Вопрос эффективности оборудования

Руководитель инженерно-конструкторской группы управления ремонтами Руслан Туйгунов произвёл экономическое обоснование для применения альтернативного мельничного агрегата в производстве порошков.



Вместо горизонтально исполненной вибрационной мельницы (МВ) он предложил использовать вертикальную шнековую (МВШ). Его операционное улучшение под названием «Применение в качестве опытно-промышленных испытаний мельницы МВШ» заняло первое место в корпоративном конкурсе новаторов в разделе «Механический». Расчёты произведены для мельницы конкретной марки с заданными параметрами. Первоначально его задача состояла в подборе более производительного агрегата, выдающего более качественную продукцию. Но в процессе исследований он выявил и другие плюсы от использования альтернативы.


Проект был выполнен в связи с тем, что вибрационные мельницы, применяемые для получения магнезитовых порошков, требуют затратных ремонтов, потребляют большой объём электроэнергии и имеют ряд других недочётов. Расчёты показали, что на мельнице другого типа можно достичь качественного помола, значительно снизить энергопотребление и при этом избежать частых поломок.


Измельчение продукции на шаровой мельнице МВ происходит посредством хаотического перемещения мелющих тел (металлических шаров диаметром 20 мм). Это движение возникает от вибрации, создаваемой эксцентриковым валом. От постоянных динамических нагрузок и высоких оборотов выходят из строя подшипники, расположенные в корпусе мельницы. За год две из восьми имеющихся на предприятии мельниц встают на ремонт именно по этой причине. Требуется замена многих деталей, и в результате стоимость восстановительных работ выливается в кругленькую сумму.


Другим слабым местом вибрационной мельницы является трубчатый канал, который подаёт техническую воду для охлаждения подшипников. В зимнее время возможно промерзание водяного канала, а как следствие, деформация трубы. Эксцентриковый вал сталкивается с деформированным участком трубы, что приводит к их повреждению. Ещё один недочёт мельницы – достаточно длительное время (20 минут), затрачиваемое на выгрузку готовой продукции, которая происходит за счёт вибрации.


- Применив для опытно-промышленных испытаний вертикально-шнековую мельницу, мы сможем убедиться, что эти недостатки будут исключены, – утверждает Руслан Туйгунов. – В этой мельнице отсутствуют, вибрационные механизмы, дробление происходит посредством вращения шнека (стержня с винтовой нарезкой, служащего конвейером) с частотой до 56 оборотов в минуту. Подшипники не испытывают высоких динамических и скоростных нагрузок. Пассивной защитой от смещения шнека в осевом направлении служит его геометрия, он двухзаходный (имеет двойную винтовую нарезку). Это уравновешивает центральную ось от перекоса, делая угловую нагрузку почти нулевой. Подшипники выведены из зоны помола, и работают на низких оборотах, следовательно, не требуют дополнительного охлаждения (нет затрат на охлаждающую воду и проблем с промерзанием водяного канала)


Перемещение мелющих тел и продукции в агрегате происходит благодаря вращению шнека, который приводит в движение двухступенчатый планетарный мотор-редуктор. Основной разгон мелющим телам дает угол наклона спирали шнека, для чего нужен высокий крутящий момент на оси. Сырье постоянно циркулирует из зоны минимальной передачи кинематической энергии в максимальную. Расчеты показывают, что потребление энергии электродвигателем у вертикально-шнековой мельницы примерно в два раза ниже. А в целом затрачиваемое количество энергии на 30-40% меньше, чем у шаровых мельниц.


Дробление материала будет происходить намного быстрее за счет управляемого процесса и большего количества передаваемой энергии. При этом качество дробления улучшает вращательное движение мелющих тел, передаваемое им шнеком. Подобные мельницы способны измельчать сырье до 20 мкм и ниже. При сокращении времени помола будет уменьшаться количество железа в материале (происходит вследствие износа мелющих тел и деталей корпуса). Соответственно улучшится качественный состав материала.


Также уменьшится и время разгрузки, поскольку она проходит за счет циклического перемещения мелющих тел и продукции. Разгрузочные пазы находятся вне зоны работы шнека, что исключает заклинивание шаров между дном и шнеком. При перемещении мелющих тел и их соударении между собой будет возникать невысокая вибрация. Чтобы она не передавалась на раму мельницы, но и не гасилась в системе дробления, предусмотрена виброгасящая

резина. Таким способом выгрузка будет происходить намного быстрее. Разгрузка производится поворотом шибера в сторону. В дальнейшем при точном определении времени дробления на каждый вид продукции, возможна автоматизация с установкой электропривода на открывание и закрывание колосника.


Помимо прогноза по энергопотреблению, скорости (дробления и выгрузки) и качеству материала, Руслан Туйгунов рассчитал динамические нагрузки в мельнице МВШ. В теории, они оказались намного ниже за счет перемещения шнека, а не корпуса. Также автор проекта вычислил срок службы броней, изготовленных из различных сталей и хромистого чугуна. Также автор проекта показал, что на стороне шнековых мельниц – высокая износостойкость комплектующих (вследствие низких динамических нагрузок) и простота в обслуживании.


Для уменьшения износа контактирующих поверхностей с мелющими телами и продукцией было предложено применять брони из различных сплавов. Вал шнека и его перья будут изготавливаться из специальных сталей, работающих в условиях трения с тяжелыми абразивными частицами и шарами и обладающих свойством упрочняться за счет динамических нагрузок. Такие стали применяются в шаровых мельницах отечественного производства на всей Саткинской производственной площадке, а частично для ремонта австрийских мельниц, производящих порошок, который затем брикетируется и обжигается в высокотемпературных шахтных печах.


- Экономический эффект для восьми мельниц МВ, имеющихся на предприятии, в случае из замены на шнековые, составит примерно 4,5 миллиона рублей в год, – подытоживает Руслан Туйгунов. – И это без учёта повышения производительности и улучшения качества продукции (эти данные можно получить только путем испытаний). Но сам проект относительно МВШ создавался именно с этой целью. Все остальные положительные эффекты – сопутствующие.


Благодарим за фото Василия Максимова


 

Конкурс новаторов организован бюро патентоведения и рационализации Группы Магнезит и проводится в новом формате с 2017 года. Он направлен на раскрытие и развитие творческого потенциала работников, вовлечение персонала в реализацию мероприятий по совершенствованию процессов производства. Состязание проводится по шести разделам: горный, технологический, механический, информационных технологий и автоматизированных систем управления, энергетический, экология, охрана труда и промышленная

безопасность. За время существования конкурса внедрено 26 из 54 операционных улучшений, поданных новаторами.