水泥工业粉磨工艺技术与装备的讲座(六)——粉磨机械设备

水泥工业粉磨工艺技术与装备的讲座(六)——粉磨机械设备摘要：每生产一吨水泥，需要粉磨三吨左右的各种物料，粉磨电耗占生产总电耗的60～70%，为了达到优质、高产、环保、节能，降低水泥生产成本的目的，必须重视、熟悉和研究粉磨工艺过程及其粉磨设备的性能和特点。在水泥生产中，破碎后的原料不仅要按一定的配比进行使用，而且必须将其粉磨到一定的细度，才能混合均匀，成为合格生料，并使煅烧过程中的物理化学反应得以顺利进行；水泥产品只有粉磨到一定的细度，才能在混凝土和建筑施工中，发挥应有的强度和作用。每生产一吨水泥，需要粉磨三吨左右的各种物料，粉磨电耗占生产总电耗的60～70%，为了达到优质、高产、环保、节能，降低水泥生产成本的目的，必须重视、熟悉和研究粉磨工艺过程及其粉磨设备的性能和特点。一、球磨机（一）工作原理球磨机1876年问世，1891年能够连续生产的球磨机投入工业使用。尽管它历史久远、能量利用率仅有3%左右，但目前仍是我国水泥工业应用比率最高的重要粉磨设备。球磨机的筒体由钢板卷制而成，两端装有带空心轴的轴承座，一端进料一端出料，可以连续生产。水平安装的筒体内装有不同形式的衬板和不同规格的研磨体，研磨体以钢球为最多；传动装置带动筒体旋转时，研磨体将物料磨成细粉，因此得名为：球磨机。如果研磨体中有钢棒，则又称其为：棒磨机。在水泥行业内，不论这类粉磨设备研磨体的种类如何，都习惯地将“球磨机”作为它们的统称。（二）球磨机类型球磨机的分类方法很多，现部分介绍如下：1.按生产方法分：干法球磨机（磨内不加水）和湿法球磨机（磨内加水）；2.按传动方式分：边缘传动磨机（小型）和中心传动磨机（大型）；*3.按卸料方式分：中卸式磨机和尾卸式磨机；4.按筒体长径比分：L/D≤3为：普通磨机或称短磨机；L/D≥4为：管磨机或称长磨机；5.工艺用途分：生料磨、水泥磨、煤磨、烘干磨、试验磨、高细磨、超细磨、开流磨（开路磨）、圈流磨（闭路磨）等。*（三）规格与特点1.规格表示方法球磨机的规格以磨机筒体直径（m）乘以长度（m）表示。举例如下：（1）φ2.2×7m球磨机，含义是：普通球磨机，筒体直径为2.2米，筒体长度为7米；（2）φ5.6×11+4.4中卸烘干球磨机，含义是：带烘干仓、中部卸料的球磨机，磨机筒体直径为5.6米，烘干仓长度为4.4米，粉磨仓总长度为11米。2.球磨机特点球磨机的优点是：适应各种工艺条件下的连续生产，目前世界最大的球磨机生产能力可达到360～1050t/h，能满足水泥工业现代大型化的要求，物料粉碎比可达到300以上，产品细度便于控制与调节；维护简单方便，安全运转率高，可以实现无尘操作。缺点是：电耗高、噪音大、能量利用率低、金属消耗量多。磨机转速慢，须配置大型减速机，一次性投资大。(四)机械构造与工作性能球磨机主要组成部分有：进、出料装置、筒体（含隔仓板、衬板、研磨体、磨门等）、主轴承、传动装置（含润滑、冷却系统）等。球磨机构造影响球磨机产、质量的因素很多，实践证明：各水泥企业根据实际生产条件，经过一定的措施进行技术改造后，球磨机的生产能力比表中数值要高出许多。部分国产球磨机技术参数磨机规格工艺流程入料粒度(mm)产品细度（R0.08%）生产能力(t/h)电机功率（kW）研磨体装载量(t)设备重要（t）生料水泥生料水泥Φ2.2×7闭路≤258～123～622163803150Φ2.4×8闭路≤258～123～6282057041.567.6Φ2.4×13开路≤258～123～6/2680068118Φ2.6×8闭路≤258～123～6332463047111Φ2.6×13开路≤258～123～6/30100078146Φ3×9闭路≤258～123～64533100080152Φ3×11闭路≤258～123～655451250100168Φ3.5×11闭路≤258～123～675602000135212Φ3.8×13闭路≤158～123～690752500174230Φ4.2×13闭路≤258～123～6/1603550190255Φ4.6×14闭路≤158～123～62201854200210310*（五）高细高产球磨机20世纪70年代末开始，合肥水泥研究院科技工作者，通过对球磨机过粉磨现象进行深入地研究和剖析，在国内提出以磨内筛分的形式，实现球磨机节能高产的设想；简称为：高细高产磨技术。首台开路高细水泥磨于1984年研制成功并投入正式运行，1985年9月通过国家科委组织的技术鉴定和验收。高细高产球磨机从外表上与普通球磨机没有明显区别。首先是对隔仓板进行了较大改进，并在磨内设置了筛分隔仓板的装置，以拦截较大物料进入细磨仓；另外，根据磨机的长径比和水泥质量的要求，合理设置仓位；三是，依据物料特征及生产条件，合理分配研磨体的装载量和级配，并注重使用微型研磨体，使研磨体以最大表面积与物料充分接触，提高研磨效率，从而强化粉磨效果和降低粉磨电耗，达到球磨机节能高产的目的。一般来说，球磨机的仓位越多，越有利于研磨体的规格尺寸对粉磨物料粒度的适应性，从而有利于粉磨效率的提高；但仓位过多，实现各仓粉磨能力平衡的难度越大，只有各仓能力相平衡，才能使粉磨过程正常进行。对于筒体长径比为2～4的磨机，采用两个仓；长径比大于4的磨机，采用3个仓；尽量少采用或不采用4个仓。三仓开路高细高产球磨机部分国产高细高产球磨机技术性能（开流）型号规格入料粒度（mm）出料粒度R0.08%磨机转速(r/min)生产能力(t/h)电机功率（kw）装载量(t)设备重量(t)φ3.0×11≤252～418.136～471250100194φ3.0×13≤252～41939～451400106200.7φ3.2×9.5≤252～417.8640～451250100186φ3.2×13≤252～418.750～551600125209φ3.5×11≤252～416.555～602000152190φ3.5×13≤252～41760～652000156313.6φ3.8×12≤252～416.365～702000143297φ4.0×13≤252～415.4690～1003200235376(六)滚动轴承球磨机：球磨机多年以来一直采用滑动轴承（巴氏合金瓦），1992年开始研制将滚动轴承应用在球磨机的主轴承上，取得了成功。滚动轴承磨机在许多水泥厂应用后，比同规格普通球磨机综合节电10%左右，增产25%左右，节省润滑油80%，产品细度稳定，运行维修量小，启动电流小，运转效率高，主要特点是：1.降低粉磨电耗单位产量的电耗降低10%以上。2.节省润滑油每年只需不到一百公斤的润滑油，节油量达80～90%。3.增大研磨体装载量与同规格球磨机相比，滚动轴承磨可以增加15%～20%的研磨体装载量，有利于磨机台时产量的提高。4.磨内结构优化磨内结构形式改进，筒体容积增大、衬板形式和出料篦板结构优化，有利于提高粉磨效率和产品细度的控制。（七）滑履磨“滑履磨”是“滑履支承球磨机”的简称。它应用于中心传动的大型球磨机，目前国产滑履磨中，最小的规格是φ3.8×13m，最大的规格是φ5.0×10+2.5中卸烘干磨。与普通球磨机相比，去掉了中空轴和主轴承，以在筒体两端安装的滑环代替了中空轴，滑环与滑履底座内采用油膜润滑，取代了主轴承的功能。筒体支撑点的距离缩短，筒体的弯矩得到了减轻；大型球磨机采用主轴承支承时，联结中空轴与筒体的螺栓受剪切力的作用，容易产生断裂现象。改用滑履支承后，不仅消除了安全隐患，而且在刚度值允许的情况下，减薄了筒体钢板的厚度，相应降低了设备重量（10%左右）和制造成本。与同规格球磨机相比，由于滑履磨没有主轴承，物料从入磨到出磨的距离和时间相应缩短，而粉磨工艺参数没有变化，因此，磨机产量提高10%以上，物料流动耗能减少。一般情况下，当研磨体装载量达到原装载量的90%时，就能够达到原来的设计产量，有利于磨机节能高产。*(八)影响球磨机产质量的因素影响球磨机产、质量的因素很多，一般可分为工艺因素、机械因素和管理因素三大类。球磨机的节能高产是一个系统工程，各个环节既彼此联系，又相互制约，只有通盘考虑，密切配合，才能实现最佳节能高产效果。1.工艺因素（1）物料性质：入料粒度、水分、温度、易磨性、磨蚀性等；（2）工艺流程：开路、闭路、预粉碎、混合粉磨、分别粉磨等；（3）成品细度要求：筛余、比表面积、颗粒组成；（4）外加剂使用：助磨剂、激发剂等；（5）工艺技术参数：循环负荷率、选粉效率等。2.机械因素（1）磨机通风量:磨内风速、磨内阻力、磨尾密封；（2）磨内结构：进料螺旋、衬板形式、隔仓板构造、及功能、仓位分配及活化环等；（3）磨机传动：传动方式、支承形式、轴承种类、电机构造、磨机转速等；（4）磨内研磨体：种类、级配、装载量、填充率及装填形式、平均球径等；（5）选粉机性能：结构形式、配套设备选型布置、系统运行参数、分级功能等；（6）粉磨系统配置、计量、自动控制水平：磨机负荷控制、率值配料在线控制、变频调速控制、DCS集散控制系统等。二、立式磨（一）工作原理与类型立式磨的机械术语名称（学名）为：辊式磨。与水平放置工作的球磨机比较，由于这种磨机是站立式工作方式，水泥行业内习惯称其为：立式磨，又称：碾磨机。1790年在英国应用于工业生产，到1928年德国人才正式将立式磨应用于水泥工业的煤粉制备；我国于1978年引进了德国的立式磨，1984年才开始进行立式磨机技术及装备的国产化研究，并制成了首台样机投入工业运行。立式磨是根据料床粉碎原理，通过磨辊与磨盘的相对运动将物料粉碎，并靠热风将磨细的物料烘干、带起、由分级装置在磨内分级，粗粉落入磨盘重新被粉碎；成品利用气流送出磨外由袋收尘器收集。*立式磨能量利用率高于球磨机。它集细碎、烘干、粉磨、选粉、输送为一体，具有粉磨效率高、电耗低（比球磨机节电20～30%）、烘干能力大、产品细度调节方便、工艺流程简单、占地面积小、噪音低（比球磨机低20分贝）、金属消耗少、检修方便等优点。国外立磨一般以制造公司命名。如：雷蒙磨RP(美)、莱歇磨LM(德)、非凡磨MPS(德)、伯力鸠斯磨RM(德)、史密斯磨Atox(丹)等；富乐(美)、宇部(日)也生产LM磨。其主要区别在辊盘形状不同。国产立磨制造厂有沈重(MPS)。还有天津院(TRM)、合肥院(HRM),主要引进非凡公司MPS(德)、伯力鸠斯公司RM技术（德）。磨机规格一般以磨盘直径表示。TRM立磨规格单位是：分米；HRM立磨规格是：毫米。如：TRM32代号含义是：天津水泥设计研究院研制的立式磨，磨盘直径为：3.2米；HRM2200代号含义是：合肥水泥研究设计院研制的立式磨，磨盘直径为：2.2米。（二）机械构造与工作性能立式磨由机壳与机座、磨辊与磨盘、加压装置、分级装置、传动装置和润滑系统等六大部分组成。立式磨机构造我国已有不少中型水泥厂选用国产立式磨粉磨全黑生料，使用效果良好。近年来，新干法生产线在生料粉磨环节上，广泛应用了大型立式磨机，取代了传统的球磨机。3.管理因素设备管理是现代企业管理的重要组成部分。设备管理的核心内容是：以人为本的全员管理和以计划检修为主的技术管理；并采用设备维护及其运行指标分解承包经济责任制、增强员工主人翁意识，充分调动员工主观能动性，健全、建立各项规章制度、管理规程，使设备管理科学化、制度化和正规化。为实现本系统优质、高产、低消耗、安全、清洁生产，提供最基本的保证。具体工作应从以下几方面做起：（1）强化员工技能培训；（2）健全设备技术档案；（3）实施计划检修；（4）完善备品、备件管理；（5）落实维护保养责任制；（6）考核安全生产与成本分解。部分国产立式磨（生料）技术参数型号规格磨盘直径(mm)入料粒度(mm)产品粒度（R0.08%）生产能力(t/h)主电机功率(kW)设备重量(t)HRM13001300≤408～1220～2820040HRM17001700≤508～1240～4838070HRM19001900≤508～1250～6045080HRM22002200≤608～1270～9063015