Зарубежные производители футеровок
Рассмотрим тенденции развития технологий создания новых видов футеровок ведущими мировыми компаниями.
Лидерами рынка разработок и производства футеровок мельниц являются:
1.
"FLSmidth"(Дания);2. "Christian Pfeiffer"(Германия);
3. "Magotteaux SA"(Бельгия);
4. "Metso"(Финляндия);
5. "Tega Industries"(Индия);
6. "Teknikum"(Финляндия);
7. "Estanda"(Испания)
8. "Weir Minerals"(Шотландия);
9. "Korfez ENG"(Германия).
В двухкамерных цементных мельницах FLSmidth первая камера грубого помола имеет ступенчатую футеровку, подходящую для использования крупных мелющих тел и обеспечивающую их оптимальный подъем. Корпус второй камеры или корпус однокамерной мельницы тонкого помола имеет футеровку с рифленой поверхностью, обеспечивающей максимальное поглощение энергии и эффективное измельчение. В некоторых случаях при использовании мельниц для тонкого помола возможно применение сортирующей футеровки. Футеровки устанавливаются между закрепленными на болтах кольцами, соединяя их ласточкиным хвостом [109].
Инженеры компании FLSmidth уделяют большое внимание численным (компьютерным) расчетам и подбору геометрии футеровки, что позволяет продлить срок службы деталей, оптимизировать энергопотребление мельницы, провести эргономический анализ - удобство при техническом обслуживании [86].
Более 2000 мельниц по всему миру оснащены футеровками компании "Christian Pfeiffer"в 1-й и 2-й камере (рисунок1.4), которые обладают износостойким профилем и новым видом крепления футеровочных плит (система Compact Lining). С помощью многоступенчатой термической обработки футеровок достигается гомогенная, непрерывная структура материала, которая гарантирует высокую износостойкость и прочность футеровки мельницы [125].
Рисунок 1.4 Футеровки "Christian Pfeiffer": а) 1-й камеры, б) 2-й камеры
В результате целого ряда серий испытаний "Christian Pfeiffer"оптимизировал форму прогрессивных ступенчатых футеровок до такой степени, что достигается наилучшее измельчение материала мелющими шарами.
Характер формы лифтеров (рисунок1.5)сохраняется на протяжении всего срока службы, в связи с чем, эффективность мельницы в течение всего срока эксплуатации также остается постоянной [88].
Рисунок 1.5 Постоянство высоты выступа футеровки от "Christian Pfeiffer"
Magotteaux SA - бельгийская группа компаний, являющаяся мировым лидером в области литейных процессов. Группа специализируется в области совершенствования процессов измельчения. Компания поставляет свою продукцию для цементной, горнодобывающей промышленности, электростанций, а также предприятий по переработке отходов. Общая цель объединяет всех заказчиков - снижение затрат и оптимизация производительности [88].
Постоянное совершенствование материалов - одно из динамично развивающихся направлений в нашем технологическом центре. Новые разработки и сплавы литейного производства постоянно совершенствуются, приспосабливаясь к усовершенствованным установкам конечных покупателей и производителей оборудования. Уменьшение износостойкости, и, как следствие, увеличение продолжительности срока службы оборудования - первоочередная задача, которая стоит перед специалистами фирмы.
Компания Magotteaux SA предлагает несколько решений по футеровкам шаровых мельниц. Для первой камеры измельчения - модульная система Xlift и Monostep, а для второй камеры - Xclass и Classoline [126, 128].
Конструкция футеровки Xlift (рисунок1.6,а-в) является запатентованной мо
дульной системой выступов (лифтеров), состоящая из 3-х базовых плит, которые взаимозаменяемы, обладают низким весом и устойчивы к износу.
Концепция Xlift представляет из себя комплект из трех футеровок. Использование такого набора футеровок позволяет адаптироваться под любые требования заказчика (диаметр мельницы от 3 до 5,4 м). Крепление футеровки осуществляет с помощью болтовых соединений и клиньев каждые 7-8 плит (рисунок1.7). Экономия электроэнергии обеспечивается малым весом футеровки (от 18 до 24 кг), что в сравнении с традиционными плитами меньше на 7-20% [129].
Рисунок 1.6 Профили футеровочных плит Magotteaux SA Xlift
Рисунок 1.7 Клиновое крепление футеровок Xlift между собой
Футеровка Monostep для первой камеры мельницы предназначена для обеспечения достаточного и постоянного подъема шаровой загрузки, а также уменьшения малоподвижного ядра загрузки. Конструкция Monostep доступна в трех различных видах профиля (рисунок1.8,а-в).
Рисунок 1.8 Профили футеровочных плит Magotteaux SA Monostep
Изготовление футеровки возможно из двух видов материала: мартенситная
сталь, при требованиях повышенной упругости или же серый чугун с содержанием хрома от 11 до 27%, обладающий твердостью между 48 и 62 HRC [127].
Для второй камеры измельчения компания Magotteaux SA предлагает решение Xclass, которое подразумевает использование двух плит (рисунок1.9,а). Одна из них имеет волновой профиль, а вторая плита имеет выступ и установлена в мельницепо спирали для классификации шаровой загрузки (рисунок1.9,б). Габаритные размеры плит 250х314 мм, вес 21-25 кг и эксплуатируются они на мельницах диаметром 3-4,6 м. Футеровки с выступом могут быть перевернуты на 180° и использованы повторно.
Решение Xclass позволяет увеличить полезный диаметр мельницы (от 40 до 76 мм дополнительно). Следовательно, может быть увеличена шаровая загрузка на 0,9-2,5 т/м, что приводит к увеличению потребляемой мощности [ 128].
Рисунок 1.9 Футеровочная плита Xclass
Футеровка Classoline для второй камеры измельчения была разработана компанией Magotteaux для обеспечения быстрой и эффективной классификации шаровой загрузки (рисунок1.10) [126].
В качестве материала используется серый чугун с содержанием хрома 11 -27% и твердостью 50-62 HRC. Тип крепления футеровки - болтовой, частично болтовой (крепление через 2,3 или 4 плиты) или безболтовой.
Рисунок 1.10 Футеровочные плиты Classoline
Мельничные футеровки компании "Metso"начали свое существование в 1959 г. Запатентованные ими футеровки "Skega Orebed"и "Skega Poly-Met"известны во всем мире [132].
"Metso"также использует высокоточные симуляторы HFS (рисунок1.11)для исследования процесса измельчения [116].
Рисунок 1.11 Высокоточная симуляция процесса измельчения фирмы "Metso"
На каждом этапе исследования, разработки и производства "Metso"применяет контроль качества ISO9001, что гарантирует высокое качество футеровки Skega (рисунок1.12) [151].
Рисунок 1.12 Металлическая футеровка Skega
Проектирование футеровочных плит в "Tega Industries"основывается на более чем 35-летнем опыте. Инженерные решения при разработке новой футеровки основываются на численном моделировании и анализе процесса измельчения в программе Tega's Mill Traj (рисунок1.13,а).
Расчеты позволяют вычислить мощность, потребляемую приводом мельницы и визуально оценить работу мелющих тел внутри корпуса барабана. Для исследования износа используется TEGA WearSym, а для оценки прочностных характеристик - конечно-элементное моделирование в программе ANSYS (рисунок1.13,б) [86, 133].
Рисунок 1.13 Разработки компании "Tega Industries"
а) численное моделирование в TEGA Mill Traj, б) исследование износа в TEGA WearSym
Teknikum Group Ltd — один из ведущих концернов стран Северной Европы, специализирующихся на технологии полимеров, основанный в 1989 году.
Футеровки проектируются для каждой конкретной мельницы с учетом требований заказчика, особенностей технологического процесса и измельчаемой среды. При выборе нужного профиля используется программа 30 DEM-DEMMY для трехмерного моделирования процесса.На сегодняшний момент за основу принята двухэлементная футеровка типа плита-лифтер, которая состоит из выступов (лифтеров - возвышающихся частей) и плит между ними. Каждый тип этих частей имеет свое обозначение [88].
Волновые футеровки (рисунок1.14,а) предназначены для тонкого измельчения. Скругленная форма верхушки используемых в ней А - лифтеров обеспечивает большее истирание, и частицы продукта на выходе получаются мельче.
Рисунок 1.14 Схемы футеровок от Teknikum
а) волновая футеровка; б) N-футеровка; в) V-футеровка; г) W-футеровка
N-футеровка (рисунок1.14,б) с N-лифтерами прямоугольной формы и барабанными плитами типа VLT со стальной основой и резиново-металлическими крыльями поднимает материал выше, чем волновая футеровка, что ведет к ударному измельчению с более крупными частицами продукта на выходе.
В шаровых мельницах часто используется V-футеровка (рисунок1.14,в) с V - лифтерами, имеющими фаску на передней кромке, и барабанными плитами типа №8 с основой и крыльями из стали. Поднимающий эффект V-лифтеров меньше, чем N-лифтеров.
Используется также W-футеровка (рисунок1.14,г), состоящая из W - лифтеров с фасками на передней и задней кромке и барабанных цельнорезиновых плит типа VL с резиновыми крыльями.
Компания Estanda, находится в г. Бзасаин на севере Испании. С 1953 г. Estanda производит специальное литье из низко- и высоколегированных сплавов наивысшего качества и занимает ведущие позиции в производстве жаропрочного и износостойкого литья для цементной промышленности.
Компания Estanda производит бронефутеровку для цементных мельниц (рисунок1.15). Для изготовления износостойкой футеровки используются несколько различных сплавов, в зависимости от рабочих условий и параметров технологического процесса: типа помола (сухой или мокрый), наличия в выпускаемом цементе минеральных добавок (шлака и др.), типа сырья, применяемого топлива, размера мелющих тел, конструкции изделия, размера бронеплит.
Три основных и самых применяемых сплава: FED - 4А (0,30 % С и 7 % Cr), FED - 13А (1,25 % С и 12 % Сг), FED - 14А (1,90 % С и 12 % Сг). Срок службы варьируется от 20 000 ч для решеток перегородок до 80 000 ч для бронеплит второй камеры [ 88].
Рисунок 1.15 Бронефутеровка компании Estanda
Процесс проектирования футеровочной плиты в компании "Weir Minerals"основывается на комплексном подходе со стороны инженеров -конструкторов и инженеров-химиков. Используются методы проектирования и исследования (рисунок1.16), включающие проведение экспериментов на лабораторных установка, выполнение численного моделирования методом дискретных элементов (DEM) и расчет гидродинамических потоков (CFX). В сочетании с инструментами САПР- систем такие методики дают стопроцентный результат [90].
Рисунок 1.16 Лабораторная установка мельницы и симуляция движения шаровой загрузки
Сегодняшние разработки в большей степени касаются резино-металлических футеровок, которые обладают высокой прочностью на растяжение и коррозионной стойкостью. На рисунке1.17 приведены различные типы профилей футеро- вок, разработанных компанией "Weir Minerals" [157, 158].
Рисунок 1.17 Профили футеровочных плит, разработанные компанией "Weir Minerals"
С 2011 года KORFEZ ENG все больше концентрируется на разработке и изготовлении различных узлов оборудования, в первую очередь футеровок корпусов шаровых мельниц используемых цементной и горнодобывающей отраслях, и мельничных перегородок для них [88].
Согласно многочисленным отзывам заказчиков, технические решения KORFEZ ENG по шаровым мельницам существенно совершенствуют технологический процесс. Так, августе 2014 года успешно выполнена поставка футеровки
второй камеры (рисунок1.18)цементной мельницы на одном из предприятий турецкого производителя цемента. Выступы и элементы классифицирующей футеровки, выполненные из сверхпрочной литой стали с содержанием 27% хрома не только защищают корпус мельницы от износа, но обеспечивают хорошо сбалансированный поток материала в объеме всей камеры. В том же году KORFEZ ENG получила повторный заказ от клиента на футеровку для первой камеры (длиной 4,80 м) двухкамерной цементной мельницы диаметром 4,2 м.
Рисунок 1.18 Футеровка Korfez ENG второй камеры
Защитная футеровка типа LIFTER 55/110 (рисунок1.19), выполненная из прочной литой стали c содержанием хрома 12%, была спроектирована техническими специалистами представительства компании в Германии.
Рисунок 1.19 Раскладка футеровки в первой камере измельчения мельницы 04,2 м
и болтовое крепление от Korfez ENG
Причиной выбора волнообразной футеровки с болтовым креплением (рисунок1.20)для существующей шлаковой мельницы диаметром 3,8 м является очень малый размер мелющих тел. Использование футеровки такой системы упрощает решение проблемы наличия запасных частей на складе благодаря тому, что многие элементы конструкции однотипны. Еще одним преимуществом данной футе
ровки является значительное облегчение сборки и монтажа, а также технического обслуживания плит волнообразного профиля.
Рисунок 1.20 Футеровка Korfez ENG первой камеры
Проанализировав существующие разработки отечественных и зарубежных компаний-производителей футеровок шаровых барабанных мельниц, можно сделать вывод, что вопрос создания новых профилей футеровочных плит с учетом требований к процессу помола и качеству готового продукта является актуальным, а его решение позволяет в значительной степени повышать эффективность процесса измельчения.