LGMS4521 礦渣立磨噴水系統的改進

宋建林，吳小強

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

LGMS4521 礦渣立磨用于鐵廠高爐礦渣的粉磨，將水淬后的礦渣粉磨至合適粒度，摻入普通水泥，用于制作礦渣水泥，礦渣立磨參數適當調整后也可粉磨水泥熟料。該立磨配有噴水系統，噴水系統的主要作用是穩定磨內料層厚度，降低立磨振動，提高立磨穩定性，降低立磨出口氣體溫度。正確使用噴水系統并控制其噴水量，可以穩定料層，提高研磨效率，使磨內流體順暢，合格產品及時從磨內分離出去，在一定程度上提高了立磨的產量[1]。噴水系統的正確使用和維護對于立磨的正常運轉及產量的提高有重要意義。在實際生產過程中，噴水系統末端常出現噴頭堵塞，或者噴水不均勻的情況，因此需要經常對噴水系統末端進行檢修和更換。檢修時立磨停機，會造成生產損失。針對以上問題，筆者對立磨的噴水系統進行了改進。

1 噴水系統的原理和功能

LGMS4521 礦渣立磨噴水系統包括水箱、水泵、控制閥、電磁流量計、管路和噴頭等。噴水管路從立磨筒體伸入磨內，布置在磨輥之間的空腔，噴水端位于磨輥與磨盤碾磨工作區域的上方，距磨盤高度約500 mm。這樣的布局有利于均勻噴水，使物料在磨盤上形成穩定的料床，提高立磨粉磨的穩定性。噴水裝置的使用效果，取決于操作人員對噴水系統開閉時機的把握以及噴水量的控制。

在立磨的實際生產應用中發現，當入磨物料過于干燥，含水率低于 7%～8% 時，立磨的烘干能力過大，物料在磨盤上的流動性會加快，磨輥研磨效率降低，出磨風溫度過高，立磨產量下降。此時需要開啟噴水系統，給磨盤上的物料加入適量的水分，改善磨內工況，從而提高立磨的產量。但是如果噴水量過大，超過了立磨的烘干能力，物料則會在磨盤的碾磨區黏結，影響粉磨效率，形成厚料層，物料分離難度增加，從而導致電耗增加。如果處理不及時，還會造成物料堆積、磨機功率過大以及系統振動跳停的后果[2]。

假設噴入磨內的水和入磨物料中含有的水分全部在磨內吸熱蒸發，不計立磨通過筒體的散熱，則水分的吸熱等于磨輥粉磨物料產生的熱量、出入磨的熱風的熱量差和出入磨物料的熱量差三者之和。據此可以建立熱平衡方程：

式中：S為含水量，m3；ΔT1為出磨水 (水蒸氣)與入磨水 (入磨水溫大致為環境溫度)的溫度差，℃；C1為水的比熱，J/(m2·℃)；F為風量，m3；Q粉磨為磨輥粉磨物料產生的熱量；ΔT2為出磨風與入磨風的溫度差，℃；C2為空氣的比熱，J/(m3·℃)；W為物料量，m3；ΔT3為出磨物料與入磨物料的溫度差，℃；C3為物料的比熱，J/(m3·℃)。

由上式可知，噴水系統的使用，需要考慮立磨烘干能力與粉磨能力的動態平衡。由于物料粉磨后由出磨風帶出磨機，認為出磨時熱風和物料溫度相同。而入磨物料溫度為環境溫度，入磨風溫度為熱風爐出口溫度，基本穩定。在立磨穩定運行時，入磨物料量基本穩定，因此噴水量、入磨風量與出磨風溫度三者間存在動態平衡的關系[3]。出磨風溫度對保證產品水分合格具有重要作用，一般情況下，出磨風溫度能夠反映物料在磨內烘干的程度，因此出磨風溫過高也可反映出物料干燥，含水量較低。但值得注意的是，如果此時立磨運行狀態穩定，不建議用加大噴水量的方法來控制出磨溫度，而應采用調整入磨風的方法調節出磨溫度。因為噴水量的突然變化會影響已形成的料床，使料床厚度發生變化，引起磨輥的振動，破壞磨機工況的穩定性。當出磨風溫度過高時，表明立磨烘干能力大于磨內的水分，此時適當減少入磨風量，就可以重新建立動態平衡，使磨機保持穩定的運行狀態。因此要根據工況，及時調整熱風，滿足立磨對物料的烘干要求；必要時再通過噴水穩定料層，使立磨運行穩定。

2 噴水系統的改進

2.1 噴水系統噴頭經常堵塞問題的解決

噴水系統噴頭位于磨輥破碎研磨物料區域的正上方，工作環境非常惡劣。該噴水系統只在需要時開啟，并非連續工作。當噴水系統不工作時，如果立磨系統正常運行，磨內被粉磨的物料產生的粉塵很容易進入噴頭的噴水孔，堵塞噴頭。

據此對噴水系統進行了改進，在噴水系統末端的進口增加了壓縮空氣管路，當噴水系統不噴水時，向噴水管路中通入壓縮空氣，對末端噴頭起到空氣密封的作用，磨內的粉塵無法進入噴頭的噴水孔，從而防止噴頭堵塞現象的發生。改進方案如圖 1 所示。

圖1 增加壓縮空氣管路

由圖 1 可知，物料不需要噴水時，噴水系統始端的蝶閥關閉，噴水管路停止噴水。壓縮空氣管路的電磁閥開啟，壓縮空氣通過單向閥進入噴水管路，從噴水系統末端的噴頭噴出，從而阻擋磨內粉塵進入噴水管路，防止噴頭堵塞。

2.2 噴水不均勻問題的解決

圖2 所示為噴水系統末端未改進的結構，噴管通過三通接頭與噴水管路連接，噴管兩側堵死，噴管下方有噴水孔，噴管位于磨輥與物料研磨區域的正上方，水從噴水孔噴到物料上。該結構的噴水孔容易堵塞，且堵塞后不易清理和更換；水流經過各個噴水孔后由于壓力下降，導致末端的噴水孔水壓不足，無法實現均勻噴水。針對以上問題改進了噴水管路末端噴管的結構，改進后的方案如圖 3 所示。

圖2 改進前的噴水管路末端噴管

圖3 改進后的噴水管路末端噴管

如圖 3 所示，在噴水系統末端水平管路下方，焊接了豎直的噴管，噴嘴通過螺紋安裝在噴管末端。

改進后的結構有以下 3 個優點：

(1)當噴嘴發生堵塞時，只需更換或清理噴嘴，螺紋結構使得噴嘴的安裝和更換都非常方便，縮短了檢修的時間。

(2)改進前，水流經過水平噴管的各個噴水孔后水壓下降，無法保證均勻噴水。改進后，焊接的豎直噴管使得噴水管路中的水流能到達各個噴嘴，從而保證了各個末端噴嘴水壓的一致性。

(3)噴嘴的霧化作用使得水覆蓋的范圍更大，噴水更均勻，使物料形成穩定料床的過程更加平穩，減少立磨的振動。

2.3 噴水系統末端檢修立磨停機問題的解決

改進方案如圖 4 所示。由圖 4 可知，噴水管路與末端噴管之間由軟管連接。當發現噴水系統末端有堵塞或損壞的情況需要檢修時，可以拆掉接頭螺母，將末端的管路從磨機筒體內整體取出，在磨外進行檢修，避免檢修時停機。

圖4 磨外可拆式噴水管

3 結語

噴水系統的正確使用和維護對于立磨的正常運轉及產量的提高有重要意義。針對立磨實際生產過程中噴水系統出現的問題，進行了改進，提高了噴水系統維護的便捷性，避免了噴頭堵塞，解決了噴水不均的問題。