水泥廠立式輥磨的選型(一)

引言     

立式輥磨越來(lái)越廣泛地用于水泥廠生產(chǎn)線。新建現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)線中，煤、生料的粉磨采用立式輥磨者占90％以上，水泥熟料和礦渣粉磨采用立式輥磨者越來(lái)越多，所以在現(xiàn)代化水泥工廠中，立式輥磨已成為工廠工藝過(guò)程重要裝備，這是它一系列的優(yōu)良特性所決定的，一部分屬純機(jī)械技術(shù)，另一部分是工藝過(guò)程的，具體如下：     

(1)垂直結(jié)構(gòu)，占用場(chǎng)地很小。     
(2)由于結(jié)構(gòu)緊湊，只需要很小空間。     
(3)立式輥磨運(yùn)行噪音低：其主要噪音源來(lái)自輥磨工作、傳動(dòng)馬達(dá)和減速機(jī)系統(tǒng)及密封風(fēng)機(jī)。     
(4)立式輥磨空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)具有低的噪音和低的振動(dòng)，采用搖臂單獨(dú)控制磨輥，采用機(jī)械停止或液壓控制磨輥可在降低噪音和振動(dòng)的同時(shí)防止磨輥和磨盤(pán)襯板發(fā)生金屬接觸。     
(5)能夠喂入較粗物料，物料粒徑大約為磨輥平均直徑的5％～8％，可節(jié)省預(yù)破碎能量消耗。     
(6)金屬的磨損量很低，比管磨機(jī)約低25％，更換磨輥輪胎的時(shí)間非常短，因此維修費(fèi)用很低。     
(7)通過(guò)使用硬的耐磨材料，采用降低磨損方法以及優(yōu)化措施，隨著操作者的經(jīng)驗(yàn)增加使粉磨元件的使用時(shí)間增長(zhǎng)。   
(8)改善粉塵流物理效應(yīng)，使殼體襯板的使用壽命增長(zhǎng)。     
(9)通過(guò)用液壓氣動(dòng)彈簧加載系統(tǒng)配合現(xiàn)代流行耐磨材料的良好的物理特性能迅速變更粉磨力，使粉磨工作更容易。   
(10)集粉磨、均化、烘干、選粉和輸送功能于一體。        
(11)在粉磨和選粉空間中粗粉有很高的循環(huán)率，使在粉磨選粉過(guò)程中具有非常高的烘干效率。     
(12)由于物料在粉磨室內(nèi)停留時(shí)間短，故有很好的可控制性；由于改變工藝過(guò)程反應(yīng)時(shí)間短，所以很適合完全自動(dòng)化。     
(13)4輥磨采用單獨(dú)成對(duì)控制，工作壓力的控制范圍很大，也就是在1個(gè)粉磨室的1個(gè)磨上2×成對(duì)輥操作(萊歇磨系統(tǒng))。     
(14)立式輥磨具有很高運(yùn)轉(zhuǎn)率，在水泥工業(yè)生產(chǎn)線中是一窯配一磨，可得到最高投資效益。     
(15)由于磨輥是單獨(dú)成對(duì)控制，當(dāng)2個(gè)磨輥出故障時(shí)，允許用另外2個(gè)磨輥緊急操作，可達(dá)到大約70％滿負(fù)荷產(chǎn)量，這時(shí)如果磨機(jī)連續(xù)工作24 h，窯只是在產(chǎn)量稍為降低的情況下繼續(xù)運(yùn)行。     
(16)在輥磨中使用特殊選粉機(jī)可同時(shí)生產(chǎn)2或3種粒徑的細(xì)粉。     
(17)由于避免了管磨機(jī)內(nèi)不良研磨體循環(huán)，立式輥磨的單位能耗低。     
(18)對(duì)于滾動(dòng)摩擦占很大能耗比例來(lái)說(shuō)，使用大直徑磨輥的滾動(dòng)阻力很小，所以單位能耗低。     
(19)由于在料層中比較薄的顆粒層中進(jìn)行粉碎，故單位能耗(kWh／t)低。    
 (20)在同一機(jī)器中采用組合選粉工藝過(guò)程，直接打碎已粉碎顆粒的團(tuán)塊，所以效率高。     
(2 1)通過(guò)最佳調(diào)整導(dǎo)風(fēng)環(huán)，使載塵氣流非常均勻地通過(guò)，使氣流能耗(磨機(jī)阻力)最小化，同時(shí)達(dá)到最大粉磨產(chǎn)量，從而達(dá)到總的能耗最小化，根本不用降低風(fēng)量和采用外部循環(huán)物料來(lái)降低能耗。   

我們知道立式輥磨的發(fā)明是受農(nóng)村碾磨糧食的石頭碾子啟發(fā)。現(xiàn)代的立式輥磨是從l 906年起開(kāi)發(fā)的，至今已經(jīng)過(guò)近百年不斷改進(jìn)，經(jīng)歷了通過(guò)離心力給磨輥施壓到用彈簧加壓，到現(xiàn)在用液壓氣力彈簧系統(tǒng)加壓。被粉磨物料從最軟的煤到中等硬度的水泥原料到硬脆的水泥熟料和礦渣。對(duì)于水泥工業(yè)來(lái)說(shuō)，新型干法分解爐技術(shù)的發(fā)明，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的翻番和大型化，使得立式輥磨結(jié)構(gòu)得到不斷改進(jìn)和大型化，從而滿足了一窯配～磨的要求。  
 
為了滿足水泥廠工藝生產(chǎn)線的磨煤、磨水泥生料、磨水泥熟料及礦渣的要求，世界各國(guó)水泥機(jī)械制造商開(kāi)發(fā)了自己品牌的立式輥磨。下面將分別介紹這些著名品牌立式輥磨的結(jié)構(gòu)、選型方法，以及部分品牌的使用和改進(jìn)隋況。 

1 CP_公司彼得立磨 

1．1彼得立磨的結(jié)構(gòu)   
彼得立磨(圖1)是用球形磨輥在水平槽形粉磨軌道上進(jìn)行粉磨。該磨是用彈簧加載推動(dòng)球輥向下壓在被粉磨的物料上。根據(jù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求，粉磨裝置可采用動(dòng)力或靜力選粉機(jī)。   

在世界上使用著的750多臺(tái)彼得立磨，有將近500多臺(tái)用于磨煤，有近100臺(tái)用于磨石膏。   
彼得磨具有堅(jiān)固耐用的結(jié)構(gòu)，在研磨部位沒(méi)有任何軸承或潤(rùn)滑點(diǎn)。這種設(shè)計(jì)使該磨機(jī)可在700℃高溫下操作使用，可達(dá)到最佳的干燥狀態(tài)，甚至可用來(lái)煅燒石膏。   

該磨機(jī)設(shè)計(jì)理念是基于巨大軸向球形軸承球在粉磨環(huán)之間自由地滾動(dòng)。從開(kāi)始到最后整個(gè)使用期間，永遠(yuǎn)保持絕對(duì)的圓形。粉磨機(jī)構(gòu)如圖2所示的特殊的幾何形狀保證了使用壽命全程的恒定產(chǎn)量和顆粒細(xì)度。它不像其它輥磨機(jī)，EM磨粉磨元件是免維修，其粉磨元件是高耐磨材料制成的，使用壽命可達(dá)40000h。   

彼得磨可以承受外來(lái)異物而不用停機(jī)。當(dāng)磨球或環(huán)接觸到這些外來(lái)異物時(shí)，所產(chǎn)生的振動(dòng)將完全被壓縮彈簧所吸收而不至于造成油壓系統(tǒng)的內(nèi)應(yīng)力(見(jiàn)圖3)。磨球會(huì)自動(dòng)將任何外來(lái)異物從磨環(huán)軌道剔除，同時(shí)刮板將異物刮送到廢料箱中。 

彼得磨可以完全烘干含水分20％以下的物料。   
采用高效選粉機(jī)可進(jìn)行超細(xì)粉磨，且在整體運(yùn)行期間其細(xì)度不變。 

1．2選型  
 
在選型彼得磨時(shí)，一定要認(rèn)知它的不足之處：這種磨的球輥(一般采用5個(gè)球輥)是隨下部磨盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在槽形粉磨物料層上滾動(dòng)，而球頂部總是與壓力環(huán)的金屬接觸。這些球沒(méi)有籠罩，運(yùn)動(dòng)時(shí)在水平方向偶爾會(huì)互相碰撞，使他們?cè)谙嗤较蚧剞D(zhuǎn)時(shí)互相磨削。隨著球的質(zhì)量增加，自然會(huì)導(dǎo)至振動(dòng)。這就是這種磨機(jī)規(guī)格增大受限制的一個(gè)原因。    
 圖3彼得磨對(duì)外來(lái)異物不敏感的原理  
 
對(duì)于其他磨輥懸掛在固定位置軸上的立磨，在磨盤(pán)每轉(zhuǎn)一周時(shí)，磨輥的輪胎要輾過(guò)磨盤(pán)粉磨槽一周。而彼得磨的磨球是自由滾動(dòng)的粉磨體，當(dāng)球要輾過(guò)磨盤(pán)粉磨槽一周同樣距離時(shí)，球表面要轉(zhuǎn)過(guò)更大距離。也就是說(shuō)，同固定位置磨輥相比，要得到同樣粉磨路徑長(zhǎng)度，其磨球的粉磨表面要以更高速度運(yùn)行。然而磨球轉(zhuǎn)速增加其動(dòng)載荷隨著增加，事實(shí)上卻很難找到合適的增速辦法。   
不提高粉磨速度，則只有增大磨機(jī)直徑(磨盤(pán)和殼體直徑)和磨球的數(shù)量才能增加產(chǎn)量。這樣造成有很大殼體直徑，在使用適當(dāng)風(fēng)量情況下不能提供對(duì)已粉磨好的物料足夠的提升力，只有提升煤和像煤那樣比重很輕的物料，因此彼得磨粉磨物料的種類(lèi)有限。   

在我國(guó)香港青洲水泥集團(tuán)踏石角的5 500t/d 水泥生產(chǎn)線，就采用了彼得立磨磨煤。   
彼得磨粉磨元件磨損后，打開(kāi)它的磨門(mén)，可以用維修裝置更換所有磨損件(磨球和磨盤(pán)襯板)，這些磨損件具有非常長(zhǎng)的使用壽命。 

2 MB立式輥磨  
 
MB立式輥磨(圖4)吸收了彼得磨的優(yōu)點(diǎn)，即在磨輥內(nèi)不用輥?zhàn)虞S承，而采用3個(gè)大磨輥，在壓縮彈簧作用下壓力環(huán)將按三點(diǎn)靜定支承原則布置的磨輥壓人磨盤(pán)的導(dǎo)軌槽中粉磨物料。  
 磨輥之間設(shè)有導(dǎo)向系統(tǒng)，它在粉塵流中工作受到嚴(yán)重磨損。   
像彼得磨一樣，磨輥不是支承在一個(gè)固定地方。在下面磨盤(pán)粉磨料層傳動(dòng)下，磨輥本身也轉(zhuǎn)動(dòng)和受壓力環(huán)導(dǎo)向向前行走，行走速度比磨盤(pán)低。同樣要把磨機(jī)直徑增加得比較大才能滿足提高磨機(jī)產(chǎn)量的需要。   

這種磨機(jī)在水泥工業(yè)中應(yīng)用失敗，同樣只能用于電站中作磨煤用。這種磨機(jī)在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)過(guò)。 

3非凡公司MPS磨   

德國(guó)非凡公司購(gòu)買(mǎi)了MB立式輥磨專利用了很短時(shí)間，后來(lái)他們綜合了萊歇磨的優(yōu)點(diǎn)和MB磨的基本設(shè)計(jì)概念開(kāi)發(fā)出MPS磨。 

3．1 MPS磨結(jié)構(gòu)   
如圖5所示，MPS磨采用MB磨的3個(gè)磨輥系統(tǒng)和磨盤(pán)上被粉磨物料料層的導(dǎo)向槽，但磨輥裝在軸的輥?zhàn)虞S承上，  同時(shí)磨輥在固定位置的加載構(gòu)件下回轉(zhuǎn)。通過(guò)壓力框架使這些磨輥壓向被粉磨物料層，但是此刻是通過(guò)加載機(jī)構(gòu)迂回夾住磨輥，即通過(guò)壓力框架下的樞軸可以自行調(diào)整位置，原則上消除了MB磨中上述危險(xiǎn)的磨損點(diǎn)。 

 對(duì)小型磨機(jī)由裝在壓力框架上的壓力環(huán)和彈簧產(chǎn)生粉磨力。用l臺(tái)液壓壓緊裝置施以預(yù)加載荷。   
在大型磨機(jī)中，通過(guò)三角框配裝上直接拉桿提供粉磨壓力。由液壓氣動(dòng)裝置產(chǎn)生預(yù)加載荷和彈簧效應(yīng)。   
壓力框架在六角形或圓形磨機(jī)殼體頂部被導(dǎo)向，在導(dǎo)軌中允許作垂直運(yùn)動(dòng)，為了在磨內(nèi)定位磨輥系統(tǒng)而設(shè)有可調(diào)斜度拉桿來(lái)緩沖扭矩反力。   
MPS磨像萊歇磨那樣，所有磨輥的粉磨表面是全速下粉磨的。上世紀(jì)60年代起MPS磨在市場(chǎng)上取得成功，這說(shuō)明所采取的措施是正確的。MPS磨取得成功，其生產(chǎn)許可證曾經(jīng)轉(zhuǎn)讓給丹麥FSmidth、美國(guó)A．C公司和我國(guó)的沈陽(yáng)重型機(jī)器廠。在這之后，非凡公司于1985年開(kāi)發(fā)出新一代MPS BC型立磨，改進(jìn)處見(jiàn)表l。 
表l老型和新一代Mr’S 
磨的比較 

換代后的MPS BC型的立式輥磨見(jiàn)圖6。    
   
概括地說(shuō)，新一代MPS立磨具有下列優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝浑姾牡停怀浞掷霉に囘^(guò)程中的熱；易于控制；噪音低；l臺(tái)機(jī)器可粉磨、選粉兼烘干。   
從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，MPS立磨有以下幾點(diǎn)值得介紹。 

3．1．1降低壓力損失的方法     
為了降低MPS立磨系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的壓力損失，除煤磨外均裝有外部物料循環(huán)系統(tǒng)。一般該循環(huán)系統(tǒng)輸送設(shè)備能力是磨機(jī)額定產(chǎn)量的50％，在正常操作情況下，外部物料循環(huán)量為總量的10％～30％。     
MPS立磨在粉磨中等易磨性物料時(shí)通風(fēng)壓力損  失如下：     
(1)產(chǎn)量在200t/h范圍內(nèi)大約45×103pa     
(2)產(chǎn)量在300tm范圍內(nèi)大約48×103pa；     
(3)產(chǎn)量在400t／h范圍內(nèi)大約52×l03pa。     
設(shè)計(jì)最佳風(fēng)環(huán)的噴嘴，對(duì)急需烘干的濕原料產(chǎn)  生噴騰層，使風(fēng)速可降至40～50 m／s；之間。對(duì)難粉磨  或烘干水分少的原料工藝過(guò)程。甚至可以通過(guò)進(jìn)一  步降低風(fēng)環(huán)噴嘴風(fēng)速，使通風(fēng)壓力損失再降低。  
 

3．1．2新一代MPS磨在更換磨損件十分方便     
通過(guò)立磨殼體上唯一的檢修門(mén)，借助MPS提升  擺出系統(tǒng)，可方便更換MPS立磨磨損件，其工作順  序和原理如下：    
 (1)打開(kāi)檢修門(mén)；     
(2)安裝中央立柱和懸掛固定架(在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)  之前，這些輔件從磨盤(pán)的中心取下和存人倉(cāng)庫(kù))；     
(3)用拉伸液壓裝置提升壓力框架；     
(4)拆卸第一個(gè)磨輥；    ．     
(5)用輔助傳動(dòng)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)磨盤(pán)，使第二個(gè)磨輥旋轉(zhuǎn)至檢修門(mén)處；     
(6)拆卸第二個(gè)磨輥；     
(7)用上述方法拆卸第三個(gè)磨輥；     
(8)拆卸磨盤(pán)上扇形襯板(采用輔助傳動(dòng)，使  每塊扇形襯板能轉(zhuǎn)至檢修門(mén)處，以及用提升和擺出  裝置拆卸之)；     
(9)用相反順序裝磨損件。 

3．1．3改善MPS立磨啟動(dòng)條件     

非凡公司大型MPS立磨一般采用滑環(huán)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，并借助輔助傳動(dòng)啟動(dòng)。允許在滿負(fù)荷情況下均勻地啟動(dòng)。輔助傳動(dòng)也可用作維修。采用鼠籠電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)，新一代大型MPS立磨要在提升磨輥后啟動(dòng)，這時(shí)不需要輔助傳動(dòng)。 

3．1.4抗磨損部位的材質(zhì)與形狀     

非凡公司開(kāi)發(fā)用抗磨損合金鑄鐵(即抗磨白口鑄鐵或在韌性基體中嵌高鉻的馬丁體)來(lái)制造磨輥外套和磨盤(pán)襯板。通常用鎳硬Ⅳ鑄造的磨輥弧形片狀外套，用楔接方法組成整體的輥?zhàn)?，也可用白口合金鑄鐵鑄造弧形片，這種白口含合金鑄造，其母體材料具有80 mm厚的硬層表面，冷硬表面層含有高比例的碳化物和鉻，還含有其它合金成分如鈮等。這種表面層磨損后可以進(jìn)行焊接修補(bǔ)。這種弧形片楔接成磨輥外套，代替了過(guò)去易裂紋鑄造的白口鐵輪胎。   

磨輥輪胎采用高硬度合金鑄鐵和高韌性鑄鐵組合起來(lái)的復(fù)合材料制成，這種材料只能制成整體的輪胎，不能做成弧片狀的分離體。 

3．1．5振動(dòng)的原因及監(jiān)控裝置   

所有立磨都是質(zhì)量彈性系統(tǒng)，他們都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，設(shè)計(jì)原理和操作方式?jīng)Q定振動(dòng)高低。引起質(zhì)量振動(dòng)主要因素是粉磨料層。因此使粉磨料層穩(wěn)定和均勻?qū)δC(jī)勻速運(yùn)行極為重要。而物料喂入和塊狀物料進(jìn)口速度影響到粉磨層的均勻性和穩(wěn)定。   
  圖7表示相互關(guān)系的圖解，可見(jiàn)輥徑和盤(pán)速是決定塊狀物料層壓實(shí)速度的決定因素。    

 隨著壓實(shí)速度的提高，物料顆粒分布時(shí)間越少，不能形成最佳粉磨料層，因而粉磨料層的密度低，決定著粉磨力不理想。高的壓實(shí)速度還會(huì)更多地受料層中塊度的影響，這樣磨機(jī)振動(dòng)趨向加大。與小的磨輥直徑和高的磨盤(pán)速度相反，大的磨輥直徑和低的磨盤(pán)速度將穩(wěn)定粉磨料層和降低振動(dòng)。在不改變磨盤(pán)擋環(huán)高度及不增加料層裝備裝置的情況下，出現(xiàn)異常才采取在磨輥間噴水的輔助措施，以穩(wěn)定料磨料層。    

為了避免振動(dòng)，非凡公司開(kāi)發(fā)了振動(dòng)監(jiān)控裝置，該裝置通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)控制磨盤(pán)上物料量；在磨機(jī)減速機(jī)輸入軸上裝振動(dòng)速度探測(cè)器來(lái)測(cè)量振動(dòng)速度；并在液壓拉力油缸上安裝行程測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量粉磨料層厚度。     

如果能正確設(shè)計(jì)和操作磨機(jī)，以及用上述相關(guān)措施監(jiān)控，一般能避免不能容忍的振動(dòng)，或在振動(dòng)速度超出允許值時(shí)使磨機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)