СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МЕЛЬНИЦ Российский патент 2022 года по МПК B02C15/00 

Настоящее изобретение относится к способу повышения производительности мельниц, при котором оптимальную геометрию износа мельниц консервируют посредством нанесения защитного покрытия и тем самым уменьшают потребность в частом ремонте мельниц и повышают их производительность.

Область техники

На измельчающее действие мелющих инструментов в частности влияют явления износа. Чем тверже измельчаемые частицы, тем больше съем материала или, соответственно, износ мелющего инструмента, что, в свою очередь, влияет на пропускную способность и производительность мельницы. Удельный расход энергии в процессе измельчения зависит от износа. При этом расход энергии описывается так называемой "U-образной кривой", при которой расход энергии сначала уменьшается, затем переходит в постоянную фазу и, наконец, по мере износа мелющих агрегатов резко увеличивается.

Уровень техники

В настоящее время применяют различные способы снижения затрат на процессы измельчения, а также стабилизации производительности и пропускной способности мельниц. Так, например, изношенные мелющие агрегаты или мелющие тела заменяют или подвергают ремонтной сварке, причем в обоих случаях восстанавливают первоначальную геометрию мелющих агрегатов.

Улучшение защиты от износа и минимизация износа мельниц приводит к повышению коэффициента готовности мельницы, уменьшению времени простоя и удлинению интервалов технического обслуживания. При этом в настоящее время для защиты мелющих агрегатов от износа, в частности, используют три разные группы материалов.

Так, в качестве стандартных материалов для повседневного использования зарекомендовали себя мелющие детали из высокохромистого чугуна. Указанные материалы обладают очень высокой стойкостью к абразивному истиранию, так что при общей твердости от 630 до 800 HV20 получают равномерный предсказуемый износ, и становится возможным соответствующим образом планировать межремонтные интервалы. Срок службы указанных материалов может быть дополнительно увеличен посредством наплавки.

В самом общем случае мелющие инструменты из литой стали могут быть сделаны более износостойкими посредством наплавки. При наплавке высоколегированный материал в качестве защитного покрытия наносят на сильно нагружаемые детали. Свариваемые материалы содержат хром и углерод, причем в зависимости от желаемой износостойкости используют дополнительные карбидообразующие вещества, такие как ниобий, ванадий или другие вещества.

К третьей группе материалов относятся мелющие детали из многослойных отливок. При этом два или более материалов конструктивно объединяют в композиционный материал. Мелющие инструменты предпочтительно состоят из композиционного материала с металлической матрицей, причем керамические профильные детали заделаны в чугун с шаровидным графитом. Таким образом, получают особенно твердые и износостойкие мелющие инструменты.

Так, в DE 3921419 A1 описывается валковая мельница, в которой мелющие поверхности мелющих валков и рабочая поверхность жернова защищены связанными керамическими сегментами. Мелющие тела армируют посредством установки сегментов из гораздо более износостойкого материала, что увеличивает срок службы мелющих тел.

В DE 20321584 U1 описывается валковая мельница, содержащая размольную камеру с вращающейся рабочей поверхностью жернова и катящимися по ней мелющими валками. Чтобы обеспечить исключительно высокую эксплуатационную надежность, шесть мелющих валков располагают так, что они образуют валковую мельницу 3×2. В соответствии с модульным принципом, таким образом, существует возможность при неполадках в работе или поломках изнашивающихся деталей валков на короткое время остановить валки валковой мельницы и вывернуть наружу пару валков. После этого валковая мельница может дальше эксплуатироваться с четырьмя мелющими валками, пока вывернутые наружу мелющие валки ремонтируются. Это позволяет избежать остановок производства.

Описанные выше меры, обеспечивающие повышение износостойкости мелющих агрегатов или, соответственно, надежность производства, с успехом применяются в наши дни. Тем не менее, и сегодня износ мелющих тел в процессах измельчения является фактором, определяющим качество и стоимость, поэтому по-прежнему существует потребность в поиске путей и способов снижения износа мелющих агрегатов или, соответственно, мелющих тел.

Постановка задачи и описание изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ, позволяющий увеличить срок службы мелющих агрегатов или, соответственно, мелющих тел за пределы, известные из уровня техники.

Указанная задача решается благодаря способу повышения производительности мельниц, который сначала включает этап установки оптимальной геометрии износа мелющих агрегатов посредством обычной эксплуатации мельницы. Оптимальная геометрия износа имеет место тогда, когда удельный расход энергии мельницей при заданной пропускной способности достигает минимума. Достижение оптимальной геометрии износа контролируют и определяют посредством непрерывного измерения и регистрации расхода энергии. После этого оптимальную геометрию износа консервируют посредством нанесения тонкого износостойкого защитного покрытия на поверхность мелющих агрегатов или мелющих тел, в частности мелющих валков и мелющих пластин.

Для нанесения износостойкого защитного покрытия могут использоваться все известные способы. Предпочтительно тонкое износостойкое защитное покрытие наносят посредством наплавки или лазерного плакирования.

В качестве материала для износостойкого защитного покрытия могут использоваться твердые сплавы или твердые вещества на основе карбидов, такие как, например, WC, CrC, TiC, VC, TaC и NbC, причем в предпочтительном варианте настоящего изобретения наносят твердые сплавы, которые в зависимости от желаемой износостойкости легируют с помощью соответствующих карбидообразующих веществ.

Предлагаемый изобретением способ, в частности, подходит для вертикальных валковых мельниц, в которых покрываемые мелющие агрегаты или мелющие тела представляют собой мелющие валки и мелющие пластины.

Толщина слоя наносимого износостойкого защитного покрытия составляет предпочтительно от 1 до 5 мм.

Предметом изобретения также являются мелющие тела, на поверхности которых имеются мелющие поверхности, покрытые тонким износостойким защитным покрытием. Согласно изобретению мелющие тела имеют оптимальную геометрию износа, которая определена во время процесса измельчения посредством непрерывного измерения и регистрации расхода энергии и которая при этом задана как геометрия, при которой при заданной пропускной способности достигается минимум расхода энергии.

В предпочтительном варианте осуществления износостойкое защитное покрытие представляет собой наваренное покрытие.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено, что мелющие тела представляют собой детали вертикальной валковой мельницы, а покрытые поверхности представляют собой мелющие поверхности мелющих валков и мелющих пластин. При этом предпочтительно толщина слоя тонкого износостойкого защитного покрытия составляет от 1 до 5 мм.

В основе настоящего изобретения лежит тот факт и идея, что мелющие тела или мелющие агрегаты при большинстве известных процессов измельчения в какой-то момент образуют оптимальную геометрию износа, которая становится возможной только в результате износа мелющих тел и устанавливается автоматически после определенного времени работы мельницы. При этом расход энергии описывается так называемой "U-образной кривой", при которой расход энергии сначала уменьшается, затем переходит в постоянную фазу и, наконец, при более сильном износе мелющих агрегатов резко увеличивается. Таким образом, о достижении оптимальной геометрии износа можно судить по расходу энергии. Оптимальная геометрия износа достигнута тогда, когда при постоянной пропускной способности расход энергии минимален. Это состояние, при котором качество продукции также остается на постоянном уровне, соответствует состоянию, оптимальному для процесса измельчения.

При более продолжительной эксплуатации вследствие прогрессирующего износа геометрия мелющих тел изменяется, а расход энергии увеличивается при одновременно падающей производительности. Начиная с определенной геометрии износа износ мелющих тел увеличивается так быстро, что мелющие тела должны быть отремонтированы или заменены, если необходимо обеспечить качественно и количественно сбалансированную эксплуатацию в режиме измельчения. На этом этапе мельница особенно подвержена простоям производства, поскольку при неравномерном процессе измельчения возникают пики вибрации, что вызывает необходимость прерывания непрерывного производства для предотвращения полного отказа мельницы. В результате этого коэффициент готовности мельницы падает, качество продукта снижается, а выход продукта резко падает. Указанное состояние достигается после определенного периода эксплуатации при всех современных способах измельчения и должно устраняться посредством ремонта или замены мелющих тел, поскольку дальнейшая эксплуатация мельницы в этом состоянии экономического смысла уже не имеет.

В основе настоящего изобретения лежит идея консервации идеального состояния, при котором мелющие тела имеют оптимальную геометрию износа, и, таким образом, повышения производительности (выход продукции, затраты и качество) измельчаемого продукта. Поскольку указанное состояние отражается в виде достижения минимума расхода энергии, посредством непрерывного измерения и регистрации расхода энергии простым способом может быть определен оптимальный момент времени для консервации соответствующей геометрии. Согласно изобретению в указанный момент времени на подверженную износу часть поверхности мелющих агрегатов или мелющих тел наносят тонкое износостойкое защитное покрытие, так что геометрию мелющих тел не изменяют, тогда как износостойкость поверхности повышают, и тем самым консервируют геометрию. Теперь при дальнейшей эксплуатации мельницы геометрия по сравнению с незаконсервированной геометрией изменяется не так быстро, так что идеальное состояние сохраняется дольше, а мельница может эксплуатироваться без дополнительной остановки в течение более длительного времени.

Посредством повторного использования указанного способа установку можно в течение длительного времени непрерывно эксплуатировать в оптимальном диапазоне геометрии. В частности, эксплуатацию дополнительно можно контролировать посредством регулярных измерений износа, и в зависимости от состояния износа мелющих тел можно предпринимать необходимые меры по восстановлению или, соответственно, консервации, для получения идеальной геометрии износа и обеспечения непрерывной эксплуатации.

Ниже изобретение поясняется более подробно на основе численного примера мельницы для цемента. Согласно осторожным оценками описанные выше меры должны повысить коэффициент готовности мельницы более чем на 5%, что, таким образом, соответствует увеличению производительности на 5%. При производительности 200 т/ч это соответствует дополнительной производительности 86400 т/год, что при реалистичной прибыли 12 €/т соответствует дополнительной выручке 1.036.800 €. Одновременно при типичном расходе энергии 28 кВт-ч/т благодаря непрерывной эксплуатации с оптимальной геометрией износа можно сэкономить приблизительно по меньшей мере 3% на затратах на энергию, что при затратах на энергию приблизительно 0,15 €/кВт-ч и годовой производительности 1,5 млн. т (при расчете была принята загруженность 90%) соответствует сумме 189.000 €.

Краткое описание чертежей

Ниже предпочтительные варианты осуществления изобретения описываются при помощи чертежей, которые предназначены только для пояснения и не должны толковаться, как ограничительные. На чертежах показано следующее:

фиг. 1 - изображение в разрезе фрагмента вертикальной валковой мельницы;

фиг. 2 - изображение в разрезе фрагмента вертикальной валковой мельницы;

фиг. 3 - изображение в разрезе фрагмента валка вертикальной валковой мельницы; и

фиг. 4 - еще одно изображение в разрезе фрагмента валка вертикальной валковой мельницы.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Ниже изобретение подробно поясняется при помощи чертежей, описанных выше.

На фиг. 1 приведено изображение в разрезе фрагмента вертикальной валковой мельницы, используемой, например, в цементной промышленности. Стационарный цилиндрический мелющий валок 1, выполненный с возможностью вращения, с подпружиниванием прижимается к приводимой во вращение мельничной чаше или, соответственно, рабочей поверхности 4 жернова, причем рабочая поверхность 4 жернова на участке, к которому прижимаются мелющие валки 1, усилена посредством мелющих пластин 2. Мелющие агрегаты или, соответственно, мелющие тела (мелющие валки 1 и мелющие пластины 2) находятся в своем первоначальном состоянии и имеют гладкий, неповрежденный профиль 5, 6.

На фиг. 2 показано такое же устройство, как на фиг. 1, но после длительной эксплуатации в режиме измельчения, причем мелющие валки 1 и мелющие пластины 2 теперь имеют типичные профили 7, 8 износа.

На фиг. 3 в разрезе изображен фрагмент мелющего валка 1, причем мелющий валок 1 достиг своего оптимального профиля 7 износа. На данном чертеже первоначальный профиль 5 показан пунктиром.

Наконец, на фиг. 4 при помощи такого же чертежа, как на фиг. 3, показан мелющий валок 1, оптимальный профиль 7 износа которого теперь законсервирован при помощи тонкого износостойкого защитного покрытия 9, которое в данном случае показано пунктиром.

В случае мелющих пластин 2 также устанавливается оптимальный профиль износа, который таким же образом консервируют при помощи тонкого износостойкого защитного покрытия. Дополнительный чертеж с изображением мелющих пластин 2, имеющих оптимальный профиль износа, аналогичный профилю износа мелющих валков 1, здесь не приведен.

Как было сказано вначале, описанные выше чертежи служат только для пояснения и не должны рассматриваться в качестве ограничения. Так, принцип, основанный на идее, лежащей в основе изобретения, может быть использован в отношении любой другой мельницы, на изнашивающихся деталях которой во время эксплуатации также устанавливается оптимальная геометрия износа. Выполнение износостойкого защитного покрытия также не ограничивается наплавкой, а может быть выполнено любым другим известным способом, причем только должен быть обеспечен выбор соответствующего момента времени для консервации оптимальной геометрии износа, чтобы оптимальным образом воспользоваться преимуществами настоящего изобретения.

Таким образом, настоящее изобретение предпочтительно может быть скомбинировано и с другими известными способами повышения износостойкости мелющих агрегатов или, соответственно, обеспечения надежности производства. Если, например, как описано в DE 20321584 U1, мелющие валки во время эксплуатации мельницы могут быть вывернуты наружу практически без остановки производства, оптимальные профили износа на поверхностях мелющих валков могут консервироваться без простоя производства, причем в указанном случае одновременно увеличивается межремонтный интервал для мельницы.

Перечень ссылочных обозначений

1 мелющий валок

2 мелющая пластина

3 размольная камера

4 рабочая поверхность жернова

5 первоначальный профиль (мелющий валок)

6 первоначальный профиль (мелющая пластина)

7 профиль износа (мелющий валок)

8 профиль износа (мелющая пластина)

9 износостойкое защитное покрытие

Изобретение относится к устройствам для измельчения продукта. Предложен способ повышения производительности мельницы, согласно которому после установки оптимальной геометрии износа мелющих агрегатов посредством обычной эксплуатации мельницы оптимальную геометрию износа консервируют посредством нанесения тонкого износостойкого защитного покрытия на поверхность мелющих агрегатов. Изобретение обеспечивает повышение производительности мельниц. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ повышения производительности мельниц, включающий следующие этапы:

- установку оптимальной геометрии износа мелющих агрегатов посредством обычной эксплуатации мельницы, причем оптимальная геометрия износа имеет место тогда, когда удельный расход энергии мельницей при заданной пропускной способности достигает минимума, и

- консервацию оптимальной геометрии износа,

отличающийся тем, что

достижение оптимальной геометрии износа контролируют во время процесса измельчения посредством непрерывного измерения и регистрации расхода энергии, а консервацию оптимальной геометрии износа выполняют посредством нанесения тонкого износостойкого защитного покрытия (9) на поверхность мелющих агрегатов (1, 2).

2. Способ по п. 1,

отличающийся тем, что

нанесение тонкого износостойкого защитного покрытия (9) выполняют посредством наплавки.

3. Способ по п. 1 или 2,

отличающийся тем, что

материал для износостойкого защитного покрытия (9) выбран из группы, включающей твердый сплав, WC, CrC, TiC, VC, TaC и NbC.

4. Способ по одному из пп. 1-3,

отличающийся тем, что

в качестве тонкого износостойкого защитного покрытия (9) наносят покрытие из твердого сплава.

5. Способ по одному из пп. 1-4,

отличающийся тем, что

мельница представляет собой вертикальную валковую мельницу, а покрываемые мелющие агрегаты или мелющие тела представляют собой мелющие валки (1) и мелющие пластины (2).

6. Способ по одному из пп. 1-5,

отличающийся тем, что

толщина слоя тонкого износостойкого защитного покрытия (9) составляет от 1 до 5 мм.

7. Мелющие тела, на поверхности которых имеются мелющие поверхности, покрытые тонким износостойким защитным покрытием (9),

отличающиеся тем, что

мелющие тела имеют оптимальную геометрию износа, причем оптимальная геометрия износа мелющих тел (1, 2) определена во время процесса измельчения посредством непрерывного измерения и регистрации расхода энергии и задана как геометрия, при которой при заданной пропускной способности обеспечено достижение минимума расхода энергии.

8. Мелющие тела по п. 7,

отличающиеся тем, что

износостойкое защитное покрытие (9) представляет собой наваренное покрытие.

9. Мелющие тела по п. 7 или 8,

отличающиеся тем, что

мелющие тела представляют собой деталь вертикальной валковой мельницы, а покрытые поверхности представляют собой мелющие поверхности мелющих валков (1) и мелющих пластин (2).

10. Мелющие тела по одному из пп. 7-9,

отличающиеся тем, что

толщина слоя тонкого износостойкого защитного покрытия (9) составляет от 1 до 5 мм.