Модернизация узла системы транспортировки пыли электрофильтров в желоб смыва огарка Обжигового цеха ПАО «ЧЦЗ»

IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Модернизация узла системы транспортировки пыли электрофильтров в желоб смыва огарка Обжигового цеха ПАО «ЧЦЗ»

Шабалин А.В. 1Усманов А.Р. 1Путилов С.М. 1Резанов Т.И. 1
1ГБОУ "ЧОМЛИ"
Овсяницкий Д.Н. 1Соловьёв А.В. 2
1ГБОУ "ЧОМЛИ"
2ПАО «Челябинский Цинковый Завод»
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Проект создан совместно с ПАО «Челябинский цинковый завод»1. В обжиговом цехе ПАО «ЧЦЗ» установлен винтовой конвейер с углом наклона . При попадании инородных тел происходит обрыв винта, что приводит к выходу всего транспортёра из строя. Исходя из отсутствия свободного пространства вокруг транспортёра, и невозможности изменить место его расположения, установка каких-либо дополнительных устройств, например, отсеивающего, не представляется возможной. Каждая такая поломка может привести к временной остановке одного из основных цехов завода, что приведет к отставанию от плана по выпуску готовой продукции (Приложение 1. Рисунок 1).

Для обеспечения устойчивой и бесперебойной работы предприятия нашей команде было предложено найти или разработать транспортёр, который бы соответствовал следующим требованиям:

Устойчив к работе в условиях высоких температур;

Можно расположить под углом ;

Имеет герметичный корпус;

Должен быть унифицирован;

Не повреждается инородными телами и устойчив к их воздействию.

Работа проводилась совместно с представителями предприятия – ПАО «Челябинский цинковый завод».

Актуальность

Данная проблема является актуальной для Челябинского цинкового завода. Решение проблемы очень важно для производственного процесса.

Цель проекта

Наша цель – найти на рынке или разработать транспортёр, который бы соответствовал необходимым требованиям.

А также снижение внеплановых простоев до минимальных значений и повышение надежности транспортирующего оборудования за счет возможной модернизации действующего конвейера, либо его замены на более производительный (Приложение 1. Рисунок 2).

Задачи

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

Провести поиск имеющиеся на рынке транспортировочных систем.

Провести сравнительный анализ транспортирующих устройств.

Проработать варианты модернизации существующего конвейера, или разработать альтернативный способ транспортировки.

Приобрести материалы и изготовить модель конвейера.

Испытать установку и при необходимости внести коррективы.

Подготовить техническую документацию.

Рассчитать экономическую целесообразность внедрения проекта на производстве.

Предоставить на предприятие результаты проделанной работы.

Этапы работы

Для реализации поставленных задач работа над проектом была разбита на этапы.

Этап 1. Исследования.

В ходе исследования рынка мы нашли различные варианты транспортировочных устройств, рассмотрели возможность модернизации действующего винтового транспортера и замены его на более производительный цепной конвейер с погруженными скребками, а также выявили преимущества и недостатки каждого.

Мы также провели исследование в области влияния структуры частиц пыли на абразивный износ движущихся частей транспортеров (Приложение 1. Рисунок 3, Рисунок 4), (Приложение 2. Таблица 1).

Анализ существующих устройств транспортировки пыли

Винтовые транспортёры

Принцип работы:

Транспортировка материала происходит за счёт вращения двигателем винта особой геометрии, который переносит вещество внутри транспортировочной трубы (Приложение 1. Рисунок 5).

Преимущества:

Важное достоинство, которым обладает винтовой транспортёр в отличие от ленточного – он может перемещать материалы не только в горизонтальном направлении, но и под наклоном, и по вертикальным желобам-трубам.2

Второе преимущество – при транспортировке груз не прессуется и не слеживается, не меняет своих качеств. Для мягких материалов может наблюдаться небольшое истирание и дробление, что никак не сказывается на их характеристиках.

Третий большой плюс – винтовой транспортёр можно без труда сделать герметичным и использовать для транспортировки пылящих, вредных или агрессивных материалов.

Еще одна полезная характеристика – винтовой конвейер можно применять для смешивания двух или нескольких компонентов непосредственно в процессе транспортировки. Эту возможность широко применяют, например, в легкой промышленности – для изготовления состава для обработки кожи: в конвейер загружаются необходимые дубильные вещества, а на выходе получается тщательно перемешанный композит.

Небольшие габариты.

Простота в эксплуатации и обслуживании.

Отсутствие внешних движущихся элементов, что обеспечивает безопасность персонала.

Небольшая стоимость установки и обслуживания.

Недостатки:

Высокое энергопотребление;

Вероятность дробления материалов из-за интенсивного трения;

Относительно небольшое расстояние транспортировки (до 50 метров);

Быстрое изнашивание винта и желоба, особенно, при перемещении абразивных грузов (щебень, гравий и т.д.).

Возможное заклинивание и разрушение винта, при попадании инородных тел.

Невысокая производительность.

Транспортёры скребкового типа

Принцип работы:

Транспортировка материала происходит за счёт движения скребков, прикрепленных к тяговой цепи, которые порционно перетаскивают его по нижнему основанию кожуха (Приложение 1. Рисунок 6).

Преимущества:

Индивидуальный подход к каждому конвейеру с целью достижения быстрого надежного внедрения его без каких-либо переделок в технологическую схему и максимально удобного простого обслуживания в процессе эксплуатации.

Конструкция конвейеров высоконадежна, технологически рассчитана с большим запасом прочности, устойчива к разрушающим промышленным факторам (вибрация, излом, скручивание, резонанс и т.п.), что достигается жестким контролем каждого этапа производства – от конструкторских разработок и на их основе расчета применяемых материалов до выхода конструкций их покрасочной зоны и контрольной сборки.3

Компактность приводной и натяжной станций, обусловленная современными конструкциями и применением новейших систем привода.4

Угол наклона транспортера возможно изменять.

Возможность перемещения груза по сложной трассе без перегрузки в местах изменения направления трассы.

Возможность загрузки и разгрузки желоба в любом месте через люки в крышках, днищах и в боковых стенках желоба.

Хорошее заполнение сечения желоба, что обеспечивает высокую производительность при малой скорости транспортирования.5

Недостатки:

Затруднительность транспортирования влажных и липких грузов

Из-за трения с транспортировочным каналом значительно изнашиваются скребки, что создаёт необходимость их периодической замены.

Электромагнитный ускоритель масс Гаусса

Принцип работы:

Транспортировка материала происходит за счёт разгона частиц при помощи магнитного поля, созданного соленоидом, которое намагничивает материал и затем разгоняет его до заданной скорости (Приложение 1. Рисунок 8).

Преимущества:

Очень высокая скорость транспортировки, что позволяет увеличить объём транспортируемой продукции6.

Отсутствие каких-либо подвижных элементов, что обеспечивает безопасность обслуживающего персонала.

Небольшой износ компонентов транспортера и как следствие – снижение расходов на обслуживание.

Отсутствие избыточного шума, что значительно снижает опасное влияние на обслуживающий персонал.

Обеспечение герметичности подобного транспортёра не вызывает каких-либо трудностей.

Независимость от угла наклона.

Внедрение такой технологии значительно повысит степень модернизации производства, что может сказаться на повышении репутации предприятия и привлечении новых заказчиков.

Недостатки:

Очень высокое энергопотребление (может частично нивелироваться за счёт высокой скорости).

Образование сильнодействующих электромагнитных полей, оказывающих негативное влияние на организм обслуживающего персонала и близлежащее оборудование.

Данный тип транспортировки недостаточно исследован, что не позволяет прогнозировать результаты его внедрения.

Транспортируемые материалы должны обладать магнитными свойствами, что стало критичным для нашего исследования, так как пыль не обладает такими свойствами7.

Этап 2: Разработка решения поставленной задачи.

В процессе исследования уже имеющихся вариантов решения проблемы и при консультации со специалистами ПАО «Челябинский цинковый завод», а также с руководителями проекта, наша команда пришла к выводу о том, что наиболее эффективным решением поставленной задачи будет установка транспортёра скребкового типа (КПС). Выбрали конвейер горизонтально-наклонный, производительностью 20 т/сут, с воздушным охлаждением. Конвейер представляет собой закрытый металлический короб прямоугольного сечения, состоящий из последовательно соединенных промежуточных секций с приводной и натяжной секцией по концам. На днище короба приварены направляющие полосы из износостойкой стали марки 65Г, по которым движутся звенья рабочей ветви цепи тягового органа. Привод конвейера – редуктор Ц3У-200 – закреплен на подвижной плите, соединяемый с приводной головкой роликовой цепью, а с электродвигателем АИР160S8, N=7,5кВт и n=750об/мин – клиноременной передачей. Тяговый орган – двухрядный, состоит из двух плетей вильчатой цепи с шагом 160 мм и движется со скоростью v=0,16м/с. Звенья скребковой цепи – штампованные, выполнены из высокопрочной стали 30ХГСА. Такой транспортёр позволит эффективно исправить имеющуюся проблему. Кроме того, это сделает производственный процесс более универсальным, что означает возможность использования таких же деталей, что используются на других транспортёрах цеха, что упростит процесс обслуживания.

Кроме того, наша команда предлагает внедрить систему регулировки оборотов двигателя частотным преобразователем, которая содержит набор режимов работы, соответствующих объёму транспортируемой пыли, что позволит оптимизировать производительность и энергопотребление8. Также было решено использовать боросиликатное стекло9, в качестве покрытия транспортировочной поверхности, так как оно устойчиво к химической среде внутри конвейера и высокой температуре, а также усовершенствованные скребки, с нанесенным на них керамическим покрытием10 (Приложение 2. Таблица 2). Использование подобной технологии позволит значительно уменьшить трение в системе и продлить срок службы её компонентов.

Этап 3: Расчёт экономической эффективности разработки

Цель проекта напрямую не была связана с улучшением экономических показателей предприятия, но в процессе расчетов показала определенный эффект. Так при номинальном сроке эксплуатации скребкового конвейера в 5 лет, срок окупаемости составит 3 года, то есть после этого срока он начнет приносить чистую прибыль. А ежегодная экономия на ремонтах составит порядка 350 тыс. рублей (Приложение 3. Таблица 1).

Внедрение данного проекта окажет ощутимый положительный эффект на технико – технологическую безопасность производства и уменьшит внеплановые простои оборудования, что позволит выполнять поставленные цели по выпуску готовой продукции, а также облегчит труд ремонтного персонала.

Выводы

1. При реализации проекта наша команда достигла поставленной цели - решила инженерную задачу в области проектирования транспортирующего устройства.

2. Установка конвейера скребкового типа приведет к снижению внеплановых простоев оборудования до минимальных значений в Обжиговом цехе ПАО «Челябинский цинковый завод», что повысит надежность схемы транспортировки пыли ЭФ в желоб смыва огарка и позволит выполнять производственные планы.

3. Предложенные усовершенствования позволят оптимизировать энергоэффективность и продлят срок службы оборудования, что окажет положительный эффект на себестоимость готовой продукции.

Результатом проекта является принятое решение руководства предприятия о внедрении конвейера на производстве.

Дополнительные результаты

Кроме изменения типа транспортировщика наша команда также предложила использовать боросиликатное стекло в качестве материала для его основания, так как оно обладает рядом преимуществ по сравнению со сталью, а также использовать керамическое покрытие для защиты лопаток от механического износа. В совокупности эти предложения значительно увеличивают ресурс транспортёра и значительно повышают его производительность.

 

Список источников и литературы

Источники

Каталог [Электронный ресурс] // Сайт ЗАО «Завод Мельмаш». 2020. URL:https://melmash45.ru/katalog (дата обращения: 23.02.2020).

Конвейеры с погруженными скребками типа КПС(2М)[Электронный ресурс] //Сайт ООО «Армавирский элеватормельмаш». 2020. URL: https://www.melmash.ru/catalog/item/41-konvejery-s-pogruzhyonnymi-skrebkami-tipa-kps2m (дата обращения: 23.02.2020).

Конвейеры цепные МС-КПС [Электронный ресурс] // Сайт МельСервис. 2020. – URL: http://melservis.ru/oborudovanie/transportiruyushchee/konveyery-tsepnye-tipa-ms-kps/(дата обращения: 23.02.2020).

Купить винтовой конвейер у производителя [Электронный ресурс] // Сайт «СМК Профи». 2020. URL:http://smkprofi.ru/vintovye-konvejery/vintovoj-konvejer.html (дата обращения: 23.02.2020).

Машиностроение. Решения [Электронный ресурс] // Сайт акционерного общества «Плакат». – URL: https://www.plakart.pro/services/mashinostroenie/(дата обращения: 23.02.2020).

ПАО «Челябинский цинковый завод» (ПАО «ЧЦЗ») [Электронный ресурс] // Сайт ООО «УГМК-Холдинг». 2020. URL:http://zinc.test.ugmk.com/ru/about/o-nas (дата обращения: 23.02.2020).

Преобразователь частоты ВЕСПЕР Е2-8300-010Н 7,5 кВт 380 Вт [Электронный ресурс] // Сайт «Автоматика Комплекс Сервис». 2017 – 2020. ». – URL:http://akc-pro.ru/store/preobrazovateli-chastoty/vesper/e2-8300/e2-8300-010h (дата обращения: 23.02.2020).

Пушка Гаусса // Википедия. [2020—2020]. Дата обновления: 23.02.2020. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=105300123 (дата обращения: 23.02.2020).

Сайт PROGlass LTD. [Электронный ресурс]URL: https://proglass.ltd/xensation.html (дата обращения: 23.02.2020).

Сайт электронного магазина Alibaba.com International. 1999-2020. [Электронный ресурс]URL: https://russian.alibaba.com (дата обращения: 23.02.2020).

Литература

Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3т. Т. 1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920с.: ил.

Спиваковский А. О., Дьячков В. К. Транспортирующие машины: Учеб. пособие для машиностроительных вузов. 3-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1983. - 487 с.: ил.

 

Приложение 1

Рисунок 1 – Вид Обжигового цеха ПАО «ЧЦЗ»

Рисунок 2 – Действующий винтовой транспортер Обжигового цеха ПАО «ЧЦЗ»

Рисунок 3 – Снимок частиц пыли после обжига шихты печей КС, сделанный на электронном микроскопе JEOL JSM-6460LV

Рисунок 4 – Фотографии частиц цинкового концентрата после обжига с пористой поверхностью (слева) и оплавленных включений между частицами

Рисунок 5 – Винтовой конвейер

Рисунок 6 – Скребковый конвейер

Рисунок 7 – Проектируемый скребковый транспортер Обжигового цеха

ПАО «ЧЦЗ»

Рисунок 8 – Транспортировка при помощи электромагнитного

ускорителя частиц

Приложение 2.

1.

Состав пыли

ZnO  52%

ZnSO4  22%

MeO  15%

MeSO4  8%

ZnS  1,2%

SiO2 –  1,8%

2.

Насыпной вес пыли (max),  т/м3

2

3.

Угол естественного откоса пыли,  о

35-37

(угол откоса стенки приемных бункеров равен 60°)

4.

Гранулометрический состав пыли (крупность пыли),

0,2-0,073 мм – 2%

0,073 - 0,074 мм – 98 %

5.

Температура пыли на выгрузке,  оС

230

Таблица 1 – Характеристики транспортируемой пыли

1.

Материал основы

B2O3

2.

Плотность

2,23 г/см³

3.

Удельная теплоёмкость

830 Дж/(кг·К)

4.

Коэффициент теплового расширения

3⋅10−6

5.

Рабочая температура

>450˚C

Таблица 2 – Характеристики боросиликатного стекла

Приложение 3

Экономические расчёты

Показатель

Обозначение

Формула

Ед. измерения

Оценочные расчеты

Капитальные затраты на проектирование, покупку оборудования, включая монтаж и пусконаладочные работы

Кп

Kп=С+М+H

тыс. руб.

1020,00

Затраты на проектирование и покупку оборудования

С

 

тыс. руб.

645

Затраты на монтаж нового оборудования и демонтаж старого

М

 

тыс. руб.

300

Пусконаладочные работы

Н

 

тыс. руб.

75

Эксплуатационные расходы до внедрения разрабатываемого конвейера (за 1 год)

Р1

P1=Звп+Эр+В+Зч

тыс. руб.

398,24

Затраты на заработную плату по внеплановым простоям (за 1 год)

Звп

Звп=Т*О*Кп*12

тыс. руб.

165,89

Время простоя (за 1 месяц)

Т

 

час

12,00

Стоимость работы ремонтного персонала, с учетом отчислений в ПФР, ФСС, ФОМС, НДФЛ (чел/час)

О

 

руб.

384,00

Минимальное колличество персонала, участвующего в ремонте

Кп

 

чел

3,00

Расходы на эл.энергию при работе вакуумтранспорта (за 1 год)

Эр

Эр=Т*N*Сэ*12

тыс. руб.

28,90

Мощность эл. двигателя вакуумнасоса

N1

 

КВт

75,00

Стоимость эл.энергии

Сэ

 

руб/КВт*час

2,68

Расходы на ХВС при работе вакуумтранспорта (за 1 год)

В

В=Т*Рв*Св*12

тыс. руб.

18,45

Стоимость ХВС

Св

 

руб./м3

21,35

Расход ХВС

Рв

 

м3/час

6,00

Расходы на зап.части для действующего винтового транспортера (за 1 год)

Зч

 

тыс. руб.

185,00

Эксплуатационные расходы после внедрения разрабатываемого конвейера (за 1 год)

Р2

 

тыс. руб.

60,00

Предполагаемый экономический эффект (за 1 год)

Эр

Эр=Р1-Р2

тыс. руб.

338,24

Предполагаемый срок окупаемости

Со

 

год

3,02

Таблица 1 – Предварительный экономический расчет.

1 ПАО «Челябинский цинковый завод» (ПАО «ЧЦЗ») [Электронный ресурс] // Сайт ООО «УГМК-Холдинг». 2020. URL:http://zinc.test.ugmk.com/ru/about/o-nas(дата обращения: 23.02.2020).

2 Купить винтовой конвейер у производителя [Электронный ресурс] // Сайт «СМК Профи». 2020. URL:http://smkprofi.ru/vintovye-konvejery/vintovoj-konvejer.html(дата обращения: 23.02.2020).

3 Конвейеры цепные МС-КПС [Электронный ресурс] // Сайт МельСервис. 2020.URL:http://melservis.ru/oborudovanie/transportiruyushchee/konveyery-tsepnye-tipa-ms-kps/ (дата обращения: 23.02.2020).

4 Конвейеры с погруженными скребками типа КПС(2М)[Электронный ресурс] //Сайт ООО «Армавирский элеватормельмаш». 2020. URL: https://www.melmash.ru/catalog/item/41-konvejery-s-pogruzhyonnymi-skrebkami-tipa-kps2m (дата обращения: 23.02.2020).

5 Каталог [Электронный ресурс] // Сайт ЗАО «Завод Мельмаш». 2020. URL:https://melmash45.ru/katalog(дата обращения: 23.02.2020).

6 Пушка Гаусса // Википедия. [2020—2020]. Дата обновления: 23.02.2020. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=105300123 (дата обращения: 23.02.2020).

7 Сайт электронного магазина Alibaba.com International. 1999-2020. [Электронный ресурс]URL: https://russian.alibaba.com (дата обращения: 23.02.2020).

88 Преобразователь частоты ВЕСПЕР Е2-8300-010Н 7,5 кВт 380 Вт [Электронный ресурс] // Сайт «Автоматика Комплекс Сервис». 2017 – 2020. ». – URL:http://akc-pro.ru/store/preobrazovateli-chastoty/vesper/e2-8300/e2-8300-010h(дата обращения: 23.02.2020).

9 Сайт PROGlass LTD. [Электронный ресурс]URL: https://proglass.ltd/xensation.html(дата обращения: 23.02.2020).

10 Машиностроение. Решения [Электронный ресурс] // Сайт акционерного общества «Плакат». – URL: https://www.plakart.pro/services/mashinostroenie/ (дата обращения: 23.02.2020).

9

10

Просмотров работы: 30