Válcové mísové mlýny, neboli vertikální mlýny, jsou těžké stroje určené k mletí křehkých nerostných materiálů. Obvykle jsou provozovány ve spojení s vnitřními separátory (obr. 1). Základní konstrukce sestává z rotačního mlecího talíře, na němž jsou mlecí nástroje přitlačovány působením vlastní hmotnosti nebo dodatečné síly hydraulických válců. Tyto mlecí nástroje jsou válcovité a sudovité válce.

Opotřebitelné součásti vertikálního mlýna jsou: rotačně symetrické mlecí válce nebo dosedací plochy mlecí dráhy, takzvané mlecí talíře, které jsou rozebíratelné na jednotlivé segmenty.

Mlecí válce jsou od prvovýrobce vyrobeny z tvrzených litin (např. Ni-Hard), jejichž tvrdost již dosahuje meze obrobitelnosti.

obr1

Při regeneraci opotřebených mlecích nástrojů se navařováním vytvoří tvrzená vrstva, která má tvrdost čistého svarového kovu přesahující 63 HRC a tudíž již rovněž není obrobitelná. Regenerace nebo oprava těchto válcových mísových mlýnů je popsána v následujících odstavcích.

Vertikální nebo válcové mísové mlýny nacházejí využití především při výrobě cementu a v uhelných elektrárnách. Pomocí vhodných mlýnů lze však jemně mlít také měděnou rudu a jiné nerosty.

Zásady pro regeneraci mlecích válců

Z výrobně-technických důvodů se uplatňuje koncepce oprav s použitím jiného materiálu, než jaký byl použit výrobcem na mlecích nástrojích v původní dodávce. Tvrzená litina je nahrazena navařovací slitinou železochrom-uhlík, která svou nadeutektickou strukturou dokonce předčí původní lité materiály. Dosahuje se tím podstatně delší životnosti, než jakou měl původní konstrukční díl. Mohlo by se zdát, že mlecí nástroj lze v principu regenerovat libovolně často. Zkušenost však ukazuje, že po třetí až čtvrté regeneraci nastupuje únavový efekt – a to i v základním materiálu, takže po čtvrté regeneraci je nezbytná kompletní výměna mlecích nástrojů.

Obr. 2 ukazuje opotřebovaný mlecí nástroj s klasickou „dunovou“ strukturou a svařováním opravený mlecí válec.

obr2

Oprava se provádí buď na místě, tedy v přirozeném prostředí bez demontáže (to neplatí pro uhelné mlýny), nebo po komplikovaném a nákladném vymontování mlecích válců a jejich převozu do vhodné dílny. Aby nedošlo k omezení výroby, jsou zároveň připraveny a namontovány náhradní nástroje.

Provádění navařování

Před výkonem navařování je nejprve třeba provést určitá investiční opatření:

K navařování vertikálních válců je třeba mít vhodné zařízení, které dokáže přesouvat mlecí válce o průměru cca 4 m. Mlecí válce s tímto průměrem jsou rozděleny na segmenty; pokud mají mlecí válce průměr cca 1 500 mm nebo méně, pak jsou vyrobeny pouze z jediného odlitku.

Totéž platí i pro mlecí talíře, u nichž podle velikosti rovněž existují jednodílné a segmentované nástroje. Před zahájením navařování je třeba teoreticky i prakticky přezkoumat tři nejdůležitější metalurgické složky svařovacího procesu:

a) základní materiál,

b) způsob svařování,

c) navařovací materiál.

Základní materiál

Zkouška základního materiálu na svařitelnost není u tvrzených niklových litin jednoduchou otázkou. V zásadě platí, že materiály s obsahem uhlíku >2,5 %, obsahem niklu 3 až 7 % a obsahem chrómu 1 až 10 % nelze svařovat (obr. 3).

Svařování ocelí se řídí velmi přísnými pravidly. Obsah uhlíku v tomto rozsahu je při svařování ocelí nemyslitelný.

Obrázek 3 však poukazuje na to, že velké fázové podíly austenitu (fáze γ) mohou ve slitině vést k uspokojivým výsledkům svařování. Žlutá čára vymezuje „navařitelnost“; v zeleně vyznačeném rozsahu byly již vícekrát provedeny operace navařování s dobrým úspěchem.

obr3

Při navařování však platí jiné zákonitosti. V určitých oblastech je za plynulého navařování (a za nízkého měrného příkonu na jednotku délky) spojení se základním materiálem možné. Z metalurgického hlediska zde dochází ke spojení austenitu s nízkým obsahem uhlíku s navařovacím materiálem. Pro vytvoření bezpečného spojení se základním materiálem se doporučuje využít tzv. přechodových (mezivrstvových) materiálů, austenitů s nízkým obsahem uhlíku, které spojují základní materiál obsahující Ni-Hard takřka ideálním způsobem se železochrom-uhlíkovým navařovacím materiálem. Také tyto navařovací materiály obsahují až 4,5 % uhlíku a cca 30 % chromu.

Navařovat je možno ve více vrstvách. Předehřívání základního materiálu je vzhledem k výše

uvedenému vysokému obsahu uhlíku nutné. Vypočítávat uhlíkový ekvivalent pro tyto slitiny s vysokým obsahem legujících prvků nemá smysl. Empirická hodnota uhlíkového ekvivalentu byla vypracována pro nízkolegované konstrukční ocele. Doporučuje se zahřát základní materiál při běžícím válci na teplotu cca 150 až 200 °C.

Postup svařování

Obecně se používá obloukové svařování s plněnou drátovou elektrodou (postup č. 114 podle ČSN EN ISO 4063). Svařování v ochranném plynu, rovněž s plněnou drátovou elektrodou, je možné, bývá však používáno jen zřídka, jelikož vyžaduje nákladnou aparaturu pro inertní plyn při svařování přímo na místě svařování. Proto se používají samostatně chráněné plněné drátové elektrody ke svařování otevřeným obloukem. To platí nejenom pro svařování přímo na místě, nýbrž také pro svařování v údržbářských dílnách. Ochrana svarového kovu se dá zajistit i pomocí plynu nebo prášku. U zmíněných válcových mísových mlýnů se však používají jen zřídka. Při regeneraci válcových mísových mlýnů na uhlí bylo ovšem také již úspěšně uplatněno navařování pod tavidlem.

Obecně se používají silné plněné drátové elektrody o průměru 2,8 anebo 3,2 mm, protože takto je možné efektivní navařování se středním odtavovacím výkonem 12 až 15 kg/h.

Navařovací materiál

Navařovací materiály mohou být nasazeny podle individuální potřeby. Technik údržby určí spektrum namáhání, které v případě mlecích válců vznikají především otěrem při valivém pohybu. Oba kovové nástroje skutečně odvalují a rozemílají cement, uhlí, měděnou rudu a jiné nerosty ve štěrbině tvořené konstrukcí zařízení tak, že se produkuje jemný práškovitý materiál. Při tomto druhu otěru se doporučují slitiny železa obsahující vysoké podíly chromu a uhlíku a takové, které mají příměs niobu a obsahují nejen primární chromkarbidy, nýbrž také primární niobkarbidy. Tyto speciální karbidy vykazují mikrotvrdost 2 200 podle Vickerse a skvěle se hodí k mletí odpovídajících nerostných surovin.

Takzvané spektrum namáhání se vlastně skládá z otěru a střižných sil. Obr. 4 zobrazuje strukturu materiálu s obsahem FeCrNbC o celkové tvrdosti 63 až 65 HRC. Materiál je kvůli příměsi niobu dosti drahý, takže často bývají používány pouze materiály obsahující chromkarbidy.

obr4

Prodloužení životnosti ilustrované na některých příkladech

a) Oblast: Jižní Amerika

Typ mlýna: Gebr. Pfeiffer MPS 2650/1750

 

Před regenerací pomocí plněných drátových elektrod VAUTID činilo opotřebení cca 3 g na namletou tunu uhlí, přičemž kapacita mlýna dosahovala 700 000 až 800 000 tun ročně. Navařením bandáží (obručí) na mlecí nástroj a talířových segmentů podle potřeb zákazníka se podařilo snížit otěr na 1,7 g na tunu mletého produktu při současném zvýšení ročního objemu výroby. Kromě toho se snížily vibrace ve válcovém mísovém mlýnu.

obr5
obr6
obr7

b) Stát: Čínská lidová republika

Typ mlýna: místní výrobce vertikálních mlýnů

 

V největší uhelné elektrárně v okolí Šanghaje s kapacitou 2 x 10 000 MW se bude mlít uhlí pro výrobu energie v celkem šesti vertikálních mlýnech na jeden kotel. Ve vertikálních mlýnech jsou namontovány celkem tři mlecí bandáže na jeden mlýn.

obr8

Dodané mlecí bandáže byly v dílně opraveny pomocí plněných drátových elektrod VAUTID-100 a opět nasazeny do provozu. Elektrárna požaduje životnost 10 000 hodin po navaření. Opravené mlecí bandáže byly nainstalovány v roce 2012 a běží již několik tisíc hodin. Ačkoli požadované životnosti nebylo zatím plně dosaženo, VAUTID s naprostou důvěrou očekává, že se tak brzy stane.

 

c) Stát: Německo

Typ mlýna: EVT Typ RP 943 X

 

Jednomu dodavateli energie z jižního Německa bylo dodáno devět kompletních mlecích bandáží. Tyto mlecí bandáže byly odlity ve firmě VAUTID, opracovány podle profilu opotřebení a pak navařeny pomocí plněných drátových elektrod VAUTID. V tomto případě byly k montáži připravené mlecí bandáže pro uhelný mlýn EVT kompletně dodány jednou firmou – lité základní těleso a navaření.

obr10

Díky tomuto řešení mlecích bandáží může být životnost oproti původně použitým materiálům jako např. tvrdé niklové slitině nebo silně chromem legovaným litým materiálům prodloužena o 1,5násobek. Prodloužení životnosti vždy závisí na jakosti rozemletého uhlí (různý původ uhlí a složek uhlí může vést k výrazným změnám životnosti) a na ročním objemu výroby v mlýnech.

obr11

d) Stát: Německo

Typ mlýna: Gebr. Pfeiffer MPS 200

 

VAUTID obdržel zakázku na regeneraci několika mlecích bandáží pro jednoho dodavatele energie v okolí Stuttgartu. Opotřebené mlecí bandáže z uhelné elektrárny byly odeslány firmě VAUTID a zde v dílně navařeny pomocí plněných drátových elektrod VAUTID-100.

obr12

Mlecí tělesa ve vertikálních mlýnech melou uhlí a díky navařeným materiálům VAUTID mohou dosáhnout životnosti až 10 000 provozních hodin. S tímto řešením je možno nejenom významně snížit náklady na údržbu, nýbrž také docílit pozitivního účinku na výrobní efektivitu mlýnů.

obr13

Shrnutí

Při regeneraci mlecích válců je třeba disponovat různými znalostmi:

a) Know-how provozování příslušných strojů a aparatur. Pro horizontálně běžící mlecí talíř je nutno mít odpovídající velké polohovadlo, na které lze umístit až tři hořáky současně k navařování svařovaného materiálu. Pro vertikálně pracující mlecí válce stačí jednoduché polohovadlo, které se z poloviny nachází v prohlubni. Tak je nejvyšší bod na válci, tedy místo navařování, dosažitelný a viditelný pro pracovníka obsluhy stroje.

b) Znalost metalurgických vlastností svařovaných základních materiálů. Originální vybavení od výrobce mlecími nástroji je většinou vyrobeno z chromniklové tvrzené litiny, která je po prvním opotřebení regenerována tvrdými slitinami obsahujícími chrom a uhlík. Neomezená regenerace není možná. Po 3. až 5. regeneraci nastává únava základního materiálu. Mikroskopické trhliny pak vedou k makroskopickým vadám, prasklinám a výlomům.

c) Znalost výhod a nevýhod různých metod svařování. Ve většině případů se aplikuje obloukové navařování. Je možné, použít i navařování v ochranné atmosféře metodou MIG nebo navařování pod tavidlem. Posledními dvěma metodami se získává lepší kvalita návaru, tyto metody však jsou o něco dražší.

d) Znalost vlastností navařovacích materiálů. Navařovací materiály mohou být použity podle individuální potřeby na aktuální spektrum opotřebení. V daném případě se jedná o otěr bez významného teplotního nebo korozivního zatížení. Legování FeCrC, jehož čistý svarový kov má tvrdost cca 63 HRC, je tím pravým řešením, neboť primární karbidy ve struktuře několikrát prodlužují životnost mlecích bandáží a mlecích talířů.

e) Dlouholeté zkušenosti z různých zemí a oblastí nasazení nám dávají možnost vyvíjet individuální zákaznická řešení opotřebení pro využití ve vertikálních uhelných mlýnech. Jedním z hlavních témat je přitom analýza poměru nákladů a dosažených výnosů pro konečného uživatele. Zde by měly být brány v úvahu nejen čisté náklady na údržbu, nýbrž také případné možnosti zvýšení výrobní kapacity a snížení spotřeby energie ve mlýnech, protože tyto faktory mají značný ekonomický dopad na provoz válcových mísových mlýnů.

 

TEXT/FOTO Dr. Helmut Riegger, Jonas Wasserka, VAUTID GmbH, Ostfildern