鋅焙砂球磨機穩定性提升研究及應用

張振國,王卡卡,黎富強

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司,云南 會澤 654200)

0 引言

球磨機是利用鋼球作為介質對礦物或大型物料進行破碎或研磨的大型機械,廣泛用于選礦、建材、冶金、化工等行業,球磨機主要分為干式球磨機和濕式球磨機兩種[1]。云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤冶煉分公司鋅焙燒系統所用球磨機為干式球磨機,主要用于將鋅焙砂礦進行研磨,是鋅焙燒系統關鍵設備。

本文介紹了干式球磨機監控系統和潤滑系統存在的問題,通過對球磨機監控系統和潤滑系統的優化改造,解決了球磨機長期以來存在的反復性自動停機和軸瓦易磨損問題,并實現在DCS 系統進行監控,提升設備運行的安全穩定性,減少設備非計劃性停機,保障沸騰焙燒系統安全穩定運行。

1 球磨機主要配置和技術參數

云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤冶煉分公司6萬t/a 粗鉛、10 萬t/a 電鋅冶煉廠及冶煉渣綜合處理系統2013 年11 月建成投產,球磨機主要工藝參數如下:

球磨機型號:Φ2.1 ×3.0 m

給砂粒度:＜20 mm

排砂粒度:-200 占80%,-80 占100%

筒體轉速:23.8 r/min

最大裝球量:17 t

生產能力:20～25 t/h

主電機型號:YR5001-8 280 kW 10 kV 745 r/min

主減速機型號:ZDY400-4.5-Ⅱ

主軸承潤滑站型號:XYZ-25

球磨機共2 臺,1 用1 備,是會澤冶煉分公司鋅焙燒沸騰系統中關鍵設備,主要由主電機、傳動部裝置、進料部裝置、出料部裝置、主軸承部裝置、回轉部裝置(筒體部、進料螺旋及出料螺旋)、基礎部裝置、稀油潤滑站、控制系統組成(如圖1 所示)。球磨機控制系統采用S7-300PLC 系統,控制球磨機的啟停、調節和保護。球磨機前后軸瓦潤滑采用稀油站強制循環潤滑方式,稀油站配置2 臺油泵,1 用1備,由球磨機PLC 控制。

圖1 球磨機結構示意圖

2 球磨機運行使用中存在的問題及原因分析

2.1 球磨機監控系統存在的問題及原因分析

2.1.1 監控系統存在的問題

球磨機在日常運行過程中,每月3～4 次出現不明原因停機故障,在控制柜界面和DCS 運行監控界面都沒有明確故障指示(見圖2),僅控制柜上綜合故障報警燈亮。因此,對球磨機智能監控系統的研究與實施勢在必行[2]。

圖2 球磨機控制柜

2.1.2 監控系統異常的原因分析

(1)導出PLC 控制程序,查找球磨機啟動和停機條件

啟動條件:從圖3 球磨機啟動程序可知,可選擇從就地控制箱按鈕啟動,或者選擇從遠程啟動。目前的操作方式僅從就地控制箱啟動,啟動條件:A.選擇到就地控制箱,B.本柜停止未按下,C.就地控制箱停止未按下,D.無綜合故障停機,E.球磨機準備好。

圖3 球磨機啟動程序

停止條件:從圖4 球磨機停止程序可知,停止條件:A.觸發綜合故障停機,B.球磨機未備妥,C.按下停止按鈕。從圖5 球磨機可觸發綜合故障停機程序可知,可觸發綜合故障停機的情況:A.高壓柜故障,B.油壓故障,C.電機前軸溫度高高報,D.電機后軸承溫度高高報,E.電機繞組A 相溫度1 高高報,F.電機繞組A 相溫度2 高高報,G.電機繞組B 相溫度1 高高報,H.電機繞組B 相溫度2 高高報,I.電機繞組C 相溫度1 高高報,J.電機繞組C 相溫度2 高高報,K.磨機前軸溫度高高報,L.磨機后軸溫度高高報。

圖4 球磨機停止程序

圖5 球磨機可觸發綜合故障停機程序

(2)球磨機實際運行參數

A.磨機前軸溫度高高報65 ℃,高報55 ℃

B.磨機后軸溫度高高報65 ℃,高報55 ℃

C.電機前軸溫度高高報75 ℃,高報70 ℃

D.電機后軸溫度高高報75 ℃,高報70 ℃

E.電機繞組A 相溫度1 高高報65 ℃,高報70 ℃

F.電機繞組A 相溫度2 高高報65 ℃,高報70 ℃

G.電機繞組B 相溫度1 高高報65 ℃,高報70 ℃

H.電機繞組B 相溫度2 高高報65 ℃,高報70 ℃

I.電機繞組C 相溫度1 高高報65 ℃,高報70 ℃

J.電機繞組C 相溫度2 高高報65 ℃,高報70 ℃

(3)原因分析

①球磨機電機繞組運行參數設置不合理

電機型號:YR5001-8,絕緣等:F,功率:280 kW。高報設置為70 ℃,高高報65 ℃,高高報比高報低,且F 級絕緣電機繞組溫度報警值設置偏低。

②在球磨機參數顯示界面上沒有具體的報警顯示,操作人員不能直觀判斷停機原因,導致停機時不能及時判斷故障。

2.2 球磨機潤滑系統存在的問題及原因分析

(1)長期以來,球磨機供油溫度偏高,以至軸瓦溫度較高(一般在65 ℃以上),導致軸瓦、軸徑磨損加速,壽命大幅降低。說明油冷卻系統設計存在問題,需要檢查油路、水路,保證其潤滑和冷卻[3]。

(2)球磨機前后軸瓦每年均出現過軸瓦磨損現象,原因之一油路不暢,導致潤滑油量不足,潤滑效果不佳,冷卻不及時[3]。

(3)球磨機前后軸瓦潤滑供油量,由操作人員通過觀察孔觀察油量大小來控制手動閥門進行調節,由于觀察角度及日常觀察不方便原因,造成潤滑不足而出現軸瓦加速磨損,存在輸油管路原設計的重大缺陷-缺少油流監測點[4-5]。

(4)潤滑油噴淋裝置對軸瓦噴淋效果不良,潤滑油噴淋大小不一,軸瓦表面潤滑不均勻,且潤滑油飛濺至軸瓦兩側后從密封處漏出,造成潤滑油損失,物料被油污染,現場環境污染嚴重。

3 球磨機改進及應用

3.1 球磨機監控系統改進及應用

球磨機監控系統改進及應用如圖6 和圖7 所示,具體情況如下:

圖6 球磨機DCS 監控系統改進前示意圖

圖7 球磨機DCS 監控系統改進后示意圖

(1)修改電機繞組溫度高報值和高高報值,修改高報值90 ℃,高高報130 ℃。

(2)增加球磨機至DCS 通訊的顯示點,將每個停機連鎖條件引至DCS 進行顯示,并做歷史數據存儲,故障停機時可追溯停機原因,快速查找故障點。

(3)重新安裝油站出口油壓變送器,并設置停機連鎖值,將油壓值引DCS 進行顯示。

(4)電動機運行電流引入DCS 進行顯示,并做歷史數據存儲,同時根據電動機額定電流值,通過編寫程序,設置電流報警值,方便操作人員直觀判斷設備運行負荷狀態。

改造后,球磨機高壓電動機運行負荷進行有效監控,避免設備負荷過大忽然停機事故,保障設備穩定、長周期運行,有利于生產組織、工藝穩定控制。

3.2 球磨機潤滑系統改進及應用

3.2.1 球磨機稀油站油冷卻器系統改進及應用

球磨機稀油站油冷卻器系統改進及應用,具體情況如下:

(1)如圖8、圖9 所示,在球磨機稀油站上并聯安裝一套油冷卻器,每套油冷卻器的供回水、進出油管安裝閥門進行單獨控制,通過調節冷卻水流量可控制所需油溫,避免原換熱面積不足造成冷卻效果達不到目的。

圖9 改造后油冷卻器系統

圖8 改造前油冷卻器系統

改造前,軸瓦溫度偏高(一般在65 ℃以上),導致軸瓦、軸徑磨損加速,壽命大幅降低;改造后,軸瓦溫度可控制在正常運行范圍中(50 ℃以下),延長使用壽命。同時,可實現在單臺油冷卻器出現故障時,設備不停機處理。在夏天氣溫較高時,可同時運行兩套油冷卻器,避免油溫過高對設備的影響。

(2)其他優化改進內容

一是在稀油站冷卻水供水主管上安裝Y 型號過濾器;二是稀油站內安裝凈油板。

優化改進后達到的效果:一是通過Y 型號過濾器過濾鐵銹和污泥雜質,避免油冷卻器水側容易結垢降低油冷卻器冷卻效果。二是定期取出凈油板清理潤滑油中磁性雜質,延長潤滑油使用壽命。

3.2.2 球磨機軸瓦噴淋裝置改進及應用

將原球磨機進出端中空軸軸瓦的直噴型噴淋裝置改為花灑型噴淋裝置(如圖11 所示)。根據球磨機進出端中空軸軸瓦寬度和潤滑、冷卻實際要求,利用花灑沐浴工作原理,將原直噴型噴淋裝置改為花灑型噴淋裝置,使潤滑油噴淋緩慢、均勻,軸瓦潤滑、冷卻達到最佳狀態。制作特點如下:(1)噴淋裝置空腔內填充緩沖用的瓷環;(2)噴淋裝置面板大小根據軸瓦寬度而制作;(3)噴淋裝置面板中心Φ100為無孔;(4)噴淋裝置面板孔徑為Φ4 均勻分布;(5)潤滑所需流量通過進油管道門控制;(6)潤滑壓力通過溢流閥門控制。

圖11 改造后潤滑油噴淋效果

改造后,潤滑油噴淋緩慢、均勻,軸瓦潤滑、冷卻達到最佳狀態,延長密封件使用壽命,減少潤滑油損耗。

3.2.3 球磨機軸瓦供油油量監控優化

在球磨機前后軸瓦供油管上加裝流量計,并將流量信號引入DCS 進行監控及報警(如圖7 所示)。日常根據球磨機進出端中空軸軸瓦潤滑油量、冷卻實際需要,通過帶流量表及遠程輸出的流量計,可直觀地觀察供油量及遠程監管。

圖10 改造前潤滑油噴淋效果

改造特點為前后軸瓦供油管各安裝一只流量計:(1)此流量計帶流量指針表盤及遠程輸出功能;(2)可通過現場和遠程觀察供油量;(3)可根據實際溫度及需油量,觀察流量表,通過流量計前閥門調節所需流量;(4)控制簡單,實際前后軸瓦均勻、定量進行供油潤滑、冷卻。

4 結束語

優化改進完成后,提升了球磨機運行的穩定性,解決了以往存在的問題。

(1)監控系統保護精確、可靠性強,達到遠程監控球磨機運行狀態,實現故障停機時可追溯停機原因,快速查找故障點。通過歷史檢測數據,判斷設備運行缺陷,更好發揮預知維修作用。

(2)潤滑系統優化改進后,實現設備不停機處理單臺油冷卻器故障和日常清洗維護,避免夏天氣溫高后造成油溫過高對設備的影響;通過Y 型號過濾器過濾鐵銹和污泥雜質,避免油冷卻器水側容易結垢降低油冷卻器冷卻效果;定期取出凈油板清理潤滑油中磁性雜質,延長潤滑油使用壽命;將原直噴型噴淋裝置改為花灑型噴淋裝置,使潤滑油噴淋緩慢、均勻,軸瓦潤滑、冷卻達到最佳狀態。