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擠壓聯(lián)合粉磨工藝中的輥壓機(jī)、V型選粉機(jī)的選型-水泥粉磨站 |
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輥壓機(jī)自20世紀(jì)80年代中期在德國問世以來,其技術(shù)更新和推廣應(yīng)用一直受到水泥及冶金、礦山等行業(yè)的密切關(guān)注。輥壓機(jī)的工作原理屬料床擠壓粉碎,物料通過兩只高壓對輥擠壓后形成料餅,料餅中含有大量的細(xì)粉,其中80μm以下的成品顆粒約占30%左右,粗顆粒物料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)已被徹底破壞,并產(chǎn)生許多裂紋,易磨性大大改善,擠壓后的料餅中2mm以下顆粒占60—70%,為后續(xù)設(shè)置的管磨機(jī)高產(chǎn)、低耗創(chuàng)造了先決條件。
輥壓機(jī)技術(shù)歷經(jīng)20多年的發(fā)展與完善,原設(shè)備系統(tǒng)中存在的液壓件可靠性差(漏油)、輥面磨損過快(材質(zhì)及結(jié)構(gòu)形式)、聯(lián)軸節(jié)易損壞(材質(zhì)及設(shè)計(jì)缺陷)、設(shè)備振動(dòng)(除鐵、料流及設(shè)備自身或地基因素)等缺陷經(jīng)工程技術(shù)人員的其同努力,得到了較好的解決,實(shí)現(xiàn)了輥壓機(jī)、V型選粉機(jī)或打散分極機(jī)、管磨機(jī)系統(tǒng)的同步運(yùn)行,生產(chǎn)效率大大提高。
原輥壓機(jī)存在的輥面磨損快的問題,我國多采取堆焊硬質(zhì)合金層的辦法解決。國外公司則注重于整體鑄造,選用機(jī)械性能優(yōu)良的耐磨材料以及優(yōu)化設(shè)計(jì)輥面形狀,使輥面工作壽命顯著提高。據(jù)資料介紹[2]:德國洪堡公司推出的柱釘式輥面結(jié)構(gòu),輥面保證壽命達(dá)14000-20000h。該結(jié)構(gòu)形式的輥面采用硬質(zhì)合金小圓柱鑲嵌,擠壓過程中產(chǎn)生的細(xì)料充填于柱釘間的小坑,開成自然的料襯保護(hù)層,減輕了大顆粒物料對輥面的磨損程度。福建龍巖三德水泥公司引進(jìn)使用了這種由德國洪堡公司生產(chǎn)的RP140-160柱釘式輥面的輥壓機(jī)。廣東華潤水泥公司進(jìn)口的德國克虜伯一伯力鳩斯POLYCOM15/8輥壓機(jī),系整體鑄造結(jié)構(gòu)輥,輥面耐磨層厚度和硬度比堆焊硬質(zhì)合金要高許多,工作壽命保證在18000h。
國內(nèi)部分水泥企業(yè)針對輥壓機(jī)輥面的磨損問題,采用備輥的方式確保在較短的時(shí)間內(nèi)能夠及時(shí)更換下磨損嚴(yán)重的輥進(jìn)行堆焊維修,這樣比停機(jī)堆焊更節(jié)省時(shí)間,大大減輕對生產(chǎn)過程的影響。
采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝,管磨機(jī)前對物料的處理,仍屬預(yù)粉磨范疇。由于物料擠壓循環(huán)次數(shù)多,允許輥壓機(jī)消耗更多的能量,可使整個(gè)粉磨系統(tǒng)節(jié)能實(shí)現(xiàn)最大化,該工藝能使后續(xù)管磨機(jī)的增效系數(shù)達(dá)2以上。經(jīng)擠壓、打散分級后的入磨物料粒度均<1mm,系統(tǒng)產(chǎn)量大幅度提高,粉磨電耗顯著降低,已成為目前管磨機(jī)終粉磨系統(tǒng)的首選工藝。
擠壓聯(lián)合粉磨工藝整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行過程中,對輥壓機(jī)而言,細(xì)粉太多、輥縫越小、功率降低;導(dǎo)料板插入深度越深、輥縫越小、功率越低,最終導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)量下降。一般規(guī)律是:輥壓機(jī)兩主輥電流越高,說明輥壓機(jī)作功越多,系統(tǒng)產(chǎn)量越高,但輥壓機(jī)運(yùn)行電流必須控制在額定值范圍內(nèi)。[3]
以國內(nèi)某水泥研究設(shè)計(jì)院研制、開發(fā)的輥壓機(jī)為例,有以下規(guī)格、型號(hào):
表2 輥壓機(jī)技術(shù)參數(shù)
1.2 V型選粉機(jī)
擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中采用的V型選粉機(jī),其作用仍屬于對半成品粗、細(xì)粉分離。V型選粉機(jī)集打散、分級于一體,結(jié)構(gòu)簡單、耐磨性好,是一種新型的打散分級設(shè)備。V型選粉機(jī)主要是靠改變風(fēng)量來調(diào)節(jié)半成品細(xì)度。
關(guān)于V型選粉機(jī)風(fēng)量對半成品細(xì)度的影響,天津院柴星騰高工提供了下述技術(shù)參數(shù)[3]:V型選粉風(fēng)量一般按4kg/m3的喂料量控制配風(fēng),最大風(fēng)量不宜超過4.5kg/m3,以確保分級效果。V型選粉機(jī)導(dǎo)流板間的設(shè)計(jì)風(fēng)速6.7m/s左右;半成品細(xì)度達(dá)150?O/kg;實(shí)際風(fēng)速5.8m/s時(shí),半成品細(xì)度可達(dá)185?O/kg,即風(fēng)速降低,半成品變細(xì),適宜于磨制高強(qiáng)度等級的水泥。
徐州久久水泥公司φ3.2×13m圈流水泥磨前的擠壓聯(lián)合粉磨工藝中,物料經(jīng)擠壓后粗、細(xì)料分選采用Vx5815選粉機(jī),經(jīng)過V型選粉機(jī)分選后入磨物料比表面積為175—185?O/kg,該系統(tǒng)磨制比表面積360?O/kg的32.5R水泥,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)120t/h以上,噸水泥粉磨電耗24kwh/t,在國內(nèi)屬較高水平。
表3 32.5R水泥力學(xué)性能 [4]
1.3 打散分級機(jī)
打散分級機(jī)由打散和分級兩部分構(gòu)成。該機(jī)與V型選粉機(jī)本質(zhì)上都屬于與輥壓機(jī)配套的物料粗、細(xì)粉分離設(shè)備,與V型選粉機(jī)的區(qū)別在于打散分級機(jī)利用主軸轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)半成品細(xì)度,F(xiàn)以國內(nèi)某水泥研究設(shè)計(jì)院研制、研發(fā)的打散分級機(jī)為例,有以下規(guī)格、型號(hào):
表4 打散分級機(jī)技術(shù)參數(shù)
2、擠壓聯(lián)合粉磨工藝中管磨機(jī)倉長的選擇
目前,國內(nèi)采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝的水泥制備系統(tǒng),多配用三倉管磨,磨機(jī)直徑都在φ3m以上,長度11—14m。管磨機(jī)倉位長度的合理分配與選擇,是影響到整個(gè)粉磨系統(tǒng)增產(chǎn)、節(jié)電、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術(shù)參數(shù)。關(guān)于開流三倉管磨機(jī)各倉有效長度的合理選取,天津院宋天民高工和原武漢建材學(xué)院馮修吉教授給出了以下公式:
2.1 天津院宋天民高工公式[5]
L1=26%Lo
L2=24%Lo (1)
L3=50% Lo
2.2 原武漢建材學(xué)院馮修吉教授公式[6]
L1=1/4 Lo
L2= 3/4L1 (2)
L3=9/16 Lo
上述式中:L1、L2、L3分別為磨機(jī)一倉、二倉、三倉有效長度(m);Lo為磨機(jī)總有效長度(m)。
以上公式雖是在當(dāng)時(shí)磨前預(yù)處理工藝不夠完善的條件下推導(dǎo)出來的,但在擠壓聯(lián)合粉磨技術(shù)成熱并廣泛應(yīng)用的今天,仍具有指導(dǎo)意義。眾所周知:管磨機(jī)的電能利用率很低,同時(shí)管磨機(jī)對物料的粗磨能力不足,利用磨機(jī)一倉破碎被磨物料效率低、電耗高,是極不合理的。管磨機(jī)的獨(dú)特之處在于其對物料的磨細(xì)功能突出,磨制的水泥顆粒級配連續(xù)、合理;顆粒圓形度好;但在實(shí)際生產(chǎn)中必須嚴(yán)格控制入磨物料粒度與水份的穩(wěn)定。
當(dāng)采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝,管磨機(jī)粗磨倉(第一倉)的功能已全部被擠壓、打散設(shè)備所取代,經(jīng)擠壓、打散分級選粉后的入磨物料中已含有30%以上的成品,經(jīng)過多次循環(huán)擠壓、分選后的入磨物料均為1mm以下的顆粒,物料細(xì)度一般可維持在180—210?O/kg,R80在30—40%左右。管磨機(jī)名符其實(shí)地成為了能夠充分發(fā)揮其磨細(xì)能力的粉磨設(shè)備。實(shí)際生產(chǎn)中,既可以采用開流,又可以采取圈流粉磨流程。
筆者認(rèn)為:多倉管磨機(jī)倉長的選取,既要考慮采用的磨前物料預(yù)處理方式及入磨物料粒度尺寸、顆粒形狀、易磨性、水份,又要結(jié)合各倉所用襯板的工作表面形狀、篦縫尺寸、研磨體材質(zhì)及級配,還包括當(dāng)圈流粉磨流程時(shí),所用選粉機(jī)的分級精度等綜合因素?偟脑瓌t是:入磨粒度越小,開流管磨機(jī)的的粗磨倉(第一倉)和過渡倉(第二倉)要適當(dāng)縮短,以延長細(xì)磨倉(第三倉)的長度,同時(shí)縮小研磨體的平均尺寸,增大與物料間的接觸面積和研磨效率,充分挖掘管磨機(jī)的細(xì)磨能力,從而達(dá)到穩(wěn)定提高粉磨系統(tǒng)產(chǎn)、質(zhì)量、降低電耗及生產(chǎn)成本的目的。圈流管磨機(jī)粗磨倉(第一倉)長度宜適當(dāng)延長,過渡倉(第二倉)可不變(當(dāng)然也有取消過渡倉成為兩倉磨的),細(xì)磨倉(第三倉)長度略有縮短。
修訂后的《通用硅酸鹽水泥》國家標(biāo)準(zhǔn)即將實(shí)施,目前國內(nèi)大部分企業(yè)生產(chǎn)的42.5級、52.5級水泥的比表面積控制在380±10?O/kg、32.5級水泥比表面積控制在360±10?O/kg。采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝,在調(diào)整好倉長比例的前提下,對磨內(nèi)研磨體級配及裝載量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),完全可以滿足上述質(zhì)量指標(biāo)要求。
綜合國內(nèi)部分企業(yè)技術(shù)資料,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝狀況。筆者建議對采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝的三倉管磨機(jī)各倉長比例分配,可參考以下公式進(jìn)行選擇與調(diào)整:
2.3 擠壓聯(lián)合粉磨三倉開流管磨機(jī)
L1 =25—28% Lo
L2 =18—20% Lo (3)
L3=52—55% Lo
2.4 擠壓聯(lián)合粉磨三倉圈流管磨機(jī)
L1 =30—35% Lo
L2 =18—20% Lo (4)
L3=45—50% Lo
上述式中:L1、L2、L3分別為磨機(jī)一倉、二倉、三倉有效長度(m);Lo為磨機(jī)的總有效長度(m)。
采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝,管磨機(jī)為開流粉磨流程時(shí),在確保成品比表面積及磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的前提下,需適當(dāng)延長細(xì)磨倉(第三倉)長度,并縮小各倉研磨體平均尺寸,以提高粉磨效率。
采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝,管磨機(jī)為圈流粉磨流程時(shí),由于配用高效選粉機(jī)作為分級設(shè)備,能確保成品細(xì)度滿足設(shè)計(jì)要求。此時(shí),為加快物料流速,提高系統(tǒng)產(chǎn)量、降低粉磨電耗,宜適當(dāng)延長磨機(jī)粗磨倉(第一倉)及縮短細(xì)磨倉(第三倉)長度。同時(shí),尚需提高各倉研磨體平均尺寸,一般比開流磨研磨體平均尺寸略大3—5mm。
我們以某粉磨站φ3.2×13m開流管磨機(jī)與輥壓機(jī)、打散分級機(jī)組成的擠壓聯(lián)合粉磨工藝為例,進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)與分析計(jì)算:
表5 φ3.2×13m管磨機(jī)工藝技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目 技術(shù)參數(shù)
有效內(nèi)徑(mm) Di=3.10
有效長度(m) L=12.25
長徑比(L/D) 4.0625
倉 位 3倉帶兩道高效篩分隔倉板、篦縫6mm
工作轉(zhuǎn)速(γ/min) n=18.6
設(shè)計(jì)裝載量(t) G=125
設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力(t/h) Q=60
主電機(jī)型號(hào)、功率 YR1600-8/1430 1600KW
主電機(jī)額定運(yùn)行電流(A) ≤115
傳動(dòng)方式 邊緣傳動(dòng)
主減速機(jī)型號(hào)、速比 JDX—100 i=7
配用輥壓機(jī)型號(hào)、規(guī)格 HFCG120/45
輥壓機(jī)的電機(jī)型號(hào)、功率 Y225M—8 220kw×2
輥壓機(jī)處理能力(t/h) 120—170
輥壓機(jī)喂料粒度(mm) 40
打散分級機(jī)型號(hào) SF550/120
打散分級機(jī)處理能力(t/h) 100—150
打散電機(jī)型號(hào)、功率 Y280—8 45XW
分級電機(jī)型號(hào)、功率 Y225—8 30KW
入磨物料粒度(R80 %) 30—40
磨機(jī)一倉襯板形狀、材質(zhì) 曲面階梯襯板、高鉻鑄鐵
磨機(jī)二倉襯板形狀、材質(zhì) 小波紋襯板、高鉻鑄鐵
磨機(jī)三倉襯板形狀、材質(zhì) 小波紋襯板、四道活化環(huán),高鉻鑄鐵
表6 調(diào)整前倉長比例及其參數(shù)
表7 調(diào)整前磨內(nèi)各倉研磨體級配
按表6、表7方案設(shè)置后,管磨機(jī)磨制P.O32.5級水泥(配比:熟料80%、礦渣12%、石膏5%、石灰石3%),控制80μm篩余<2.0%,比表面積350—360?O/kg,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量80—85t/h,系統(tǒng)電耗32kwh/t,磨機(jī)主電機(jī)運(yùn)行電流100A。
分析國內(nèi)與其相同配置的生產(chǎn)線,被磨物料基本相同,較高的產(chǎn)量指標(biāo)已大于90t/h。該磨機(jī)產(chǎn)量略低的主要原因是由于倉長比例分配及研磨體級配、裝載量不合理所致、研磨體平均尺寸普遍偏大,對物料的細(xì)磨能力不足,宜再重新調(diào)整磨機(jī)倉長比例、縮小研磨體平均尺寸、適當(dāng)增加裝載量,增大研磨體對物料的細(xì)磨功能,方可進(jìn)一步提高系統(tǒng)產(chǎn)量。
表8 調(diào)整后倉長比例及其參數(shù)
表9 調(diào)整后各倉研磨體級配
按表8、表9改進(jìn)方案調(diào)整后,φ3.2×13m開流水泥管磨機(jī)生產(chǎn)P.O32.5級水泥,在控制成品比表面積達(dá)360?O/kg前提下,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量由80—85t/h提高至95t/h,增產(chǎn)15.2%;粉磨電耗由32kwh/t降到26—27kwh/t,電耗降低17.2%;改進(jìn)后,按設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率95%計(jì)算,年可生產(chǎn)水泥79.06萬噸,節(jié)電435萬kwt/h,節(jié)電價(jià)值達(dá)210余萬元。該系統(tǒng)生產(chǎn)P.O42.5級水泥控制成品比表面積375?O/kg,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)90t/h,粉磨電耗為29kwh/t。
該磨機(jī)主電機(jī)1600kw,設(shè)計(jì)裝載量125t,主電機(jī)額定運(yùn)行電流≤115A;調(diào)整后,磨機(jī)研磨體裝載量為135t,主電機(jī)運(yùn)行電流108—110A,穩(wěn)定在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi),可確保電機(jī)安全、正常運(yùn)行。如果再做適當(dāng)調(diào)整,將裝載量提到140—145t,同時(shí)引入對水泥性能無害的液體助磨劑解決磨內(nèi)因溫度高導(dǎo)致研磨體及襯板表面的粘附現(xiàn)象,提高物料的流動(dòng)性,該系統(tǒng)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量有望突破100t/h,粉磨電耗降至25kwh/t以下。
調(diào)整后,由于磨內(nèi)研磨體平均尺寸縮小,單位重量的研磨體個(gè)數(shù)大大增加,總表面積增大,對物料的磨細(xì)能力顯著增強(qiáng),在確保成品比表面積和實(shí)物質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下,系統(tǒng)產(chǎn)量明顯提高,粉磨電耗和生產(chǎn)成本大幅度降低。
3、采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝,對三倉開流管磨機(jī)調(diào)整的體會(huì):
3.1 磨機(jī)倉長比例是影響粉主要原因系統(tǒng)產(chǎn)、質(zhì)量、電耗的重要技術(shù)參數(shù)。根據(jù)入磨物料粒度合理確定各倉長比例,磨內(nèi)設(shè)置兩道高效篩分裝置,細(xì)磨倉(第三倉)倉長比例宜占總有效長度的50%以上。
3.2 磨機(jī)的工作轉(zhuǎn)速不能輕易改變,但可通過改變襯板的工作表面形狀來增大對研磨體的牽制和激活能力,由此提高粉磨效率。磨內(nèi)各倉襯板工作表面形狀的選擇:粗磨倉(第一倉)宜選用提升能力好的曲面階梯襯板;過渡倉(第二倉)宜選用單波峰的大波紋襯板或多波峰的小波紋襯板;細(xì)磨倉(第三倉)宜選用分級襯板或小波紋襯板,采用小波紋襯板時(shí),須設(shè)置4—5環(huán)微形研磨體活化裝置(活化環(huán))。襯板、隔倉板、活化裝置及磨尾出料篦板材質(zhì)選用機(jī)械性能優(yōu)良的高鉻鑄鐵(HRC≥58,ακ3-7J/cm2)。
3.3 磨機(jī)粗磨倉(第一倉)的功能被擠壓聯(lián)合粉磨工藝全部取代,由于入磨物料粒度小,為增大研磨體對物料的磨細(xì)能力,需縮小磨內(nèi)研磨體的平均尺寸,一倉平均球徑<35mm,二倉平均球(鍛)徑<20mm。研磨體材質(zhì)應(yīng)選用抗磨性能優(yōu)良、磨耗低、使用后表面光潔度高的高鉻合金硬質(zhì)耐磨材料(HRC≥60、ακκ3-7J/ cm2 、磨耗量≤30g/t-c)。
3.4 開流管磨流程,宜設(shè)置磨前物料除鐵裝置,即在物料入輥壓機(jī)之前設(shè)置;圈流粉磨系統(tǒng)除設(shè)置磨前除鐵裝置外,還需設(shè)置磨尾出料除鐵裝置;消除金屬鐵屑粉末對粉磨過程產(chǎn)、質(zhì)量的影響,使粉磨系統(tǒng)長期保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率。
3.5 研磨體形狀的選擇:粗磨倉(第一倉)可用園球或卵形球;過渡倉(第二倉)可用小球或鍛;細(xì)磨倉(第三倉)可選用微球或微鍛,當(dāng)要求成品圓形度高時(shí),細(xì)磨倉研磨體宜采用微球。
3.6 若因磨內(nèi)粉磨溫度升高而產(chǎn)生包球、包鍛及襯板表層粘附現(xiàn)象導(dǎo)致物料流動(dòng)性差時(shí),可引入對水泥性能無害的液體助磨劑解決之。
4、結(jié)束語
目前,擠壓聯(lián)合粉磨是逐步向立磨(輥磨)終粉磨過渡時(shí)期內(nèi)應(yīng)用最廣泛的增產(chǎn)、節(jié)電的高效粉磨工藝。立磨(輥磨)制備生料是新型干法水泥生產(chǎn)中技術(shù)成熟的高產(chǎn)、低耗的首選工藝。相信在不久的將來,隨著水泥粉磨技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,解決了立磨(輥磨)粉磨水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大、早強(qiáng)低,凝結(jié)時(shí)間異常、水泥使用性能差等技術(shù)問題后,立磨(輥磨)將成為水泥的終粉磨優(yōu)選工藝,比擠壓聯(lián)合粉磨流程更為簡單、粉磨效率更高、系統(tǒng)電耗更低,是當(dāng)今世界水泥粉磨技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向。
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