DE102018111621B4

DE102018111621B4 - Verfahren zur Verbesserung der Produktivität von Mahlanlagen

Info

Publication number: DE102018111621B4
Application number: DE102018111621.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-05-16
Also published as: CA3100098C; DE102018111621A1; EP3793741C0; PL3793741T3; ZA202007023B; WO2019219124A1; US20210268511A1; US11654439B2; BR112020023205A2; JP7186246B2; ES2958194T3; CN112203769A; CA3100098A1; CN112203769B; AU2019269861A1; KR102493521B1; EP3793741B1; AU2019269861B2; MX2020012089A; KR20210008350A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Produktivität von Mahlanlagen, wobei nach dem Einstellen der optimalen Verschleißgeometrie der Mahlaggregate durch konventionelles Betreiben der Mahlanlage die optimale Verschleißgeometrie durch das Aufbringen einer dünnen Verschleißschutzschicht auf die Oberfläche der Mahlaggregate konserviert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Produktivität von Mahlanlagen, wobei die optimale Verschleißgeometrie von Mahlanlagen durch Aufbringen einer Schutzschicht konserviert wird und damit die Reparaturanfälligkeit der Anlagen reduziert und ihre Produktivität verbessert wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Zerkleinerungswirkung von Mahlwerkzeugen wird insbesondere durch Verschleißerscheinungen beeinflusst. Je härter die zu mahlenden Partikel sind, umso größer ist der Materialabtrag bzw. der Verschleiß beim Mahlwerkzeug, wodurch wiederum der Durchsatz und die Produktqualität der Mahlanlage beeinflusst werden. Der spezifische Energiebedarf beim Mahlprozess ändert sich in Abhängigkeit vom Verschleiß. Dabei durchläuft der Energiebedarf eine sogenannte „Badewannenkurve“, wobei der Energiebedarf zunächst abnimmt, dann in eine konstante Phase übergeht und schließlich bei fortschreitendem Verschleiß der Mahlaggregate steil ansteigt.
STAND DER TECHNIK
Zurzeit werden unterschiedliche Techniken angewendet, um die Kosten von Mahlprozessen zu reduzieren und die Produktqualität und den Mühlendurchsatz zu stabilisieren. So werden beispielsweise verschlissene Mahlaggregate oder Mahlkörper ausgetauscht oder einer Reparaturschweißung unterzogen, wobei in beiden Fällen die ursprüngliche Geometrie der Mahlaggregate wiederhergestellt wird.
Die Verbesserung des Verschleißschutzes und Minimierung des Verschleißes von Mahlanlagen führt zu einer Steigerung der Verfügbarkeit der Anlage, einer Reduzierung der Ausfallzeiten und einer Verlängerung der Wartungsintervalle. Dabei werden heute insbesondere drei unterschiedliche Werkstoffgruppen eingesetzt, um die Mahlaggregate vor Verschleiß zu schützen.
So haben sich Mahlteile aus Chromgusseisen als Standardwerkstoffe im täglichen Einsatz bewährt. Diese Werkstoffe haben eine sehr gute Beständigkeit gegen Abrasion, so dass man bei einer durchgängigen Härte von 630 bis 800 HV20 einen gleichmäßigen vorhersehbaren Verschleiß erhält und die Reparaturintervalle entsprechend planen kann. Die Standzeit dieser Materialien kann durch Auftragschweißen zusätzlich erhöht werden.
Ganz allgemein können Mahlwerkzeuge aus Stahlguss durch Auftragschweißen verschleißfester gemacht werden. Beim Auftragschweißen wird ein hochlegiertes Material als Oberflächenschutz auf hochbelastete Bauteile aufgebracht. Die Schweißwerkstoffe sind chrom- und kohlenstoffhaltig, wobei je nach angestrebter Verschleißfestigkeit weitere karbidbildende Stoffe, wie z.B. Niob, Vanadium oder andere, eingesetzt werden.
Die dritte Werkstoffgruppe umfasst die Mahlteile aus Verbundguss. Dabei werden zwei oder mehrere Werkstoffe konstruktiv zu einem Verbundwerkstoff kombiniert. Die Mahlwerkzeuge bestehen vorzugsweise aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff, wobei keramische Formstücke in einem duktilen Gusseisen eingelagert sind. Auf diese Weise erhält man besonders harte und verschleißfeste Mahlwerkzeuge.
So wird in der DE 39 21 419 A1 eine Wälzmühle beschrieben, bei der die Mahlflächen von Mahlwalzen und Mahlbahn durch eingebundene Keramiksegmente geschützt werden. Die Mahlkörper werden durch das Aufbringen der Segmente aus einem wesentlich verschleißfesteren Werkstoff gepanzert, wodurch die Standzeiten der Mahlkörper erhöht werden.
In der DE 203 21 584 U1 wird eine Walzenmühle beschrieben, welche einen Mahlraum mit einer rotierenden Mahlbahn und darauf abrollenden Mahlwalzen aufweist. Um eine außerordentlich hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten, werden sechs Mahlwalzen zu einer 3 x 2 Walzenmühle angeordnet. Entsprechend dem Modulsystem besteht damit die Möglichkeit, dass bei Betriebsstörungen oder Schadensfällen an den Verschleißteilen der Walzen die Wälzmühle kurz angehalten und ein Walzenpaar ausgeschwenkt wird. Die Wälzmühle kann dann mit vier Mahlwalzen weiterbetrieben werden, während die ausgeschwenkten Mahlwalzen repariert werden. Auf diese Weise kann ein Produktionsstopp vermieden werden.
Die oben beschriebenen Maßnahmen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Mahlaggregaten bzw. zur Sicherung der Produktion werden heute erfolgreich eingesetzt. Dennoch ist auch heute immer noch der Verschleiß der Mahlkörper bei den Mahlprozessen qualitäts- und kostenbestimmender Faktor, so dass weiterhin ein Bedarf besteht, Möglichkeiten und Verfahren zu finden, den Verschleiß von Mahlaggregaten bzw. Mahlkörpern zu reduzieren.
AUFGABENSTELLUNG UND BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren anzubieten, das es ermöglicht, die Standzeit von Mahlaggregaten bzw. Mahlkörpern über das aus dem Stand der Technik bekannte Maß hinaus zu erhöhen.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Verbesserung der Produktivität von Mahlanlagen, das zunächst den Schritt umfasst, die optimale Verschleißgeometrie der Mahlaggregate durch konventionelles Betreiben der Mahlanlage einzustellen. Die optimale Verschleißgeometrie liegt dann vor, wenn der spezifische Energiebedarf der Mahlanlage bei vorgegebenem Durchsatz ein Minimum erreicht. Das Erreichen der optimalen Verschleißgeometrie wird durch kontinuierliche Messung und Aufzeichnung des Energiebedarfs kontrolliert und bestimmt. Die optimale Verschleißgeometrie wird dann durch Aufbringen einer dünnen Verschleißschutzschicht auf die Oberfläche der Mahlaggregate oder Mahlkörper, insbesondere Mahlwalzen und Mahlplatten, konserviert.
Für das Aufbringen der Verschleißschutzschicht kommen alle bekannten Verfahren in Frage. Vorzugsweise wird die dünne Verschleißschutzschicht durch Auftragschweißen oder Laser-Cladding aufgetragen.
Als Material für die Verschleißschutzschicht können Hartmetalle oder karbidische Hartstoffe, wie z.B. WC, CrC, TiC, VC, TaC und NbC, eingesetzt werden, wobei bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung Hartmetalle aufgetragen werden, die je nach angestrebter Verschleißfestigkeit mit entsprechenden karbidbildenden Stoffe gedopt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für Vertikal-Rollenmahlanlagen, wobei die zu beschichtenden Mahlaggregate oder Mahlkörper Mahlwalzen und Mahlplatten sind.
Die Schichtdicke der aufgetragenen Verschleißschutzschicht beträgt vorzugsweise 1 bis 5 mm.
Ferner beschrieben werden auch Mahlkörper, die oberflächig mit einer dünnen Verschleißschutzschicht beschichtete Mahlflächen aufweisen. Die Mahlkörper besitzen eine optimale Verschleißgeometrie, die durch kontinuierliche Messung und Aufzeichnung des Energiebedarfs während des Mahlvorgangs bestimmt wird und dabei als die Geometrie definiert ist, bei der ein Minimum des Energiebedarfs bei vorgegebenem Durchsatz erreicht wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Verschleißschutzschicht eine auftragsgeschweißte Schicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Mahlkörper Teile einer Vertikal-Rollenmahlanlage sind und die beschichteten Oberflächen die Mahlflächen von Mahlwalzen und Mahlplatten sind. Vorteilhaft beträgt dabei die Schichtdicke der dünnen Verschleißschutzschicht 1 bis 5 mm.
Der vorliegenden Erfindung liegen die Erkenntnis und die Idee zugrunde, dass die Mahlkörper oder Mahlaggregate bei den meisten bekannten Mahlvorgängen irgendwann eine optimale Verschleißgeometrie ausbilden, die erst durch den Verschleiß der Mahlkörper ermöglicht wird und sich nach einer bestimmten Betriebsdauer der Mahlanlage selbsttätig einstellt. Dabei durchläuft der Energiebedarf eine sogenannte „Badewannenkurve“, wobei der Energiebedarf zunächst abnimmt, dann in eine konstante Phase übergeht und schließlich bei stärkerem Verschleiß der Mahlaggregate steil ansteigt. Somit lässt sich das Erreichen der optimalen Verschleißgeometrie aus dem Energieverbrauch ablesen. Die optimale Verschleißgeometrie ist dann erreicht, wenn der Energieverbrauch bei einem konstanten Durchsatz ein Minimum aufweist. Dieser Zustand, bei dem auch die Produktqualität auf einem konstanten Niveau bleibt, entspricht dem Optimum für den Mahlprozess.
Bei längerer Betriebsdauer verändert sich aufgrund des fortschreitenden Verschleißes die Geometrie der Mahlkörper und der Energiebedarf steigt bei gleichzeitig sinkender Produktivität an. Ab einer bestimmten Verschleißgeometrie steigt der Verschleiß der Mahlkörper so rapide an, dass die Mahlkörper ausgebessert oder ausgewechselt werden müssen, wenn ein qualitativ und quantitativ ausgeglichener Mahlbetrieb gewährleistet sein soll. In diesem Stadium ist die Mahlanlage besonders anfällig für Produktionsunterbrechungen, da es bei unruhigem Mahlverlauf zu Vibrationsspitzen kommt, die eine Unterbrechung der kontinuierlichen Produktion erforderlich machen, um einen Totalausfall der Anlage zu verhindern. Das Ergebnis ist, dass die Verfügbarkeit der Anlage sinkt, die Produktqualität abnimmt und die Produktausbeute drastisch zurückgeht. Dieser Zustand wird bei allen derzeitigen Mahltechniken nach einer bestimmten Betriebsdauer erreicht und muss durch eine Reparatur oder den Ersatz der Mahlkörper behoben werden, da eine weiterer Betrieb der Anlage an dieser Stelle ökonomisch nicht mehr sinnvoll ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Idee zugrunde, den Idealzustand, bei dem die Mahlkörper ihre optimale Verschleißgeometrie besitzen, zu konservieren und damit die Produktivität (Ausbeute, Kosten und Qualität) des zu mahlenden Produktes zu verbessern. Da sich dieser Zustand im Erreichen eines Minimums des Energiebedarfs widerspiegelt, kann durch eine kontinuierliche Messung und Aufzeichnung des Energiebedarfs auf einfache Weise der optimale Zeitpunkt für eine Konservierung der entsprechenden Geometrie festgestellt werden. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zeitpunkt eine dünne Verschleißschutzschicht auf den verschleißanfälligen Teil der Oberfläche der Mahlaggregate oder Mahlkörper aufgebracht, so dass die Geometrie der Mahlkörper nicht verändert wird, während die Verschleißfestigkeit der Oberfläche heraufgesetzt wird und dadurch die Geometrie konserviert wird. Bei einem weiteren Betrieb der Anlage wird sich nun die Geometrie im Vergleich zu einer nicht konservierten Geometrie weniger schnell verändern, so dass der Idealzustand länger erhalten bleibt und die Mahlanlage über einen längeren Zeitraum ohne zusätzlichen Stillstand betrieben werden kann.
Durch wiederholte Anwendung dieses Verfahrens kann die Anlage über einen langen Zeitraum kontinuierlich im optimalen Geometriebereich betrieben werden. Insbesondere kann der Betrieb zusätzlich durch regelmäßige Verschleißmessungen überwacht werden und in Abhängigkeit vom Verschleißzustand der Mahlkörper können die notwendigen Regenerations- bzw. Konservierungsmaßnahmen unternommen werden, um die optimale Verschleißgeometrie zu erhalten und einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Zahlenbeispiels für eine Mahlanlage für Zement näher erläutert werden. Nach vorsichtigen Schätzungen sollten durch die oben beschriebenen Maßnahmen die Verfügbarkeit der Mahlanlage um mehr als 5 % verbessert werden, was somit einer Produktivitätssteigerung von 5 % entspricht. Bei einer Produktion von 200 t/h entspricht dies einer Mehrproduktion von 86.400 t/a, was bei einem realistischen Gewinn von 12 €/t einem zusätzlichen Ertrag von 1.036.800 € entsprechen würde. Gleichzeitig würde man bei einem typischen Energiebedarf von 28 kWh/t durch den kontinuierlichen Betrieb mit optimaler Verschleißgeometrie schätzungsweise mindestens 3 % an Energiekosten einsparen, was bei Energiekosten von ca. 0.15 €/kWh bei einer Jahresproduktion von 1.5 Mio Tonnen (gerechnet wurden 90% Auslastung) 189.000 € entsprechen würde.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben, wobei diese lediglich als Erläuterung gedacht und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Vertikal-Rollenmahlanlage,
2 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Vertikal-Rollenmahlanlage,
3 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Walze einer Vertikal-Rollenmahlanlage und
4 eine weitere Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Walze einer Vertikal-Rollenmahlanlage.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der oben aufgeführten Zeichnungen ausführlich erläutert.
Die 1 ist eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus einer Vertikal-Rollenmahlanlage, wie sie beispielsweise in der Zementindustrie eingesetzt wird. Eine stationäre, drehbare zylindrische Mahlwalze 1 wird federnd gegen eine rotierend angetriebene Mahlschüssel bzw. Mahlbahn 4 gepresst werden, wobei die Mahlbahn 4 in dem Bereich, gegen den die Mahlwalzen 1 gepresst werden, mit Mahlplatten 2 verstärkt ist. Die Mahlaggregate bzw. Mahlkörper (Mahlwalzen 1 und Mahlplatten 2) befinden sich in ihrem Ursprungszustand und weisen ein glattes unversehrtes Profil 5, 6 auf.
Die 2 zeigt die gleiche Anordnung wie 1 nach längerem Mahlbetrieb, wobei die Mahlwalzen 1 und auch die Mahlplatten 2 nun ihre typischen Verschleißprofile 7, 8 aufweisen.
In der 3 ist in einer Schnittdarstellung ein Ausschnitt einer Mahlwalze 1 zu sehen, wobei die Mahlwalze 1 ihr optimales Verschleißprofil 7 erreicht hat. Das ursprüngliche Profil 5 ist bei dieser Darstellung gestrichelt eingezeichnet.
Die 4 schließlich zeigt in der gleichen Darstellungsweise wie 3 die Mahlwalze 1, deren optimales Verschleißprofil 7 nun mit einer dünnen Verschleißschutzschicht 9 konserviert ist, die im vorliegenden Fall gestrichelt gezeichnet ist.
Auch bei den Mahlplatten 2 stellt sich ein optimales Verschleißprofil ein, welches auf die gleiche Weise mit einer dünnen Verschleißschutzschicht konserviert wird. Auf eine zusätzliche zeichnerische Darstellung der Mahlplatten 2, die ein vergleichbares optimales Verschleißprofil wie die Mahlwalzen 1 aufweisen, wurde an dieser Stelle verzichtet.
Wie bereits eingangs erwähnt wurde, sind die oben beschriebenen Zeichnungen lediglich als Erläuterung gedacht und nicht als Einschränkung zu sehen. So kann das Prinzip der erfindungsgemäßen Idee auf jede andere Mahlanlage angewendet werden, bei der sich während des Betriebs an ihren Verschleißteilen ebenfalls eine optimale Verschleißgeometrie einstellt. Auch ist die Ausbildung der Verschleißschutzschicht nicht auf das Auftragschweißen beschränkt, sondern kann durch jede andere bekannte Technik realisiert werden, wobei lediglich gewährleistet sein muss, dass der richtige Zeitpunkt für die Konservierung der optimalen Verschleißgeometrie gewählt wird, um das Optimum der Vorteile der vorliegenden Erfindung auszuschöpfen.
So kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft auch mit anderen bekannten Verfahren zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Mahlaggregaten bzw. zur Sicherung der Produktion kombiniert werden. Wenn beispielsweise, wie in der DE 203 21 584 U1 beschrieben, Mahlwalzen während des Betriebs der Anlage quasi ohne Produktionsstopp ausgeschwenkt werden können, können die optimalen Verschleißprofile auf den Oberflächen der Mahlwalzen konserviert werden, ohne dass es zu einem Produktionsausfall kommt, wobei gleichzeitig dann das Reparaturintervall für die Anlage verlängert wird.
Bezugszeichenliste

1: Mahlwalze
2: Mahlplatte
3: Mahlraum
4: Mahlbahn
5: Ursprungsprofil (Mahlwalze)
6: Ursprungsprofil (Mahlplatte)
7: Verschleißprofil (Mahlwalze)
8: Verschleißprofil (Mahlplatte)
9: Verschleißschutzschicht

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Produktivität von Mahlanlagen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Einstellen der optimalen Verschleißgeometrie der Mahlaggregate durch konventionelles Betreiben der Mahlanlage, wobei die optimale Verschleißgeometrie dann vorliegt, wenn der spezifische Energiebedarf der Mahlanlage bei vorgegebenem Durchsatz ein Minimum erreicht, und - Konservieren der optimalen Verschleißgeometrie, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der optimalen Verschleißgeometrie durch kontinuierliche Messung und Aufzeichnung des Energiebedarfs während des Mahlvorgangs kontrolliert wird und das Konservieren der optimalen Verschleißgeometrie durch Aufbringen einer dünnen Verschleißschutzschicht (9) auf die Oberfläche der Mahlaggregate (1, 2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der dünnen Verschleißschutzschicht (9) mit Hilfe von Auftragschweißen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für die Verschleißschutzschicht (9) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Hartmetall, WC, CrC, TiC, VC, TaC und NbC.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als dünne Verschleißschutzschicht (9) eine Hartmetallschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlanlage eine Vertikal-Rollenmahlanlage ist und die zu beschichtenden Mahlaggregate oder Mahlkörper Mahlwalzen (1) und Mahlplatten (2) sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der dünnen Verschleißschutzschicht (9) 1 bis 5 mm beträgt.