輕質物料較粗成品的輥壓及干式分選試驗探索

何毛，王小峰，石國平

1 引言

隨著輥壓機裝備技術的不斷進步，其干式粉磨、高效節能的特點得到普遍認可，尤其是與V型選粉機、動態選粉機、旋風分離器、收塵器等干式分選與收集設備配套組成的輥壓機終粉磨系統，在干式粉磨領域得到越來越多的好評。

對于一套成熟的粉磨及分選系統，在不改變設備規格的前提下，系統所能達到的成品細度范圍是一定的。2017年9月，本實驗室受委托將一批輕質物料（焦煤類物料）處理到0.15mm篩篩余25%以上，最好能達到30%以上，經過多次探索試驗，得到的成品偏細。之后對V型選粉機進行了優化設計，減小了通風面積，增大了分選區風速，使得更粗的物料得以分選出來。

2 實驗室輥壓-分選試驗系統簡介

實驗室輥壓-分選系統為輥壓機終粉磨形式，即經喂料系統計量后的物料，經由斗式提升機進入輥壓機倉，繼而經輥壓機擠壓后提升至V型選粉機進行分選，較細顆粒由系統風帶入動態選粉機，成品主要由旋風筒收集，部分超細成品由收塵器收集，V型選粉機粗顆粒與動態選粉機粗粉則返回輥壓機倉，與新喂料匯合進入輥壓機再次輥壓。

試驗系統流程示意圖見圖1，主要設備規格見表1。該實驗系統常用于水泥行業生料原材料或水泥的粉磨基礎理論研究，也為多種外行業物料的粉磨試驗探索提供了數據參考。

圖1 實驗室輥壓機-分選系統流程圖

3 試驗物料及要求

試驗原料為焦煤，堆積密度0.72t/m3，粒度分析見表2。從表2中可以看出：0.15mm粒級以上占98.4%。根據要求，粉磨需在干式條件下進行，成品中0.15mm以上部分應達到（30±5）%。

表1 實驗室輥壓-分選系統主要設備

表2 原料主要粒級質量分數

4 系統試驗

4.1 常規條件試驗

常規試驗中，V型選粉機用于輥壓后物料的初步分選，將其中最粗部分物料返回輥壓機倉，其余物料隨系統風進入動態選粉機，繼而進行第二次粗細粉分離，得到合適細度的成品后由旋風筒及收塵器收集。由于試驗要求成品細度較粗，試驗條件初步確定為：輥壓機壓力3MPa，選粉機轉速5Hz，風機風門開度100%，試驗時間10～15min，即系統完全穩定運行一段時間后取樣進行粒度篩析，結果見表3，其中，成品0.15mm篩篩余16.59%，細度較細。

表3 常規條件試驗成品粒度分析

根據收集物料的重量、運行時間及運行期間電機功率記錄，可統計出輥壓機兩輥平均功率之和為5.32kW，成品產量447.4kg/h，主機平均粉磨電耗11.89kWh/t。

4.2 條件探索試驗

根據常規條件試驗結果，由于風機風門已經全部打開，無法繼續增大系統風量，故初步決定將動態選粉機轉速降至0Hz，即完全停用第二次分選，僅用V型選粉機進行粗細分離，同時取輥壓機循環料餅進行粒度篩析，考察輥壓機擠壓后物料中粒級在0.15mm以上顆粒含量，得到的成品粒度見表4，料餅粒度見表5。統計出的兩輥平均功率共4.61kW，成品產量483.3kg/h，主機平均粉磨電耗9.54kWh/t。

表4 3MPa壓力-0Hz選粉試驗成品粒度分析

表5 3MPa擠壓循環料粒度分析

根據3MPa壓力-0Hz選粉試驗結果，停用動態選粉機后成品細度雖然變粗，但仍未達到所需的要求，因此考慮改變輥壓機壓力，減弱擠壓效果，增大循環料的粒度，從而提高分選成品的粒度。將壓力降低至1.5MPa后，試驗并收集成品進行粒度篩析，結果見表6。期間兩輥平均功率共4.19kW，成品產量515.8kg/h，主機平均粉磨電耗8.12kWh/t。

表6 1.5MPa壓力-0Hz選粉試驗成品粒度分析

一般而言，輥壓機粉磨-分選系統主要的可調節條件為粉磨條件和分選條件，上述幾組試驗中對兩種條件都進行了最大限度調節，故在不改變系統設備的條件下，0.15mm篩篩余（30±5）%的細度要求難以達到。

4.3 設備改動后試驗

在系統分選過程中，主要依靠引風機提供流體作為物料分離的載體，系統風管內流體速度的改動會影響其帶料能力，增大局部風速則能拉動相對更粗的顆粒，從而使成品細度更粗。據此考慮將V型選粉機出風口面積縮小，增大分選區域風速。通過考察實驗設備具體尺寸，將現有出風口導流板的30%進行遮擋，繼而進行試驗并取樣篩析，結果見表7。期間兩輥平均功率共4.38kW，成品產量403.6kg/h，輥壓機主機平均粉磨電耗10.85kWh/t。

表7 V型選粉機改動后3MPa壓力-0Hz選粉試驗成品粒度分析

從輥壓機操作壓力同樣為3MPa的表7與表4對比可以看到，V型選粉機改動后，成品粒度明顯變粗，在此基礎上參考表4與表6，將輥壓機壓力降至1.5MPa，繼續試驗得到成品粒度見表8。同時，統計的兩輥平均功率共4.19kW，成品產量429.5kg/h，主機平均粉磨電耗9.76kWh/t。

表8 V型選粉機改動后1.5MPa壓力-0Hz選粉試驗成品粒度分析

從表7和表8可以看出，兩組的成品細度均滿足要求，同時，調整輥壓機操作壓力后成品細度并未大幅度改變，但主機的單位電耗由10.85kWh/t降低至9.76kWh/t，因此將1.5MPa試驗結果作為此物料粉磨的最佳操作條件。

5 試驗結果匯總

在上述試驗過程中，各組成品細度（0.15mm篩篩余）變化趨勢見圖2，相應的成品產量及主機單位電耗見圖3，從圖中可以直觀地看出，在不同的操作條件下，試驗結果呈現一定的規律性。

圖2 各組操作壓力-選粉機頻率下成品細度變化趨勢

圖3 各組操作條件下成品產量及主機單位電耗變化趨勢

從試驗過程來看，在系統風量無法改變的情況下，降低輥壓機壓力、降低動態選粉機轉數均可使成品細度變粗，同時，減小V型選粉機分選區域面積，增大局部風速也能在一定范圍內使成品篩余變大。

從各組試驗中成品產量來看，成品0.15mm篩篩余增大后，相應產量也有所增大，同時，V型選粉機改動后系統阻力增大，選粉區域面積減小，選粉效率降低，產量相對減少。

從各組試驗中的輥壓機電機功率來看，輥壓機在3MPa操作壓力下的單位功率消耗均比操作壓力為1.5MPa時高，而V型選粉機改動后成品產量降低，系統內循環的細粉增多，輥壓機功率也有所下降。

從各組試驗主機電耗來看，隨著成品0.15mm篩篩余增大，電耗逐步降低，雖然對V型選粉機做的改動使篩余有所增大，但選粉區域減小，系統阻力加大，選粉效率降低，成品率降低，粉磨效率下降，電耗增大，在常規系統內應盡量避免這種操作。■