鋅焙砂球磨機(jī)穩(wěn)定性提升研究及應(yīng)用

張振國(guó),王卡卡,黎富強(qiáng)

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司,云南 會(huì)澤 654200)

0 引言

球磨機(jī)是利用鋼球作為介質(zhì)對(duì)礦物或大型物料進(jìn)行破碎或研磨的大型機(jī)械,廣泛用于選礦、建材、冶金、化工等行業(yè),球磨機(jī)主要分為干式球磨機(jī)和濕式球磨機(jī)兩種[1]。云南馳宏鋅鍺股份有限公司會(huì)澤冶煉分公司鋅焙燒系統(tǒng)所用球磨機(jī)為干式球磨機(jī),主要用于將鋅焙砂礦進(jìn)行研磨,是鋅焙燒系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備。

本文介紹了干式球磨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)存在的問題,通過(guò)對(duì)球磨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的優(yōu)化改造,解決了球磨機(jī)長(zhǎng)期以來(lái)存在的反復(fù)性自動(dòng)停機(jī)和軸瓦易磨損問題,并實(shí)現(xiàn)在DCS 系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,提升設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性,減少設(shè)備非計(jì)劃性停機(jī),保障沸騰焙燒系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 球磨機(jī)主要配置和技術(shù)參數(shù)

云南馳宏鋅鍺股份有限公司會(huì)澤冶煉分公司6萬(wàn)t/a 粗鉛、10 萬(wàn)t/a 電鋅冶煉廠及冶煉渣綜合處理系統(tǒng)2013 年11 月建成投產(chǎn),球磨機(jī)主要工藝參數(shù)如下:

球磨機(jī)型號(hào):Φ2.1 ×3.0 m

給砂粒度:＜20 mm

排砂粒度:-200 占80%,-80 占100%

筒體轉(zhuǎn)速:23.8 r/min

最大裝球量:17 t

生產(chǎn)能力:20～25 t/h

主電機(jī)型號(hào):YR5001-8 280 kW 10 kV 745 r/min

主減速機(jī)型號(hào):ZDY400-4.5-Ⅱ

主軸承潤(rùn)滑站型號(hào):XYZ-25

球磨機(jī)共2 臺(tái),1 用1 備,是會(huì)澤冶煉分公司鋅焙燒沸騰系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備,主要由主電機(jī)、傳動(dòng)部裝置、進(jìn)料部裝置、出料部裝置、主軸承部裝置、回轉(zhuǎn)部裝置(筒體部、進(jìn)料螺旋及出料螺旋)、基礎(chǔ)部裝置、稀油潤(rùn)滑站、控制系統(tǒng)組成(如圖1 所示)。球磨機(jī)控制系統(tǒng)采用S7-300PLC 系統(tǒng),控制球磨機(jī)的啟停、調(diào)節(jié)和保護(hù)。球磨機(jī)前后軸瓦潤(rùn)滑采用稀油站強(qiáng)制循環(huán)潤(rùn)滑方式,稀油站配置2 臺(tái)油泵,1 用1備,由球磨機(jī)PLC 控制。

圖1 球磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 球磨機(jī)運(yùn)行使用中存在的問題及原因分析

2.1 球磨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題及原因分析

2.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

球磨機(jī)在日常運(yùn)行過(guò)程中,每月3～4 次出現(xiàn)不明原因停機(jī)故障,在控制柜界面和DCS 運(yùn)行監(jiān)控界面都沒有明確故障指示(見圖2),僅控制柜上綜合故障報(bào)警燈亮。因此,對(duì)球磨機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)施勢(shì)在必行[2]。

圖2 球磨機(jī)控制柜

2.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)異常的原因分析

(1)導(dǎo)出PLC 控制程序,查找球磨機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)條件

啟動(dòng)條件:從圖3 球磨機(jī)啟動(dòng)程序可知,可選擇從就地控制箱按鈕啟動(dòng),或者選擇從遠(yuǎn)程啟動(dòng)。目前的操作方式僅從就地控制箱啟動(dòng),啟動(dòng)條件:A.選擇到就地控制箱,B.本柜停止未按下,C.就地控制箱停止未按下,D.無(wú)綜合故障停機(jī),E.球磨機(jī)準(zhǔn)備好。

圖3 球磨機(jī)啟動(dòng)程序

停止條件:從圖4 球磨機(jī)停止程序可知,停止條件:A.觸發(fā)綜合故障停機(jī),B.球磨機(jī)未備妥,C.按下停止按鈕。從圖5 球磨機(jī)可觸發(fā)綜合故障停機(jī)程序可知,可觸發(fā)綜合故障停機(jī)的情況:A.高壓柜故障,B.油壓故障,C.電機(jī)前軸溫度高高報(bào),D.電機(jī)后軸承溫度高高報(bào),E.電機(jī)繞組A 相溫度1 高高報(bào),F.電機(jī)繞組A 相溫度2 高高報(bào),G.電機(jī)繞組B 相溫度1 高高報(bào),H.電機(jī)繞組B 相溫度2 高高報(bào),I.電機(jī)繞組C 相溫度1 高高報(bào),J.電機(jī)繞組C 相溫度2 高高報(bào),K.磨機(jī)前軸溫度高高報(bào),L.磨機(jī)后軸溫度高高報(bào)。

圖4 球磨機(jī)停止程序

圖5 球磨機(jī)可觸發(fā)綜合故障停機(jī)程序

(2)球磨機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

A.磨機(jī)前軸溫度高高報(bào)65 ℃,高報(bào)55 ℃

B.磨機(jī)后軸溫度高高報(bào)65 ℃,高報(bào)55 ℃

C.電機(jī)前軸溫度高高報(bào)75 ℃,高報(bào)70 ℃

D.電機(jī)后軸溫度高高報(bào)75 ℃,高報(bào)70 ℃

E.電機(jī)繞組A 相溫度1 高高報(bào)65 ℃,高報(bào)70 ℃

F.電機(jī)繞組A 相溫度2 高高報(bào)65 ℃,高報(bào)70 ℃

G.電機(jī)繞組B 相溫度1 高高報(bào)65 ℃,高報(bào)70 ℃

H.電機(jī)繞組B 相溫度2 高高報(bào)65 ℃,高報(bào)70 ℃

I.電機(jī)繞組C 相溫度1 高高報(bào)65 ℃,高報(bào)70 ℃

J.電機(jī)繞組C 相溫度2 高高報(bào)65 ℃,高報(bào)70 ℃

(3)原因分析

①球磨機(jī)電機(jī)繞組運(yùn)行參數(shù)設(shè)置不合理

電機(jī)型號(hào):YR5001-8,絕緣等:F,功率:280 kW。高報(bào)設(shè)置為70 ℃,高高報(bào)65 ℃,高高報(bào)比高報(bào)低,且F 級(jí)絕緣電機(jī)繞組溫度報(bào)警值設(shè)置偏低。

②在球磨機(jī)參數(shù)顯示界面上沒有具體的報(bào)警顯示,操作人員不能直觀判斷停機(jī)原因,導(dǎo)致停機(jī)時(shí)不能及時(shí)判斷故障。

2.2 球磨機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)存在的問題及原因分析

(1)長(zhǎng)期以來(lái),球磨機(jī)供油溫度偏高,以至軸瓦溫度較高(一般在65 ℃以上),導(dǎo)致軸瓦、軸徑磨損加速,壽命大幅降低。說(shuō)明油冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問題,需要檢查油路、水路,保證其潤(rùn)滑和冷卻[3]。

(2)球磨機(jī)前后軸瓦每年均出現(xiàn)過(guò)軸瓦磨損現(xiàn)象,原因之一油路不暢,導(dǎo)致潤(rùn)滑油量不足,潤(rùn)滑效果不佳,冷卻不及時(shí)[3]。

(3)球磨機(jī)前后軸瓦潤(rùn)滑供油量,由操作人員通過(guò)觀察孔觀察油量大小來(lái)控制手動(dòng)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié),由于觀察角度及日常觀察不方便原因,造成潤(rùn)滑不足而出現(xiàn)軸瓦加速磨損,存在輸油管路原設(shè)計(jì)的重大缺陷-缺少油流監(jiān)測(cè)點(diǎn)[4-5]。

(4)潤(rùn)滑油噴淋裝置對(duì)軸瓦噴淋效果不良,潤(rùn)滑油噴淋大小不一,軸瓦表面潤(rùn)滑不均勻,且潤(rùn)滑油飛濺至軸瓦兩側(cè)后從密封處漏出,造成潤(rùn)滑油損失,物料被油污染,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染嚴(yán)重。

3 球磨機(jī)改進(jìn)及應(yīng)用

3.1 球磨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用

球磨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用如圖6 和圖7 所示,具體情況如下:

圖6 球磨機(jī)DCS 監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)前示意圖

圖7 球磨機(jī)DCS 監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)后示意圖

(1)修改電機(jī)繞組溫度高報(bào)值和高高報(bào)值,修改高報(bào)值90 ℃,高高報(bào)130 ℃。

(2)增加球磨機(jī)至DCS 通訊的顯示點(diǎn),將每個(gè)停機(jī)連鎖條件引至DCS 進(jìn)行顯示,并做歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ),故障停機(jī)時(shí)可追溯停機(jī)原因,快速查找故障點(diǎn)。

(3)重新安裝油站出口油壓變送器,并設(shè)置停機(jī)連鎖值,將油壓值引DCS 進(jìn)行顯示。

(4)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流引入DCS 進(jìn)行顯示,并做歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ),同時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)額定電流值,通過(guò)編寫程序,設(shè)置電流報(bào)警值,方便操作人員直觀判斷設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷狀態(tài)。

改造后,球磨機(jī)高壓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行有效監(jiān)控,避免設(shè)備負(fù)荷過(guò)大忽然停機(jī)事故,保障設(shè)備穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行,有利于生產(chǎn)組織、工藝穩(wěn)定控制。

3.2 球磨機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用

3.2.1 球磨機(jī)稀油站油冷卻器系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用

球磨機(jī)稀油站油冷卻器系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用,具體情況如下:

(1)如圖8、圖9 所示,在球磨機(jī)稀油站上并聯(lián)安裝一套油冷卻器,每套油冷卻器的供回水、進(jìn)出油管安裝閥門進(jìn)行單獨(dú)控制,通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水流量可控制所需油溫,避免原換熱面積不足造成冷卻效果達(dá)不到目的。

圖9 改造后油冷卻器系統(tǒng)

圖8 改造前油冷卻器系統(tǒng)

改造前,軸瓦溫度偏高(一般在65 ℃以上),導(dǎo)致軸瓦、軸徑磨損加速,壽命大幅降低;改造后,軸瓦溫度可控制在正常運(yùn)行范圍中(50 ℃以下),延長(zhǎng)使用壽命。同時(shí),可實(shí)現(xiàn)在單臺(tái)油冷卻器出現(xiàn)故障時(shí),設(shè)備不停機(jī)處理。在夏天氣溫較高時(shí),可同時(shí)運(yùn)行兩套油冷卻器,避免油溫過(guò)高對(duì)設(shè)備的影響。

(2)其他優(yōu)化改進(jìn)內(nèi)容

一是在稀油站冷卻水供水主管上安裝Y 型號(hào)過(guò)濾器;二是稀油站內(nèi)安裝凈油板。

優(yōu)化改進(jìn)后達(dá)到的效果:一是通過(guò)Y 型號(hào)過(guò)濾器過(guò)濾鐵銹和污泥雜質(zhì),避免油冷卻器水側(cè)容易結(jié)垢降低油冷卻器冷卻效果。二是定期取出凈油板清理潤(rùn)滑油中磁性雜質(zhì),延長(zhǎng)潤(rùn)滑油使用壽命。

3.2.2 球磨機(jī)軸瓦噴淋裝置改進(jìn)及應(yīng)用

將原球磨機(jī)進(jìn)出端中空軸軸瓦的直噴型噴淋裝置改為花灑型噴淋裝置(如圖11 所示)。根據(jù)球磨機(jī)進(jìn)出端中空軸軸瓦寬度和潤(rùn)滑、冷卻實(shí)際要求,利用花灑沐浴工作原理,將原直噴型噴淋裝置改為花灑型噴淋裝置,使?jié)櫥蛧娏芫徛?、均?軸瓦潤(rùn)滑、冷卻達(dá)到最佳狀態(tài)。制作特點(diǎn)如下:(1)噴淋裝置空腔內(nèi)填充緩沖用的瓷環(huán);(2)噴淋裝置面板大小根據(jù)軸瓦寬度而制作;(3)噴淋裝置面板中心Φ100為無(wú)孔;(4)噴淋裝置面板孔徑為Φ4 均勻分布;(5)潤(rùn)滑所需流量通過(guò)進(jìn)油管道門控制;(6)潤(rùn)滑壓力通過(guò)溢流閥門控制。

圖11 改造后潤(rùn)滑油噴淋效果

改造后,潤(rùn)滑油噴淋緩慢、均勻,軸瓦潤(rùn)滑、冷卻達(dá)到最佳狀態(tài),延長(zhǎng)密封件使用壽命,減少潤(rùn)滑油損耗。

3.2.3 球磨機(jī)軸瓦供油油量監(jiān)控優(yōu)化

在球磨機(jī)前后軸瓦供油管上加裝流量計(jì),并將流量信號(hào)引入DCS 進(jìn)行監(jiān)控及報(bào)警(如圖7 所示)。日常根據(jù)球磨機(jī)進(jìn)出端中空軸軸瓦潤(rùn)滑油量、冷卻實(shí)際需要,通過(guò)帶流量表及遠(yuǎn)程輸出的流量計(jì),可直觀地觀察供油量及遠(yuǎn)程監(jiān)管。

圖10 改造前潤(rùn)滑油噴淋效果

改造特點(diǎn)為前后軸瓦供油管各安裝一只流量計(jì):(1)此流量計(jì)帶流量指針表盤及遠(yuǎn)程輸出功能;(2)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程觀察供油量;(3)可根據(jù)實(shí)際溫度及需油量,觀察流量表,通過(guò)流量計(jì)前閥門調(diào)節(jié)所需流量;(4)控制簡(jiǎn)單,實(shí)際前后軸瓦均勻、定量進(jìn)行供油潤(rùn)滑、冷卻。

4 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化改進(jìn)完成后,提升了球磨機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性,解決了以往存在的問題。

(1)監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)精確、可靠性強(qiáng),達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控球磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)可追溯停機(jī)原因,快速查找故障點(diǎn)。通過(guò)歷史檢測(cè)數(shù)據(jù),判斷設(shè)備運(yùn)行缺陷,更好發(fā)揮預(yù)知維修作用。

(2)潤(rùn)滑系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)后,實(shí)現(xiàn)設(shè)備不停機(jī)處理單臺(tái)油冷卻器故障和日常清洗維護(hù),避免夏天氣溫高后造成油溫過(guò)高對(duì)設(shè)備的影響;通過(guò)Y 型號(hào)過(guò)濾器過(guò)濾鐵銹和污泥雜質(zhì),避免油冷卻器水側(cè)容易結(jié)垢降低油冷卻器冷卻效果;定期取出凈油板清理潤(rùn)滑油中磁性雜質(zhì),延長(zhǎng)潤(rùn)滑油使用壽命;將原直噴型噴淋裝置改為花灑型噴淋裝置,使?jié)櫥蛧娏芫徛?、均?軸瓦潤(rùn)滑、冷卻達(dá)到最佳狀態(tài)。