JP7186246B2 - 研削装置の生産性を向上させるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、研削装置の生産性を向上させるための方法に関し、研削装置の最適摩耗ジオメトリは、保護層を適用することによって維持され、それにより、装置が故障する脆弱性を低減させ、装置の生産性を向上させる。

研削工具の圧壊効果は、特に摩耗の発生によって影響を受ける。研削される粒子が硬くなるにつれて、研削工具上の材料の損失または摩耗が大きくなり、その結果、研削装置のスループットおよび製品品質に影響を及ぼす。研削プロセス中の特定のエネルギー要件は、摩耗の関数として変化する。エネルギー要件は、いわゆる「バスタブ曲線」に従い、研削ユニットが摩耗するにつれて、最初に、エネルギー要件が減少し、次いで、安定段階に入り、最後に、急勾配で増加する。
先行技術

現在、研削プロセスの費用を低減させ、かつ製品品質およびミルのスループットを安定させるために、様々な技術が利用されている。例えば、摩耗した研削ユニットまたは研削要素は、交換または溶接によって修理される。どちらの場合でも、研削ユニットの元々のジオメトリが復元される。

研削装置における摩耗保護の向上および摩耗の最小化は、装置の可用性の増加、ダウンタイムの低減、および保守間隔の延長につながる。今日では、特に、摩耗から研削ユニットを保護するために、３つの異なる材料群が使用されている。

日々の使用では、クロム鋳鉄で作製された研削部品が標準的な材料になってきている。これらの材料は、非常に良好な耐摩耗性を有し、よって、６３０～８００ ＨＶ２０の安定した硬度により、均一で予測可能な摩耗が達成され、それに応じて、修理間隔を計画することができる。これらの材料の耐用年数はまた、肉盛溶接によって延長させることもできる。

一般に、鋳鋼で作製される研削工具は、肉盛溶接によって、耐磨耗性をより高めることができる。肉盛溶接では、表面保護として高合金材料が高負荷の構成要素に適用される。溶接材料は、クロミウムおよび炭素を含有するが、所望の耐摩耗性に応じて、ニオブ、バナジウム、その他などの他のカーバイド形成物質を使用することができる。

材料の第３の群は、複合鋳造物から作製された研削部品を含む。この場合では、２つ以上の材料を建設的に組み合わせて、複合材料を形成する。研削工具は、好ましくは金属マトリックス複合材料で作製され、セラミック継手がダクタイル鋳鉄に埋設されている。このようにして、特に硬質で耐磨耗性の研削工具が得られる。

例えば、独国特許出願公開第３９２１４１９号Ａ１は、一体化されたセラミックセグメントによって研削ローラーおよび研削トラックの研削面が保護されるローラーミルを記載している。研削要素は、はるかに高い耐摩耗性の材料で作製されたセグメントを適用することによって外装され、これは、研削要素の耐用年数を延長させる。

独国実用新案第２０３２１５８４号Ｕ１は、回転研削トラックおよびそれに沿って回転する研削ローラーを伴う研削チャンバを有する、ローラーミルを記載している。極めて高いレベルの動作信頼性を確保するために、６つの研削ローラーが、３×２のローラーミルに配設されている。したがって、このモジュール式システムでは、ローラーの摩耗部品に故障または損傷が生じた場合に、ローラーミルを短時間停止し、一対のローラーを枢動させる可能性が存在する。次いで、取り外した研削ローラーを修理している間、ローラーミルは、４つの研削ローラーで動作させ続けることができる。このようにして、生産の停止を回避することができる。

上記の方法は、研削ユニットの耐摩耗性を向上させるために、および／または信頼性の高い生産を確保するための使用に成功している。それでもやはり、今日でも、研削プロセス中の研削要素の摩耗は、依然として品質およびコストの決定因子であり、よって、研削ユニットおよび／または研削要素の摩耗を低減させるための選択肢および方法を見出す必要性が存在し続けている。

本発明の目的は、研削ユニットおよび／または研削要素の耐用年数を、従来技術において知られている程度を超えて延長させることを可能にする方法を提供することである。

この目的は、研削装置の生産性を向上させるための方法によって達成され、この方法は、最初に、研削装置を従来通りに動作させることによって、研削ユニットの最適摩耗ジオメトリに到達するステップを含む。最適摩耗ジオメトリは、研削装置の特定のエネルギー要件が、事前に指定されたスループットの最小値に到達したときに見出される。エネルギー要件は、いつ最適摩耗ジオメトリに到達したかを検証および決定するために、連続的に測定および記録される。次いで、薄い摩耗保護層を研削ユニットまたは研削要素の、特に研削ローラーおよび研削プレートの表面に適用することによって、最適摩耗ジオメトリを維持する。

摩耗保護層を適用するためのあらゆる既知の方法を使用することができる。薄い摩耗保護層は、好ましくは肉盛溶接またはレーザクラッディングによって適用される。

一例として、ＷＣ、ＣｒＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、およびＮｂＣなどの超硬合金またはカーバイド超硬材料を、摩耗保護層の材料として使用することができ、本発明の好ましい実施形態では、所望の耐摩耗性に従って適切なカーバイド形成物質でドープした超硬合金が適用される。

本発明による方法は、特に垂直ローラー研削装置に好適であり、コーティングされる研削ユニットまたは研削要素は、研削ローラーおよび研削プレートである。

適用される摩耗保護層の層厚さは、好ましくは１～５ｍｍである。

本発明はまた、表面に薄い摩耗保護層をコーティングした研削面を有する研削要素にも関する。本発明によれば、研削要素は、最適摩耗ジオメトリを有し、これは、研削プロセス中にエネルギー要件の連続的な測定および記録によって決定され、また、最小のエネルギー要件が事前に指定されたスループットに到達するジオメトリとして画定される。

好都合な一実施形態では、摩耗保護層は、肉盛溶接した層である。

本発明のさらに好都合な一実施形態では、研削要素は、垂直ローラー研削装置の部品であり、コーティング面は、研削ローラーおよび研削プレートの研削面である。薄い摩耗保護層の層厚さは、好都合には、１～５ｍｍである。

本発明は、大部分の既知の研削プロセスの研削要素または研削ユニットが、最終的に、研削要素の摩耗によってのみ可能になり、また、研削装置の特定の動作時間の後に自動的に生じる、最適摩耗ジオメトリを生じる知識および概念に基づいている。エネルギー要件は、いわゆる「バスタブ曲線」に従い、研削ユニットが摩耗するにつれて、最初に、エネルギー要件が減少し、次いで、安定段階に入り、最後に、急勾配で増加する。したがって、エネルギー消費を使用して、いつ最適摩耗ジオメトリが達成されたかを決定することができる。最適摩耗ジオメトリは、エネルギー消費が安定したスループットに対して最小値であるときに達成される。製品品質も安定したレベルのままであるこの状態は、研削方法の最適量に相当する。

より長い動作期間にわたって、累進摩耗により研削要素のジオメトリが変化し、エネルギー要件が増大し、一方で、生産性が低下する。特定の摩耗ジオメトリを超えると、研削要素の摩耗が急速に増加するので、質的および量的に補償された研削動作を確保する場合は、研削要素を修理または交換しなければならない。この段階で、研削装置は、研削プロセスが不安定であるときに振動ピークが発生するので、特に生産が中断し易くなり、これは、全体的な装置の故障を防止するために連続生産を中断することを必要にする。その結果、装置の可用性が低下し、製品品質が低下し、製品収率が大幅に低下する。全ての現在の研削技術では、この状態は、特定の動作期間の後に到達し、この時点での装置のさらなる動作がもはや経済的な意味をなさないので、研削要素を修理または交換することによって修理しなければならない。

本発明は、研削要素がそれらの最適摩耗ジオメトリを有する理想状態を維持し、したがって、研削される製品の生産性（収率、コスト、および質）を向上させる、という概念に基づいている。この状態は、エネルギー要件の最小値に到達していることに反映されるので、対応するジオメトリを維持するための最適な時点は、エネルギー要件の連続的な測定および記録によって、単純な様式で決定することができる。本発明によれば、薄い摩耗保護層は、研削要素のジオメトリが変化せず、一方で、表面の耐摩耗性が増加し、それによって、ジオメトリが維持されるように、この時点で、研削ユニットまたは研削要素の表面の摩耗を起こしやすい部分に適用される。装置を動作させ続けた場合、このジオメトリは、維持されていないジオメトリと比較して、あまり急激に変化せず、よって、理想状態がより長く維持され、かつ追加的なダウンタイムを伴うことなく、をより長い期間にわたって研削装置動作させることができる。

この方法を繰り返し使用することによって、この装置は、最適ジオメトリ範囲内で長い期間にわたって連続的に動作させることができる。具体的には、動作はまた、通常の摩耗測定によって監視することもでき、研削要素の摩耗の状態に応じて、必要な再生または維持手段を適切に行って、最適摩耗ジオメトリを得て、連続動作を可能にすることができる。

本発明は、セメント用の研削装置の数値的な例を使用して、下でさらに詳細に説明する。控えめな評価によれば、上記の手段は、研削装置の可用性を５％以上向上させるはずであり、これは、５％の生産性の増加に相当する。２００トン／時の製造の場合、これは、８６，４００トン／年のさらなる製造に対応し、これは、１２ユーロ／トンの現実的な利益において、１，０３６，８００ユーロのさらなる収益に相当する。同時に、２８キロワット時／トンの典型的なエネルギー要件の場合、最適摩耗ジオメトリによる連続動作は、推定で最小３％のエネルギーコストを節約し、これは、年間の生産が１５０万トンの場合（９０％の利用を計算した）、約０．１５ユーロ／ｋｗｈのエネルギーを節約し、１８９，０００ユーロに相当する。

本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら下で説明するが、これらの図面は、説明することのみを意図したものであり、限定するものとして解釈されるべきではない。図面では、
垂直ローラー研削装置の詳細の断面図である。 垂直ローラー研削装置の詳細の断面図である。 垂直ローラー研削装置のローラーの詳細の断面図である。 垂直ローラー研削装置のローラーの詳細のさらなる断面図である。

以下、本発明を、上に列記した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、例えばセメント産業で使用されているような、垂直ローラー研削装置の詳細の断面図である。固定の回転可能な円筒研削ローラー１は、回転駆動研削テーブルまたは研削トラック４に対して弾性的に押し付けられ、研削トラック４は、研削ローラー１が押し付けられる領域において研削プレート２によって補強される。研削ユニットまたは研削要素（研削ローラー１および研削プレート２）は、それらの元々の状態にあり、滑らかで完全なプロファイル５、６を有する。

図２は、より長い研削動作後の、図１と同じ配設を示し、この時点で、研削ローラー１、同じく研削プレート２は、それらの典型的な摩耗プロファイル７、８を有する。

図３では、研削ローラー１の詳細を断面図で見ることができ、研削ローラー１は、その最適摩耗プロファイル７に到達している。この図では、元々のプロファイル５を破線で示す。

最後に、図４は、図３と同じ表現様態で研削ローラー１を示し、この時点で、その最適摩耗プロファイル７は、提示する事例において破線で示す薄い摩耗保護層９によって維持される。

研削プレート２もまた、最適摩耗プロファイルに到達しており、これは、薄い摩耗保護層によって、同じ方法で維持されている。この時点では、研削ローラー１に相当する最適摩耗プロファイルを有する研削プレート２の追加のグラフィック表現を取り除いている。

冒頭で既に述べたように、上記の図面は、説明することのみを意図したものであり、限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、本発明の概念の原理は、動作中に最適摩耗ジオメトリがその摩耗部品にも確立される、任意の他の研削装置に適用することができる。摩耗保護層の形成もまた、肉盛溶接に限定されず、むしろ、任意の他の既知の技術を使用して実装することができる。本発明の利点を完全に利用するためには、最適摩耗ジオメトリを維持するための正確な時間が選択されることを確保することしか必要としない。

したがって、本発明はまた、好都合に、研削ユニットの耐摩耗性を向上させるためのおよび／または信頼性の高い製造を確実にするための他の既知の方法と組み合わせることもできる。例えば、独国実用新案第２０３２１５８４号Ｕ１に記載されているように、実質的に生産を停止することなく、システムが動作中である間に研削ローラーを枢動させることができる場合、生産に損失を生じさせることなく、最適摩耗プロファイルを研削ローラーの表面に維持することができ、同時に、システムの修理間隔が延長される。
参照符号一覧
１ 研削ローラー
２ 研削プレート
３ 研削チャンバ
４ 研削トラック
５ 元々のプロファイル（研削ローラー）
６ 元々のプロファイル（研削プレート）
７ 摩耗プロファイル（研削ローラー）
８ 摩耗プロファイル（研削プレート）
９ 摩耗保護層

Claims (6)

1. 研削装置の生産性を向上させるための方法であって、前記方法が、
   －前記研削装置の従来の動作によって、研削ユニットの最適摩耗ジオメトリに到達するステップであって、前記研削装置の特定のエネルギー要件が、事前に指定されたスループットの最小値に到達したときに、最適摩耗ジオメトリが存在する、到達するステップと、
   －前記最適摩耗ジオメトリを維持するステップであって、
   いつ前記最適摩耗ジオメトリに到達したかを検証するために、前記エネルギー要件が、研削プロセス中に連続的に測定および記録されること、ならびに薄い摩耗保護層（９）を前記研削ユニット（１、２）の表面に適用することによって前記最適摩耗ジオメトリが維持されることを特徴とする、維持するステップと、を含む、方法。
2. 前記薄い摩耗保護層（９）が、肉盛溶接によって適用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記薄い摩耗保護層（９）の材料が、超硬合金、ＷＣ、ＣｒＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、およびＮｂＣからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 超硬合金層が、薄い摩耗保護層（９）として適用されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記研削装置が、垂直ローラー研削装置であり、コーティングされる前記研削ユニットまたは研削要素が、研削ローラー（１）または研削プレート（２）であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記薄い摩耗保護層（９）の層厚さが、１～５ｍｍであることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

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