超高比表面積礦渣立磨研發與海外應用

王 軍

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

礦 渣是煉鐵過程中產生的廢渣，原作丟棄處理。但由于將其粉磨至一定細度后即具有水泥的特性，可作為水泥混合材的優質摻合料，因此，可將礦渣用于生產礦渣水泥，變廢為寶。礦渣立磨集破碎、粉磨、烘干、選粉和氣流輸送等多種功能為一體[1]，相比球磨機，具有能耗低、噪聲小等優勢，已替代球磨機廣泛應用于礦渣粉磨領域。

1 礦渣立磨設計要求

行業內礦渣微粉遵循 GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》的要求，生產的粒化高爐礦渣粉質量一般應達到 S95 級，要求的礦渣微粉比表面積應 ≥400 m2/kg，一般按 420 m2/kg 進行控制。

某項目用戶為國外某鋼鐵公司，要求礦渣立磨年產量為 90 萬 t，小時產量為 140 t 礦渣微粉，且生產的礦渣微粉比表面積為 520 m2/kg。與我國國標 S95級要求的 400 m2/kg 相比，該項目要求的比表面積提高了 30%。礦渣立磨應用于 520 m2/kg 比表面積的礦渣微粉項目，國內尚屬首次，且為出口項目。

2 LGMS5527 礦渣立磨主要特點

該項目采用 LGMS5527 礦渣立磨，主要技術參數如表 1 所列，結構如圖 1 所示。

圖1 LGMS5527 礦渣立磨結構Fig.1 Profile of LGMS5527 slag mill

表1 立磨主要技術參數Tab.1 Major technical parameters of vertical mill

LGMS5527 礦渣立磨采用平盤錐輥、曲臂加載的結構。該設備的主要部件為 3 個 120°均布的主輥，同時配置了 3 個 120°均布的攤鋪板，固定在磨體上，用于攤平物料、壓實料床，以穩定立磨的運行。立磨正常工作時，攤鋪板距離磨輥襯板的高度固定，現場可以根據需要適當進行調節，保證攤鋪板始終壓在料層上，更好地攤平物料，準備料床。

早期立磨采用輔輥攤平物料，相比之下，采用攤鋪板不僅能夠大幅降低成本，而且調節控制簡單，不容易造成料層擾動，攤鋪效果更好。

LGMS5527 礦渣立磨采用螺旋輸送機中心進料。一方面，早期的回轉喂料閥+溜槽的側進料形式容易在回轉喂料閥葉輪和腔體及溜槽內壁形成大的結塊，需頻繁清理。相比之下，螺旋輸送機輸送礦渣具有不易堵料、密封效果好的優點[2]。另一方面，側進料方式使物料沿傾斜的溜槽落到磨盤上，很難保證物料恰好落在磨盤中心位置，導致在 3 個磨輥下分布的物料不均勻，3 個磨輥的粉磨狀態不均勻，不能達到理想的運行狀態，出現個別輥子磨損嚴重的情況。而螺旋輸送機可水平安裝，出料口布置在立磨選粉機返料斗內部，入磨礦渣自由落體落在磨盤中心位置，不易阻塞下料管，且物料在 3 個磨輥下分布均勻，3 個磨輥粉磨狀態和出力可以基本保持一致，立磨運行更加平穩。

3 研發關鍵

為滿足該項目礦渣微粉超高比表面積 520 m2/kg的要求，針對與比表面積相關的直接因素和間接因素，在立磨研發中采取以下優化措施。

(1) 立磨設計時，采用加大的雙液壓缸加載，提供足夠的拉力，使輥壓力比常規提高約 20%。同時對磨輥軸承壽命進行校核，并對磨盤、磨輥、加載系統等關鍵件的強度進行校核。

(2) 磨盤部件設計時，適當增加擋料圈的高度，使磨盤上的物料不易從擋料環處越過，延長物料在磨盤上停留的時間，增加物料的粉磨次數，以獲得高比表面積。

(3) 噴吹環設計時，適當增加風環的過流面積，以降低磨內風速，減少隨氣流輸送至選粉機處的大粒徑物料，增加小粒徑物料，有利于選粉機分選，并減少跑粗，以提高礦渣微粉的比表面積。

(4) 增加主電動機功率，以適應主輥輥壓力的增加對功率的需求。

(5) 采用低速重載大功率立式減速器，采用一級傘齒、兩級行星的結構形式，提高主減速器的動載承受能力，并采用美國 AGMA 標準進行齒輪強度校核，其接觸強度 CSF≥2.5，彎曲強度 KSF≥2.5。

(6) 按照產量和超高比表面積的要求，為選粉機確定合適的轉子高度和直徑、葉片數量、葉片角度、轉子轉速及電動機功率。適當增加轉子葉片的數量，提高轉子轉速，并增加定子葉片角度調節規板的種類，增加現場調節手段。

(7) 改變增加物料含水率的方式，用獨立的磨內噴水系統代替輸送帶噴淋，配備電動調節閥和電磁流量計，克服輸送帶噴水調節速度慢、水量不精確、反應滯后的缺點，噴水量可以通過中控實時、定量、迅速進行調節，噴水量精確，立磨控制靈活，操作更加容易。

4 安裝調試注意事項

研發是保證產品質量的前提條件，現場立磨的安裝、調試則是產品最終能夠達產、達標的重要保證。

(1) 安裝基礎框架時，必須按照圖紙測量各處的標高及水平度，特別是中框架減速器底板上平面的標高及水平度和主電動機基礎框架的標高，保證主電動機在未加調整墊片時的軸伸中心高度低于主減速器軸伸中心高度，使主電動機預留一定的向上調整量，以滿足主電動機與主減速器的同軸度調整需要。

(2) 項目實際應用時，主減速器到貨較晚，為了不影響現場安裝進度，使用主減速器假體代替，將磨盤臨時安放于假體上，作為臨時支撐，再繼續后續的部件安裝。主減速器到現場后，用磨盤同步頂升系統及磨盤支撐工具，頂起磨盤，將假體從磨盤下方移出磨外，再將主減速器拖拉至磨盤正下方。需要注意的是，拖動時應在減速器和專用軌道之間墊上聚四氟乙烯板或涂油，以防劃傷減速器[3]。主減速器定位銷對準磨盤銷孔后，將磨盤緩慢下落至主減速器上并固定。

(3) 翻輥時，應將翻輥液壓缸上下腔的空氣排空，使液壓缸上腔和下腔充滿油，以防止液壓缸腔體中存有空氣導致磨輥速度突然加快而發生危險。

(4) 安裝選粉機時，注意檢查轉子與頂部及左、右密封體的密封間隙，間隙太大礦渣微粉容易跑粗，間隙太小容易剮蹭。

(5) 適當增加加載液壓缸的工作壓力，提高粉磨輥壓力，并使用較高高度的擋料圈組合，增加料層厚度，延長粉磨時間，增加粉磨次數。同時，減少噴吹環處的蓋板數量，以增大過流面積，降低磨內風速。

(6) 通過嘗試采用不同的定子葉片規板尺寸 (見表2)，最終確定適合現場的定子葉片角度。

表2 規板系列尺寸Tab.2 Dimension of gauge board series mm

通過定子葉片靜態分選，再結合選粉機轉子的變頻調速動態分選，提高頻率，增加選粉機轉子轉速，從而提高礦渣微粉成品的比表面積。

(7) 物料含水率偏低或磨內溫度過高導致立磨運行不穩定時，適當向磨內噴水，降低磨內溫度，以穩定料層。

安裝完成的 LGMS5527 礦渣立磨現場如圖 2 所示。

圖2 LGMS5527 礦渣立磨現場示意Fig.2 Site of LGMS5527 slag mill

5 結語

LGMS5527 礦渣立磨經優化設計和安裝調試后，順利通過達產達標驗收，獲得了客戶的高度認可。

該設備是國內首臺套超高比表面積礦渣立磨，也是首次用于海外項目。通過超高比表面積礦渣立磨的研發及海外應用，為設計、制造、安裝、調試此類設備積累了豐富的經驗，為后續研發其他規格的超高比表面積礦渣立磨打下了堅實的基礎。該立磨的研發成功，對于國內礦渣立磨產品在“一帶一路”國家的推廣具有重要而深遠的意義。