Ring die maintenance and pellet die change operations

- 2022-09-02-

Pellets are formed at the nip point between the ring die and the rollerer. Within this work area, feed is compressed and extruded through the pellet ring die— the heart of the pelleting operation.
Properly maintaining the ring die is essential to achieve maximum production rates and to prolong ring die life during the pellet-forming process.
The best way to maximize ring die performance  is to follow   established   maintenance   procedures   that begin  at  ring die  start-up  and  continue throughout the life of the ring die.  A successful maintenance program consists of:
•  Regular  inspection  and  preventive  maintenance practices  that  find  minor problems  and  address them before they become major issues.   Clearly, the most cost-effective manner to maintain pellet ring die, as well as other equipment, is to inspect and repair equipment on an on-going basis, rather than waiting for a catastrophic failure.   An effective preventive maintenance program saves both time and money.
• Personnel should have defined responsibilities for maintaining the pellet die and pellet mill.  Limiting the number of personnel assigned to maintain the ring die helps   increase   accountability   and   ownership associated with these important duties.  Providing personnel    assigned   to   perform   maintenance activities   with   adequate   training   and    clear responsibility for those  functions helps  improve the overall maintenance program.
 
Installing a new ring die
Installing a new ring die provides a great opportunity to inspect  the  ring die  housing  (or  quill),  pellet  ring die  and associated wear components.  The following is a list of possible checkpoints for maintenance personnel to look at during this process:\
•  Inspect  the  ring die  housing  groove  where  the  ring die mates to the housing.  Look for shiny spots, wear and feed build-up.  If found, these conditions may be indicators that the ring die did not properly fit into the ring die housing, or that the ring die was not securely fastened. The  vast  majority  of  ring die  breakage occurs because of improper ring die fit or loose ring dies.
• Inspect the wear ring insert in the ring die housing. Gauge the inside diameter of the ring to ensure the proper  dimension,  especially  if  the  wear  ring appears  worn.    Worn  wear  rings  are  a  leading cause  of improper  ring die  fit.    Replace worn wear rings to avoid breaking ring dies.
• Inspect the ring die housing key and the keyway of the old ring die for wear.  A key or keyway that is battered or worn is another indicator that the old ring die was not securely fastened to the ring die housing or did not properly fit.   Replace  any key that  shows wear and evaluate why the wear occurred.  Apply anti- seize  compound  to  the  key before  installing  to facilitate removing the key later.
• If the ring die attaches to the ring die housing with clamps, carefully inspect the ring die clamps and clamp bolts. Use  an  appropriate  ring die  clamp  wear  gauge  to measure  clamp  wear  during  each  ring die  change. Also, look for shiny spots on the ring die and the ring die housing where the ring die clamps attach.  Such spots can indicate ring die movement from an improper fit or loose clamps. Replace worn clamps immediately. Use of worn clamps may result in ring die breakage and can ultimately cause severe wear that requires resurfacing of the ring die housing.
• Periodically measure the outside diameter of the new ring die’s pilot diameter—the portion of the ring die that fits into the ring die housing groove—to ensure the correct dimension.  This is especially relevant when purchasing a ring die from a new supplier.  If the ring die pilot diameter falls outside of the pellet mill manufacturer’s  tolerances,  work  with  the   ring die supplier to resolve the issue.  Using a ring die that has too  small  of  a  pilot  diameter  can  lead  to  ring die movement and breakage during use.
• Apply anti-seize compound to the surfaces where the   ring die  mates  with  the   ring die  housing   and  to clamping surfaces if clamps are used.  Use of anti- seize compound will help when removing the ring die and clamps during the next ring die change.
•  Treat  the  ring die  and  ring die  housing  with  care  while removing or installing ring dies.  Never strike the ring die or ring die housing with a bare steel hammer or drop the ring die on a hard surface.   The materials used to make  ring dies  are  very  durable  for  their  designed application;  however,  structural  shocks  that  are severe   enough   can   lead  to  metal   fatigue   or weakness  and  major  ring die  failure.     If  force  is necessary to remove or install a ring die, use a plastic or wooden hammer to soften the blows.
•  Closely  follow  the  pellet  mill  manufacturer’s recommendations   on  bolt   grades   and   torsion specifications.    Most  pellet  mill  manufacturers recommend  replacing  critical bolts,  such  as  ring die clamp bolts  or hold-on bolts, when  installing  a new  ring die.    Correctly tighten  all  bolts  associated with  securing the ring die to the ring die housing with a torque wrench.   Problems  can  occur  from both under-tightening or over-tightening bolts. Always
tighten  bolts  to  the  pellet  mill  manufacturer’s recommended torque value.
•  Install  new  roller with  a  new  ring die,  or  carefully inspect used rollers to ensure they are worn evenly and  match  well  with  the  face  of the  new  ring die. Used  rollers  with  uneven  surfaces  can  quickly damage the new ring die.
 
Starting a new ring die
Although  the  holes  in  pellet  ring dies  are  precisely machined  and  polished  by  the  manufacturer,  it remains important to start up a new ring die at a lower than normal production rate. Establish procedures to operate the pellet mill at a reduced setting for a given amount of time to allow the holes of a new ring die to become polished.  This amount of time may differ between different ring dies and feed types.
If possible, when starting a new ring die choose a ration that develops low ring die friction as the first production run to aid the start-up process. Rations that contain a high percentage of corn or a high fat content are examples   of  low   ring die   friction   feeds.      
As an alternative to feed, manually running a mixture of corn, silica sand and approved oil through a new ring die for several minutes can effectively polish the holes and facilitate a smooth ring die start-up.
 
Feed distribution
Correct feed distribution over the face of the ring die is an important factor in achieving maximum pelleting rates  and  ring die  life.     Ideally,  the  feed  plows  or deflectors  and  wipers  in  the  pellet die chamber  should direct an equal amount and an even mat of feed to each roller. Improper feed distribution causes uneven wear  of the  ring die  face.    
It  also  reduces  pelleting capacity since feed is not equally distributed to the entire working area of the ring die.
To  check  feed  distribution,  thoroughly  clean  the face of the ring die and closely observe the wear of the individual  holes.
Look  for  areas  of the  ring die  that show greater wear than others.  The depth of surface wear is the perpendicular distance of the ring die face from  the  horizontal  plane  where  the  original  ring die face started.  Measure the ring die face wear by inserting a micrometer or small rod from the outside diameter of the ring die until it appears on the inside ring die face. Mark  the  rod  or  check  the  measurement  of the micrometer    to    determine    the    remaining    ring die thickness. Subtract  this  measurement  from  the original  ring die  thickness  to  determine  the  depth  of wear. To  ensure  consistency  when  using  this method, take measurements from the same row of holes  in  several  areas  of  the  ring die  during  each inspection.  If high wear areas are found, that means these areas are receiving more feed and doing more work than the remainder of the ring die.
Checking for uniform feed distribution is especially important when starting a new ring die.  If pelleting is a significant part of the feed mill operation, check the face of a new ring die daily to ensure even wear.   It is essential to establish a good wear pattern in a new ring die in order to maximize production and ring die life.
Various  types  of feeds  may  distribute  differently within  the  pelleting  chamber.     Since  it  is  not practical to change feed deflector positions for each type of feed, the overall goal is to adjust the feed deflectors  to  an  average  position  for  good  feed distribution over the life of the ring die.  Adjust the feed deflectors accordingly to distribute feed away from high wear areas.  Regularly inspect feed plows and wipers and replace worn parts.
 
Tramp metal
Tramp metal  reduces  ring die  life  and pelleting rates. This is because tramp metal reduces the working area of the ring die and causes uneven ring die wear.   Feed does not flow through a ring die hole filled with tramp metal.   In extreme situations, the uneven ring die wear caused by tramp metal may make it impossible to properly adjust the rollers.
Inspect  the  pellet  ring die  at  least  weekly  for  tramp metal.  Use an appropriate pin punch to remove any metal found by starting from the outside of the ring die and  punching  the  metal  back  out  into  the  ring die chamber.
Magnets, scalpers and other cleaning devices play an important role in extending ring die life.   
Clean and maintain this equipment on a regular basis to ensure it  is  properly  and  effectively  working.     Clean magnets positioned at the discharge of conditioners or within feed chutes at the end of each shift.
 
Ring die flushing and storage
Flush the ring die with an oily mixture at the end of each production day or if the ring die is taken out of service. Flushing   will   protect   the   ring die   by   preventing corrosion  caused  by  moisture  or  corrosive  feed ingrering dients.   It  also  allows the  ring die to  easily start when put back into production.
If the ring die is placed in extended storage, in addition to flushing, store the ring die in a dry, protected area. Using  a  proper  storage  area  will  minimize  the potential corrosion that can reduce ring die life.
 
Other ring die conditions
Honeycombing:  Moderate  honeycombing  of  the ring die—the  condition where the  diameter  of the  ring die holes  enlarges  and  the  ligament  thickness  of the metal between the holes thins through wear—is a normal condition and generally indicates good ring die performance.   However, severe honeycombing can cause ring die breakage due to the structural weakening of the ring die.  If severe honeycombing is experienced, decreasing the open area of the ring die by changing ring die specifications  or  changing  ring die  material  may  help reduce the problem.

Corrosion:   ring die   corrosion   is   caused   by   the combination of heat, moisture and feed in the ring die. Corrosion  may  cause  pitting  and  rough  surface areas  within  the  holes  of the  ring die.    Pitting  slows down production rates and can cause frequent plug- ups  because  of increased  friction  while  the  feed moves through the ring die hole.   To check for pitting, thoroughly remove all feed from the ring die hole and shine a light from the inside diameter of the ring die so that the internal  surface  of the hole  can be  seen. Look down the hole from the outside of the ring die to evaluate the condition of the surface.   
Mild pitting looks like pin pricks on the sides of the hole wall. Severe pitting appears as large abrasions.  To avoid pitting  problems, properly  flush  and  store  ring dies. Also, work with pellet ring die manufacturers to select the proper  ring die material  for the types  of products being pelleted.

Scoring: Scoring of the ring die holes can occur when pelleting  abrasive  materials. Scoring  appears  as longitudinal  lines  down  the  hole  wall.
Often, scoring will occur due to earlier pitting of the ring die hole  surface.    
To  inspect  for  scoring,  follow  the same  procedure  used  to  evaluate  ring die  holes  for pitting.    
If  scoring  is  a  problem,  take  steps  to minimize  ring die  corrosion  and  work with pellet  ring die manufacturers to select appropriate ring die materials.

Rollerover:  ring die rollerover  is  a  condition that  occurs when the inlet area of the holes in the ring die face begin to be peened  shut.  
rollerover is  caused when the force exerted on the face of the ring die is greater than the strength of the ring die material.  Typically, rollerover results from improperly setting ring die rollers, but it also may  occur  when  pelleting  certain  types  of feed. Regardless of the cause, rollerover can greatly reduce the pelleting capacity of the ring die and adversely affect pellet quality.
Proper  roller  adjustment  is  critical  to  avoid  ring die rollerover    and    to    achieve    maximum    pelleting production rates.  Adjusting the rollers  too  loosely reduces capacity and causes plugs.   Adjusting the rollers  too  tightly  causes  excessive  roller  wear  and rollered-over ring dies.   Because pelleting causes the ring die face to wear away, regularly inspect and adjust the rollers to ensure they are in the proper position. 
The required   inspection   frequency   depends   on   the pelleting operation.

Follow these procedures to correctly adjust the ring die rollers:
• Never adjust rollers while the ring die is turning.  Follow established  lock-out,  tag-out  procedures  to  de- energize  all  energy  sources  to  the  pellet  mill before making any adjustments or repairs.
• Wear appropriate personal protective equipment, such as gloves and eye protection.
• Thoroughly clean off the ring die face and rollers.
•  Loosen  the  locking  screw  away  from  the  roller- adjusting gear.
• Adjust the tightening screw on the roller-adjusting gear so that the rollers barely touch the ring die face. Spinning  the  rollers  by  hand  provides  a  good
indication of roller clearance.
•  If the  end  of the  adjusting  gear  adjustment  is reached, completely back off the tightening screw, remove the adjusting gear and re-install the gear as close as possible to the tightening screw.
• After adjusting the rollers, lock the adjusting gear in place by tightening the locking screw against the gear.
• To check the roller adjustment, re-energize and start the pellet mill, bring the ring die up to full speed and then turn the mill off.  Properly adjusted rollers will spin when the ring die is rotating at full speed, but will quit turning as the ring die coasts to a stop.   
Tighten rollers that fail to spin when the ring die is at full speed. Loosen rollers that  continue to  spin until the  ring die completely stops.
 
Ring die maintenance records
Keep  accurate  and  complete  records  on  all  ring die specifications  and  tonnage  to  help  evaluate  ring die performance.  In addition, recording hours that a ring die runs  provides  a  means  to  evaluate  the  overall production rate of the ring die.  Maintain all ring die records for  a  period  of  time  long  enough  to  establish historic trends.
 
Ring die change operations: Removing worn ring dies
The  cost  of a  ring die  is  a  major  operating  expense associated  with  the  pelleting  process.    Although running more  feed tonnes through  a ring die that  still runs   results   in   lower   costs   per   tonne,   other conditions may make it  cost-effective to install  a new ring die.   In other situations, such as catastrophic ring die  failure,  it  becomes  immediately  necessary  to make a ring die change.
 
The  following  list  shows  some  of  the  common reasons for replacing a ring die:

• The ring die is worn so deeply that the rollers can no longer be adjusted out far enough to contact the ring die.
• The pellet quality produced by the ring die does not meet customer expectations.
• The ring die creates too many fines that take too much time and energy to recycle and reprocess.
• The ring die is damaged due to breakage,  excessive tramp metal, pitting, scoring and/or uneven wear.
• The ring die is worn below the wear groove cut in the ring die face, which exerts a higher load on the roller shells and accelerates roller wear.   Monitoring this condition  is  especially  important  when  running hardface rollers intended for use with more than one ring die.
 
Ring die removal
Removal  of the  pellet  ring die  may  be  necessary  to perform pellet mill maintenance; produce a different pellet size or type of product; and install a new ring die. Some pellet mills are designed for ring die changes by manually unbolting the old ring die and bolting the new ring die in its place. Other pellet mills are designed for a more rapid ring die changeover that is accomplished by removing the entire ring die and ring die housing cartridge assembly and replacing it with a different ring die and cartridge  assembly.   With  either  system,  at  some point the ring die must be physically attached to the ring die housing.
Manually   removing   and   installing   ring dies   is   a potentially  dangerous  process.     ring dies  can  easily weigh hundreds of kilograms, and may be awkward to handle.  Each operation should carefully develop appropriate procedures for manual ring die removal and adequately    train    personnel    involved    in    this operation.
The following are some guidelines to consider when developing procedures for manually removing and changing ring dies:
• Follow established lock-out, tag-out procedures to de-energize all energy sources to the pellet mill before    removing    the    ring die    or    making    any adjustments or repairs.
• Use all appropriate personal protective equipment during the ring die removal operations.   Examples of some  of the  protective  equipment  that  may  be necessary are leather gloves and eye protection.
• Carefully inspect all equipment involved in lifting and transporting ring dies before each use.  Develop a safety checklist for use by personnel.
• Flush the ring die with an oily mixture if it will be returned to use.
• Back-off all cutting knives from the ring die.
•  Open the pellet mill door and remove the  feed cone.
•  Loosen  and  adjust  the  roller-adjusting  bolts  to completely back the rollers away from the ring die.
• Adequately support the  ring die with  a ring die  stand  or hoist system designed for ring die removal.
• Remove the ring die clamps or ring die bolts from the ring die and remove from the ring die housing.
• Store the ring die in a dry protected area if it will be returned to use.

Pellet ring dies are the heart of the pelleting process — typically the most expensive operation in terms of capital investment and energy cost within the feed mill.  ring die maintenance deserves and requires close attention  due  to  its  impact  on  the  overall  mill operation.  Properly maintaining the ring die is essential to   achieve   maximum   production   rates   and   to prolong ring die life.
Take the time to establish a thorough ring die maintenance program and adequate procedures for  ring die change operations.