水泥管磨常用配件選用原則研究

　　1.前言

　　目前，我國5000多水泥企業(yè)年產(chǎn)量18億多噸，實際產(chǎn)能恰已超22億噸，競爭之激烈不言而喻，國內(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。這三種磨機鋼鐵消耗占工廠鋼鐵總消耗的55%以上。這些磨機及其附屬設(shè)備的維修量約占全廠設(shè)備總維修量的60%[1]。提高管磨機配件的使用效能與壽命，大幅降低鋼鐵消耗、提高系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率，其經(jīng)濟效益是顯而易見的；而由此帶來系統(tǒng)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，數(shù)倍甚至于數(shù)十倍前述經(jīng)濟效益，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長壽命原則：

　　目前，僅水泥粉磨的鋼鐵噸消耗為20克～200克?？梢姴捎靡啄バ圆煌墓苣C配件，在不同的工作狀態(tài)下，其使用壽命相差懸殊。就全國而言，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，管磨機配件平均6000元/噸計，則可產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益2.34億元。同時延長了配件更換周期，提高了系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率，其經(jīng)濟效益是顯而易見的。

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

　　2.2尺寸控制原則：

　　一方面源于對眼前利益的考慮，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，從而達到提高銷售額的目的；另一方面，不少配件供應(yīng)商裝備工藝相對落后、缺乏必要的技術(shù)力量，客觀上也無法保證其產(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)系到對應(yīng)配件的功能是否按照預(yù)定的要求實現(xiàn)。管磨機因為配件尺寸及形位公差不合格，引發(fā)重大損失的案例并不少見。

　　3.配件選用個性原則研究：

　　3.1襯板：

　　3.1.1襯板耐磨性

　　襯板作已經(jīng)由過去單純的防護裝置，發(fā)展到如今按照不同倉的破碎與研磨功能需求，來調(diào)節(jié)研磨體的動態(tài)分布和運動軌跡。故襯板的耐磨性對企業(yè)效益影響較大。對于前倉的階梯襯板，其圓角一旦磨損，帶球功能就開始下降，對應(yīng)的破碎功能也就隨之下降，從而嚴重影響系統(tǒng)的產(chǎn)量；對于后倉的平襯板或波紋襯板，一旦磨損嚴重，則物料相對于襯板的摩擦系數(shù)太小，容易使物料與研磨體整體滑動，無法實現(xiàn)有效研磨。另一方面，一旦襯板損壞，更換時間較長，對系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率影響較大。

　　3.1.2襯板厚度尺寸

　　管磨機的襯板厚度尺寸對其效益影響明顯。一方面襯板厚度尺寸直接影響管磨機有效內(nèi)腔空間大??；另一方面，襯板厚度尺寸直接影響管磨機空載負荷與研磨體的裝載量，對于大直徑的管磨機影響尤其明顯（以Ф4.2×13M管磨機為例，其襯板厚度尺寸減小1mm，則增大空間為0.35m3、減少無效功率消耗30kw以上，可多裝研磨體近3噸）。當然，有時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

　　管磨機的首倉主要是塊狀物料，需用具有較大落差的大研磨體擊碎物料；尾倉是粗粉細渣物料，是用小研磨體互相滾蹲來研磨物料，而活化環(huán)又為微介質(zhì)創(chuàng)造了三維運動條件，強化了研磨作用。因此首倉通常采用具有阿基米德對數(shù)螺線提升角提升船形（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決定[2]。而尾倉則通常采用具有分級兼提升的雙曲面襯板，其分級斜度和提升角由磨體轉(zhuǎn)速和研磨體級配而定。管磨的尾倉常加活化環(huán)。襯板的改進和活化環(huán)的使用能使磨機的產(chǎn)量明顯提高，電耗下降，比表面積加大[3]。

　　襯板形狀選擇錯誤，會使管磨機的破碎、研磨效率大大下降，產(chǎn)質(zhì)量都會收到很大影響。

　　3.2研磨體：

　　根據(jù)傳統(tǒng)計算公式來確定研磨體級配與填充率，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、裝機功率、隔倉分段長度、襯板工作面和各倉位對研磨體的動態(tài)要求來試驗、計算確定研磨體的填充率及級配。

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

　　根據(jù)管磨機料球篩析現(xiàn)象：大研磨體與粗粉在相對靠近管磨機中心的位置始拋，而小研磨體與細粉落在遠離管磨機中心位置始拋。顯然，大研磨體拋落勢能最小，反而小研磨體拋落勢能最大。這與傳統(tǒng)級配理論大相徑庭。傳統(tǒng)級配理論認為：首倉中最大球徑運用公式28 （D為最大物料粒徑）計算，大多企業(yè)都運用該公式作為首倉最大球徑確定依據(jù)。據(jù)此，不同規(guī)格的管磨機首倉最大球徑就應(yīng)是一樣的，顯然與實際不相符。因為管磨機直徑不同，帶球絕對高度亦不同，所產(chǎn)生勢能也不同。而管磨機運轉(zhuǎn)過程中帶到最高位置的是最小球。多數(shù)大球在粉磨過程中所帶高度是最低的，一個S100不及一個S70產(chǎn)生的勢能大，一個S100的重量相當于三個S70的重量，假如把一個S100換成三個S70，在單位時間和空間內(nèi)沖擊物料的機會和能量大幅提高。目前很多企業(yè)首倉至少4級配球，甚至達到6級以上，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。事實上，高效率的粉磨過程中，相當部分細粉是物料在首倉被研磨體擊碎產(chǎn)生的，失敗的粉磨系統(tǒng)不少是沒有發(fā)揮首倉應(yīng)有的沖擊研磨作用。但當最大顆粒小于0.1mm時，管磨機的沖擊粉碎效果也變得微不足道，只能依靠尾倉來用研磨手段進一步降低物料細度，盡管研磨粉碎單位功耗較高。如果進料粒度相對均勻，建議首倉可少級配甚至一級配球[5]。

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

　　3.3隔倉板、出磨篦板、篩板：

　　早期設(shè)計隔倉板、出磨篦板只是為了隔離大小鋼球和阻攔研磨體不被排出，而今則已開始注重控制料流速，平衡首、尾倉的破碎、粉磨能力，保證合適的料球比，進而增大了研磨體動能的有效利用。通盤考慮隔倉板和出料篦板的磨損速度與過料能力、通風(fēng)能力的變化規(guī)律來設(shè)計，則效果明顯。篩板主要用在雙層隔倉板之中，其縫隙的大小對磨內(nèi)流速十分敏感，需合理設(shè)計。同時，篩板磨損嚴重，需要采用耐磨材料，以便穩(wěn)定系統(tǒng)生產(chǎn)，延長使用壽命[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、各類混合材等）及其價格情況、市場對水泥質(zhì)量（水泥種類與標號）的需求及其價格情況、粉磨系統(tǒng)的工藝情況（均化水平、檢測手段、進料物理特性、是否閉路、管磨機規(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)濟配方（即熟料、石膏、混合材等的比例），再根據(jù)經(jīng)驗來初步確定合理的磨內(nèi)流速，從而決定合理的出磨細度。

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

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

　　一般來說：隔倉板、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。

　　對于管磨機粉磨系統(tǒng)：（1）管磨機分倉：一般為三倉，一倉長度居中，二倉最短，三倉最長；（2）選擇襯板形式：一倉長度主要取決于其進料粒度，進料粒度越大，則一倉長度越長，主要以破碎方式實現(xiàn)粒度的減小，對應(yīng)的襯板為階梯襯板；二倉為過渡倉，一般為2～2.5，主要以研磨方式實現(xiàn)粒度的減小，對應(yīng)的襯板為活化襯板；三倉長度主要取決于對出磨細度的要求，完全以研磨方式實現(xiàn)粒度的減小，對應(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配。這主要根據(jù)粉磨系統(tǒng)的工藝情況（均化水平、檢測手段、進料物理特性、是否閉路、管磨機規(guī)格等）、企業(yè)的技術(shù)與管理水平等，根據(jù)經(jīng)驗來初步確定研磨體的裝載量與級配[9]。

　　研磨體的級配原則：（1）一倉平均球徑與最大球徑的確定。一倉中最大球徑的確定通常用公式28 ，實踐證明：很多水泥廠家運用該公式最適合作為?2.2m一倉最大球徑的確定依據(jù)。但對于大規(guī)格的磨機就不實用了。磨機規(guī)格越大，則其一倉最大球徑越小。因為磨機直徑的不同，帶球高度不同所產(chǎn)生的勢能也不同。從破碎研磨效果出發(fā)，一倉平均球徑與最大球徑適當降低，有利于提高破碎研磨效果[10]。根據(jù)多年來的實踐，對于進料粒度比較均勻的，一倉級配為3級或2級，進料粒度特別均勻的甚至一級。（2）二倉平均球徑與最大球徑的確定，其最大球徑一般為一倉最小球徑，平均球徑逐步遞減。級配為3級或2級。（3）三倉平均球徑較小，兼顧物料流速，以不堵塞篦板為原則，且為一般為2級配球。當然也可以用段，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，分別逐步提高各倉裝載量，達到最佳狀態(tài)為止，并盡力維持這種狀態(tài)。對開流粉磨系統(tǒng)，一般是一、二、三倉裝載量依次提高，逐步調(diào)整到最佳狀態(tài)：在使用進相機的條件下，主電機電流接近額定電流，各倉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)濟指標[11]。

　　當然，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單手段，尤其是在粉磨粉煤灰水泥時調(diào)節(jié)效果較明顯，但在粉磨礦渣水泥時調(diào)節(jié)效果不太明顯。確定風(fēng)機與除塵器的風(fēng)量時，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，除塵器出來的產(chǎn)品合格為限。

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

　　5.結(jié)束語

　　管磨機配件的選擇原則，經(jīng)過實踐證明是可操作的。關(guān)鍵在于活學(xué)活用，如何針對每一個具體的粉磨系統(tǒng)來實現(xiàn)配件相互協(xié)調(diào)，加強實踐，不斷總結(jié)提高，必將為實現(xiàn)管磨機相關(guān)行業(yè)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗帶來積極而深遠的影響。

　　參考文獻：

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　　[5] 劉平成等，管磨機料球篩析現(xiàn)象分析[J].金屬礦山，2007，（6）

　　[6] 褚瑞卿主編. 建材通用機械與設(shè)備[M]. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社, 1996

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　　[11] 劉平成等，提高管磨機工作效率的建議[J].礦山機械，2007，（11）

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　　第一作者簡介：劉平成，男，1965年生，江蘇省東臺市人。鹽城工學(xué)院機械電氣類科技服務(wù)平臺主任、教授，江蘇省建材行業(yè)協(xié)會機械分會副會長，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)對象，鹽城市“111工程”第一層次培養(yǎng)對象。畢業(yè)于上海理工大學(xué)機械電子工程專業(yè)，現(xiàn)從事水泥機械相關(guān)方向的教學(xué)科研工作。先后主持并完成省級或省級鑒定項目兩項，其中一項獲省科技進步二等獎，另一項獲部級科技進步三等獎與鹽城市科技進步一等獎；主要參加并完成國家、省級或省級鑒定項目七項，在金屬礦山、機械設(shè)計等專業(yè)期刊上發(fā)表論文二十多篇。

　　第二作者簡介：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。