راهنمای روانکاری کوره دوار سیمان و غلتک‌های تکیه‌گاه با ویسکوزیته بالا مرجع فنی مهمی برای پایدارسازی خطوط تولید کلینکر است، زیرا کوره‌های دوار به عنوان تجهیزات استراتژیک در کارخانه‌های سیمان، تحت شرایط شدید مکانیکی و حرارتی کار می‌کنند. این سازه‌های عظیم با طول ۵۰ تا ۱۰۰ متر بر روی ۳ تا ۵ پایه فلزی یا بتنی مستقر شده‌اند و هر پایه وزن سنگین مجموعه را توسط دو غلتک تکیه‌گاه یا رولر باربر تحمل می‌کند. با توجه به شرایط بسیار دشوار در حوزه روانکاری، انتخاب و به‌کارگیری صحیح روغن‌های ویسکوزیته بالا در یاتاقان‌های تکیه‌گاه نقشی تعیین‌کننده در کاهش توقف‌های ناخواسته، جلوگیری از خرابی تایرها و افزایش طول عمر قطعات در تماس دارد.

شرایط کاری و رفتار حرارتی یاتاقان‌های غلتک تکیه‌گاه (KSRB)

غلتک‌های تکیه‌گاه کوره دوار تحت ترکیبی از بار استاتیکی و دینامیکی بسیار زیاد و سرعت دورانی فوق‌العاده پایین دوران می‌کنند. در ناحیه سوختن یا پخت کوره، دمای پوسته فلزی کوره به حدود ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد و این شار حرارتی عظیم از طریق پوسته به رولرها، تایرها و محفظه یاتاقان‌ها منتقل می‌شود. دمای استاندارد روغن در داخل یاتاقان‌های غلتک تکیه‌گاه معمولاً در بازه ۴۵ تا ۵۵ درجه سانتی‌گراد کنترل می‌شود؛ با این حال در فصول گرم سال و دمای محیطی بالای ۶۰ درجه سانتی‌گراد، حرارت واقعی فیلم روغن به شدت افزایش می‌یابد.

نکته ترایبولوژیکی حیاتی که کارشناسان نگهداری و تعمیرات باید در نظر بگیرند این است که دمای پوسته خارجی هوزینگ یاتاقان معمولاً ۱۰ تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد کمتر از دمای فیلم روغن فعال در ناحیه باربر داخل یاتاقان است. بنابراین ملاک انتخاب ویسکوزیته و تعیین شرایط تعویض روغن هرگز نباید صرفاً بر پایه دماسنج‌های بدنه بیرونی باشد، بلکه باید بر اساس دمای کاری واقعی فیلم روانکار کالیبره شود.

مبانی ترایبولوژی و ضخامت فیلم روغن در شرایط EHL

روانکاری یاتاقان‌های لغزشی یا غلتشی ساپورت رولر کوره در رژیم روانکاری الاستوهیدرودینامیک (EHL) عمل می‌کند. در روابط حاکم بر ضخامت فیلم روانکار در تئوری EHL، ضخامت فیلم الاستوهیدرودینامیک تقریباً با توان ۰٫۶۷ ویسکوزیته سینماتیک و سرعت مماسی افزایش می‌یابد؛ در حالی که وابستگی ضخامت فیلم به بار اعمالی بسیار ناچیز و با توان منفی ۰٫۰۷ است. این قاعده نشان می‌دهد که کاهش بار تأثیر ملموسی بر افزایش ضخامت فیلم سیال ندارد، اما افزایش ویسکوزیته روغن پایه یا مهار حرارت روغن، مستقیماً ضخامت فیلم محافظ را افزایش می‌دهد.

بر پایه استاندارد ISO 281 و محاسبات صنعتی نسبت گرانروی یا ضریب کاپا (κ = ν / ν₁)، همواره ویسکوزیته واقعی روغن در دمای عملکرد (ν) بر ویسکوزیته نامی مورد نیاز بر حسب ابعاد و دور (ν₁) تقسیم می‌شود. مقادیر کاپای کمتر از یک، رژیم روانکاری مرزی یا مختلط را تشدید کرده و استفاده مبرم از روانکارهای حاوی افزودنی‌های ضدسایش و فشارپذیر (EP/AW) را اجباری می‌سازد. بازه بهینه کاپا بین ۱ تا ۴ است، چرا که مقادیر بالاتر از ۴ به دلیل اصطکاک داخلی شدید مایع، حرارت خود یاتاقان را بالا می‌برد.

انتخاب رده گرانروی ISO VG و روانکارهای سنتتیک PAO و PAG

برای یاتاقان غلتک‌های تکیه‌گاه با سیستم روانکاری حمام روغن، اسکوپ گردشی یا سیستم‌های گردشی مجهز به مبدل‌های خنک‌کاری آب، روانکارهای با ویسکوزیته بالا در رده‌های ISO VG 460 یا ISO VG 680 (معادل استانداردهای AGMA 7 EP و AGMA 8 EP) انتخاب‌های پایه به شمار می‌روند. در شرایط تابستان و اوج بار حرارتی، افزایش یک رده‌ای گرانروی روغن معدنی از ISO VG 460 به ISO VG 680 راهکاری کاربردی است؛ در این تغییر، ویسکوزیته روغن در دمای ۶۰ درجه سانتی‌گراد از حدود ۱۴۷ به ۲۴۱ میلی‌متر مربع بر ثانیه ارتقا می‌یابد که به معنای افزایشی در حدود ۶۰ درصد در ضخامت فیلم روانکار خواهد بود.

روغن‌های معدنی سنتی به دلیل شاخص ویسکوزیته (VI) محدود، در برابر افت ویسکوزیته ناشی از حرارت آسیب‌پذیر هستند. راهبرد برتر، بهره‌گیری از روغن‌های سنتتیک بر پایه پلی‌آلفااولفین (PAO) یا پلی‌آلکالین گلیکول (PAG) است. این روغن‌ها به علت پایداری حرارتی فوق‌العاده و شاخص ویسکوزیته بالاتر، نوسان ویسکوزیته بسیار کمتری در دماهای بالا دارند و اکسیداسیون روغن را به تأخیر می‌اندازند. طبق قانون آرنیوس، با هر ۱۰ تا ۱۵ درجه سانتی‌گراد افزایش دمای کاری یاتاقان، طول عمر روغن پایه تقریباً نصف می‌شود؛ از این رو فرمولاسیون‌های سنتتیک در پیشگیری از پیری زودرس روانکار در مجاورت کوره سیمان اهمیت حیاتی دارند.

تحلیل مطالعه موردی و راهبردهای عملیاتی ارتقای کارایی

مطالعات میدانی نشان داده‌اند که تصمیمات دقیق در انتخاب گرید روغن می‌تواند توقف‌های خط تولید را به میزان چشمگیری کاهش دهد. به عنوان نمونه، در یک مطالعه موردی اجرا شده در کارخانه سیمان در اسپانیا، جایگزینی روغن معدنی یاتاقان‌های ساپورت رولر کوره با روغن سنتتیک PAO 680 به نتایج عملیاتی زیر دست یافت:

• مهار موفق دمای عملیاتی یاتاقان‌ها در فصول گرم و کاهش ریسک سایش موضعی.
• چهار برابر شدن عمر کارکرد روغن هیدرولیکی/روانکاری داخل یاتاقان.
• حذف کامل ۹ توقف ناخواسته سالانه، که مانع از هدررفت ۱۶ ساعت زمان آماده‌سازی کوره و افت تولید ۳۰ تن بر ساعت کلینکر در هر حادثه شد.

علاوه بر یاتاقان‌های ساپورت رولر، کوره دوار شامل سایر اجزای مرتبط است که مستلزم نظارت روانکاری هستند؛ غلتک‌های رانش (Thrust Rollers) با تماس لغزشی نیازمند گریس یا روغن‌های NLGI 1-2 EP در سیستم‌های تزریق دوخطی یا پیش‌رونده بوده و تماس تایر و پایه تایر (Tyre chair) از ترکیبات جامد یا گریس‌های ویژه گرافیتی بهره می‌برد تا سایش ناشی از حرکت نسبی تایر کنترل شود.

جمع‌بندی نهایی

روانکاری دقیق یاتاقان‌های غلتک تکیه‌گاه کوره دوار سیمان نقشی غیرقابل جایگزین در حفظ تداوم تولید کلینکر دارد. پایش دمای واقعی فیلم روانکار، انتخاب ویسکوزیته مناسب در رده‌های ISO VG 460 و 680، توجه به محاسبات ضخامت فیلم EHL و استفاده هدفمند از روغن‌های سنتتیک PAO یا PAG در فصول گرم، از عوامل کلیدی مهار حرارت و کاهش سایش به شمار می‌روند. تدوین یک برنامه بازرسی پیوسته مبتنی بر نمونه‌گیری آزمایشگاهی روغن و اندازه‌گیری نرخ اکسیداسیون، متضمن قابلیت اطمینان بالای سیستم انتقال وزن کوره و جلوگیری از توقف‌های پرهزینه خطوط تولید خواهد بود.