Prečo prstencová matrica z nehrdzavejúcej ocele robí skrutkové mlyny na pelety spoľahlivejšie a efektívnejšie?

Čo je to skrutkový mlyn na pelety a ako funguje jeho prstencová matrica?

Skrutkový mlyn na pelety je peletizačný stroj, ktorý používa rotačnú skrutku alebo šnekový mechanizmus na pretláčanie suroviny – zvyčajne práškových kŕmnych zložiek, biomasy alebo organických zlúčenín – cez pevnú alebo rotujúcu prstencovú matricu pod vysokým tlakom a trením. Na rozdiel od mlynov na pelety s plochou matricou, kde je materiál stláčaný smerom nadol cez vodorovnú matricu, konštrukcia závitovkového typu privádza materiál radiálne alebo axiálne do kanála matrice pôsobením závitovkového dopravníka, čím sa zabezpečuje nepretržitý, konzistentný podávací tlak, ktorý prispieva k rovnomernej hustote a dĺžke peliet. Kruhová matrica je valcový komponent v srdci tohto procesu - hrubostenný oceľový valec perforovaný s presne navrhnutými otvormi, cez ktoré sa vytláča stlačený materiál, aby sa vytvorili jednotlivé pelety.

V skrutkovom mlyne na pelety je prstencová matrica zvyčajne stacionárna, zatiaľ čo vnútorné valce sa otáčajú proti vnútornému povrchu matrice, alebo alternatívne sa matrica otáča, zatiaľ čo valce zostávajú pevné - buď konfigurácia generuje tlakovú silu potrebnú na pretlačenie materiálu cez otvory matrice. Krúžková matrica z nehrdzavejúcej ocele sa ukázala ako preferovaný materiál matrice v mnohých aplikáciách vďaka svojej kombinácii odolnosti proti korózii, dodržiavaniu bezpečnosti potravín, povrchovej tvrdosti a vynikajúcim charakteristikám opotrebovania pri abrazívnych vstupných materiáloch. Pochopenie dizajnu, vlastností materiálu a prevádzkových faktorov, ktoré riadia výkon prstencových nástrojov, je nevyhnutné pre operátorov a manažérov obstarávania, ktorí sa snažia maximalizovať kvalitu peliet, priepustnosť a životnosť nástroja.

Prečo je nehrdzavejúca oceľ uprednostňovaná pred inými materiálmi prstencových razníc

Prstencové matrice pre mlyny na pelety sa historicky vyrábali z legovaných ocelí – typicky 20CrMnTi, 42CrMo alebo podobných nauhličovaných a tepelne upravených nástrojových ocelí – ktoré ponúkajú vysokú tvrdosť povrchu po úprave a primeranú odolnosť proti opotrebeniu pri štandardnom peletovaní krmiva pre zvieratá. Krúžkové matrice z nehrdzavejúcej ocele však získali významný podiel na trhu v oblasti vodných krmív, krmív pre domáce zvieratá, farmaceutických a špeciálnych nutraceutických peletovacích aplikácií, kde matrice z legovanej ocele predstavujú obmedzenia, ktoré priamo ovplyvňujú kvalitu produktu, súlad s predpismi a prevádzkové náklady.

Základnou výhodou nehrdzavejúcej ocele je jej vlastná odolnosť proti korózii. Krúžkové matrice z legovanej ocele, bez ohľadu na úpravu tvrdosti povrchu, sú náchylné na tvorbu hrdze, keď sú vystavené kŕmnym zmesiam s vysokou vlhkosťou, úprave parou, soľným prísadám, ako sú rybia múčka a morské prísady, alebo kyslým zložkám krmív. Kontaminácia krmiva pre zvieratá hrdzou – najmä v aplikáciách pre vodné organizmy alebo krmivá pre domáce zvieratá – predstavuje vážne riziko pre bezpečnosť potravín a kvalitu výrobkov. Druhy nehrdzavejúcej ocele ako 316L, 304 alebo martenzitická 440 °C úplne eliminujú koróziu, čo umožňuje čistenie matrice vodou a čistiacimi prostriedkami medzi výrobnými sériami bez tvorby hrdze počas skladovania alebo medzi zmenami.

Druhy martenzitickej nehrdzavejúcej ocele – najmä 440C a jej varianty – sú najpoužívanejšie pre prstencové matrice, pretože kombinujú odolnosť nehrdzavejúcej ocele proti korózii so schopnosťou dosiahnuť vysokú tvrdosť povrchu tepelným spracovaním. Nerezová oceľ 440C môže po kalení a popúšťaní dosiahnuť hodnoty tvrdosti podľa Rockwella 58–62 HRC, čím sa približuje tvrdosti dosiahnuteľnej v bežných nástrojových nástrojoch z legovanej ocele, pričom ponúka výrazne lepšiu odolnosť proti korózii. To z neho robí praktickú voľbu pre aplikácie kombinujúce abrazívne zložky krmiva s prípravkami bohatými na vlhkosť alebo chemicky agresívnymi prípravkami.

Porovnanie tried nehrdzavejúcej ocele pre prstencové matrice

Nie všetky druhy nehrdzavejúcej ocele fungujú rovnako pri použití prstencových foriem. Výber vhodnej triedy musí vyvážiť odolnosť proti korózii, dosiahnuteľnú tvrdosť, obrobiteľnosť na vŕtanie otvorov a náklady. Nasledujúce porovnanie zahŕňa najčastejšie špecifikované druhy pri výrobe prstencových lisovníc na pelety.

Pre najnáročnejšie aplikácie v mlyne na pelety, ktoré kombinujú abrazívne suroviny s vlhkosťou alebo morskými prísadami, poskytuje martenzitická nehrdzavejúca oceľ 440C optimálnu rovnováhu tvrdosti a odolnosti proti korózii. Austenitické triedy ako 316L a 304 sú preferované tam, kde sa vyžaduje maximálna odolnosť proti korózii a chemikáliám a vstupný materiál nie je vysoko abrazívny – ich nižšia tvrdosť ich robí nevhodnými na abrazívne peletovanie bez rýchleho opotrebovania otvorov. Stupne precipitačného kalenia ako 17-4PH ponúkajú užitočnú strednú možnosť, kde je potrebná stredná tvrdosť a dobrá odolnosť proti korózii bez dosiahnutia plnej tvrdosti 440C.

Geometria krúžkového otvoru a jej vplyv na kvalitu peliet

Geometria otvorov v matrici je najdôležitejším konštrukčným parametrom určujúcim kvalitu peliet, spotrebu energie, priepustnosť a životnosť matrice. Dokonca aj malé odchýlky v dizajne otvorov majú merateľné dôsledky na tvrdosť peliet, obsah vlhkosti, tvorbu jemných častíc a index trvanlivosti – kľúčové metriky kvality hodnotené výrobcami krmív a zákazníkmi.

Priemer otvoru a kompresný pomer

Priemer otvoru v matrici sa vyberá tak, aby zodpovedal cieľovému priemeru peliet pre špecifický typ krmiva a živočíšny druh. Bežné priemery sa pohybujú od 1,5 mm pre krevety a mikro-vodné krmivá do 12 mm alebo viac pre krmivá pre prežúvavce a kone. Kompresný pomer – pomer efektívnej dĺžky otvoru (pracovnej dĺžky) k priemeru otvoru – určuje stupeň stlačenia aplikovaného na materiál pri jeho prechode cez matricu. Vyššie kompresné pomery vytvárajú väčšie trenie a teplo, zvyšujú tvrdosť a trvanlivosť peliet, ale tiež zvyšujú spotrebu energie a vytvárajú väčšie opotrebenie trením na povrchu matrice. Typické kompresné pomery sa pohybujú od 6:1 do 12:1 pre krmivo pre zvieratá, pričom vodné krmivá vyžadujú vyššie pomery 10:1 až 15:1, aby sa dosiahla stabilita vody požadovaná pri kŕmení rýb a kreviet.

Konštrukcia vstupného skosenia a protiľahlého otvoru

Vstupná geometria v hornej časti každého otvoru v matrici výrazne ovplyvňuje charakteristiky toku materiálu a energetickú účinnosť. Otvor s priamym vstupom bez skosenia vytvára vysoké šmykové napätie na vstupe otvoru, čo môže spôsobiť nadmernú tvorbu jemných častíc a nekonzistentnú tvorbu peliet. Zapustené alebo skosené vstupné profily – kónické vybrania obrobené na vstupnej ploche každého otvoru – hladko vedú materiál do kompresnej zóny, čím sa znižuje vstupný odpor, zlepšuje sa rovnomernosť toku materiálu a predlžuje sa životnosť lisovnice rovnomernejším rozložením opotrebovania na vstupnom povrchu. Uhol a hĺbka skosenia sú optimalizované pre špecifické zloženie krmiva a distribúciu veľkosti častíc v zmesi surovín.

Vzor otvorov, hustota a pomer otvorenej plochy

Usporiadanie a hustota otvorov na povrchu matrice určuje pomer otvorenej plochy matrice - percento čela matrice, ktorá pozostáva z otvorov otvorov, v porovnaní s pevným materiálom matrice. Vyššie pomery otvorenej plochy zvyšujú kapacitu, ale znižujú štrukturálnu integritu steny matrice medzi otvormi. Pre prstencové matrice z nehrdzavejúcej ocele, kde sú materiálové náklady vyššie ako legovaná oceľ, konštruktéri matrice starostlivo optimalizujú hustotu vzoru otvorov, aby sa maximalizovala priepustnosť pri zachovaní primeranej hrúbky steny matrice, aby sa zabránilo praskaniu pri cyklickom tlakovom namáhaní pri peletovaní. Rozložené vzory otvorov dosahujú vyššie pomery otvorenej plochy ako inline usporiadania s rovnakým priemerom otvoru a sú štandardom vo väčšine moderných dizajnov prstencových matríc.

Kľúčové rozmerové parametre pri špecifikácii prstencovej matrice

Pri objednávaní náhradného alebo nového prstencová matrica z nehrdzavejúcej ocele pre závitovkový mlyn na pelety musia byť poskytnuté presné rozmerové špecifikácie, aby sa zabezpečilo správne prispôsobenie a výkon. Rozmerové nesúlady medzi matricou a rámom mlyna na pelety vedú k nadmerným vibráciám, nerovnomernému rozloženiu tlaku valcov a predčasnému zlyhaniu matrice.

• Vnútorný priemer (ID): Vnútorný priemer prstencovej matrice sa musí presne zhodovať s priemerom zostavy valca modelu mlyna na pelety. Štandardné ID sa pohybujú od 150 mm pre malé laboratórne mlyny až po 1000 mm alebo viac pre inštalácie v priemyselnom meradle. Tolerancia ID sa zvyčajne udržiava na ±0,05 mm, aby sa zabezpečila správna vôľa medzi valcom a matricou.
• Vonkajší priemer (OD): OD určuje, ako matrica sedí v držiaku matrice alebo upínacom prstenci rámu mlyna na pelety. Nesprávna OD má za následok nesprávne upnutie, ktoré spôsobí skĺznutie matrice, vibrácie alebo praskanie na upínacích rozhraniach počas prevádzky s vysokým zaťažením.
• Efektívna šírka (pracovná dĺžka): Axiálna šírka časti otvoru matrice — rozmer, ktorý určuje kompresný pomer v kombinácii s priemerom otvoru. Efektívne šírky sa zvyčajne pohybujú od 40 mm do 100 mm v závislosti od veľkosti frézy a aplikácie.
• Celková šírka: Úplný axiálny rozmer prstencovej matrice vrátane akýchkoľvek prírub, drážkových častí alebo upínacích plôch na koncoch. Celková šírka musí presne zodpovedať šírke držiaka matrice konkrétneho modelu mlyna na pelety.
• Priemer otvoru a pracovná dĺžka: Oba rozmery musia byť špecifikované súčasne, pretože kompresný pomer, ktorý spolu definujú, určuje kvalitu peliet. Samotné špecifikovanie priemeru otvoru bez pracovnej dĺžky neposkytuje dostatočné informácie na výrobu funkčne správnej matrice.

Vlámanie novej prstencovej matrice z nehrdzavejúcej ocele

Nové prstencové matrice z nehrdzavejúcej ocele vyžadujú starostlivý postup vlámania pred spustením výrobných materiálov na plnú kapacitu. Preskočenie alebo urýchlenie procesu vlámania je jednou z najčastejších príčin predčasného zlyhania lisovnice, upchatia otvorov a zlej počiatočnej kvality peliet. Procedúra vlámania slúži na vyleštenie povrchov otvorov v matrici, vytvorenie konzistentného mazacieho filmu a tepelnú stabilizáciu matrice v prevádzkových podmienkach predtým, ako bude vystavená úrovni plného výrobného napätia.

Štandardný postup vlámania pre novú prstencovú matricu z nehrdzavejúcej ocele začína prechodom zmesi hrubého olejového materiálu – zvyčajne zmes jemných otrúb alebo pilín zmiešaných s rastlinným olejom s obsahom oleja približne 5–8 % – cez matricu pri nízkej rýchlosti posuvu a zmenšenej medzere medzi valcami počas 20 až 40 minút. Táto zmes brusiva a maziva súčasne leští povrchy otvorov v matrici a vytvára ochranný olejový film, ktorý znižuje trenie kov na kov počas prvých hodín prevádzky. Medzera medzi valcami by sa mala postupne zmenšovať smerom k prevádzkovej vôli počas prvej hodiny výroby a rýchlosť podávania výrobného materiálu by sa mala postupne zvyšovať počas prvých dvoch až štyroch hodín prevádzky, namiesto toho, aby sa okamžite zvýšila na plnú kapacitu.

Postupy údržby, ktoré predlžujú životnosť prstencovej matrice

Vysokokvalitná prstencová matrica z nehrdzavejúcej ocele predstavuje významnú kapitálovú investíciu a jej životnosť je do značnej miery určená tým, ako dobre je udržiavaná medzi výrobnými sériami a počas nich. Dôsledné postupy údržby môžu predĺžiť životnosť lisovnice o faktor dva alebo viac v porovnaní so zanedbanými lisovnicami.

• Naplňte otvory olejom nasiaknutým upchávkovým materiálom pri vypnutí: Keď sa výroba zastaví – či už z dôvodu plánovanej výmeny, ukončenia zmeny alebo údržby – otvory v matrici by sa mali vyplniť olejnatým materiálom, ako sú otruby zmiešané s olejom, aby sa zabránilo stvrdnutiu zvyškového krmiva vo vnútri otvorov počas obdobia nečinnosti. Vytvrdené podávacie zátky v otvoroch matrice sú hlavnou príčinou ťažkých reštartov, poškodenia otvorov počas čistenia a prasknutých matríc v dôsledku lokalizovanej koncentrácie napätia.
• Pravidelne monitorujte medzeru medzi valcom a matricou: Nadmerná medzera medzi valcami spôsobuje skĺznutie a nerovnomerné zhutňovanie, ktoré asymetricky urýchľuje opotrebovanie otvoru. Nedostatočná medzera spôsobuje prehrievanie a nadmerné mechanické namáhanie ako na lisovnici, tak na plášti valca. Správna medzera – zvyčajne 0,1 mm až 0,3 mm pre väčšinu aplikácií s podávaním – by sa mala overovať a nastavovať v pravidelných intervaloch pomocou škárových mierok.
• Vyčistite matrice z nehrdzavejúcej ocele vhodnými chemikáliami: Odolnosť nehrdzavejúcej ocele proti korózii umožňuje čistenie vodnými čistiacimi roztokmi, zriedenými kyslými odstraňovačmi vodného kameňa na odstránenie minerálnych usadenín a dezinfekčnými prostriedkami medzi výmenami produktov – postupy, ktoré by spôsobili rýchle poškodenie lisovníc z legovanej ocele hrdzou. Po chemickom čistení vždy dôkladne opláchnite a pred uskladnením zaistite úplné vysušenie alebo opätovné naolejovanie.
• Pravidelne otáčajte orientáciu matrice: Na mlynoch, kde distribúcia krmiva nie je dokonale rovnomerná po celej šírke nástroja, obrátenie konca nástroja na koniec v pravidelných intervaloch prerozdeľuje vzory opotrebovania a zabraňuje tomu, aby sa lokalizované zväčšenie otvorov v oblastiach s vysokým opotrebovaním vyvinulo do prasklín alebo štrukturálnych porúch.
• V pravidelných intervaloch kontrolujte a zaznamenávajte priemer otvoru: Meranie priemeru otvoru pomocou kalibrovaných zátkových kalibrov v definovaných kontrolných intervaloch poskytuje objektívne údaje o rýchlosti opotrebenia otvoru a umožňuje odhadnúť zostávajúcu životnosť matrice. Keď sa priemer otvoru zväčší o približne 10–15 % nad pôvodnú špecifikáciu, priemer peliet a konzistencia kvality sa znížia na úroveň, pri ktorej sa výmena matrice stane nákladovo efektívnejšou ako nepretržitá prevádzka.