重質(zhì)碳酸鈣立式磨粉磨工藝及操作淺析

崔嘯宇，李曉光，郭凌坤，遲 源，張志宇

（合肥水泥研究設(shè)計院，安徽 合肥 230051）

【礦物加工】

重質(zhì)碳酸鈣立式磨粉磨工藝及操作淺析

崔嘯宇，李曉光，郭凌坤，遲 源，張志宇

（合肥水泥研究設(shè)計院，安徽 合肥 230051）

本文結(jié)合HRM高細立式磨項目應(yīng)用經(jīng)驗，主要分析了HRM高細立式磨粉磨重質(zhì)碳酸鈣的工藝原理及影響立磨穩(wěn)定操作與運行的因素。工程實踐表明立式磨是實現(xiàn)重質(zhì)碳酸鈣等非金屬礦產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、產(chǎn)品精細化發(fā)展的新型設(shè)備之一，作為非金屬礦粉體加工裝備技術(shù)升級的典范，有利于提升非金屬礦粉體的經(jīng)濟附加值水平。

重質(zhì)碳酸鈣；立式磨；工藝；因素

重質(zhì)碳酸鈣，簡稱重鈣，是以天然方解石、大理石、白云石或白堊為原料，經(jīng)機械設(shè)備粉磨和分級后達到一定細度的粉狀產(chǎn)品。生產(chǎn)方法主要為干法和濕法。重鈣作為廉價的無機填料之用，其廣泛應(yīng)用于造紙、塑料、橡膠、涂料等行業(yè)。

目前，重鈣加工企業(yè)多采用立式磨、球磨機和雷蒙磨等裝備，雷蒙磨適宜400目以下粉體的加工，球磨機較適宜800～1250目超細粉體的生產(chǎn)。立式磨適宜1 250目以下非金屬礦粉體的規(guī)模化加工，其規(guī)?；凸?jié)能效應(yīng)顯著，在很大程度上實現(xiàn)產(chǎn)品的精細化生產(chǎn)的同時，具有操作簡單、維護方便、工藝布置簡單、占地面積小、土建投資低、噪音小、環(huán)保性好等優(yōu)勢。立式磨裝備及其技術(shù)已成為當(dāng)下重鈣等非金屬礦粉體加工技術(shù)研究的新進展之一[1-3]。

立式磨最初被廣泛用于電力、冶金、水泥等行業(yè)，而這些成品的細度、粒度分布要求較重鈣粉低得多，因此，用于重鈣等非礦粉磨用的立式磨，無論從設(shè)備結(jié)構(gòu)、研磨部件、分級裝置等，都做了系統(tǒng)化的研究和創(chuàng)新設(shè)計，并且對設(shè)備調(diào)試人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗也提出了更高要求。本文結(jié)合HRM高細立式磨重鈣粉磨項目的應(yīng)用經(jīng)驗，探討了立式磨重鈣粉磨工

藝及影響立磨穩(wěn)定運行與操作的因素，以期供生產(chǎn)、工程技術(shù)人員借鑒參考之用。

1 立式磨重鈣粉磨工藝

1.1 工藝流程

HRM立式磨重鈣粉磨工藝流程及示意圖如圖1所示。

圖1 HRM立式磨重鈣粉磨工藝流程及示意

1.2 工藝說明

原礦由鏟車喂入振動板式喂料機，經(jīng)破碎機破碎后由提升機提升送入原料儲庫待用。來自原料儲庫的物料，由變頻控制的電子皮帶秤定量經(jīng)喂料提升機和鎖風(fēng)喂料機送入旋轉(zhuǎn)的立磨磨盤中心，在離心力作用下，物料向磨盤邊緣移動，進入粉磨輥道。磨輥在液壓裝置和傳動臂的作用下，向輥道內(nèi)物料施加壓力，物料受到破碎、剪切、擠壓和粉磨作用。同時，風(fēng)從磨盤邊緣的風(fēng)環(huán)處高速均勻向上噴出，外溢物料被高速氣流吹起，大顆粒落入磨盤，細顆粒經(jīng)選粉機進行分級，合格細粉隨同氣流出磨，由高效脈沖袋式收塵器收集為成品，經(jīng)成品提升機(或氣力輸送)送入成品倉，用包裝機(小袋/噸袋)進行包裝入庫；不合格的粗粉在選粉機葉片作用下重新落至磨盤，與新喂入的物料一起重新粉磨。磨機回料經(jīng)喂料提升機再次喂入立磨粉磨，如此循環(huán)，完成粉磨、分級作業(yè)全過程。

2 影響立磨操作與運行的因素

2.1 入磨物料的特性

入磨物料的特性主要指物料的硬度、粒度、含水量和易磨性(邦德功指數(shù))等。

(1) 入磨物料硬度。

入磨物料的硬度通常由莫氏硬度(范圍1～10)來表征，方解石硬度一般在2.8～3.0之間，因原礦中夾雜物的種類、含量不同而有所區(qū)別。通常而言，物料硬度高，易磨性差，磨耗高，因此物料硬度直接關(guān)系到產(chǎn)品產(chǎn)量和磨機耐磨件的使用壽命。

(2) 入磨物料粒度。

物料的粒度可根據(jù)成品細度來進行合理控制，原則上是“多破少磨”。立磨對于原料的粒度有一定的范圍要求，粒度過大或過小都會破壞磨盤上料層的級配平衡，不利于磨機的正常運行。若進料粒度過大，使得一次研磨效率降低，增加物料的循環(huán)次數(shù)，無形中增加磨機的粉磨功耗，同時，因缺少細顆粒物料的緩沖，導(dǎo)致磨機振動加大。操作中遇到此問題宜進行適當(dāng)?shù)臏p料，穩(wěn)住磨機壓差和料層。若進料粒度過小，其粉狀料必然增多，由于細顆粒附著力差，加上內(nèi)部氣流作用，料床流態(tài)化趨勢明顯，使立磨不能有效地嚙入大量的顆粒群，造成料層不穩(wěn)，導(dǎo)致磨機振動。

在非金屬礦粉體行業(yè)，產(chǎn)品細度一般相對要高(常用的重鈣粉d97=325～1 250目，即10～45μm，97%通過，簡要對比參見右表)。對于入料粒度的控制建議宜小一些(＜30mm)，這樣更有利于發(fā)揮立磨的超細研磨特性，做到產(chǎn)能最大化。基于調(diào)試經(jīng)驗，入磨物料的最大粒度不宜超過磨輥直徑的3%，可適當(dāng)再控制小些。

常見物料的細度要求對比

(3) 入磨物料含水量。

入磨物料含水量的控制對立磨的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。通常，重鈣微粉生產(chǎn)線未設(shè)計熱風(fēng)系統(tǒng)(原料含水量一般＜3%)，熱能主要由磨機內(nèi)的物料碾磨、摩擦及空氣流通產(chǎn)生。磨機在碾磨過程中，料床上有大量沒有被氣流及時帶走的成品和不合格細粉，若原料含水量過大，新入磨物料會粘結(jié)料床上的細粉，造成磨盤上形成料餅，在持續(xù)喂料的情況下，會造成磨盤料層不斷增厚，致使磨輥無法對物料有效碾壓和粉磨，磨機由于負荷過大產(chǎn)生振動或振停。

(4) 入磨物料易磨性。

入磨物料的易磨性直接關(guān)系磨機產(chǎn)量、電耗和輥套襯板的使用壽命。物料易磨性好，易于破碎和粉磨，易于生產(chǎn)超細粉；反之，易磨性差的物料需要多次研磨和較大的粉磨壓力，增加粉磨功耗，加速了輥套和襯板的磨損，降低其使用壽命。原料易磨性一般通過易磨性指數(shù)(邦德功指數(shù))來反映，方解石原料邦德功指數(shù)通常在9～11kW·h/t，數(shù)值越小，物料越易粉磨。

與此同時，立磨的喂料要求穩(wěn)定、連續(xù)，調(diào)節(jié)時力求漸增或漸減。若喂料量出現(xiàn)大的波動將會打破磨內(nèi)物料的動態(tài)平衡，引起料層波動，使磨盤物料研磨不均勻受力，易導(dǎo)致磨機振動。立磨研磨重鈣粉時的料層厚度一般在30～40mm為宜，不宜過厚，否則達不到超細研磨效果。通常，料層厚度為磨輥直徑的2%±20mm(水泥生料行業(yè)的經(jīng)驗規(guī)律)，對于非金屬礦行業(yè)可以控制小一些。

2.2 磨機壓差

磨機壓差是反映磨機內(nèi)部物料循環(huán)負載情況的重要參數(shù)之一。磨機壓差主要由兩部分組成，一是立磨風(fēng)環(huán)處局部通風(fēng)阻力；另一部分是選粉機選粉時產(chǎn)生的阻力，這兩個阻力之和構(gòu)成了磨機壓差。正常工況下磨內(nèi)壓差應(yīng)是穩(wěn)定的，即在一個范圍內(nèi)處于趨穩(wěn)變動狀態(tài)，這標志著進入立磨的原料量和出磨成品量達到了一個動態(tài)平衡，一旦這個平衡破環(huán)，磨內(nèi)循環(huán)負荷發(fā)生變化，壓差就會突增或突減，若得不到及時有效控制，將影響磨機的穩(wěn)定運行。影響磨機壓差的因素很多，如物料易磨性、喂料量、系統(tǒng)風(fēng)量、研磨壓力、選粉機轉(zhuǎn)速等。凡是影響磨機平穩(wěn)運行的因素，幾乎都可以在壓差上反應(yīng)出來。

壓差增高表明入磨原料量大于出磨成品量，磨內(nèi)循環(huán)負荷增加，此時喂料提升機電流變大，排渣量增大，此時從磨機限位裝置可以判斷料層在不斷增厚。為保證產(chǎn)品細度合格，一般不對分離器轉(zhuǎn)速做調(diào)整(或者在不影響細度情況下可適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速)。通常做法是做減料、短暫性斷料處理，待磨機壓差恢復(fù)平穩(wěn)，再穩(wěn)定增加喂料至合理值；或者在磨機主電機負載允許范圍內(nèi)不做減、斷料處理，適當(dāng)提高輥壓，增加粉磨能力，避免磨機出現(xiàn)“飽磨”情形，因負載過大產(chǎn)生振動。

壓差減小表明入磨原料量小于出磨成品量，磨內(nèi)循環(huán)負荷降低，此時喂料提升機電流減小，排渣量減少，此時從磨機限位裝置可以判斷出料床在逐漸減薄。此時可以采取加料、減壓或者降低風(fēng)量等措施，避免磨機出現(xiàn)“空磨”情形，因料層太薄而產(chǎn)生振動。

根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗來看，在同等工況下，產(chǎn)品細度越細，則磨機壓差也越高，反之為低。實踐中立磨的諸多運行參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，操作時應(yīng)注重參數(shù)之間的動態(tài)協(xié)調(diào)。

2.3 系統(tǒng)通風(fēng)量

立磨系統(tǒng)最大通風(fēng)量一般根據(jù)磨機產(chǎn)能進行理論計算，再考慮風(fēng)管阻力、系統(tǒng)漏風(fēng)等因素適當(dāng)富余(5%～10%)，即可得出立磨系統(tǒng)最大通風(fēng)量及合理風(fēng)壓，這也是風(fēng)機選型基礎(chǔ)。

HRM立式磨在負壓下操作，其物料輸送、烘干、分級均需大量的風(fēng)，合適的磨內(nèi)通風(fēng)量是磨機穩(wěn)定運行的必要條件。磨機運行時的通風(fēng)量則直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量及細度。通風(fēng)量大，磨內(nèi)風(fēng)速增加，烘干及輸送物料的能力增強，磨機內(nèi)、外循環(huán)量減少，料床上粗顆粒增多，料層較薄，磨機產(chǎn)量提高，若風(fēng)量過大則可能導(dǎo)致產(chǎn)品細度不合格(跑粗)或產(chǎn)品細粉含量降低(循環(huán)次數(shù)少，粉磨時間短)，品質(zhì)下降，磨機也會因料層過薄而產(chǎn)生震動；通風(fēng)量小，磨內(nèi)風(fēng)速降低，烘干及帶料能力減弱，磨機內(nèi)、外循環(huán)量增大，料層較厚，磨機粉磨功耗增大，產(chǎn)品細度較細，但磨機產(chǎn)量降低，同時磨機也會因料層過厚負載太大而可能引起振動或振停。

立磨系統(tǒng)通風(fēng)量主要通過風(fēng)機風(fēng)門的開度(或風(fēng)機電機變頻調(diào)速)來調(diào)節(jié)，立式磨本體、收塵器和通風(fēng)管道的漏風(fēng)對磨內(nèi)通風(fēng)影響很大，常常是造成產(chǎn)量下降和運行不穩(wěn)的因素。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗，生產(chǎn)d97=400目以下重鈣微粉時，立磨排渣一般為少量顆粒及粉料，此時只要保證喂料、風(fēng)量的合理、平穩(wěn)漸增，立磨運行較穩(wěn)定；生產(chǎn)d97=600目以上微粉時，物料需要在立磨內(nèi)進行循環(huán)多次的研磨和分級，因此立磨排渣口會產(chǎn)生較多細粉，宜控制好合理的喂料量和風(fēng)量，在排渣量較穩(wěn)定時可適當(dāng)微增風(fēng)量，提升帶料能力，待排渣量減少時可微增喂料量，以保證磨機運行在內(nèi)外循環(huán)的動態(tài)平衡下。

2.4 磨輥的工作壓力

立磨的研磨力來自磨輥的自重和液壓站的加壓壓力，其中液壓拉緊裝置是提供研磨力的主要來源。磨輥的工作壓力需根據(jù)喂料量、料層厚度、產(chǎn)品細度等因素進行合理給定，壓力過小達不到有效粉磨，出粉率低，產(chǎn)量低；壓力過大則可能導(dǎo)致料層不穩(wěn)，可能對減速機造成不必要的損害。

根據(jù)項目調(diào)試經(jīng)驗，立磨生產(chǎn)d97=600目重鈣微粉，磨輥最佳工作壓力在13～14MPa為宜。

2.5 分級機的轉(zhuǎn)速

HRM高細立式磨是集物料研磨、輸送、分級功能于一體的新型粉磨設(shè)備，其頂部自帶動—靜態(tài)高效分級機，可以靈活地調(diào)節(jié)產(chǎn)品細度及顆粒級配分布，調(diào)整范圍大，適應(yīng)性好。

分級機的技術(shù)參數(shù)主要包括：轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子高度、轉(zhuǎn)子葉片角度、轉(zhuǎn)子葉片數(shù)量、導(dǎo)風(fēng)葉片(靜葉片)角度及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子直徑和高度依據(jù)磨機型號不同而專門設(shè)計(合適的徑高比)。通常，導(dǎo)風(fēng)葉片角度根據(jù)工況定期在停磨時調(diào)整，轉(zhuǎn)子葉片角度及數(shù)量在設(shè)備選型時決定(根據(jù)產(chǎn)品特性、細度要求定)，生產(chǎn)環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速即可。成品細度主要取決于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)通風(fēng)量大小。在系統(tǒng)通風(fēng)量一定的情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高，出磨物料細度高；反之，生產(chǎn)粗粉時，需降低轉(zhuǎn)子速度。

在生產(chǎn)調(diào)試期間，針對不同系列的產(chǎn)品摸索出選粉機轉(zhuǎn)速經(jīng)驗值后，后期生產(chǎn)在經(jīng)驗值上做適當(dāng)微調(diào)即可，立磨的操作便捷和生產(chǎn)靈活性顯而易見。在實際生產(chǎn)中，由于選粉機頂部的間隙易造成產(chǎn)品細度跑粗問題，針對此情況，HRM高細立式磨在選粉機的頂部密封上采用獨有的氣體密封方式，能夠有效地阻止粗顆粒通過。

2.6 其他因素

(1) 擋料環(huán)高度。

擋料環(huán)的高度直接影響磨內(nèi)料層的穩(wěn)定及粉磨效率。擋料環(huán)的高度過高，不利于磨床上的物料外溢，導(dǎo)致料床增厚，一部分合格的成品在料床上也不能被氣流及時帶走，造成過粉磨；擋料環(huán)的高度過低，則粉料外溢速度加快，造成料床過薄，導(dǎo)致磨輥不能加壓或造成磨機振動。

根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗，HRM高細磨在生產(chǎn)d97=600目重鈣粉時，為保證研磨的有效性，入磨物料需要在磨床上有一定的停留時間，擋料圈的高度一般設(shè)置在30～50mm為宜。

(2) 風(fēng)環(huán)間隙(面積)。

在實際生產(chǎn)中，常發(fā)現(xiàn)磨機回料量比較大，但是立磨運行還算穩(wěn)定，此時可以適當(dāng)縮小風(fēng)環(huán)間隙(在擋料環(huán)或上風(fēng)環(huán)外緣補焊圓鋼)面積，提高風(fēng)環(huán)處風(fēng)速，增加帶料能力，減少排渣量，起到一定的提產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)作用。

(3) 磨輥與磨盤的磨損。

根據(jù)項目情況來看，當(dāng)磨機運行很長時間(重鈣行業(yè)一般3～5年)后，磨機產(chǎn)能會有一定程度的下降，主要原因是由于磨輥和磨盤磨損造成的，導(dǎo)致輥盤研磨區(qū)域的研磨結(jié)構(gòu)、研磨壓力都發(fā)生了變化。第一階段，輥盤粗磨：由于離心力作用，落入磨盤中心的物料被嚙入磨輥下緣，完成進一步的破碎和粗磨；第二階段，壓實：被粗磨的物料因離心力作用繼續(xù)向磨盤外緣移動，逐漸被壓實；第三階段，細磨區(qū)域：此區(qū)域輥盤間隙最小，被壓實的料層在高壓下完成細磨，外溢被風(fēng)環(huán)處氣流帶至選粉機分選成為合格產(chǎn)品。三階段完成后輥盤的間隙增大，新入物料得不到有效壓碎和粗磨，進入壓實和細磨區(qū)域后，磨輥的高壓力并不能完全傳遞至料層，達不到高效粉磨，因此很難產(chǎn)生足夠多的細粉，同時因各個區(qū)域的磨損程度不一，致使料層不穩(wěn)，磨機運行受到限制。

輥盤磨損問題對于細度要求高的成品來說，產(chǎn)能驟降更加容易體現(xiàn)。此時，宜對輥套進行調(diào)面處理，重新堆焊(堆焊輥套適用)或者更換新的輥套和磨盤襯板(產(chǎn)能降低10%以上就應(yīng)該考慮以上措施)。HRM立磨輥盤接觸面、擋料環(huán)及風(fēng)環(huán)示意如圖2所示。

圖2 HRM立磨輥盤接觸面、擋料環(huán)及風(fēng)環(huán)示意

3 結(jié)語

立式磨作為大型粉磨設(shè)備，自20世紀20年代研制以來其應(yīng)用的廣泛性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性已經(jīng)得到大量工程實踐的證明。立式磨操作人員的豐富經(jīng)驗與細心，熟練協(xié)調(diào)好各個工藝參數(shù)，是立磨穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。立式磨用于非金屬礦粉體行業(yè)，展現(xiàn)了其規(guī)模生產(chǎn)和精細加工的雙重特性，逐漸順應(yīng)了非金屬礦粉體領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢，其優(yōu)良的性能帶動了粉體加工裝備的技術(shù)升級，利于提升非金屬礦粉體的經(jīng)濟附加值水平[3-4]。然而，如何在非金屬礦粉體行業(yè)實現(xiàn)立磨大型化的工作仍需進一步展開。

[1]鄭水林.非金屬礦粉體加工技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2007(4)：3-6.

[2]秦廣超，遲源，李金榮，等.立式磨在非金屬礦粉體規(guī)?；毣a(chǎn)中的應(yīng)用進展[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2011(1)：31-34.

[3]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].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2008(5)：43-46.

[4]秦廣超，崔嘯宇，遲源，等.“十二五”期間重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2012(6)：1-4.

Analysis on the Grinding Process & Operation of Vertical Roller Mill Applied in Ground Calcium Carbonate

CUI Xiao-yu, LI Xiao-guang, GUO Ling-kun, CHI Yuan, ZHANG Zhi-yu
(Hefei Cement Research & Design Institute, Hefei 230051, China)

Based on the application experience of HRM roller mill engineering projects, the process theory of grinding ground calcium carbonate (GCC) using HRM mill and the factors influencing the stable operation of HRM mill were mainly analyzed here. Engineering practices have indicated that vertical roller mill is one of the advanced equipments to realize industry-scale and productsfine progress of non-metallic minerals, such as GCC. Also, as a technology upgrading model of non-metallic mineral powder grinding equipment, it is beneficial to raise the level of economic additional value in non-metallic mineral powders.

ground calcium carbonat; vertical roller mill; process; factors

TD921.4；P619.223

A

1007-9386(2014)01-0037-04

2013-11-06