水泥廠立式輥磨的選型(一)

引言     

立式輥磨越來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)，另一部分是工藝過程的，具體如下：     

(1)垂直結(jié)構(gòu)，占用場地很小。     
(2)由于結(jié)構(gòu)緊湊，只需要很小空間。     
(3)立式輥磨運行噪音低：其主要噪音源來自輥磨工作、傳動馬達(dá)和減速機(jī)系統(tǒng)及密封風(fēng)機(jī)。     
(4)立式輥磨空運轉(zhuǎn)時具有低的噪音和低的振動，采用搖臂單獨控制磨輥，采用機(jī)械停止或液壓控制磨輥可在降低噪音和振動的同時防止磨輥和磨盤襯板發(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％，更換磨輥輪胎的時間非常短，因此維修費用很低。     
(7)通過使用硬的耐磨材料，采用降低磨損方法以及優(yōu)化措施，隨著操作者的經(jīng)驗增加使粉磨元件的使用時間增長。   
(8)改善粉塵流物理效應(yīng)，使殼體襯板的使用壽命增長。     
(9)通過用液壓氣動彈簧加載系統(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)停留時間短，故有很好的可控制性；由于改變工藝過程反應(yīng)時間短，所以很適合完全自動化。     
(13)4輥磨采用單獨成對控制，工作壓力的控制范圍很大，也就是在1個粉磨室的1個磨上2×成對輥操作(萊歇磨系統(tǒng))。     
(14)立式輥磨具有很高運轉(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)由于磨輥是單獨成對控制，當(dāng)2個磨輥出故障時，允許用另外2個磨輥緊急操作，可達(dá)到大約70％滿負(fù)荷產(chǎn)量，這時如果磨機(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)運行。     
(16)在輥磨中使用特殊選粉機(jī)可同時生產(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)對于滾動摩擦占很大能耗比例來說，使用大直徑磨輥的滾動阻力很小，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程，直接打碎已粉碎顆粒的團(tuán)塊，所以效率高。     
(2 1)通過最佳調(diào)整導(dǎo)風(fēng)環(huán)，使載塵氣流非常均勻地通過，使氣流能耗(磨機(jī)阻力)最小化，同時達(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年起開發(fā)的，至今已經(jīng)過近百年不斷改進(jìn)，經(jīng)歷了通過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。對于水泥工業(yè)來說，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，世界各國水泥機(jī)械制造商開發(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球輥向下壓在被粉磨的物料上。根據(jù)對產(chǎn)品質(zhì)量的要求，粉磨裝置可采用動力或靜力選粉機(jī)。   

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

該磨機(jī)設(shè)計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。從開始到最后整個使用期間，永遠(yuǎn)保持絕對的圓形。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異物而不用停機(jī)。當(dāng)磨球或環(huán)接觸到這些外來異物時，所產(chǎn)生的振動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(見圖3)。磨球會自動將任何外來異物從磨環(huán)軌道剔除，同時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，且在整體運行期間其細(xì)度不變。 

1．2選型  
 
在選型彼得磨時，一定要認(rèn)知它的不足之處：這種磨的球輥(一般采用5個球輥)是隨下部磨盤轉(zhuǎn)動時在槽形粉磨物料層上滾動，而球頂部總是與壓力環(huán)的金屬接觸。這些球沒有籠罩，運動時在水平方向偶爾會互相碰撞，使他們在相同方向回轉(zhuǎn)時互相磨削。隨著球的質(zhì)量增加，自然會導(dǎo)至振動。這就是這種磨機(jī)規(guī)格增大受限制的一個原因。    
 圖3彼得磨對外來異物不敏感的原理  
 
對于其他磨輥懸掛在固定位置軸上的立磨，在磨盤每轉(zhuǎn)一周時，磨輥的輪胎要輾過磨盤粉磨槽一周。而彼得磨的磨球是自由滾動的粉磨體，當(dāng)球要輾過磨盤粉磨槽一周同樣距離時，球表面要轉(zhuǎn)過更大距離。也就是說，同固定位置磨輥相比，要得到同樣粉磨路徑長度，其磨球的粉磨表面要以更高速度運行。然而磨球轉(zhuǎn)速增加其動載荷隨著增加，事實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有限。   

在我國香港青洲水泥集團(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，打開它的磨門，可以用維修裝置更換所有磨損件(磨球和磨盤襯板)，這些磨損件具有非常長的使用壽命。 

2 MB立式輥磨  
 
MB立式輥磨(圖4)吸收了彼得磨的優(yōu)點，即在磨輥內(nèi)不用輥子軸承，而采用3個大磨輥，在壓縮彈簧作用下壓力環(huán)將按三點靜定支承原則布置的磨輥壓人磨盤的導(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固定地方。在下面磨盤粉磨料層傳動下，磨輥本身也轉(zhuǎn)動和受壓力環(huán)導(dǎo)向向前行走，行走速度比磨盤低。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)在國內(nèi)還未見過。 

3非凡公司MPS磨   

德國非凡公司購買了MB立式輥磨專利用了很短時間，后來他們綜合了萊歇磨的優(yōu)點和MB磨的基本設(shè)計概念開發(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個磨輥系統(tǒng)和磨盤上被粉磨物料料層的導(dǎo)向槽，但磨輥裝在軸的輥子軸承上，  同時磨輥在固定位置的加載構(gòu)件下回轉(zhuǎn)。通過壓力框架使這些磨輥壓向被粉磨物料層，但是此刻是通過加載機(jī)構(gòu)迂回夾住磨輥，即通過壓力框架下的樞軸可以自行調(diào)整位置，原則上消除了MB磨中上述危險的磨損點。 

 對小型磨機(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臺液壓壓緊裝置施以預(yù)加載荷。   
在大型磨機(jī)中，通過三角框配裝上直接拉桿提供粉磨壓力。由液壓氣動裝置產(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)軌中允許作垂直運動，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磨在市場上取得成功，這說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A．C公司和我國的沈陽重型機(jī)器廠。在這之后，非凡公司于1985年開發(fā)出新一代MPS BC型立磨，改進(jìn)處見表l。 
表l老型和新一代Mr’S 
磨的比較 

換代后的MPS BC型的立式輥磨見圖6。    
   
概括地說，新一代MPS立磨具有下列優(yōu)點：單位電耗低；充分利用工藝過程中的熱；易于控制；噪音低；l臺機(jī)器可粉磨、選粉兼烘干。   
從結(jié)構(gòu)上來講，MPS立磨有以下幾點值得介紹。 

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)計最佳風(fēng)環(huán)的噴嘴，對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。對難粉磨  或烘干水分少的原料工藝過程。甚至可以通過進(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     
通過立磨殼體上唯一的檢修門，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)打開檢修門；     
(2)安裝中央立柱和懸掛固定架(在磨機(jī)運轉(zhuǎn)  之前，這些輔件從磨盤的中心取下和存人倉庫)；     
(3)用拉伸液壓裝置提升壓力框架；     
(4)拆卸第一個磨輥；    ．     
(5)用輔助傳動慢速轉(zhuǎn)動磨盤，使第二個磨輥旋轉(zhuǎn)至檢修門處；     
(6)拆卸第二個磨輥；     
(7)用上述方法拆卸第三個磨輥；     
(8)拆卸磨盤上扇形襯板(采用輔助傳動，使  每塊扇形襯板能轉(zhuǎn)至檢修門處，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立磨啟動條件     

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

3．1.4抗磨損部位的材質(zhì)與形狀     

非凡公司開發(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)來制造磨輥外套和磨盤襯板。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子，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)，他們都會產(chǎn)生振動，設(shè)計原理和操作方式?jīng)Q定振動高低。引起質(zhì)量振動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，可見輥徑和盤速是決定塊狀物料層壓實速度的決定因素。    

 隨著壓實速度的提高，物料顆粒分布時間越少，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。高的壓實速度還會更多地受料層中塊度的影響，這樣磨機(jī)振動趨向加大。與小的磨輥直徑和高的磨盤速度相反，大的磨輥直徑和低的磨盤速度將穩(wěn)定粉磨料層和降低振動。在不改變磨盤擋環(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，非凡公司開發(fā)了振動監(jiān)控裝置，該裝置通過測量壓差來控制磨盤上物料量；在磨機(jī)減速機(jī)輸入軸上裝振動速度探測器來測量振動速度；并在液壓拉力油缸上安裝行程測量系統(tǒng)，測量粉磨料層厚度。     

如果能正確設(shè)計和操作磨機(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，或在振動速度超出允許值時使磨機(jī)停止運轉(zhuǎn)