四輥MLK3450型礦渣立磨的開發與應用

楊勁松　景蔚然　李煒煒　于明　李純鑄

摘要：最近幾年，新建的礦渣制粉企業開始普遍采用年產60萬噸的礦渣微粉生產線。四輥MLK3450型礦渣立磨是與之相配套的立磨產品。文章重點介紹了開發MLK3450型礦渣立磨過程中的設計難點和投產運行情況。

關鍵詞：四輥礦渣立磨；礦渣微粉；立磨設計；礦渣制粉企業；投產運行 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ172 文章編號：1009-2374（2015）03-0050-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0217

四輥MLK3450型礦渣立磨集礦渣的烘干、粉磨、選粉可將煉鐵所得的副產品“礦渣”粉磨為比表面積達420m2/kg的超細礦渣微粉產品，其設計產量達90t/h，與目前市場需求較多的年產60萬噸礦渣微粉生產線相配套。其主要結構如圖1所示，本文著重介紹該型號立磨的設計開發和投產運行情況。

1 四輥MLK3450礦渣立磨主要結構參數的確定

立磨的主參數包括磨輥直徑、磨盤外徑、磨輥寬度、磨盤轉速、筒體直徑、磨盤瓦襯板的曲率半徑、磨輥的曲率半徑以及分離器的直徑和高度等。磨輥從三個大輥變為四個小輥并不像聽起來那么簡單，這意味著磨機碾磨機構的完全變化。磨機的主參數已經不能再通過以往三輥立磨設計所得的經驗來推導，需要根據設計目標重新分析各個設計變量之間的關系從而找出最佳的參數組合。以磨盤和磨輥的曲率半徑設計為例：相對于三輥礦渣立磨而言，四輥礦渣立磨的輥子直徑和寬度都變小了，而磨盤的碾磨直徑沒有變化。為了彌補輥子變小導致的產能損失，就要加大輥子的曲率半徑從而提高礦渣通過磨輥碾磨區的速度，但是過大的曲率半徑又會導致磨盤與磨輥之間的楔形碾磨區產生壓力釋放從而降低碾磨效率。又例如受到輥子變小的影響，四輥礦渣立磨的主支臂懸臂長度會有所增長，主支臂增長以后不但會導致該零件重量的增加還會提高主支臂銷子處的應力水平。反之，如果主支臂的懸臂長度過短，會導致立磨主支架的結構過于緊湊，給檢修立磨減速機帶來困難。為了解決各個設計變量之間的矛盾，找出設計空間中的相對更合理的設計變量，設計過程中采用了自編設計程序與變量草圖相結合進行反復試算的方法完成了礦渣立磨的主參數方案設計工作。如圖2。

2 關鍵承載部件的設計

四輥MLK3450型礦渣立磨的關鍵承載部件包括主支臂、加載臂、主支臂銷和磨輥主軸。根據以往設計經驗和整機的結構要求，先初步設計出個各主要部件的結構尺寸并采用Solidworks軟件建立起三維模型，再結合有限元分析的結果對原模型做適當的優化，最終確定各關鍵部件的結構尺寸。

根據MLK3450型礦渣立磨的實際工作情況，確定了兩種惡劣工況：

工況一：正常工作狀態，設料層厚度為10mm，張緊液壓缸達到最大拉力。

工況二：極端工作狀態，無料層，機械限位裝置作用承擔液壓缸最大拉力。磨輥部在垂直平面內的力學模型如圖3所示。

根據該力學模型和相關的已知條件即可建立起XY平面內的力學平衡方程，如下：

各主要部件的具體受力計算工作可采用我公司自主開發的“礦渣磨設計實用程序”來完成，磨輥部的程序計算結果如圖4所示：

對關鍵承載部件的有限元分析采用了ANSYS Workbench 14.5軟件來完成。

工況一：正常工作狀態，設料層厚度為10mm，張緊液壓缸達到最大拉力，此時立磨主支架的應力分布情況如圖4所示，此工況下主支架的最大應力為82.7MPa，應力最大的點位于主液壓缸的銷孔處，主支架所用材料為Q235A，則此時主支架的安全系數為2.81。

工況二：極端工作狀態，無料層，機械限位裝置作用承擔液壓缸最大拉力，此時立磨主支架的應力分布情況如圖6所示，此工況下主支架的最大應力為123.7MPa，應力最大的點位于機械限位裝置與主支架本體的接觸處，此時主支架的安全系數為1.90。

此工況下主支架焊接的變形狀態如圖7所示，主支架的最大變形量約為2mm。

對MLK3450型礦渣立磨磨盤座的分析結果如圖8所示，當液壓缸拉力達到設計最大值時，磨盤座承受壓力達到最大值，此時磨盤座的最大應力值為35.6MPa，應力最大的點出現在磨盤座外緣。磨盤座所用材料為ZG270-500，此時磨盤座的的安全系數為7.58。

3 MLK3450型礦渣立磨的系統工藝計算

完整的礦渣微粉生產線主要包括礦渣輸送系統、礦渣粉磨和成品收集系統、礦渣粉成品存儲系統和供熱系統，典型的工藝流程如圖9所示：

礦渣粉磨生產線是集礦渣的烘干、粉磨、選粉為一體的全風掃系統，工藝系統的熱平衡計算是該系統設計的基礎。假設生產線的熱源來自于熱風爐，則根據系統熱平衡原理，應有如下關系式：熱風爐提供的全部熱量=粉磨系統消耗的全部熱量-粉磨過程產生的熱量。根據以上基本關系即可對MLK3450型礦渣立磨的系統工藝參數做如下計算：

3.1 必要假設

受力系數：取f=1

產量：取mF=100t/h

給料水份：取xFA=15%

殘余水份：取xFR=0.5%

單位功耗：取WmM=30kWh/t

物料入磨溫度：取TMat1=0℃

出磨溫度：取TM2=90℃

3.2 磨機出口氣體量

3.2.1 磨機入口氣體量：

取VM1=155000Nm3/h

3.2.2 物料含水量：

=17.06t/h

3.2.3 給料量：

117.06t/h

3.2.4 水蒸氣量：

3.2.5 密封空氣量：

3.2.6 計算風量：

Asp===2.683×10-3m2

V2=3×V1=3×523.6=1570m3/h

3.2.7 風量：

V=1750m3/h

3.2.8 風壓：

P=7000Pa

因此：V2

3.2.9 計算風速：

UL==54.21m/s

U=50m/s

因此：UL>U

3.2.10 輔助氣體量：

VFa=0.05×（VM1+Vsp+VH2O）

=0.05×（155000+3200+21325）=8976Nm3/h

3.2.11 磨機出口氣體量：

VM2=（VM1+Vsp+VH2O+VFa）

=（155000+3200+21325+8976）=188501Nm3/h

3.3 磨機入口熱量

3.3.1 粉磨熱量：

QMah1=WmM×mF×3600×0.85

=27×100×3600×0.85=8262000kJ/h

3.3.2 磨機出口物料溫度：

TMat2=TM2-△t=90-15=75℃

3.3.3 物料熱量：

QM=mF×1000×cMat×（TMat2-TMat1）

=×0.88×75=6600000kJ/h

3.3.4 水蒸發熱量：

（1）溶解冰熱：

Q1=mH2OA×335×1000=17.06×335×1000=5715100kJ/h

（2）水熱：

Q2=mH2OA×4.1868×（100-TMat1）=17.06×4.1868×（100-0）×1000=7142681kJ/h

（3）水蒸發熱：

Q3=mH2OA×2257×1000=17.06×2257×1000=38504420kJ/h

（4）總熱量：

QH2O=Q1+Q2+Q3=5715100+7142681+38504420=51362201kJ/h

3.3.5 磨機后氣體熱含量：

QGas=VM2×cGas×TM2=188501×1.34×90=22733221kJ/h

3.3.6 熱損失：

QV=0.05×（QM+QH2O+QGas-QMah1）=0.05×（6600000+51362201+22733221-8262000）=3621671kJ/h

3.3.7 磨機前熱量：

QM1=QM+QH2O+QGas+QV-QMah1

=6600000+51362201+22733221+3621671-8262000=76055095kJ/h

3.3.8 磨機入口溫度：

TM1===345.5℃

3.3.9 磨機出口風量：

VM22=×VM2

=×188501=251608Bm3/h

3.3.10 磨機入口風量：

VM11=×VM1

=×155000=352811Bm3/h

3.4 磨機系統壓力損失

3.4.1 磨機入口壓力：

PM1=-500Pa

3.4.2 磨機壓差：

△Ps=3700Pa

3.4.3 磨機出口壓力：

PM2=-4200Pa

3.5 磨機出口含塵量

3.5.1 磨機出口粉塵含量：

Z1===397g/Bm3

3.5.2 磨機出口含水量：

Z2===67.8g/Bm3

4 四輥MLK3450型礦渣立磨的投產運行情況

目前，我公司第一臺四輥MLK3450型礦渣立磨已在河北某建材公司順利運行，經過為期2個月的調試，該礦渣立磨的產量可達125t/h，出磨成品礦渣粉的質量達到國家標準的要求。磨機正常運轉時的系統壓力維持在10MPa左右，磨機的水平震動2.5mm/s左右，垂直震動3mm/s左右，可以說首臺次的MLK3450型礦渣立磨整體運行情況良好、穩定，達到了設計預期。

（責任編輯：秦遜玉）