HRM非金屬礦超細(xì)立式磨的研究與開發(fā)

李金榮，遲 源，潘自力

HRM非金屬礦超細(xì)立式磨的研究與開發(fā)

李金榮，遲 源，潘自力

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230051）

本文主要介紹了HRM非金屬礦超細(xì)立式磨的設(shè)計(jì)及開發(fā)，文章中列舉了設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些關(guān)鍵點(diǎn)。介紹了磨機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中的使用情況。

超細(xì)立式磨；規(guī)模化；非金屬礦；節(jié)能

Abstract: The thesis introduces design and development of type HRM non-metallic ore super-fine vertical roller mill, enumerates critical points in design of the mill and describes actual application of the mill.

Key words: super-fine vertical roller mill; mass-produce; non-metallic ore; energy saving

1 前言

節(jié)能、綠色環(huán)保型礦物材料，是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)社會(huì)的重要因素。非金屬礦作為一種節(jié)能、綠色、環(huán)保型礦物填料，其主要消費(fèi)領(lǐng)域?yàn)樵旒垺⑺芰稀⑾鹉z、油漆和涂料，造紙、塑料業(yè)為非金屬材料規(guī)模化需求及精細(xì)化應(yīng)用的主要行業(yè)。這些行業(yè)需要配套一種節(jié)能型的裝備，以適應(yīng)日益競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境需求。

世界大型非金屬礦企業(yè)，其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和產(chǎn)品精細(xì)化途徑基本上都是采用大型裝備與先進(jìn)的生產(chǎn)工藝技術(shù)，例如利用立式磨或球磨機(jī)等大型干法研磨裝備與超細(xì)分級(jí)機(jī)相結(jié)合的技術(shù)。國(guó)內(nèi)非礦干法工藝設(shè)備主要有雷蒙磨、氣流磨、球磨機(jī)、環(huán)輥磨機(jī)和立式磨等，其中，立式磨裝備的噸能耗低、產(chǎn)能大，是目前業(yè)內(nèi)主要的關(guān)注方向，國(guó)內(nèi)相關(guān)裝備企業(yè)開始了非金屬礦超細(xì)立式磨的研究與開發(fā)。

2 HRM非金屬礦超細(xì)立式磨的設(shè)計(jì)

HRM立式磨是一種技術(shù)性能優(yōu)異的節(jié)能型非礦粉體制備設(shè)備，目前廣泛應(yīng)用于建材、輕工、化工、火力發(fā)電等行業(yè)。并且，HRM立式磨已經(jīng)在粉磨葉蠟石、石灰石和方解石等非金屬礦行業(yè)有一定的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為非金屬礦超細(xì)立式磨的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)思路：首臺(tái)HRM非金屬礦重鈣立式磨粉磨原料為方解石，目標(biāo)產(chǎn)量6t/h，產(chǎn)品細(xì)度d97=22μm，根據(jù)產(chǎn)品要求，磨機(jī)型號(hào)確定為HRM1300。

2.1 結(jié)構(gòu)

HRM非金屬礦超細(xì)立式磨由傳動(dòng)裝置、碾磨裝置、機(jī)架與殼體、分離器和加壓系統(tǒng)等部件組成。要保證磨機(jī)能夠達(dá)到產(chǎn)品目標(biāo)，傳動(dòng)裝置跟分離器是設(shè)計(jì)中關(guān)鍵性的部件，見圖1。

2.2 工作原理

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)帶動(dòng)磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)，需粉磨的物料由鎖風(fēng)喂料機(jī)設(shè)備送入旋轉(zhuǎn)的磨盤中心，在離心力作用下，物料向磨盤周邊移動(dòng)，進(jìn)入粉磨軌道。在磨輥壓力的作用下，物料受到擠壓、研磨和剪切作用而被粉碎。同時(shí)，風(fēng)從圍繞磨盤的風(fēng)環(huán)高速均勻向上噴出，粉磨后的物料被風(fēng)環(huán)處的高速氣流吹起，把粒度較粗的物料吹回磨盤重新粉磨。細(xì)粉則由風(fēng)帶入分離器進(jìn)行分級(jí)，合格的細(xì)粉隨同氣流出磨，由收塵設(shè)備收集下來(lái)即為產(chǎn)品，不合格的粗粉在分離器葉片作用下重新落至磨盤，與新喂入的物料一起重新粉磨，如此循環(huán)，完成粉磨作業(yè)全過(guò)程。

2.3 關(guān)鍵設(shè)計(jì)

2.3.1 確定磨盤轉(zhuǎn)速

立磨能粉磨出很細(xì)的產(chǎn)品，合適的磨盤轉(zhuǎn)速是重要條件之一。磨盤轉(zhuǎn)速過(guò)快，物料的離心力大，料層不容易形成。

對(duì)于一定體積的物料，物料顆粒在磨盤上的受到的離心力F 可用下面公式表述：

式中: m為物料質(zhì)量，υ為物料線速度，V為物料體積，ρ為物料容重，R為磨盤半徑，ω為物料角速度，D為磨盤直徑，n為磨盤轉(zhuǎn)速。

對(duì)于一定的物料要求有一定的離心力，即物料和離心力均為常數(shù)時(shí)，可以得到一般磨機(jī)的轉(zhuǎn)速和磨盤直徑的關(guān)系。

n =K·D-0.5

式中：n為磨盤轉(zhuǎn)速，D為磨盤外徑，K為速度系數(shù)(對(duì)于不同結(jié)構(gòu)形式的磨機(jī)的K值是不一樣的)。

根據(jù)理論計(jì)算，結(jié)合葉蠟石磨機(jī)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，HRM1300非金屬礦超細(xì)立式磨的磨盤轉(zhuǎn)速確定為37r/min。

2.3.2 碾磨裝置的設(shè)計(jì)

像方解石之類的非金屬礦表面光滑、流動(dòng)性大，并且在碾磨時(shí)候，磨盤上產(chǎn)生細(xì)度達(dá)1～30μm的顆粒，物料之間摩擦力小，流動(dòng)性大，從而導(dǎo)致料層很難形成。這就需要設(shè)計(jì)合理的磨盤襯板和磨輥輥套的外形。

HRM非金屬礦重鈣立式磨的磨輥采用輪胎型，磨輥襯板采用弧形，另一方面，在磨盤外沿，設(shè)計(jì)一定高度的擋料環(huán)，延緩物料在碾磨時(shí)被過(guò)快甩出，達(dá)到充分碾磨效果。擋料環(huán)在生產(chǎn)調(diào)試中，可以根據(jù)物料情況，適當(dāng)調(diào)整擋料環(huán)的高度，使磨機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，詳見圖2。

此種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)，使得碾磨壓強(qiáng)大，能夠粉磨出很細(xì)的產(chǎn)品，是非金屬礦超細(xì)立式磨碾磨裝置最好的結(jié)構(gòu)之一。并且，這種形式能夠有效的降低磨機(jī)震動(dòng)，震動(dòng)小，磨機(jī)加壓裝置就能提高壓力，從而提高磨機(jī)產(chǎn)量，進(jìn)而使得磨機(jī)的能耗下降，提供磨機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.3.3 分離器的設(shè)計(jì)

分離器是HRM非金屬礦超細(xì)立式磨設(shè)計(jì)的最核心部件。普通立式磨機(jī)產(chǎn)品是石灰石生料或者煤粉，細(xì)度一般為80μm，后來(lái)發(fā)展的粉磨葉蠟石立式磨產(chǎn)品細(xì)度達(dá)到了30μm左右。而粉磨方解石的超細(xì)立式磨產(chǎn)品所需要的細(xì)度要達(dá)到25μm左右，甚至需要達(dá)到22μm。所以非金屬礦超細(xì)立式磨的分離器尤其要精心設(shè)計(jì)。

分離器的選粉效果主要有三個(gè)關(guān)鍵因素：①風(fēng)上升到轉(zhuǎn)子葉片附近時(shí)的風(fēng)速；②轉(zhuǎn)子的切割速度；③控制轉(zhuǎn)子與殼體之間間隙，阻止不合格物料進(jìn)入細(xì)粉區(qū)。

依據(jù)這些條件，分離器設(shè)計(jì)時(shí)，注重以下細(xì)節(jié)：

第一，加大分離器外部筒體直徑，使得風(fēng)上升到分離器部位時(shí)，風(fēng)速能夠減緩；同時(shí)盡可能增大轉(zhuǎn)子直徑及高度，提高轉(zhuǎn)子的過(guò)風(fēng)面積，在風(fēng)量一定的情況下，降低過(guò)風(fēng)速。

第二，選粉機(jī)能夠選出很細(xì)的粉，轉(zhuǎn)子的切割速度很重要。立式磨轉(zhuǎn)子直徑和質(zhì)量都很大，相比普通分級(jí)機(jī)，提高轉(zhuǎn)速的難道較大。切割速度一方面看轉(zhuǎn)子直徑；另一方面看轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度。

第三，超細(xì)立磨分離器的設(shè)計(jì)還有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就是阻止不符合產(chǎn)品要求的大顆粒進(jìn)入細(xì)粉區(qū)。合格細(xì)度的產(chǎn)品是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子的選擇被風(fēng)帶出磨機(jī)，但由于轉(zhuǎn)子跟磨機(jī)有間隙，不合格的物料也會(huì)拋出。為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了氣體密封裝置，通過(guò)密封風(fēng)機(jī)往間隙中吹氣體，阻止大顆粒進(jìn)入細(xì)粉區(qū)。分離器示意詳見圖3。

2.3.4 設(shè)計(jì)小結(jié)

通過(guò)一系列的改進(jìn)及關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)，在HRM立式磨原有的技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了符合粉磨重鈣的立式磨。HRM1300重鈣立式磨相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 立磨相關(guān)參數(shù)

3 應(yīng)用情況

HRM1300非金屬礦超細(xì)立式磨應(yīng)用在安徽某粉體公司，粉磨的原料為方解石，磨機(jī)在2009年9月份開始進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。調(diào)試初期，遇到了一些難題，例如：原料顆粒過(guò)小，磨內(nèi)難以形成料層；風(fēng)環(huán)面積不合適，導(dǎo)致磨機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。為解決上述問(wèn)題，技術(shù)人員采取了下列改進(jìn)方案：

(1) 修改原料破碎系統(tǒng)，使進(jìn)料顆粒達(dá)到合理的配比。

(2) 增加主電機(jī)變頻，使磨機(jī)能夠平穩(wěn)啟動(dòng)。

(3) 縮小風(fēng)環(huán)面積。

通過(guò)這些改進(jìn)，磨機(jī)進(jìn)過(guò)一段時(shí)間調(diào)試，能夠平穩(wěn)運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)2年穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，該生產(chǎn)線使用的HRM1300非金屬礦超細(xì)立式磨生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)為：細(xì)度d97=40μm，產(chǎn)量12～14t/h,產(chǎn)品能耗25～27kW·h/t；細(xì)度d97=21μm，產(chǎn)量6.3t/h，產(chǎn)品能耗55kW·h/t。立磨系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果見表2。

表2 立磨系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量分析

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)各類參數(shù)的分析，磨機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

立式磨作為節(jié)能低耗的磨粉設(shè)備，是國(guó)家以及行業(yè)倡導(dǎo)的裝備技術(shù)，HRM立式磨一直致力于新型磨機(jī)的開發(fā)，在不斷推動(dòng)中國(guó)粉磨設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。HRM非金屬礦超細(xì)立式磨的推出，不僅為公司創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，也創(chuàng)造了巨大社會(huì)效益，非礦行業(yè)使用的超細(xì)立式磨，不再需要依賴國(guó)外產(chǎn)品。今后，我們將繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)改進(jìn)，在HRM1300非金屬礦超細(xì)立式磨基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出更多超細(xì)立式磨產(chǎn)品，以滿足立式磨在重鈣等行業(yè)的需求。

[1]秦廣超,崔曉宇,葉衛(wèi)東,等.重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)規(guī)模化與產(chǎn)品精細(xì)化發(fā)展探討[J].中國(guó)粉體技術(shù),2011(S1):140-144.

[2]秦廣超,葉衛(wèi)東,王國(guó)慶,等.年產(chǎn)8萬(wàn)t精細(xì)化重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2011(3):38-40.

[3]秦廣超,遲源,李金榮,等.立式磨在非金屬礦粉體規(guī)模化精細(xì)化生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2011(1):31-34.

[4]袁鳳宇,張志宇,鄧小林,等.粉磨葉蠟石立式磨的開發(fā)和應(yīng)用[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2008(5):43-46.

Design and Development of Type HRM Non-metallic Ore Super-fine Vertical Roller Mill

LI Jin-rong, CHI Yuan, PAN Zi-li
(Hefei Cement Research & Design Institute, Hefei 230051, China)

TD453

A

1007-9386(2012)03-0036-03

2012-02-08