엘튼 롱월)


게시 시간: 2022년 9월 26일

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