LGM 型立磨運行問題分析及改進措施

王利輝，屈冬婷，王 軍，張路明

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

立 式輥磨機簡稱立磨，采用料床粉磨機理，通過磨輥和磨盤之間的相對運動研磨物料，集粉碎、研磨、烘干及分選等工序于一體，其流程簡單、粉磨效率高，現已廣泛用于生料、礦渣等的粉磨作業中。LGM 型立磨采用平面磨盤和錐形磨輥，以其穩定、高產等優勢廣受市場和業主好評[1]。但在運行過程中也有一些細節問題，雖不影響設備根本的使用效果，但也會給業主帶來一定的困擾。筆者將對這些問題展開討論，分析問題產生的原因，并以創新方法徹底解決這些問題。

1 磨輥大端焊硬層塊狀脫落

1.1 問題描述

LGM 型立磨采用平面磨盤和錐形磨輥，2 或 3個磨輥在磨盤上均勻布置，磨盤周邊設有擋料環，與磨盤和磨輥一起使物料在磨盤上形成不完全受限料床。磨輥由各自的液壓缸－曲臂加載系統驅動作用于料床，對料床產生一個豎向壓力，磨盤轉動，帶動磨輥從動轉動，使磨輥對物料產生摩擦力，通過壓縮、剪切和震擊對物料進行粉磨[2]。

磨輥為錐形輥，主要由輥套、輥體、軸承、軸承蓋和軸承密封件等組成，其軸線與磨盤夾角為 15°，輥套為鑄鋼本體+表面堆焊硬層結構，焊硬層厚度為40～50 mm，焊硬層磨損后可補焊。磨輥及磨盤結構如圖 1 所示。

圖1 磨輥及磨盤結構示意Fig.1 Structural sketch of grinding roll and grinding table

在立磨運行初期，磨輥大端圓角處經常出現焊硬層塊狀脫落現象，而其他位置焊硬層正常，如圖 2 所示。隨著運行時間的推移，圓角處焊硬層塊狀脫落現象逐漸減少甚至消失。

圖2 磨輥大端圓角處焊硬層塊狀脫落Fig.2 Massive shedding of hard welded coating at big end fillet of grinding roll

初步分析認為，導致這種現象的原因是此處堆焊結構和工藝問題，因此嘗試通過優化圓角處焊硬層與鑄鋼母材、增大圓角等措施，試圖解決這一問題，這些措施雖有一定的緩解作用，但都沒有解決根本問題。

1.2 原因分析及解決措施

由立磨粉磨原理可知，磨輥大端料床區為高壓研磨區，料床結構及磨輥受力示意如圖 3 所示。磨輥大端圓角 (標記為R) 處于高壓研磨區，受力最大，同時由于它一方面受到磨盤上料床的豎直方向壓力，另一方面受到來自擋料環水平方向的剪切力，因此受力狀況較其他位置更為復雜[3]。豎直方向壓力正向作用于焊硬層與鑄鋼母材的結合面，鋼材的抗壓能力強，因此豎直方向壓力不會導致R圓角處焊硬層脫落。而水平方向的剪切力平行于焊硬層與鑄鋼母材的結合面，有使此處焊硬層滑移脫落的傾向，而且鋼材抗剪能力遠小于抗壓能力。因此，導致磨輥大端R圓角處焊硬層塊狀脫落的原因，除了此處堆焊結構和工藝問題，以及由立磨工作原理決定的受力最大外，筆者推斷水平方向的剪切力是導致R圓角處焊硬層塊狀脫落的另一個主要原因。

圖3 料床結構及磨輥受力示意Fig.3 Structure of material bed and force state of grinding roll

磨輥大端側面與擋料環之間的距離D一般設計為 20 mm 左右，但實際安裝后由于累積誤差等原因，磨輥大端與擋料環最近處可能只有 10 mm，甚至接近剛性接觸，當磨輥處于低位的時候，磨輥大端與擋料環很可能發生局部剛性撞擊，從而導致磨輥大端焊硬層掉塊。D的選擇應在滿足立磨料床粉磨原理的前提下，避免磨輥大端與擋料環的剛性或近剛性碰撞。

一定厚度的料層作為研磨體之間的緩沖墊，緩沖和分散了研磨體之間的作用力，使它們免于剛性碰撞，從而對研磨體起到保護作用。由立磨工作原理可知，R圓角處剪切力不能減小，但可以通過增加料層緩沖墊的方法來緩沖和分散剪切力。為了減緩R圓角處剪切力的破壞作用，可以增加此處料層緩沖墊的厚度，料層越厚，磨輥大端側面受到的剪切力剛性越小，對焊硬層的破壞性越小。

鑒于此，在滿足立磨料床粉磨原理的前提下，利用調節環使磨輥大端與擋料環的距離D適當增大，通過磨輥大端與擋料環間一定厚度的料層作為緩沖墊，緩沖和分散擋料環對R圓角處焊硬層的剪切力，以避免剛性或近剛性碰撞，可以徹底避免磨輥R圓角處焊硬層塊狀脫落的現象。

然而隨著運行時間的增加，焊硬層塊狀脫落現象減少甚至消失，這是由于R圓角周邊的擋料環和磨盤襯板等都有磨損，使得R圓角周邊料層緩沖墊加厚，剪切力剛性減小，所以焊硬層塊狀脫落現象才會減少甚至消失，這也說明了對上述問題原因的分析是正確的。

2 立磨選粉機主軸下軸承溫度超高

2.1 問題描述

立磨選粉機是立磨的分選設備，安裝在立磨上部，研磨后的物料被熱氣流提升進入由選粉機的靜止導向葉片和動態鼠籠式轉子構成的離心分選區，合格的粉體隨氣流經出口排出，粗粉沿選粉機返料錐斗返回磨盤。立磨選粉機主要由選粉機殼體、定子、鼠籠式轉子和主軸等組成。鼠籠式轉子通過連桿與主軸聯接，主軸由上軸承和下軸承支承高速旋轉，上軸承和下軸承采用干油集中潤滑，如圖 4 所示。選粉機上軸承周邊接近環境溫度，運行過程中上軸承溫度正常；而選粉機下軸承周邊溫度高達 100～200 ℃，運行過程中下軸承頻繁超高溫報警，影響選粉機正常工作。

圖4 選粉機上下軸承示意Fig.4 Sketch of upper bearing and lower bearing of powder separator

2.2 原因分析及解決措施

選粉機下軸承工作溫度超高報警，除了軸承工作散熱，最主要原因是周邊溫度過高。為此筆者設計了一種降低選粉機下軸承周邊溫度的裝置，如圖 5 所示。

圖5 選粉機下軸承降溫裝置示意Fig.5 Sketch of cooling device for lower bearing of powder separator

將一個圓形罩子安裝在下軸承周邊，從磨外通入壓縮空氣，壓縮空氣通過罩子與下軸承座周邊的縫隙進入磨內，這樣在下軸承周邊不斷流通的常溫壓縮空氣可將熱量帶走，使空腔內保持一個較低的溫度，相當于在下軸承周邊建立了一個與磨內熱空氣的隔離層，使下軸承工作溫度降低到正常值。壓縮空氣還可根據情況改為普通風機供風。通過實施這一方案，選粉機下軸承工作溫度得到了有效的控制。

3 噴水裝置末端噴淋頭頻繁損壞

3.1 問題描述

為避免立磨粉磨過程中的震動，需要對立磨磨盤上的料床進行穩定處理，即利用噴水裝置對料床進行噴水增濕。噴水裝置由噴水系統始端和噴水系統末端組成。噴水系統始端主要包括水箱、水泵、控制閥和流量計等；噴水系統末端主要包括管路和噴淋頭等，如圖 6 所示。其中噴淋頭位于磨盤襯板上料床的上方，在研磨過程中均勻地對料床進行噴水增濕[4]。

圖6 原噴水系統末端示意Fig.6 End sketch of original spraying system

實際運行時噴水系統末端磨內風速達 50～60 m/s，且處于料床正上方，高速氣固流體沖刷，和料床起伏波動碰撞，經常導致噴淋頭磨損或者毀壞，使噴水系統失去作用，需頻繁停機更換噴淋頭，對工廠造成損失。

3.2 原因分析及解決措施

為解決上述問題，筆者設計了一種可在線更換噴淋頭的噴水系統末端，如圖 7 所示。

圖7 改造后的噴水系統末端示意Fig.7 End sketch of improved spraying system

噴水系統末端分固定部分和可磨外拆卸部分 2 部分。固定部分是一個耐磨保護套，焊接固定在立磨磨體上，對噴淋頭起到保護作用，而噴淋頭則穿過耐磨保護套進入磨內，其尾部通過一個活卡套接頭連接在耐磨保護套上。活卡套接頭具有方向性，可以使噴淋頭自動對準磨盤襯板上的料床。當噴淋頭被磨損或毀壞，可以旋鈕活卡套接頭，將噴淋頭從耐磨保護套抽出磨外進行更換，整個過程不需要停機，從而避免了停機檢修帶來的損失。

4 結語

(1) 綜合分析了立磨磨輥大端圓角處焊硬層塊狀脫落的原因，除了立磨工作原理決定的此處受力最大和堆焊結構與工藝問題的原因外，另一個主要原因是水平方向剪切力剛性過大，提出了適當增加此處料層緩沖墊厚度，以緩沖和分散剪切力，徹底避免此處焊硬層塊狀脫落現象。

(2) 分析了立磨選粉機下軸承工作溫度頻繁超高報警的原因，設計了壓縮空氣加隔離罩的裝置，以降低下軸承周邊溫度，從而使下軸承工作溫度保持正常。

(3) 針對立磨噴水裝置頻繁損壞無法在線更換噴淋頭的問題，設計了一種可在線更換噴淋頭的噴水系統末端，有效避免了停機維修造成的損失。