淺談TRPTRP輥壓機(jī)及生料系統(tǒng)

馬秀寬，張士東，石國平

淺談TRPTRP輥壓機(jī)及生料系統(tǒng)

Discussion on The TRP Roller Press and Raw Material System

馬秀寬11，張士東22，石國平11

1 前言

目前在水泥領(lǐng)域應(yīng)用的生料粉磨系統(tǒng)主要有以下三種形式：球磨機(jī)系統(tǒng)、輥磨系統(tǒng)、輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)。上世紀(jì)80年代中期問世的輥壓機(jī)，是一種比較理想的節(jié)能粉磨設(shè)備，可以單獨(dú)或與球磨機(jī)組成多種系統(tǒng)用于各種物料的粉磨，因節(jié)能效果顯著，得到較快的發(fā)展。輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)全部成品由輥壓機(jī)產(chǎn)生，取消了球磨機(jī)，因此節(jié)能幅度更大。

2 生料輥壓機(jī)終粉磨技術(shù)的基本情況

輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)比其他粉磨系統(tǒng)節(jié)能的主要原因在于輥壓機(jī)系統(tǒng)中的“選粉-烘干-風(fēng)掃”用風(fēng)風(fēng)量和阻力比其他粉磨系統(tǒng)低，即通風(fēng)電耗降低，但是輥壓機(jī)系統(tǒng)中提升物料的斗提電耗較高。輥壓機(jī)和輥磨本身電耗相當(dāng)，系統(tǒng)電耗存在2～3kWh/t的差值，折算到熟料為4～5kWh/t，一條5000t/d水泥生產(chǎn)線，每年節(jié)約電量約為800萬度。假設(shè)原料易磨性中等，統(tǒng)一生料細(xì)度，可以估算出輥壓機(jī)系統(tǒng)和其他粉磨系統(tǒng)的電耗情況（見表1）。

2.1 國外公司輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)

中國的福建三德、江西亞東和四川亞東等廠的原料粉磨均采用德國洪堡公司提供的輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)，其典型的流程如圖1所示。輥壓機(jī)布置在樓層上，新物料與出輥壓機(jī)物料一起喂入V型選粉機(jī)，粗料經(jīng)提升機(jī)送入輥壓機(jī)循環(huán)擠壓，細(xì)料經(jīng)動(dòng)態(tài)選粉機(jī)進(jìn)一步分選，粗粉回輥壓機(jī)系統(tǒng)擠壓，細(xì)粉入成品收集系統(tǒng)。

2.2TRP輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)

根據(jù)生料粉磨的特點(diǎn)和要求，通過詳細(xì)調(diào)研和分析研究，在TRP輥壓機(jī)及TESu選粉機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)提出了TRP（R）型輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)。

如圖2所示，靜態(tài)選粉機(jī)與動(dòng)態(tài)選粉機(jī)用較短的管道連接，降低了系統(tǒng)阻力，烘干能力顯著增強(qiáng),利用窯尾廢氣可烘干最大原料水分8%；動(dòng)態(tài)選粉機(jī)的改進(jìn)更加有效地控制了成品粗顆粒的含量R200μm＜1.0%，改善了生料的易燒性。

該系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是輥壓機(jī)布置在地面上，出輥壓機(jī)（見圖3）和出V型選粉機(jī)（見圖4）各設(shè)一臺(tái)提升機(jī)，可以降低廠房高度，降低提升機(jī)的要求，方便設(shè)備檢修（見表2）。

表1 不同生料輥磨系統(tǒng)電耗比較,kWh/t

圖1 洪堡輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)流程

圖2 TRP輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)流程

3 TRP輥壓機(jī)的設(shè)計(jì)理念

中材裝備集團(tuán)（原TCDRI）對(duì)輥壓機(jī)的研究工作始于上世紀(jì)80年代中期，1988年參與引進(jìn)了洪堡公司的輥壓機(jī)制造技術(shù)，90年代后期著手大規(guī)格輥壓機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)，目前可以提供各種型號(hào)的輥壓機(jī)裝備和各種規(guī)模的系統(tǒng)配置（見表3），還可提供水泥行業(yè)以外的輥壓機(jī)裝備技術(shù)服務(wù)，滿足不同物料的粉磨需求。

3.1 輥壓機(jī)的直徑

早期的輥壓機(jī)穩(wěn)定性較差，主要原因之一是輥徑較小，對(duì)物料粒度的適應(yīng)性差，當(dāng)年引進(jìn)技術(shù)的最大輥壓機(jī)規(guī)格為?1150mm×1000mm。輥徑越大，對(duì)粗顆粒物料的適應(yīng)性越強(qiáng)，料餅厚度越大。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)（見圖5），可以得出輥壓機(jī)處理的最大物料粒徑和料餅厚度與輥徑之間的關(guān)系為：

物料粒徑：dmax≈0.06D，實(shí)際生產(chǎn)按95%＜0.03D控制

料餅厚度：S2≈0.02D

因此，TCDRI從1997年開始組織大直徑輥壓機(jī)的裝備開發(fā)，確定最小輥徑為?1200mm，輥徑系列為? 1400mm、?1600mm、?1800mm、? 2000mm、?2200mm、?2400mm。

3.2 輥壓機(jī)的寬徑比

輥壓機(jī)的寬徑比是指壓輥的寬度與直徑的比值。自輥壓機(jī)應(yīng)用以來，寬徑比就有兩種設(shè)計(jì)思路，一是以洪堡公司為代表的大寬徑比，直徑較大的輥壓機(jī)寬徑比有可能超過1.0，如?1700mm×1800mm，Koppen (庫本)公司的輥壓機(jī)寬徑比一般＜1.0；二是以伯利休斯公司為代表的小寬徑比，該值一般＜2/3，如? 2000mm×1300mm。同球磨機(jī)規(guī)格一樣，為了滿足各種系統(tǒng)能力的配套要求，相同直徑的輥壓機(jī)可能有不同寬度的規(guī)格。

圖3 TRP輥壓機(jī)三維圖

圖4 生料選粉機(jī)三維圖

表2 輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)配置*

表3 TRP系列輥壓機(jī)*

圖5 輥壓機(jī)工作原理示意圖

分析認(rèn)為，對(duì)于一定直徑的輥壓機(jī)來講，寬徑比越大，邊緣效應(yīng)越小，即輥間料層處于壓力滑動(dòng)區(qū)未被充分?jǐn)D壓的物料比例越小，擠壓效果越好，但是壓輥越寬，越容易產(chǎn)生壓輥偏斜，對(duì)液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能的要求就越高；相反，寬徑比越小，邊緣效應(yīng)越明顯，但是壓輥偏斜量較小，運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定。

另外，小寬徑比的輥壓機(jī)沿寬度方向呈三角形受力，最大壓力值是平均壓力的2倍左右；而大寬徑比的輥壓機(jī)沿寬度方向呈梯形受力，其最大壓力是平均壓力的1.5倍左右。后者顯然對(duì)輥面的均勻磨損更有利。

隨著輥壓機(jī)規(guī)模的大型化發(fā)展及節(jié)能水平最大化的要求，則輥壓機(jī)的規(guī)格能力越大越好。然而輥壓機(jī)的直徑不可能無限加大，直徑太大會(huì)帶來制造、運(yùn)輸、檢修等問題，經(jīng)研究確定最大輥徑為?2400mm。為了滿足大通過量的要求，同時(shí)考慮到液壓技術(shù)的進(jìn)步，確定最大寬徑比按1.0考慮，同時(shí)每種直徑的輥壓機(jī)可以有不同的寬度。

3.3 輥壓機(jī)的壓力

在過去的25年中，輥壓機(jī)技術(shù)在各個(gè)方面得到了長足的發(fā)展，主要包括傳動(dòng)裝置、耐磨處理、液壓技術(shù)、控制系統(tǒng)和設(shè)計(jì)參數(shù)等。其中，擠壓力的設(shè)計(jì)也經(jīng)過了從大到小的演變。

定義單位壓輥投影面積所受的壓力為輥壓機(jī)的擠壓力，單位為kN/ m2。洪堡公司最早的輥壓機(jī)即第一代輥壓機(jī)（1992年以前）擠壓力設(shè)計(jì)值為10000kN/m2，第二代輥壓機(jī)（1992年～1997年）降到9000kN/m2，第三代輥壓機(jī)（1997年以后）又降到7000kN/m2以下。

TCDRI在試驗(yàn)系統(tǒng)上對(duì)多種物料進(jìn)行了擠壓試驗(yàn)，尋求合適的擠壓力是試驗(yàn)的目的之一。實(shí)踐證明，擠壓力過高，能量利用率則會(huì)下降，而且機(jī)械故障增加；適宜的擠壓力可以得到最佳的粉碎效果，優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)，配置合理的液壓系統(tǒng)。我們進(jìn)行的半工業(yè)試驗(yàn)證明：對(duì)于熟料來講，擠壓力為5000～7000kN/m2效率最高；在低循環(huán)負(fù)荷以新料為主時(shí)，壓力可以適當(dāng)高一些；在高循環(huán)負(fù)荷以循環(huán)物料為主時(shí)，壓力可以低一些。由此可見，擠壓力與采用的系統(tǒng)流程有關(guān)。生料用輥壓機(jī)的擠壓力也可低一些?？傊?，擠壓力的合理使用是為了保證輥壓機(jī)更好地運(yùn)行，從而保證獲得更高的系統(tǒng)產(chǎn)量。

3.4 輥壓機(jī)的線速度

壓輥的線速度是決定輥壓機(jī)的通過量和動(dòng)力消耗的重要參數(shù)之一，在一定范圍內(nèi)與兩者均成線性關(guān)系（見圖6）。

但是輥速過快，一方面可能導(dǎo)致設(shè)備振動(dòng)，引起運(yùn)行失穩(wěn)；另一方面，可能導(dǎo)致壓輥表面與料層之間的相對(duì)滑動(dòng)，加劇輥面的磨損，而且此時(shí)輥壓機(jī)的通過量與線速度不成比例。

輥速過慢，物料可能來不及被擠壓就通過輥間，擠壓效果下降。而輥壓機(jī)的通過量下降，要達(dá)到一定的通過量，輥壓機(jī)的規(guī)格就要做得較大。

TRP的輥壓機(jī)線速度定在1.4～2.2m/s之間。

3.5 輥壓機(jī)配置

（1）輥?zhàn)硬捎脙?yōu)質(zhì)合金鋼經(jīng)大型水壓機(jī)（8000～10000t水壓機(jī)）鍛造。煉鋼時(shí)采用鋼包二次精煉（真空脫氣），按大型鍛件探傷標(biāo)準(zhǔn)JB/ T5000.15-1998Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)探傷（高于國標(biāo)的Ⅱ級(jí)）制造。

（2）主軸承采用四列圓柱滾子軸承配合雙向推力軸承的形式，受力合理，易于密封，承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)心滾子軸承。軸承內(nèi)外圈采用電渣重熔滲碳鋼G20CrNi4，性能可靠，使用壽命長。

圖6 壓輥速度與通過量及電耗的關(guān)系

表4 系統(tǒng)參數(shù)

表5 主機(jī)配置

圖7 生料粉磨系統(tǒng)操作畫面

4 TRP 生料輥壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)例

中國國內(nèi)某廠3200t/d生料輥壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況見表4、表5。

系統(tǒng)經(jīng)過較短的調(diào)試后即達(dá)到220t/h的產(chǎn)量，經(jīng)過操作優(yōu)化，窯磨聯(lián)動(dòng)后，系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行在260t/h左右，細(xì)度合格，質(zhì)量穩(wěn)定，系統(tǒng)電耗為12～14kWh/t。圖7是該系統(tǒng)的典型操作畫面。

5 結(jié)語

水泥生產(chǎn)線的規(guī)模越來越大，對(duì)設(shè)備的規(guī)格能力要求越來越高，輥壓機(jī)的運(yùn)輸、節(jié)能效果越來越顯著。從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面分析，輥壓機(jī)比輥磨簡單，其操作壓力遠(yuǎn)高于其他幾種料床粉磨設(shè)備，系統(tǒng)流程相對(duì)復(fù)雜。但伴隨著企業(yè)對(duì)節(jié)能帶來的經(jīng)濟(jì)效益的重視，生料輥壓機(jī)終粉磨將成為生料粉磨系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要方案之一。

（3）高度集成的液壓系統(tǒng)。

（4）調(diào)整靈活的喂料裝置。

（5）先進(jìn)的智能潤滑系統(tǒng)。

（6）減速機(jī)、電機(jī)等高端配置。

[1]柴星騰,石國平.生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)技術(shù)介紹[J].水泥技術(shù),2012,(2).■

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2012-05-31；編輯：呂光