水泥管磨常用配件選用原則研究

　　1.前言

　　目前，我國(guó)5000多水泥企業(yè)年產(chǎn)量18億多噸，實(shí)際產(chǎn)能恰已超22億噸，競(jìng)爭(zhēng)之激烈不言而喻，國(guó)內(nèi)噸水泥平均綜合電耗80度以上。水泥企業(yè)每生產(chǎn)一噸水泥需要粉磨的各種物料就有3～4噸之多。粉磨生料、熟料和原煤等的電耗占工廠(chǎng)總電耗的65%～70%。粉磨成本占水泥生產(chǎn)總成本的35%左右。這三種磨機(jī)鋼鐵消耗占工廠(chǎng)鋼鐵總消耗的55%以上。這些磨機(jī)及其附屬設(shè)備的維修量約占全廠(chǎng)設(shè)備總維修量的60%[1]。提高管磨機(jī)配件的使用效能與壽命，大幅降低鋼鐵消耗、提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率，其經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的；而由此帶來(lái)系統(tǒng)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，數(shù)倍甚至于數(shù)十倍前述經(jīng)濟(jì)效益，是不少企業(yè)常常容易忽視的。

　　2.配件選用共性原則研究：

　　2.1長(zhǎng)壽命原則：

　　目前，僅水泥粉磨的鋼鐵噸消耗為20克～200克。可見(jiàn)采用易磨性不同的管磨機(jī)配件，在不同的工作狀態(tài)下，其使用壽命相差懸殊。就全國(guó)而言，噸水泥鋼鐵消耗降至現(xiàn)有水平的1/2～2/3是完全有可能的，以噸水泥平均節(jié)約鋼鐵消耗30克，管磨機(jī)配件平均6000元/噸計(jì)，則可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益2.34億元。同時(shí)延長(zhǎng)了配件更換周期，提高了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率，其經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的。

　　一方面源于降低產(chǎn)品成本及其銷(xiāo)售價(jià)格，以便吸引客戶(hù)；另一方面出于縮短供貨周期，實(shí)現(xiàn)本企業(yè)效益最大化的考慮，一定數(shù)量的配件供應(yīng)商主觀上盡可能擴(kuò)大使用壽命較短的配件銷(xiāo)售量，從而達(dá)到提高銷(xiāo)售額的目的，事實(shí)上也迎合了不少業(yè)主喜歡低價(jià)配件的心理。自然也就有了配件供應(yīng)商獲小利，業(yè)主承擔(dān)較大損失的局面。

　　2.2尺寸控制原則：

　　一方面源于對(duì)眼前利益的考慮，一定數(shù)量的配件供應(yīng)商人為采取加大尺寸、改變尺寸及形位公差的手段，提高單位配件的重量，從而達(dá)到提高銷(xiāo)售額的目的；另一方面，不少配件供應(yīng)商裝備工藝相對(duì)落后、缺乏必要的技術(shù)力量，客觀上也無(wú)法保證其產(chǎn)品的尺寸及形位公差控制在應(yīng)有的范圍。

　　配件尺寸及形位公差控制在規(guī)定的范圍，意義重大。它關(guān)系到對(duì)應(yīng)配件的功能是否按照預(yù)定的要求實(shí)現(xiàn)。管磨機(jī)因?yàn)榕浼叽缂靶挝还畈缓细?，引發(fā)重大損失的案例并不少見(jiàn)。

　　3.配件選用個(gè)性原則研究：

　　3.1襯板：

　　3.1.1襯板耐磨性

　　襯板作已經(jīng)由過(guò)去單純的防護(hù)裝置，發(fā)展到如今按照不同倉(cāng)的破碎與研磨功能需求，來(lái)調(diào)節(jié)研磨體的動(dòng)態(tài)分布和運(yùn)動(dòng)軌跡。故襯板的耐磨性對(duì)企業(yè)效益影響較大。對(duì)于前倉(cāng)的階梯襯板，其圓角一旦磨損，帶球功能就開(kāi)始下降，對(duì)應(yīng)的破碎功能也就隨之下降，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的產(chǎn)量；對(duì)于后倉(cāng)的平襯板或波紋襯板，一旦磨損嚴(yán)重，則物料相對(duì)于襯板的摩擦系數(shù)太小，容易使物料與研磨體整體滑動(dòng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效研磨。另一方面，一旦襯板損壞，更換時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率影響較大。

　　3.1.2襯板厚度尺寸

　　管磨機(jī)的襯板厚度尺寸對(duì)其效益影響明顯。一方面襯板厚度尺寸直接影響管磨機(jī)有效內(nèi)腔空間大??；另一方面，襯板厚度尺寸直接影響管磨機(jī)空載負(fù)荷與研磨體的裝載量，對(duì)于大直徑的管磨機(jī)影響尤其明顯（以Ф4.2×13M管磨機(jī)為例，其襯板厚度尺寸減小1mm，則增大空間為0.35m3、減少無(wú)效功率消耗30kw以上，可多裝研磨體近3噸）。當(dāng)然，有時(shí)需要使用雙曲面襯板（亦為活化襯板），則襯板局部厚度尺寸會(huì)偏大，但其研磨效果較好，產(chǎn)量較高，效益明顯。

　　3.1.3襯板形狀

　　管磨機(jī)的首倉(cāng)主要是塊狀物料，需用具有較大落差的大研磨體擊碎物料；尾倉(cāng)是粗粉細(xì)渣物料，是用小研磨體互相滾蹲來(lái)研磨物料，而活化環(huán)又為微介質(zhì)創(chuàng)造了三維運(yùn)動(dòng)條件，強(qiáng)化了研磨作用。因此首倉(cāng)通常采用具有阿基米德對(duì)數(shù)螺線(xiàn)提升角提升船形（階梯）襯板，其提升角的大小要由磨體轉(zhuǎn)速和研磨體填充率來(lái)決定[2]。而尾倉(cāng)則通常采用具有分級(jí)兼提升的雙曲面襯板，其分級(jí)斜度和提升角由磨體轉(zhuǎn)速和研磨體級(jí)配而定。管磨的尾倉(cāng)常加活化環(huán)。襯板的改進(jìn)和活化環(huán)的使用能使磨機(jī)的產(chǎn)量明顯提高，電耗下降，比表面積加大[3]。

　　襯板形狀選擇錯(cuò)誤，會(huì)使管磨機(jī)的破碎、研磨效率大大下降，產(chǎn)質(zhì)量都會(huì)收到很大影響。

　　3.2研磨體：

　　根據(jù)傳統(tǒng)計(jì)算公式來(lái)確定研磨體級(jí)配與填充率，已不再適應(yīng)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)粉磨的需要，而應(yīng)根據(jù)入料粒度、粉磨流程、磨體轉(zhuǎn)速、裝機(jī)功率、隔倉(cāng)分段長(zhǎng)度、襯板工作面和各倉(cāng)位對(duì)研磨體的動(dòng)態(tài)要求來(lái)試驗(yàn)、計(jì)算確定研磨體的填充率及級(jí)配。

　　在正常情況下如何才能使磨機(jī)的研磨體的填充率較大，須注意以下幾點(diǎn)：①使每一塊襯板的重量盡可能輕；②滑動(dòng)軸承面與中空軸的接觸面要合理，不能有"包軸"產(chǎn)生制動(dòng)現(xiàn)象；③滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑冷卻正常；④電機(jī)的實(shí)際功率大小和線(xiàn)路產(chǎn)生的壓降要小。如果壓降大則對(duì)研磨體的裝載量影響很大。解決這些問(wèn)題的主要目的使起動(dòng)電流盡可能減小[4]。

　　根據(jù)管磨機(jī)料球篩析現(xiàn)象：大研磨體與粗粉在相對(duì)靠近管磨機(jī)中心的位置始拋，而小研磨體與細(xì)粉落在遠(yuǎn)離管磨機(jī)中心位置始拋。顯然，大研磨體拋落勢(shì)能最小，反而小研磨體拋落勢(shì)能最大。這與傳統(tǒng)級(jí)配理論大相徑庭。傳統(tǒng)級(jí)配理論認(rèn)為：首倉(cāng)中最大球徑運(yùn)用公式28 （D為最大物料粒徑）計(jì)算，大多企業(yè)都運(yùn)用該公式作為首倉(cāng)最大球徑確定依據(jù)。據(jù)此，不同規(guī)格的管磨機(jī)首倉(cāng)最大球徑就應(yīng)是一樣的，顯然與實(shí)際不相符。因?yàn)楣苣C(jī)直徑不同，帶球絕對(duì)高度亦不同，所產(chǎn)生勢(shì)能也不同。而管磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中帶到最高位置的是最小球。多數(shù)大球在粉磨過(guò)程中所帶高度是最低的，一個(gè)S100不及一個(gè)S70產(chǎn)生的勢(shì)能大，一個(gè)S100的重量相當(dāng)于三個(gè)S70的重量，假如把一個(gè)S100換成三個(gè)S70，在單位時(shí)間和空間內(nèi)沖擊物料的機(jī)會(huì)和能量大幅提高。目前很多企業(yè)首倉(cāng)至少4級(jí)配球，甚至達(dá)到6級(jí)以上，理由是大塊料用大球破，小塊料用小球破，但粉磨效果往往難如人意。事實(shí)上，高效率的粉磨過(guò)程中，相當(dāng)部分細(xì)粉是物料在首倉(cāng)被研磨體擊碎產(chǎn)生的，失敗的粉磨系統(tǒng)不少是沒(méi)有發(fā)揮首倉(cāng)應(yīng)有的沖擊研磨作用。但當(dāng)最大顆粒小于0.1mm時(shí)，管磨機(jī)的沖擊粉碎效果也變得微不足道，只能依靠尾倉(cāng)來(lái)用研磨手段進(jìn)一步降低物料細(xì)度，盡管研磨粉碎單位功耗較高。如果進(jìn)料粒度相對(duì)均勻，建議首倉(cāng)可少級(jí)配甚至一級(jí)配球[5]。

　　關(guān)于研磨體的種類(lèi)，目前常用的有：鋼球、鋼段、橢球形鋼球等。通常是首倉(cāng)用球，尾倉(cāng)用段或球。需要說(shuō)明的是尾倉(cāng)用段則比表面積相對(duì)于用球要高些，但成品的顆粒圓形度要小些。同時(shí)，尾倉(cāng)用段則磨內(nèi)流速相對(duì)于用球要低些。具體使用方案要依具體工況而定[6]。

　　3.3隔倉(cāng)板、出磨篦板、篩板：

　　早期設(shè)計(jì)隔倉(cāng)板、出磨篦板只是為了隔離大小鋼球和阻攔研磨體不被排出，而今則已開(kāi)始注重控制料流速，平衡首、尾倉(cāng)的破碎、粉磨能力，保證合適的料球比，進(jìn)而增大了研磨體動(dòng)能的有效利用。通盤(pán)考慮隔倉(cāng)板和出料篦板的磨損速度與過(guò)料能力、通風(fēng)能力的變化規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)，則效果明顯。篩板主要用在雙層隔倉(cāng)板之中，其縫隙的大小對(duì)磨內(nèi)流速十分敏感，需合理設(shè)計(jì)。同時(shí)，篩板磨損嚴(yán)重，需要采用耐磨材料，以便穩(wěn)定系統(tǒng)生產(chǎn)，延長(zhǎng)使用壽命[7]。

　　4.配件相互協(xié)調(diào)原則：

　　企業(yè)通常根據(jù)原料質(zhì)量（熟料、石膏、各類(lèi)混合材等）及其價(jià)格情況、市場(chǎng)對(duì)水泥質(zhì)量（水泥種類(lèi)與標(biāo)號(hào)）的需求及其價(jià)格情況、粉磨系統(tǒng)的工藝情況（均化水平、檢測(cè)手段、進(jìn)料物理特性、是否閉路、管磨機(jī)規(guī)格等）、企業(yè)的技術(shù)與管理水平等，初步確定水泥的經(jīng)濟(jì)配方（即熟料、石膏、混合材等的比例），再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)初步確定合理的磨內(nèi)流速，從而決定合理的出磨細(xì)度。

　　而真實(shí)的磨內(nèi)流速出現(xiàn)的理想前提：（1）隔倉(cāng)板、出磨篦板篦縫補(bǔ)無(wú)堵塞，磨內(nèi)無(wú)碎球、碎段；（2）磨尾鎖風(fēng)效果較好，磨頭有明顯負(fù)壓；（3）磨內(nèi)溫度在允許范圍，無(wú)糊球、糊磨現(xiàn)象；（4）各倉(cāng)料球比基本適宜，粉磨能力基本平衡，此時(shí)出磨細(xì)度為磨況的真實(shí)反映。否則，磨內(nèi)流速不能客觀反映磨內(nèi)的真實(shí)情況。

　　影響磨內(nèi)流速的主要因素：（1）隔倉(cāng)板、出磨篦板篦縫的寬度與總的通風(fēng)面積；（2）各倉(cāng)研磨體的裝載量；（3）各倉(cāng)風(fēng)的體積流量（因溫度及水分蒸發(fā)量的變化而變化）；（4）各倉(cāng)研磨體的級(jí)配；（5）助磨劑的使用與效果[8]。

　　一般來(lái)說(shuō)：隔倉(cāng)板、出磨篦板篦縫的寬度與總的通風(fēng)面積越大，磨內(nèi)流速越快；研磨體的裝載量越大，磨內(nèi)流速越慢；通風(fēng)體積流量越大，磨內(nèi)流速越快；研磨體級(jí)配數(shù)越多，磨內(nèi)流速越慢；研磨體平均球徑越大，磨內(nèi)流速越快。在一定范圍內(nèi)，反之亦然。

　　對(duì)于管磨機(jī)粉磨系統(tǒng)：（1）管磨機(jī)分倉(cāng)：一般為三倉(cāng)，一倉(cāng)長(zhǎng)度居中，二倉(cāng)最短，三倉(cāng)最長(zhǎng)；（2）選擇襯板形式：一倉(cāng)長(zhǎng)度主要取決于其進(jìn)料粒度，進(jìn)料粒度越大，則一倉(cāng)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，主要以破碎方式實(shí)現(xiàn)粒度的減小，對(duì)應(yīng)的襯板為階梯襯板；二倉(cāng)為過(guò)渡倉(cāng)，一般為2～2.5，主要以研磨方式實(shí)現(xiàn)粒度的減小，對(duì)應(yīng)的襯板為活化襯板；三倉(cāng)長(zhǎng)度主要取決于對(duì)出磨細(xì)度的要求，完全以研磨方式實(shí)現(xiàn)粒度的減小，對(duì)應(yīng)的襯板可選擇活化襯板、小波紋襯板（或平襯板）；（3）確定隔倉(cāng)板、出磨篦板篦縫的寬度與總的通風(fēng)面積；（4）再次確定研磨體的裝載量與級(jí)配。這主要根據(jù)粉磨系統(tǒng)的工藝情況（均化水平、檢測(cè)手段、進(jìn)料物理特性、是否閉路、管磨機(jī)規(guī)格等）、企業(yè)的技術(shù)與管理水平等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)初步確定研磨體的裝載量與級(jí)配[9]。

　　研磨體的級(jí)配原則：（1）一倉(cāng)平均球徑與最大球徑的確定。一倉(cāng)中最大球徑的確定通常用公式28 ，實(shí)踐證明：很多水泥廠(chǎng)家運(yùn)用該公式最適合作為?2.2m一倉(cāng)最大球徑的確定依據(jù)。但對(duì)于大規(guī)格的磨機(jī)就不實(shí)用了。磨機(jī)規(guī)格越大，則其一倉(cāng)最大球徑越小。因?yàn)槟C(jī)直徑的不同，帶球高度不同所產(chǎn)生的勢(shì)能也不同。從破碎研磨效果出發(fā)，一倉(cāng)平均球徑與最大球徑適當(dāng)降低，有利于提高破碎研磨效果[10]。根據(jù)多年來(lái)的實(shí)踐，對(duì)于進(jìn)料粒度比較均勻的，一倉(cāng)級(jí)配為3級(jí)或2級(jí)，進(jìn)料粒度特別均勻的甚至一級(jí)。（2）二倉(cāng)平均球徑與最大球徑的確定，其最大球徑一般為一倉(cāng)最小球徑，平均球徑逐步遞減。級(jí)配為3級(jí)或2級(jí)。（3）三倉(cāng)平均球徑較小，兼顧物料流速，以不堵塞篦板為原則，且為一般為2級(jí)配球。當(dāng)然也可以用段，但是成品顆粒圓形系數(shù)與顆粒流速下降。（3）研磨體裝載量的確定。以合格成品產(chǎn)量較高為目標(biāo)，分別逐步提高各倉(cāng)裝載量，達(dá)到最佳狀態(tài)為止，并盡力維持這種狀態(tài)。對(duì)開(kāi)流粉磨系統(tǒng)，一般是一、二、三倉(cāng)裝載量依次提高，逐步調(diào)整到最佳狀態(tài)：在使用進(jìn)相機(jī)的條件下，主電機(jī)電流接近額定電流，各倉(cāng)料球比基本處于理想狀態(tài)，流速基本平衡，產(chǎn)質(zhì)量則處于較高的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[11]。

　　當(dāng)然，磨尾鎖風(fēng)必須有效，磨內(nèi)通風(fēng)才可能正常，調(diào)節(jié)磨內(nèi)風(fēng)速也是調(diào)節(jié)磨內(nèi)物料流速、降低出磨水泥溫度的最簡(jiǎn)單手段，尤其是在粉磨粉煤灰水泥時(shí)調(diào)節(jié)效果較明顯，但在粉磨礦渣水泥時(shí)調(diào)節(jié)效果不太明顯。確定風(fēng)機(jī)與除塵器的風(fēng)量時(shí)，必須充分考慮磨溫的升高與水分的蒸發(fā)量。磨內(nèi)風(fēng)速以磨尾成品不跑粗，除塵器出來(lái)的產(chǎn)品合格為限。

　　助磨劑對(duì)粉磨系統(tǒng)是有效的，但使用時(shí)必須注意，使用助磨劑以后，磨內(nèi)流速會(huì)稍微快些，需做相應(yīng)的調(diào)整，則系統(tǒng)產(chǎn)量會(huì)有一定幅度的提高！

　　5.結(jié)束語(yǔ)

　　管磨機(jī)配件的選擇原則，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明是可操作的。關(guān)鍵在于活學(xué)活用，如何針對(duì)每一個(gè)具體的粉磨系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)配件相互協(xié)調(diào)，加強(qiáng)實(shí)踐，不斷總結(jié)提高，必將為實(shí)現(xiàn)管磨機(jī)相關(guān)行業(yè)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗帶來(lái)積極而深遠(yuǎn)的影響。

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　　第一作者簡(jiǎn)介：劉平成，男，1965年生，江蘇省東臺(tái)市人。鹽城工學(xué)院機(jī)械電氣類(lèi)科技服務(wù)平臺(tái)主任、教授，江蘇省建材行業(yè)協(xié)會(huì)機(jī)械分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程” 中青年科學(xué)技術(shù)帶頭人培養(yǎng)對(duì)象，鹽城市“111工程”第一層次培養(yǎng)對(duì)象。畢業(yè)于上海理工大學(xué)機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事水泥機(jī)械相關(guān)方向的教學(xué)科研工作。先后主持并完成省級(jí)或省級(jí)鑒定項(xiàng)目?jī)身?xiàng)，其中一項(xiàng)獲省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，另一項(xiàng)獲部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)與鹽城市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；主要參加并完成國(guó)家、省級(jí)或省級(jí)鑒定項(xiàng)目七項(xiàng)，在金屬礦山、機(jī)械設(shè)計(jì)等專(zhuān)業(yè)期刊上發(fā)表論文二十多篇。

　　第二作者簡(jiǎn)介：楊曉紅，女，1966年生，工學(xué)碩士，鹽城工學(xué)院副教授，現(xiàn)從事粉體制備工藝與裝備方向的教學(xué)科研工作。