Падение производства порошка редко бывает загадочным. В девяти случаях из десяти виновник один и тот же: шлифовальный валик, шлифовальное кольцо или и то, и другое. Эти два компонента берут каждый грамм материала между собой и измельчают его в готовый порошок — и платят за это своей массой. Понимание того, как каждый из них изнашивается, почему узоры различаются и когда именно их следует снять, прежде чем они будут стоить вам незапланированной остановки, — вот разница между хорошо управляемым заводом и дорогим.

Две части, одна система измельчения

Внутри помольной камеры мельницы Raymond шлифовальный валик и шлифовальное кольцо работать в согласованной паре. Главный вал вращает звездообразную раму, на которой обычно находится от трех до семи роликов, и центробежная сила прижимает каждый ролик наружу к внутренней поверхности неподвижного шлифовального кольца. Сырье, непрерывно засыпаемое лопатой в зазор между ними, измельчается под действием давления прокатки и трения сдвига до заданной крупности.

Ролик является движущимся элементом: он вращается вокруг своей оси, вращаясь вокруг кольца, обеспечивая постоянный контакт как с материалом, так и с внутренней стенкой кольца. Кольцо фиксировано: оно поглощает удар, передаваемый через слой материала, и изнашивается изнутри наружу. Одна и та же система шлифования, два совершенно разных профиля напряжения — и эта разница определяет, как каждая деталь выходит из строя. Если вы хотите сравнить производительность мельницы Raymond, энергопотребление и долгосрочные затраты по сравнению с мельницами других типов, износ этих двух частей является ключевой переменной в этом уравнении.

Как изнашивается шлифовальный валик

Шлифовальный валик испытывает то, что инженеры называют точечное контактное трение . Поскольку изогнутая поверхность ролика соприкасается с изогнутой внутренней стенкой кольца через тонкий слой материала, нагрузка концентрируется вдоль узкой полосы контакта, а не распределяется по широкой поверхности. Со временем это концентрирует износ по краям и внешней поверхности поверхности ролика.

Характер износа прогрессивный, но неравномерный. На ранних стадиях ролик постепенно теряет свой первоначальный профиль, а зазор между роликом и кольцом увеличивается. Выход остается приемлемым. По мере углубления износа давление измельчения падает, слой материала становится все труднее контролировать, а крупность начинает становиться грубее. При использовании твердых материалов — кварцевого песка, диабаза или высококремнистых руд — срок службы катка может упасть до 1500 часов работы. При использовании более мягких неметаллических минералов один и тот же ролик может прослужить от 2000 до 3000 часов, прежде чем достигнет порога замены.

Состояние подшипников напрямую связано с износом роликов. Каждые 500–600 часов работы подшипники качения внутри роликовой втулки необходимо очищать и проверять. Проникновение пыли является основным убийцей подшипников: как только уплотнение разрушается, абразивные частицы проникают в узел подшипника и ускоряют внутренние повреждения задолго до самой поверхности ролика. Для конфигураций высокой емкости, таких как 4-валковая маятниковая мельница Raymond Техническое обслуживание подшипников во всех четырех узлах необходимо тщательно координировать во избежание неравномерных отказов.

Как изнашивается шлифовальное кольцо

Шлифовальное кольцо изнашивается изнутри, так как давление ролика постоянно истирает внутреннюю окружность стенки. Поскольку ролики расположены равномерно, а кольцо неподвижно, износ распределяется по всему внутреннему диаметру — более равномерно, чем износ роликов, но не менее серьезный.

Практическим следствием является то, что внутренний диаметр кольца постепенно увеличивается. При этом зазор между роликом и кольцом увеличивается, что снижает давление шлифования и позволяет более крупным частицам проходить сквозь них, не подвергаясь полной обработке. В высокочастотных применениях — например, при измельчении карбоната кальция размером 325 меш — шлифовальное кольцо может нуждаться в замене четыре-шесть раз в год в условиях непрерывного производства. В менее требовательных условиях кольцо прослужит дольше ролика в большинстве циклов замены.

Одно важное отличие: поскольку износ колец распределяется более равномерно, падение производительности на ранней стадии происходит мягче, и его легче не заметить. Операторы, которые полагаются только на визуальный контроль у входной двери, могут не заметить износ колец до тех пор, пока он не приведет к существенному ухудшению качества продукции. Требуются измерительные инструменты, а не только глаза.

Ролик против кольца: что выходит из строя первым?

В типичных условиях эксплуатации шлифовальный валик изнашивается быстрее, чем шлифовальное кольцо. Причина механическая: ролик является активным элементом, подверженным как вращению, так и орбитальному движению, тогда как кольцо пассивно воспринимает нагрузку. Контактное напряжение ролика сконцентрировано; кольцо роздано. Роликовые подшипники создают дополнительный режим отказа, которого нет у кольца.

Тем не менее, правило не является абсолютным. При использовании очень абразивных подаваемых материалов при высокой производительности кольцо может изнашиваться со скоростью, сравнимой с роликом или превосходящей его. Всегда отслеживайте обе части независимо, а не предполагайте, что одна всегда переживет другую.

Предупреждающие знаки, которые не следует игнорировать

Износ редко заявляет о себе громко. Сигналы имеют тенденцию быть постепенными, что позволяет легко рационализировать каждый из них, пока совокупный эффект не станет кризисом. Следующие показатели должны побуждать к немедленному измерению размеров роликов и колец:

• Производительность падает без изменения скорости подачи или материала. Мельница, производящая меньше порошка в час при той же нагрузке, измельчает менее эффективно — первый и самый надежный признак того, что контактные поверхности потеряли свой профиль.
• Крупность продукта становится крупнее при неизмененных настройках классификатора. Когда изношенные детали больше не могут создавать достаточное давление измельчения, через них проходят частицы слишком большого размера, которые раньше были бы возвращены на повторное измельчение.
• Ток главного двигателя неожиданно возрастает. Поскольку зазор между роликом и кольцом изменяется по мере износа, мельница может компенсировать это за счет увеличения мощности. Постоянное увеличение тока без изменения питания заслуживает изучения.
• Ненормальная вибрация или нерегулярный шум из камеры измельчения. Изношенный профиль ролика или неровная поверхность кольца создают характер вибрации, отличающийся от нормальной работы. Любой новый металлический звук — особенно ритмичный удар — требует немедленной проверки на предмет контакта металла с металлом.
• Повышенная утечка пыли вокруг дверцы доступа или корпуса. Изношенные детали изменяют баланс внутреннего воздушного потока и могут привести к вылету порошка из соединений, которые ранее были герметизированы положительным перепадом давления.

Жесткие ограничения: когда необходимо заменить

Помимо приведенных выше сигналов производительности, существуют два абсолютных пороговых значения, которые определяют обязательную замену независимо от того, как работает завод:

Минимальная толщина стенки: 10 мм. Если шлифовальный валик или шлифовальное кольцо изношены до оставшейся толщины стенки менее 10 мм, их необходимо немедленно заменить. В этот момент структурная целостность детали недостаточна, чтобы выдержать эксплуатационные нагрузки, и риск разрушения резко возрастает.

Уменьшение диаметра ролика на 5% и более. Как только внешний диаметр катка уменьшается на 5% от его номинального размера, давление шлифования и эффективность снижаются до такой степени, что продолжительная работа наносит больше повреждений другим компонентам, чем стоит сам каток. Измеряйте профильным калибром, а не на глаз.

Наиболее опасным видом отказа является прямой контакт металл-металл между роликом и кольцом. Это происходит, когда обе детали изнашивают свой рабочий слой до основного металла. Возникающие в результате ударные нагрузки вызывают внезапное и серьезное повреждение главного вала, подшипников и корпуса — повреждение, ремонт которого обходится гораздо дороже и требует больше времени, чем плановая замена изнашиваемых деталей. Если во время работы мельница издает внезапный резкий металлический звук, немедленно выключите ее и проверьте.

Выбор материала для продления срока службы

Материал, из которого отлиты мелющие ролики и кольца, оказывает большее влияние на срок службы, чем думает большинство операторов. В отрасли доминируют три семейства сплавов, и выбор неправильного сплава для вашего загружаемого материала значительно сократит интервал износа независимо от того, насколько хорошо обслуживается мельница.

• Сталь из марганцевого сплава 65Mn — Самый распространенный вариант. Хороший баланс твердости и ударной вязкости, подходит для материалов от мягкой до средней твердости, таких как известняк, гипс, кальцит и барит. Экономичность для применений с высокой частотой замены.
• Сталь высокомарганцовистая ЗГМн13 (Марганец 13) — Предпочтительно для твердых и абразивных материалов, включая кварц, диабаз и руды с высоким содержанием кремния. Этот сплав не самый твердый в группе, но обладает выдающейся ударной вязкостью — он затвердевает под действием сжимающих напряжений и становится тверже по мере износа. Правильный выбор, когда твердость подачи приводит к преждевременному выходу из строя ролика.
• Высокохромистый чугун (Cr13, Cr23, Cr26) — Самая высокая твердость из трёх. Лучше всего подходит для тонкого шлифования, где стойкость к истиранию является основной проблемой, а ударные нагрузки относительно невелики. Премиальная стоимость, но детали из износостойкого сплава могут обеспечить срок службы в 1,7–2,5 раза дольше, чем стандартные изнашиваемые детали при соответствующих условиях.

Принцип соответствия прост: для жесткой подачи требуется прочный сплав (Mn13), для абразивного тонкого шлифования требуется твердый сплав (с высоким содержанием Cr), для общего применения используется 65Mn. Несоответствие — например, использование деталей с высоким содержанием Cr в условиях ударной нагрузки и жесткой подачи — приводит к хрупкому разрушению, а не к постепенному износу. Стандартный метод испытаний ASTM G65 для измерения стойкости к истиранию в сухом песке является общепринятым отраслевым эталоном для сравнения возможных сплавов перед изменением спецификации.

Практичный график замены

Реактивная замена — ожидание, пока объем производства не упадет, чтобы заменить изнашиваемые детали — является самой дорогой доступной стратегией обслуживания. Следующая интервальная структура включает управление износом в повседневную работу, а не рассматривает его как экстренное реагирование.

• Ежедневно (каждую смену): Визуальный контроль поверхностей роликов и колец через смотровую дверцу. Прислушивайтесь к любым изменениям в рабочем звуке. Запишите показания тока двигателя.
• Еженедельно: Подробный визуальный осмотр профиля венца ролика и внутренней поверхности кольца на наличие видимых канавок, выбоин или неравномерного износа. Проверьте соединительные болты и гайки на роликовом устройстве на предмет ослабления. Проверьте уровень смазки в роликовых подшипниках.
• Ежемесячно: Измерьте внешний диаметр ролика и внутренний диаметр кольца с помощью соответствующих датчиков. Запишите показания относительно базовой линии. Сравните данные о крупности и производительности с предыдущим месяцем. Любая измеримая тенденция к увеличению пороговых значений замены должна привести к принятию решения о закупке, а не к выжиданию.
• Каждые 500–600 часов работы: Полная разборка узла шлифовальных валков. Очистите и осмотрите все подшипники качения внутри втулки ролика. Перед повторной сборкой замените все поврежденные подшипники или уплотнения. Этот интервал не подлежит обсуждению — выход из строя подшипников быстро приводит к повреждению вала ролика и корпуса.
• Ежеквартально (или с интервалом в 500 часов): Полный ремонт камеры измельчения. Замените ролики и кольцо, как показывают совокупные измерения. Проверьте соосность главного вала. Очистите камеру измельчения от набитого материала. Это подходящий момент для изменения спецификации сплава, если скорость износа указывает на несоответствие.

Документация имеет значение. Регистрация дат замены, измеренных размеров через каждый интервал и обрабатываемого материала дает вам надежную модель скорости износа для вашей конкретной операции, которая с точностью до нескольких недель подскажет вам, когда наступит следующая замена. Незапланированные простои имеют прямые издержки; хорошо поддерживаемая система учета — самая дешевая страховка от этого. Для получения более полной картины того, как затраты на изнашиваемые детали влияют на общую экономику оборудования, см. эту разбивку факторы, влияющие на общую стоимость мельницы Raymond .