科研開(kāi)發(fā)
大中型高效篩分磨的特點(diǎn)分析
熊焰來(lái) 楊鐵燕 合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 (230051)
1 高效篩分磨的工作原理
高效篩分磨是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的、用于球磨機(jī)增產(chǎn)節(jié)能的新技術(shù)，它的工作原理類(lèi)似于國(guó)外的康畢登磨 (Combidan) 和國(guó)內(nèi)的微介質(zhì)磨、高產(chǎn)高細(xì)磨，都是通過(guò)在磨內(nèi)安裝帶有篩分裝置的隔倉(cāng)板和使用小鋼段 ( 微介質(zhì) ) 來(lái)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能的，只是高效篩分磨在隔倉(cāng)板、襯板、出料裝置、篩分裝置上作了更進(jìn)一步的改進(jìn)與優(yōu)化，使其更可靠、耐用、效果也更佳。特別是在大、中型磨機(jī)上的使用，效果尤為突出。
高效篩分磨和康畢登磨這類(lèi)技術(shù)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果均主要來(lái)源于微介質(zhì)和篩分裝置，綜合兩者的特點(diǎn)具有相得益彰的效果。在球磨機(jī)內(nèi)，由于篩分裝置的作用，可以很快將粗磨倉(cāng)內(nèi)的符合要求的細(xì)粉送入細(xì)磨倉(cāng)，粗磨倉(cāng)內(nèi)的細(xì)粉含量相對(duì)減少，粗顆粒含量相對(duì)較多。根據(jù)粉磨速度方程：
( 1 )
( 1 )式表明，粉磨速度 ( 粉磨過(guò)程中粗物料隨時(shí)間減少的速率 ) 隨磨內(nèi)粗粒物料含量 W(D) 的增大而增大。這樣，篩分裝置的加入將使粗磨倉(cāng)內(nèi)的粉磨速度 ( 效率 ) 增加。也可以這樣認(rèn)為，篩分裝置就象一臺(tái)選粉機(jī)一樣，它能分離出合格粒度的物料，磨內(nèi)篩分裝置的設(shè)置相當(dāng)于將一臺(tái)磨外的選粉機(jī)移至磨機(jī)內(nèi)部。從而可以減少粗磨倉(cāng)中的過(guò)粉碎現(xiàn)象，提高粗磨倉(cāng)的效率。
對(duì)于細(xì)磨倉(cāng)來(lái)說(shuō)，由于篩分裝置的限制，粗粒不能進(jìn)入細(xì)磨倉(cāng)，細(xì)磨侖中的物料粒相對(duì)較少。在細(xì)磨的過(guò)程中，小顆粒物料的單顆粒粉碎所需的能量很少，但由于單位體積內(nèi)小顆粒物料的數(shù)量 ( 個(gè)數(shù) ) 非常大，此時(shí)，對(duì)細(xì)磨起決定性作用的已不再是沖擊力的大小，而是沖擊或研磨次數(shù)的多少。普通球磨機(jī)用于細(xì)磨倉(cāng)的鋼段規(guī)格一般為 Φ 25~35mm ，這對(duì)于物料的細(xì)磨來(lái)說(shuō)顯得太大。其使用的結(jié)果，一方面由于單位重量的研磨體個(gè)數(shù)少，沖擊次數(shù)較少，使粉磨效率低;另一方面，由于大量的沖擊能不能被有效利用，造成能量過(guò)剩，能量在物料顆粒上的積聚，使得磨內(nèi)出現(xiàn)糊段、物料結(jié)團(tuán)等惡劣狀況。特別是成品需要磨得較細(xì)時(shí)更是如此。要提高研磨體的沖擊次數(shù)，最簡(jiǎn)單的辦法就是減少研磨體的直徑，采用微介質(zhì)。例如，采用 Φ 8 × 8 的微段，其個(gè)數(shù)達(dá)到 318820 個(gè) / 噸，是 Φ 30 × 35 鋼段個(gè)數(shù)的 6l.5 倍。所以，采用微段后，細(xì)磨倉(cāng)中的沖擊次數(shù)會(huì)大幅度增加。但是，要使微介質(zhì)能充分發(fā)揮作用，保證形成有效沖擊 ( 研磨 ) ，一方面微介質(zhì)的尺寸要合適;另一方面要嚴(yán)格限制進(jìn)入細(xì)磨倉(cāng)中的物料粒度，否則適得其反。筆者對(duì)此曾進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)磨內(nèi)分別裝入 5% 、 10% 的不能被鋼段磨碎的大顆粒物料時(shí)，磨機(jī)的粉磨效率將分別降低 10% 和 20% ?？梢?jiàn)，嚴(yán)格限制細(xì)磨倉(cāng)中的物料粒度是篩分裝置使用微介質(zhì)的重要、有效的保證。
2 大中型高效篩分磨的特點(diǎn)分析
近些年來(lái)，以?xún)?nèi)篩分和微介質(zhì)為特征的球磨機(jī)在我國(guó)推廣應(yīng)用了不少?gòu)S家。一般說(shuō)來(lái)，這類(lèi)技術(shù)在小型磨機(jī)上的應(yīng)用都是成功的。但對(duì)于大、中型磨機(jī)來(lái)說(shuō)，有的廠家應(yīng)用得很好，有的廠家則沒(méi)有收到很好的效果。筆者認(rèn)為，這主要是由于大中型磨機(jī)的許多特點(diǎn)不同于小磨機(jī)所致，可概括為以下幾方面：
2.1 篩分能力與磨機(jī)產(chǎn)量
根據(jù)托瓦洛夫公式，磨機(jī)的產(chǎn)量 Q 為：
≈ 0.184 DiV n φ( 6.16 - 5.75 φ)· q (2)
當(dāng)物料特性、磨機(jī)填充率及磨機(jī)長(zhǎng)徑比確定后，式 (2) 可以簡(jiǎn)化為：
Q = K 1 X D i 3.5 ( K 1 為常數(shù) ) (3)
即磨機(jī)的產(chǎn)量 Q 與磨機(jī)直徑 D i 的 3.5 次方成正比。
磨機(jī)內(nèi)部的篩分裝置，一般都是安裝于隔倉(cāng)板上的，篩分面積 S 決定于隔倉(cāng)板的面積 S i ，隔倉(cāng)板的面積 S i = 。所以篩分面積 S 可簡(jiǎn)化為： S = K 2 · Di 2 ( K 2 為常數(shù) ) 。篩分能力的大小取決于篩分面積 S ，而磨機(jī)所要求的篩分能力就是磨機(jī)的產(chǎn)量 Q ( 指開(kāi)流磨 ) 。這樣，單位篩分面積所要求的過(guò)料量 Q = ( K 3 為常數(shù) ) 。
上式表明，單位篩分面積要求的過(guò)料量與磨機(jī)直徑的 1.5 次方成正比，磨機(jī)直徑越大，要求的過(guò)料能力越強(qiáng)。磨機(jī)直徑增大時(shí)，篩分能力的增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于磨機(jī)產(chǎn)量的增加，此時(shí)，篩分能力不足的矛盾就顯露出來(lái)了。如前所述，有些水泥廠的較大直徑的磨機(jī)應(yīng)用內(nèi)篩分技術(shù)時(shí)，沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的效果，篩分能力不足就是其中一個(gè)重要的原因。因此高效篩分磨技術(shù)對(duì)這一問(wèn)題給予了足夠的重視和采取了相應(yīng)的措施。因而在大中型磨機(jī)上推廣應(yīng)用中成功地解決了篩分能力不足與高產(chǎn)的矛盾。
2.2 滯留帶與活化襯板
球磨機(jī)內(nèi)的研磨體必須產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)才能對(duì)物料進(jìn)行沖擊與研磨，沖擊與研磨的能量主要是由襯板提帶研磨體所獲得。襯板將運(yùn)動(dòng)傳給緊靠襯板的第一層研磨體，該層研磨體在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)再將運(yùn)動(dòng)傳給第二層研磨體。研磨體依次向縱深傳遞運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，必然會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，傳遞的速度將一層層地減弱下去。如果研磨體的層數(shù)非常多，在磨內(nèi)必然存在一部分研磨體無(wú)法獲得能量而處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)，這部分研磨體區(qū)域即形成滯留帶，如圖 1 。從而對(duì)粉磨的質(zhì)量和效率構(gòu)成影響。
國(guó)外專(zhuān)家的研究認(rèn)為，當(dāng)球徑小于磨機(jī)直徑的 1/80 時(shí)，磨內(nèi)將有滯留帶存在。換言之，若要使磨內(nèi)不產(chǎn)生滯留帶，球徑應(yīng)大于磨機(jī)直徑的 1/80 。例如： Φ 3.0m 的球磨機(jī)，最小球徑應(yīng)不小于 × 300mm = 37.5mm 。
有關(guān)裝入鋼段的細(xì)磨倉(cāng)中的滯留帶，國(guó)內(nèi)研究不多，報(bào)道也較少。筆者認(rèn)為，在裝入鋼段的細(xì)磨倉(cāng)中的滯留帶也是可能存在的，條件為當(dāng)鋼段規(guī)格小于磨機(jī)直徑的 1/ ( 180~200 )時(shí)，就有滯留帶存在。這一比例系數(shù)要遠(yuǎn)小于鋼球的比例系數(shù)。我們可以這樣直觀地分析，鋼段是長(zhǎng)條形的，鋼段的層與層之間存在著較多的鑲嵌、夾帶作用，因而鋼段之間的相對(duì)滑動(dòng)要比鋼球與鋼球之間的相對(duì)滑動(dòng)小得多。根據(jù)這一假設(shè)推算，當(dāng)鋼段為 Φ 25mm 時(shí)，產(chǎn)生滯留帶的磨機(jī)直徑將達(dá)到 4.5m~5.0m ，這樣大的磨機(jī)在我國(guó)應(yīng)用不多，因而滯留帶的問(wèn)題也不太容易引起重視。
但是，對(duì)于采用微介質(zhì)的磨機(jī)來(lái)說(shuō)，這一矛盾將變得非常突出。一般而言，微段的最小規(guī)格為 Φ 8~l0mm ，當(dāng)磨機(jī)直徑大于 2.0m 左右時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生滯留帶。而且磨機(jī)直徑越大滯留帶也越大。
假設(shè)，細(xì)磨倉(cāng)中裝入的鋼段直徑為 10mm ，磨機(jī)運(yùn)行時(shí)，研磨體處于瀉落狀態(tài)，磨機(jī)截面的研磨體分布呈弓形。研磨體從磨機(jī)筒體向中心一層層地有序排列，層與層之間的研磨體不發(fā)生交換與轉(zhuǎn)移。研磨體的填充率為 30% 。根據(jù)以上假設(shè)與瀉落狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)推算 ( 推導(dǎo)計(jì)算過(guò)程從略 ) ，可以得出，不同規(guī)格的磨機(jī)使用微段時(shí)滯留帶所占的比例如表 l 。
表 l 不同規(guī)格的磨機(jī)使用微段時(shí)滯留帶所占的比例
|
磨機(jī)直徑 D i m |
4.0 |
3.8 |
3.5 |
3.0 |
2.6 |
2.4 |
2.2 |
2.0 |
1.8 |
|
滯留帶所占比例％ |
36.5 |
33.9 |
29.5 |
21.0 |
13.1 |
8.9 |
4.7 |
1.0 |
0 |
從上表可以看出，對(duì)于直徑在 2.4m 及以上的磨機(jī)，滯留帶的影響是相當(dāng)大的，直徑為 3.5m 的磨機(jī)將達(dá)到 30 %。這些大規(guī)格的磨機(jī)，在應(yīng)用微段時(shí)，如果不消除磨內(nèi)的滯留帶，將會(huì)使磨機(jī)產(chǎn)量降低，磨機(jī)主電機(jī)電流也會(huì)降低。而對(duì)于直徑在 2.0m 以下的磨機(jī)，則幾乎沒(méi)有形成滯留帶。這就是小型磨機(jī)應(yīng)用微介質(zhì)容易成功的原因。
為了消除大中型磨機(jī)中的滯留帶，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種活化襯板與高效篩分磨技術(shù)配套。它的原理是在襯板上設(shè)計(jì)一種突起裝置，伸入滯留帶內(nèi)。隨著磨機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，活化襯板便將滯留帶打散破壞，從而使全部微段都產(chǎn)生能量并參與粉磨。實(shí)踐證明，活化襯板對(duì)消除滯留帶是非常有效的，從而解決了大中型磨機(jī)中滯留帶過(guò)大這一技術(shù)難題。
3 高效篩分磨應(yīng)用實(shí)例
高效篩分磨由于在篩分裝置、料段分離裝置、磨機(jī)襯板等方面進(jìn)行了優(yōu)化與改造，具有使用穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單、易損件壽命長(zhǎng)、增產(chǎn)節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。因而在開(kāi)流水泥磨上的應(yīng)用獲得成功。在目前推廣的幾十家水泥廠，無(wú)一例失敗。
3.1 柳州水泥廠
柳州水泥廠濕法分廠，由于粘土資源枯竭，被迫使用砂巖配料，致使熟料質(zhì)量下降，熟料易磨性變差。為保證水泥質(zhì)量，只得將水泥細(xì)度控制得更嚴(yán)。由于易磨性的改變和細(xì)度的嚴(yán)格控制，導(dǎo)致磨機(jī)產(chǎn)量大幅度下降，粉磨電耗和生產(chǎn)成本上升。
1994 年，采用高效篩分磨技術(shù)對(duì)一臺(tái) Φ 2.5 × 14m 開(kāi)流水泥磨進(jìn)行了改造，產(chǎn)量由改造前的 21.5t/h 提高到 29.2t/h ，增產(chǎn) 35.85% ;主機(jī)電耗由 36.4kwh/t 降為 21.5kWh/t ，節(jié)電 23.6% 。由于改造效果顯著，該廠將其余 3 臺(tái)同規(guī)格磨機(jī)進(jìn)行了高效篩分磨改造。
3. 2 廣西黎塘水泥廠
黎搪水泥廠為華新窯配用 Φ 3 × 11m 開(kāi)流水泥磨。由于加強(qiáng)管理，窯的能力年均達(dá) 27t/n ，具備年產(chǎn) 25 萬(wàn)噸普通水泥的能力，但水泥磨產(chǎn)量只有 30~32t/h ，窯磨能力失衡，成為全廠生產(chǎn)最薄弱的環(huán)節(jié)。該廠采用篩分磨技術(shù)對(duì)水泥磨進(jìn)行技改后，磨機(jī)產(chǎn)量由 31.7t/h 提高到 42.lt/h ，增產(chǎn) 32.8% ，主機(jī)電耗由 36.3kWh/t 降至 28.0kWh/t ，節(jié)電 22.9% 。
3.3 湖北黃岡水泥總廠
湖北黃岡水泥總廠的水泥磨的規(guī)格為 Φ 2.6 × 13m ，生產(chǎn)礦渣水泥的產(chǎn)量為 28.0t/ h 。由于窯的能力富余，只得提高水泥磨的運(yùn)轉(zhuǎn)率加以平衡。采用高效篩分磨技術(shù)后，月統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量達(dá) 35.7t/h ，增產(chǎn) 27.5% 。主機(jī)電耗從 33.2kWh/t 降到 25.2kWh/t ;節(jié)電 24.1% ，解決了改造前一直存在的磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率過(guò)高以至維修無(wú)時(shí)間的這一老大難問(wèn)題。
4 結(jié) 論
高效篩分磨技術(shù)的應(yīng)用表明，內(nèi)篩分與微介質(zhì)的綜合作用具有相得益彰的效果。在大中型磨機(jī)上應(yīng)用時(shí)，應(yīng)充分注意篩分能力的提高和滯留帶的消除。高效篩分磨技術(shù)易操作、維修少。特殊的高效率篩分隔倉(cāng)板和具有激活滯留帶研磨體的活化襯板，有效地消除了大、中型球磨機(jī)滯留帶的形成，在大、中型磨機(jī)上的應(yīng)用是成功的，增產(chǎn)節(jié)能效果顯著，值得在開(kāi)流水泥磨生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
