سنگ شکن در کارخانجات مختلفی نظیر معدن، فولاد و سیمان یک تجهیز اساسی در شروع فرآیند تولید است. این تجهیز به دلیل این که می‌بایست نیروی زیادی به سنگ‌ها و دیگر مواد ورودی اعمال کند، انرژی زیادی مصرف می‌کند. اما بازدهی این انرژی مصرفی را می‌توان با استفاده از روغن تخصصی بهبود داد. در این نوشته، به چگونگی بهبود بازدهی انرژی در سنگ شکن‌های HPGR (high-pressure grinding roll) پرداخته می‌شود.
برای بررسی اهمیت بهبود انرژی مصرفی در بخش خردایش کارخانه‌ها نیاز است تا با ارائه‌ی یک سری اعداد به واقعیت موضوع پی برد. 37 درصد از انرژی مصرفی دنیا در بخش تولید صنعتی استفاده می‌شود و فعالیت‌های معدنی بیش از 6 درصد را به خود اختصاص می‌دهند و انرژی لازم برای خردایش بیش از نیمی از کل انرژی مصرفی در معادن است. در نتیجه چیزی حدود 3 درصد از کل الکتریسیتهی تولیدی در دنیا در بخش خردایش کارخانجات معدنی و مشابه آن مصرف می‌شوند. پس بهبود حداقلی در یکی از تجهیزات بخش خردایش، به معنای ذخیرهی قابل توجه انرژی و پول است.
HPGR به طور کلی یک تجهیز با بازدهی بالا است در این حد که معمولاً نیازی به خردایش اولیه در پایین دست خط تولید نیست. آن چیزی که این بهره‌وری بالا را دارد، مکانیسم غلطک‌هایی است که در خلاف یکدیگر حرکت می‌کنند و با اعمال فشار زیاد، تنش و ترک‌های ریزی را بر روی مواد اعمال می‌کنند. از منظر انرژی در HPGR، موتور الکتریکی بیش‌ترین مصرف الکتریسیته را دارد. در این تجهیز ابتدا گشتاور خروجی الکتروموتور وارد گیربکس سیاره‌ای می‌شود تا محور غلطک‌های سنگ‌شکن به چرخش درآیند و خردایش انجام شود.
مصرف انرژی در HPGR به حجم مواد ورودی، نوع مواد ورودی، سرعت خردایش و دما بستگی دارد. این‌ها مواردی هستند که معمولاً خیلی قابل کنترل در راستای کاهش مصرف انرژی نیستند. آن چه برای ما اهمیت فراوان دارد، کاهش مصرف انرژی در گیربکس است. در گیربکس، حرکت قطعات بیش‌تر افت انرژی را در بر می‌گیرند. تعدادی از فاکتورهای مکانیکی که بر روی مصرف انرژی تأثیر می‌گذارند، عبارتند از:
- نوعی دندانه‌ی دنده (به طور مثال Helical یا Spur)
- شکل دندانه‌ی دنده
- سختی سطوح
- نوع و طراحی درزگیرهای دینامیکی
- اندازه‌ی یاتاقان‌ها، دنده‌ها و محورها
- تعداد، نوع و سایز درایوهای کمکی
- حداکثر گشتاور مورد نیاز
پارامترهای بالا، معمولاً قابل تغییر در یک گیربکس نیستند. چیزی که می‌توان با تغییر آن به کاهش مصرف انرژی کمک کرد، روغن داخل گیربکس است. روانکار داخل گیربکس، یک فیلم نگهدارنده بر روی دندانه‌ها و یاتاقان‌ها جهت جلوگیری از خردگی و سایش ایجاد می‌کند. در خود این فرآیند روانکاری نیز دو نوع اتلاف انرژی وجود دارد: نوع اول، به اصطلاح مستقل از بار (load-independent) است. بدین منظور که تفاوتی ندارد که میزان حجم ورودی به سنگ‌شکن چه قدر باشد، بلکه این اتلاف انرژی صرفاً به خاطر حرکات تجهیزات و انتقال سیال روغن انجام می‌شود. اما نوع دوم، به بار وابسته است (load-dependent) و به خاطر اصطکاک بین قطعات دوار نظیر اصطکاک بین دندانه‌های دنده‌ها ایجاد می‌شود. طبیعی است هر چه بار ورودی بیش‌تر باشد، این اصطکاک و افت انرژی بیش‌تر خواهد بود.
پارامترهای یک روغن مؤثر در بازدهی جعبه دنده
بازدهی انرژی به طور قابل توجهی از ویژگی‌های روغن که در زیر بیان شده‌اند، تأثیر می‌گیرد:
- ویسکوزیته: هر چه ویسکوزیته بیش‌تر باشد، فیلم روانکار قوی‌تری شکل می‌گیرد، اما از طرفی ویسکوزیته‌ی بالاتر به معنای ضریب اصطکاک بالاتر و مصرف انرژی بیش‌تر است.
- رفتار ویسکوزیته-دما: ویسکوزیته‌ی یک روغن با دما تغییر می‌کند. برای مصرف انرژی کم‌تر، بهتر است از روغن‌هایی استفاده شود که رفتارشان کم‌تر به دما بستگی داشته باشد.
- چگالی: هر چه روغن‌ها چگال‌تر و سنگین‌تر باشند، انرژی زیادتری برای به حرکت درآوردن آن‌ها نیاز است.
- نوع روغن پایه: روغن‌های پایه بسته به نوعشان در نهایت ضریب اصطکاک متفاوتی در گیربکس ایجاد می‌کنند. به طور کلی روغن‌های سینتتیک PAO، ضریب اصطکاک کم‌تری نسبت به روغن‌های معدنی و روغن‌های PG ضریب اصطکاک کم‌تری نسبت به روغن‌های سینتتیک PAO دارند.
- افزودنی‌های روغن: افزودنی‌ها می‌توانند دیگر پارامترهای روغن را تحت تأثیر قرار دهند و در نهایت بر ضریب اصطکاک تأثیر مثبت یا منفی بگذارند.
چگونه یک روغن برای جعبه دنده HPGR انتخاب کنیم؟
انتخاب روغن، یک مسئله‌ی چند بعدی است. به طور مثال، اگر بخواهیم با کاهش ویسکوزیته، مصرف انرژی را کم کنیم، فیلم روانکار ضعیف‌‌تری خواهیم داشت و ممکن است که عمر تجهیزات مکانیکی داخل گیربکس کاهش یابد. همین‌طور در انتخاب نوع روغن پایه، چگالی و… نیاز است که چندین پارامتر در نظر گرفته شود در نهایت بهترین انتخاب را انجام داد. به طور فنی بهتر است، مصرف‌کنندگان به توصیه‌ی سازندگان دستگاه توجه کنند. علاوه بر این با پایش دقیق انرژی مصرفی با استفاده از روانکارهای تخصصی در گیربکس‌ها، می‌توان به دیدگاه جامع‌تری رسید. شرکت کلوبر لوبریکشن در یک مطالعه‌ی موردی میزان مصرف انرژی در HPGR یک کارخانه‌ی معدنی در آمریکای جنوبی را بررسی کرده است.
حجم روغن مورد نیاز برای این HPGR، هزار لیتر بوده است. با در نظر گرفتن توصیه‌ی سازنده و همچنین توصیه‌ی کارشناسان شرکت کلوبر، روغن این تجهیز به روغن پلی گلایکول Klubersynth GH 6-320 تغییر کرد. قبل و بعد از این تغییر روغن، میزان مصرف انرژی به طور دقیق جمع‌آوری شد. نتیجه به این صورت بود که به طور ماهیانه حدود 69 مگاوات ساعت، میزان مصرف انرژی کاهش پیدا نمود. این میزان کاهش مصرف با در نظر گرفتن مصرف انرژی در کشور مدّ نظر حدود 40 هزار دلار بوده است که بسیار قابل توجه است. حتی اگر این عدد با در نظر گرفتن تعرفهی انرژی در ایران حساب شود، سالیانه حدود 65 میلیون تومان صرفه‌جویی هزینه به دنبال دارد (قیمت تعرفه‌ها در سال 1398 در نظر گرفته شده است).
علاوه بر کاهش هزینه‌های انرژی، بهره‌وری کلی کارخانه و تولید کم‌تر گازهای گلخانه‌ای نیز به همراه خواهد بود.
نتیجه گیری
در تجهیزاتی که مصرف انرژی بالایی دارند، یکی از ساده‌ترین راهکارها برای کاهش مصرف انرژی، استفاده از روانکارهای تخصصی است که بتوانند علاوه بر انجام روانکاری به نحو احسن، ضریب اصطکاک بین قطعات متحرک را کاهش دهند. روغنی که نتایج آن در HPGR مورد بررسی قرار گرفته‌است، روغن Klubersynth GH 6-320 محصول شرکت کلوبر لوبریکشن است.
برای انتخاب روغن جعبه دنده HPGR خود، نیاز به مشاوره دارید؟
در صورتی که برای انتخاب روغن تجهیز ارزشمند HPGR نیاز به مشاوره دارید، کارشناسان فنی ما در شرکت مانا شگرد پایا (نمایندگی انحصاری و دفتر پشیبانی فنی کلوبر لوبریکیشن در ایران)، آماده‌ی پاسخ گویی هستند.
