LM3722N型礦渣輥磨的開發及應用

李光業，孔金山

LM3722N型礦渣立式輥磨是集細碎、研磨、氣力輸送、選粉分級和物料烘干為一體的粉磨設備，可用于年產60萬噸（一線磨）和年產120萬噸（一線兩磨）的礦渣微粉生產線粉磨，也可用于礦渣或其他固體廢渣粉磨領域，對提高固廢處理的經濟效益具有重要意義。

1 LM3722N型礦渣立式輥磨主要參數選型計算

LM3722N型礦渣立式輥磨的主要技術參數見表1。根據生產線產能需求，對LM3722N型礦渣立式輥磨的磨盤直徑、磨輥直徑、磨盤轉速、料層厚度、通風量和主機功率等參數進行選型計算。

表1 LM3722N型礦渣立式輥磨技術參數

1.1 磨盤名義直徑

根據LM系列立式輥磨的磨輥形式，定義磨盤名義直徑為磨盤與磨輥研磨軌跡形成的假想軌道直徑，通常根據輥磨的生產能力來計算。磨盤名義直徑與生產能力的關系式為：

式中：

GR——輥磨生產能力，t/h

KG——常數，與輥磨型式、輥磨壓力、研磨物料相關，取KG=4.4

D——磨盤名義直徑，m

按照設計產能的130%對磨盤名義直徑進行校核計算，以保證輥磨磨損后期的設計產能。

經計算，磨盤名義直徑D=3.714m，圓整后取磨盤名義直徑D=3.7m。

1.2 磨輥直徑和寬度

磨輥直徑與磨盤直徑之間按照一定的比例關系進行設計。一般情況下，輥徑與磨盤直徑之比為0.5～0.7，通過選擇合適的輥徑與磨盤直徑比，可以確定磨輥直徑。

式中：

DR——磨輥直徑，m；

磨輥直徑圓整后，取DR=2.2m，磨輥數量：4個

磨輥寬度與磨輥直徑之比稱為輥徑比，一般DB/DR=k，礦磨類輥徑比k=0.3～0.35。

取k=0.33，可確定磨輥寬度：

DB=0.33×2 200mm=726mm

磨輥寬度圓整后，取DB=0.72m。

1.3 磨盤轉速

磨盤轉速是根據物料在磨盤內的運動速率和粉磨速率相平衡的原理設計的，與磨輥數量、磨盤直徑、料層厚度等參數有關。不同磨型的輥磨因設計參數不同，盤速也各不相同。輥磨磨盤轉速與磨盤直徑的-0.5次方成正比，其關系式為：

式中：

Kn——常數，與輥磨的磨型和工藝系數相關，取Kn=50～60

n——磨盤轉速，r/min

經計算，磨盤轉速可取n=25.6r/min。

1.4 料層厚度

合適的料層厚度是輥磨穩定運行的必要條件。料層太薄會降低粉磨效率，甚至會引起磨機強振而頻繁停機；料層過厚會降低研磨效率，易造成“飽磨”。通常料層厚度與輥徑DR有關，操作控制時可參考：

式中：

h——料層厚度，mm

DR——磨輥直徑，m

1.5 出磨通風量

輥磨是烘干兼粉磨的磨粉設備，其出磨通風量有兩種計算方法：一是按出磨氣體攜帶粉料的能力，即含塵濃度計算；二是根據烘干物料的能力，即通過熱平衡計算得出烘干能力下的風量。同時，校核風環處的噴嘴風速（60～90m/s）和磨腔內的筒體截面風速（6～10m/s）。

按出磨氣體含塵濃度計算磨機所需通風量：

式中：

C——出磨氣體含塵量，kg/m3；

對于礦渣，一般取C=0.25～0.3kg/m3

Q——磨機通風量，m3/h

經計算，Q=400 000m3/h

1.6 主電動機功率

通常輥磨主電動機功率的計算方法有以下三種：一是根據輥磨的處理能力和能耗之間的關系，同時考慮修正系數；二是按磨盤上的作用力矩和磨盤轉速計算；三是模擬放大試驗樣機，并留有一定的富余量。

立式輥磨所需功率的計算方式有如下幾種：

式中：

N——立式輥磨所需功率，kW

V——磨輥圓周速度，m/s

F——每個磨輥的實際輥壓力，F=1.3GW，N

FN——所需投影輥壓力，kN

GW——磨輥對料層的壓力（包括磨輥自重），N

Z——磨輥個數，個

KP——單位產品電耗，kWh/t；粉磨礦渣物料KP取25～28kWh/t

由式（8）計算立式輥磨所需功率，其中，取礦渣料層輥壓力GW=1 000kN

由式（9）計算立式輥磨所需功率，其中，FN=DR·DB·GW×0.9=1 425.6kN

由式（10）計算立式輥磨所需功率：

N=KP×（90～100）=2 250～2 800kW

綜合以上計算，可取主電動機功率P=3 150kW。

2 立式輥磨的結構及工作原理

2.1 立式輥磨的結構

LM3722N型礦渣立式輥磨由主電機、主減速機、機架、磨盤裝置、磨輥裝置、限位減震裝置、筒體、選粉機、液壓系統、潤滑系統、噴水系統、輔助工具、電控系統等組成，其結構如圖1所示。

2.2 立式輥磨的工作原理

圖1 LM3722N型礦渣立式輥磨結構

LM3722N型礦渣立式輥磨采用碗盤輪胎輥、液壓變加載的結構形式，利用料床粉磨原理對物料進行擠壓粉碎和研磨。主電動機驅動減速機帶動磨盤轉動，被粉磨的物料通過計量后，經鎖風喂料閥、進料溜槽送入旋轉的磨盤中心，物料在離心力作用下，向磨盤邊緣移動，從而進入由磨輥和磨盤組成的粉磨區域。磨盤邊緣安裝有一定高度的擋料環，以保證在磨盤上形成一定厚度的料層，利于粉磨。在液壓加載系統提供的加壓作用力和磨輥自身重力的共同作用下，物料受到擠壓、研磨和剪切作用而被粉碎。同時，熱風從磨盤周邊的風環處均勻向上噴出，粉磨后的物料被風環處的高速氣流吹起，經過選粉機分級、篩選后，不合格的粗粉在旋轉葉片作用下落回至磨盤，與新喂入的物料一起被重新粉磨，合格的細粉經烘干，隨同氣流出磨，由布袋收塵設備收集為成品，整個粉磨作業過程如此循環。

3 LM3722N型礦渣立式輥磨的關鍵設計點

（1）磨盤采用碗形結構，磨輥采用帶有“排氣凹槽”的輪胎形輥面，并與磨盤呈一定傾角，能有效降低磨輥對物料的研磨振動。

（2）磨輥密封殼位于輥磨機體外，設計有氣密封結構，無需密封風機。

（3）磨盤外緣設有可調的擋料環，可根據不同的物料和系統調試狀況進行調整。

（4）四個磨輥相對磨盤中心均勻對稱布置，磨盤受力均衡。當一個或兩個磨輥出現故障時，對稱的兩個磨輥仍可使磨機在產量2/3負荷下穩定運行。

（5）自動液壓變加載系統壓力穩定，輔以氣囊式蓄能器，能有效地起到隔振作用，具有一定的自適應能力和彈性緩沖作用，可以適應料層波動變化。

（6）每個磨輥均配有專用的液壓翻輥裝置，可以將磨輥翻出輥磨機體外，方便檢修和更換磨輥。

（7）加載系統配有機械限位裝置，具有一定彈性的緩沖機械限位裝置，可以防止由于料層太薄，導致磨輥位置過低而造成的磨輥和磨盤間的剛性接觸。

（8）選粉機設計成機械傳動、轉速可調的動態選粉機結構，作為立式輥磨的一個部件與立式輥磨組裝成一體。

4 LM3722N型礦渣立式輥磨調試操作關鍵點

LM型立式輥磨在初期調試運行階段，需要控制好以下幾個操作關鍵點：

4.1 立式輥磨振動

造成立式輥磨振動的主要原因有：

（1）入磨物料中可能夾雜有金屬大塊，或者物料中夾雜有大塊硬物料。

（2）原料水分忽高忽低，沒有根據磨機出口風溫及時調節入磨風溫和調節噴水量，使磨盤上不能形成穩定的料層。

（3）進出口壓差不穩定，喂料量與研磨壓力、通風量、選粉機轉速要匹配合理，料、氣、轉速不平衡，必然會造成磨腔內壓差波動變化，導致磨機振動。

4.2 立式輥磨壓差

磨機壓差的變化反映了磨腔內循環物料量（循環負荷）的多少，磨機壓差決定了磨機能否穩定運行。

（1）壓差降低，說明磨機喂料量少于出磨物料量，磨腔內的循環負荷降低，磨盤上的料層會逐漸變薄，薄到極限時會發生振動而停磨。

（2）壓差不斷增高，說明磨機喂料量大于出磨物料量，磨腔內的循環負荷不斷增加，最終導致料床不穩定或吐渣嚴重，或造成“飽磨”而振動停機。因此，保持喂料量與出磨物料量的動態平衡對磨機平穩運轉至關重要。

4.3 磨輥研磨壓力

液壓系統是立式輥磨的重要組成部分，磨輥的研磨壓力由液壓系統通過液壓裝置提供。

研磨壓力大，物料容易被研磨至更小的粒徑，可以提高系統產量，但當磨輥施加的壓力達到某一臨界值后仍繼續增加，不僅不會提高產量，反而會使主電動機的電流突然升高，增加單位產品電耗，也會增大磨機的振動。

研磨壓力低，物料不能被及時粉磨，導致料層逐漸變厚，容易造成“飽磨”現象，同時主電動機電流增加，磨內壓差增大，最終導致磨機大量吐渣。因此，在生產過程中，需根據實際情況合理調整運行參數，及時調整液壓系統和蓄能器的壓力。

4.4 控制產品細度

產品細度與磨機的產量密切相關。細度要求高，產量低；細度要求低，產量高。控制好產品細度的方法主要有：

（1）增大或降低研磨壓力。壓力越高，產品越細；壓力越低，產品越粗。

（2）改變選粉機轉速。轉速越快，產品越細；轉速越慢，產品越粗。

（3）調節風機風量。當磨內風量有變化時，選粉機轉速必須隨通風量的變化而動態調節，風量增加，轉速提高；風量減少，轉速降低。

4.5 立式輥磨出口風溫和通風量

立式輥磨出口通風量應能滿足輸送物料要求的風量，與磨機產量相匹配。風量過小，不能及時將合格細粉帶走；風量過大，容易造成選粉機跑粗。控制入磨風溫≤350℃條件下運行，出磨風溫（為防止布袋收塵器結露）應控制在80℃～100℃范圍內。出磨風溫低，烘干物料能力不足，成品水分含量增大；出磨風溫高，磨內物料流動性好，不易穩定料層，容易引起磨機振動。

4.6 立式輥磨的“吐渣”現象

調試階段的操作參數設定不當，會引起磨腔內部運行條件紊亂，造成吐渣。引起吐渣的原因很多，主要原因可能有以下兩點：

（1）選粉機轉速設定不合理，喂料量與要求的產品細度不匹配，造成磨內循環負荷增大，磨腔內的壓差虛增，導致主電機運行電流上升，引起磨機吐渣。

（2）增加喂料量的同時，沒有提供足夠的研磨壓力，導致物料不能及時被粉磨，造成“飽磨”現象，從而大量吐渣。

5 結語

從LM3722N礦渣立式輥磨應用現場的調試運行情況來看，立式輥磨運行穩定，整體上滿足礦渣生產需求，礦渣處理量約100t/h，礦渣粉比表面積≥400m2/kg，立式輥磨振動值 5～12mm/s（筒體上監測），達到了預期的效果和設計要求。