KR20210008350A - 분쇄 설비의 생산성 향상 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 분쇄 설비의 통상의 작동에 의해 분쇄 유닛의 최적의 마모 기하형상에 도달된 후, 분쇄 유닛의 표면에 얇은 마모 방지층을 적용함으로써 최적의 마모 기하형상이 보존된다.

Description

분쇄 설비의 생산성 향상 방법
본 발명은 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 분쇄 설비의 최적의 마모 기하형상을 보호 층을 적용함으로써 보존하고, 이에 의해 분쇄 설비의 고장에 대한 민감성이 감소하고 분쇄 설비의 생산성이 향상된다.
기술분야
분쇄 공구의 파쇄 효과는 특히 마모의 진전에 영향을 받는다. 분쇄되는 입자가 단단할수록 분쇄 공구의 재료 손실이나 마모가 더 커지는데, 이는 분쇄 설비의 처리량과 제품 품질에 영향을 미친다. 분쇄 공정 중의 특정 에너지 요구량은 마모의 함수로서 변한다. 에너지 요구량은 소위 "욕조 곡선(bathtub curve)"을 따르며, 여기서 에너지 요구량은 처음에는 감소하고, 그 다음 일정한 단계로 들어가고, 마지막으로는 분쇄 유닛이 마모됨에 따라 급격히 증가한다.
분쇄 공정 비용을 줄이고 제품 품질과 밀링 처리량을 안정화하기 위해 현재 다양한 기술이 활용되고 있다. 예를 들어, 마모된 분쇄 유닛 또는 분쇄 요소는 용접으로 교환 또는 수리된다. 두 경우 모두, 분쇄 유닛의 원래의 기하형상(geometry)이 복원된다.
분쇄 설비에서 마모 방지 기능이 향상되어 마모가 최소화되면 설비의 가용성이 증가하고 중단 시간이 감소하며 유지 보수 간격이 연장된다. 특히, 분쇄 유닛의 마모를 방지하기 위해 현재는 세 가지 다른 재료 그룹이 사용되고 있다.
크롬 주철로 만든 분쇄 부품은 일상적인 사용에서 표준 재료가 되었다. 이러한 재료는 내마모성이 매우 우수하여서, 630 내지 800 HV20의 일관된 경도로, 균일하고 예측 가능한 마모가 달성되고, 그에 따라 수리 간격을 계획할 수 있다. 이러한 재료의 사용 수명은 또한 육성 용접(buildup welding)으로 늘릴 수 있다.
일반적으로, 주강으로 만든 분쇄 공구는 육성 용접으로 내마모성을 높일 수 있다. 육성 용접에서는 고 하중 부품의 표면 보호용으로 고 합금 재료가 적용된다. 용접 재료에는 크롬과 탄소가 함유되는데, 원하는 내마모성에 따라 니오븀, 바나듐, 또는 기타와 같은 그 밖의 다른 탄화물 형성 물질을 사용할 수 있다.
세 번째 재료 그룹에는 복합 주조로 만든 분쇄 부품이 포함된다. 이 경우, 2종 이상의 재료가 구조적으로 결합되어 복합 재료를 형성한다. 분쇄 공구는 바람직하게는 연성 주철에 세라믹 피팅이 매립된 금속 매트릭스 복합 재료로 만들어진다. 이렇게 하여 특히 단단하고 내마모성인 분쇄 공구를 얻을 수 있다.
예를 들어, 독일 공개 특허 공보 DE 39 21 419 A1호는 분쇄 롤러와 분쇄 트랙의 분쇄 표면들이 통합형 세라믹 세그먼트로 보호되는 롤러 밀(roller mill)을 기술하고 있다. 분쇄 요소들은 훨씬 더 높은 내마모성 재료로 만들어진 세그먼트를 적용함으로써 강화되는데, 이는 분쇄 요소들의 수명을 늘린다.
독일 공개 실용신안 공보 DE 203 21 584 U1호는 분쇄 트랙이 회전하는 분쇄 챔버와, 이 분쇄 챔버와 함께 롤링되는 분쇄 롤러들을 구비한 롤러 밀을 기술하고 있다. 아주 높은 수준의 작동 신뢰성을 보장하기 위해 6개의 분쇄 롤러가 3x2 롤러 밀에 배열된다. 모듈형 시스템에 따르면, 롤러들의 마모 부분에 부조(malfunction) 또는 손상이 발생하는 경우, 롤러 밀이 일시적으로 정지될 가능성과, 한 쌍의 롤러가 추축에서 빼내게 될 가능성이 있다. 그 때, 롤러 밀은 제거된 분쇄 롤러를 수리하는 동안 4개의 분쇄 롤러로 계속 작동할 수 있다. 이러한 방식으로 생산 중단을 피할 수 있다.
분쇄 유닛의 내마모성을 높이고/높이거나 안정적인 생산을 확보하기 위해, 위에서 설명한 조치가 오늘날 성공적으로 사용되고 있다. 그럼에도 불구하고, 오늘날까지도, 분쇄 공정 중의 분쇄 요소들의 마모는 여전히 품질 결정 및 비용 결정 요인이므로, 분쇄 유닛들 및/또는 분쇄 요소들의 마모를 줄이기 위한 선택안과 방법은 계속 찾아야 할 필요가 있다.
발명의 목적 및 설명
본 발명의 목적은 분쇄 유닛 및/또는 분쇄 요소의 사용 수명을 종래 기술에서 알려진 정도를 넘어서 증가시킬 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법에 의해 달성되는 바, 이 방법은, 먼저, 분쇄 설비를 통상의 방식으로 작동시킴으로써 분쇄 유닛의 최적의 마모 기하형상에 도달시키는 단계를 포함한다. 최적의 마모 기하형상은 분쇄 설비의 특정 에너지 요구량이 사전에 지정된 처리량을 위한 최소에 도달할 때 찾아내어 진다. 최적의 마모 기하형상에 도달한 때를 확인하고 결정하기 위해 에너지 요구량을 지속적으로 측정하고 기록한다. 그런 다음, 분쇄 유닛들 또는 분쇄 요소들, 특히 분쇄 롤러들 및 분쇄 판들의 표면에 얇은 마모 방지층을 적용하여 최적의 마모 기하형상을 유지한다.
마모 방지층을 적용하기 위해 모든 공지의 방법을 사용할 수 있다. 얇은 마모 방지층은 바람직하기로는 육성 용접 또는 레이저 클래딩에 의해 적용된다.
예컨대 WC, CrC, TiC, VC, TaC 및 NbC와 같은 경질 금속(hard metal) 또는 탄화 경질 재료가 마모 방지층 재료로 사용될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 원하는 내마모성에 따라 적절한 탄화 형성 물질로 도핑된 경질 금속이 적용된다.
본 발명에 따른 방법은 수직 롤러 분쇄 설비에 특히 적합하며, 코팅될 분쇄 유닛들 또는 분쇄 요소들은 분쇄 롤러들 및 분쇄 판들이다.
도포된 마모 방지층의 층 두께는 바람직하게는 1 내지 5㎜이다.
본 발명은 또한 표면에 얇은 마모 방지층이 코팅된 분쇄 표면을 갖는 분쇄 요소에도 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 분쇄 요소는 분쇄 공정 동안의 에너지 요구량의 연속 측정 및 기록에 의해 결정되는 최적의 마모 기하형상을 가지는데, 이는 미리 지정된 처리량에서 최소의 에너지 요구량에 도달하는 기하형상으로 정의된다.
유리한 일 실시형태에서, 마모 방지층은 육성 용접된 층이다.
본 발명의 다른 유리한 실시형태에서, 분쇄 요소는 수직 롤러 분쇄 설비의 일부이고, 코팅되는 표면은 분쇄 롤러들과 분쇄 판들의 분쇄 표면이다. 마모 방지층의 층 두께는 바람직하게는 1㎜ 내지 5㎜이다.
본 발명은 가장 잘 알려진 분쇄 공정에서의 분쇄 요소들 또는 분쇄 유닛들이 결국에는 최적의 마모 기하형상 - 이는 분쇄 요소들의 마모에 의해서만 가능하며 분쇄 설비의 특정 작업 후에 자동으로 발생한다 - 으로 발전한다는 지식과 사상에 기반을 두고 있다. 에너지 요구량은 소위 "욕조 곡선"을 따르며, 여기서 에너지 요구량은 처음에는 감소하고, 그 다음 일정한 단계로 들어가고, 마지막으로는 분쇄 유닛이 마모됨에 따라 급격히 상승한다. 따라서, 최적의 마모 기하형상이 달성된 시기를 결정하는 데 에너지 소비량을 사용할 수 있다. 일정한 처리량에서 에너지 소비가 최소일 때 최적의 마모 기하형상이 달성된다. 제품 품질도 일정한 수준으로 유지되는 이 상태는 분쇄 방법에 있어서 최적에 해당한다.
작동 기간이 더 길어지면, 분쇄 요소의 기하형상이 점진적인 마모로 인해 변하고, 에너지 요구량이 증가하고 이와 동시에 생산성이 감소한다. 특정의 마모 기하형상을 넘어서면, 분쇄 요소의 마모가 급격히 증가하므로, 정성 및 정량적으로 보상된 분쇄 작업이 보장되려면 분쇄 요소를 수리하거나 교체해야 한다. 이 단계에서, 분쇄 공정이 불안정할 때 진동 피크 - 이는 설비의 총체적 고장을 방지하기 위해 연속 생산을 중단하게 한다 - 가 발생하기 때문에 분쇄 설비는 생산 중단에 특히 취약하다. 그 결과 설비의 가용성이 감소하고 제품 품질이 감소하며 제품 수율이 급격히 떨어진다. 현재의 모든 분쇄 기술에서, 이 상태는 특정 작업 기간 후에 도달하며, 이러한 점에서는 설비를 더 이상 운영하는 것은 경제적으로 더 이상 의미가 없기 때문에, 분쇄 요소를 수리하거나 교체하여 해결해야 한다.
본 발명은 분쇄 요소가 최적의 마모 기하형상을 갖게 되는 이상적인 상태를 보존함으로써 분쇄 제품의 생산성(수율, 비용, 및 품질)이 개선된다는 사상에 기반을 두고 있다. 이 상태는 도달되는 최소의 에너지 요구량에 반영되기 때문에, 해당 기하형상을 보존하기 위한 최적의 시점은 에너지 요구량을 연속 측정하고 기록하는 것에 의해 간단히 결정될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이 시점에서 분쇄 유닛들 또는 분쇄 요소들의 표면의 마모되기 쉬운 부분에 얇은 마모 방지층이 적용되어서, 분쇄 요소의 형상이 변경되지 않도록 하고 이와 동시에 표면의 내마모성이 증가하고 그에 의해 기하형상이 보존되도록 한다. 설비가 계속해서 작동하는 경우, 이 기하형상은 보존 처리되지 않은 기하형상에 비해 덜 빠르게 변하고, 따라서 이상적인 상태가 더 오래 유지되고, 분쇄 설비를 추가 중단 시간 없이 더 오랜 기간 동안 운전할 수 있다.
이 방법을 반복적으로 사용함으로써, 설비를 최적의 기하형상 범위에서 장기간 지속적으로 운전할 수 있다. 특히, 정기적인 마모 측정을 통해 운전을 모니터링할 수도 있으며; 최적의 마모 기하형상을 얻고 지속적인 작업을 가능하게 하기 위해, 분쇄 요소의 마모 상태에 따라 필요한 재생 또는 보존 조치를 취할 수 있다.
이하에서는 시멘트용 분쇄 설비에 대한 수치 예를 사용하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 보수적인 평가에 따르면, 위에서 설명한 조치는 분쇄 설비의 가용성을 5% 이상 향상시켰는데, 이는 5%의 생산성 증가에 해당한다. 200 t/h 생산의 경우, 이는 86,400 t/a의 추가 생산에 해당하며, 이는 12유로/t의 실제 이익을 기준으로 1,036,800유로(€)의 추가 수익에 해당한다. 동시에, 28 kWh/t의 통상적인 에너지 요구량에 있어서, 최적의 마모 기하형상 상태에서의 연속 작동은 에너지 비용을 추정치로 최소 3%를 절약할 수 있으며, 이는 연간 150만 톤(90%의 가동률로 계산됨)의 생산의 경우 약 0.15유로/kWh의 에너지 비용을 기준으로 189,000유로에 해당한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명하며, 이 실시형태들은 설명으로만 의도된 것일 뿐이고, 제한적인 것으로 해석되게 하려는 것이 아니다. 도면에서:
도 1은 수직 롤러 분쇄 설비의 상세 단면도이다.
도 2는 수직 롤러 분쇄 설비의 상세 단면도이다.
도 3은 수직 롤러 분쇄 설비의 롤러의 상세 단면도이다.
도 4는 수직 롤러 분쇄 설비의 롤러의 또 다른 상세 단면도이다.
이하에서는 위에 열거된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 예를 들어 시멘트 산업에서 사용되는 수직 롤러 분쇄 설비의 상세 단면도이다. 고정식 회전 가능한 원통형 분쇄 롤러(1)는 회전 구동식 분쇄 테이블 또는 분쇄 트랙(4)에 대해 탄성적으로 가압되고, 분쇄 트랙(4)은 분쇄 롤러(1)가 가압되는 영역에 분쇄 판(2)으로 강화된다. 분쇄 유닛 또는 분쇄 요소(분쇄 롤러(1) 및 분쇄 판(2))는 원래의 상태에 있으며, 매끈하고 손상되지 않은 윤곽(profile)(5, 6)을 가지고 있다.
도 2는 긴 분쇄 작업 후의 상태를 도 1과 동일한 배열로 도시하고 있는 것으로, 분쇄 롤러(1)와 분쇄 판(2)은 이제는 그들의 전형적인 마모 윤곽(7, 8)을 갖고 있다.
도 3에서는 분쇄 롤러(1)의 세부를 단면도로 볼 수 있는데, 분쇄 롤러(1)는 최적의 마모 윤곽(7)에 도달했다. 원래의 윤곽(5)은 이 도면에 파선으로 표시되어 있다.
마지막으로, 도 4는 도 3과 동일한 표현 방식으로 분쇄 롤러(1)를 도시하고 있으며, 여기서 최적의 마모 윤곽(7)은 이제는 얇은 마모 방지층(9)으로 보존되어 있고, 이 경우에서는 파선으로 표시되어 있다.
분쇄 판(2)도 또한 최적의 마모 윤곽에 도달했으며, 이는 위와 동일한 방식으로 얇은 마모 방지층으로 보존된다. 이러한 관점에서, 분쇄 롤러(1)에 필적하는 최적의 마모 윤곽을 갖는 분쇄 판(2)의 추가 그래픽 표현은 생략되었다.
서두에서 이미 언급한 바와 같이, 위에서 설명된 도면은 설명으로만 의도된 것일 뿐이고, 제한으로 간주되어서는 안 된다. 따라서, 본 발명의 기술 사상의 원리는, 최적의 마모 기하형상이 또한 작동 중에 분쇄 설비의 마모 부품들에 확립되는 임의의 다른 분쇄 설비에 적용될 수 있다. 마모 방지층의 형성은 또한 육성 용접으로 제한되지 않으며, 오히려 임의의 다른 공지 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 이점들을 충분히 활용하기 위해서는 최적의 마모 기하형상을 보존하기 위한 정확한 시간을 선택하는 것을 보장하는 것만 필요할 뿐이다.
그렇기 때문에, 본 발명은 또한 분쇄 유닛의 내마모성을 증가시키고/시키거나 신뢰성 있는 생산을 확보하기 위한 그 밖의 다른 공지된 방법과 유리하게 결합될 수 있다. 예를 들어 독일 공개 실용신안 공보 DE 203 21 584 U1호에 설명된 바와 같이 시스템이 작동하는 동안 분쇄 롤러들을, 사실상 생산을 중단하지 않고, 추축에서 떼어낼 수 있는 경우, 생산 손실을 유발하지 않고 분쇄 롤러의 표면에서 최적의 마모 윤곽을 보존할 수 있으며, 동시에 시스템에 대한 수리 간격이 연장된다.
1 분쇄 롤러
2 분쇄 판
3 분쇄 챔버
4 분쇄 트랙
5 원래의 윤곽(분쇄 롤러)
6 원래의 윤곽(분쇄 플레이트)
7 마모 윤곽(분쇄 롤러)
8 마모 윤곽(분쇄 판)
9 마모 방지층

Claims (10)

  1. 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법으로서,
    - 분쇄 설비의 통상의 작동에 의해 분쇄 유닛들의 최적의 마모 기하형상에 도달하게 하는 단계로서, 상기 최적의 마모 기하형상은 분쇄 설비의 특정 에너지 요구량이 미리 지정된 처리량에서 최소값에 도달할 때 존재하는, 분쇄 유닛의 최적의 마모 기하형상에 도달하게 하는 단계; 및
    - 상기 최적의 마모 기하형상을 보존하는 단계를 포함하되,
    상기 최적의 마모 기하형상에 도달하는 때를 확인하기 위해 분쇄 방법 도중에 에너지 요구량을 지속적으로 측정하여 기록하고, 분쇄 유닛(1, 2)의 표면에 얇은 마모 방지층(9)을 적용함으로써 상기 최적의 마모 기하형상을 보존하는 것을 특징으로 하는, 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 얇은 마모 방지층(9)은 육성 용접에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는, 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마모 방지층(9)용 재료는 경질 금속인, WC, CrC, TiC, VC, TaC 및 NbC를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경질 금속층이 얇은 마모 방지층(9)으로서 적용되는 것을 특징으로 하는, 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    분쇄 설비는 수직 롤러 분쇄 설비이고, 코팅되는 분쇄 유닛 또는 분쇄 요소는 분쇄 롤러(1) 및 분쇄 판(2)인 것을 특징으로 하는, 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 얇은 마모 방지층(9)의 층 두께는 1㎜ 내지 5㎜인 것을 특징으로 하는, 분쇄 설비의 생산성을 향상시키는 방법.
  7. 얇은 마모 방지층(9)으로 코팅된 분쇄 표면을 갖는 분쇄 요소로서,
    상기 분쇄 요소는 최적의 마모 기하형상을 가지며, 상기 분쇄 요소(1, 2)의 최적의 마모 기하형상은 분쇄 공정 동안의 에너지 요구량의 연속 측정 및 기록에 의해 결정되고, 미리 지정된 처리량에서 최소의 에너지 요구량에 도달하는 기하형상으로 정의되는, 분쇄 요소.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마모 방지층(9)은 육성 용접층인 것을 특징으로 하는 분쇄 요소.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    당해 분쇄 요소는 수직 롤러 분쇄 설비의 일부이고, 코팅되는 표면은 분쇄 롤러(1)와 분쇄 판(2)의 분쇄 표면인 것을 특징으로 하는 분쇄 요소.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 얇은 마모 방지층(9)의 층 두께는 1㎜ 내지 5㎜인 것을 특징으로 하는, 분쇄 요소.
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