超高比表面積礦渣立磨研發(fā)與海外應(yīng)用

王 軍

1洛陽礦山機械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

礦 渣是煉鐵過程中產(chǎn)生的廢渣，原作丟棄處理。但由于將其粉磨至一定細(xì)度后即具有水泥的特性，可作為水泥混合材的優(yōu)質(zhì)摻合料，因此，可將礦渣用于生產(chǎn)礦渣水泥，變廢為寶。礦渣立磨集破碎、粉磨、烘干、選粉和氣流輸送等多種功能為一體[1]，相比球磨機，具有能耗低、噪聲小等優(yōu)勢，已替代球磨機廣泛應(yīng)用于礦渣粉磨領(lǐng)域。

1 礦渣立磨設(shè)計要求

行業(yè)內(nèi)礦渣微粉遵循 GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》的要求，生產(chǎn)的粒化高爐礦渣粉質(zhì)量一般應(yīng)達(dá)到 S95 級，要求的礦渣微粉比表面積應(yīng) ≥400 m2/kg，一般按 420 m2/kg 進(jìn)行控制。

某項目用戶為國外某鋼鐵公司，要求礦渣立磨年產(chǎn)量為 90 萬 t，小時產(chǎn)量為 140 t 礦渣微粉，且生產(chǎn)的礦渣微粉比表面積為 520 m2/kg。與我國國標(biāo) S95級要求的 400 m2/kg 相比，該項目要求的比表面積提高了 30%。礦渣立磨應(yīng)用于 520 m2/kg 比表面積的礦渣微粉項目，國內(nèi)尚屬首次，且為出口項目。

2 LGMS5527 礦渣立磨主要特點

該項目采用 LGMS5527 礦渣立磨，主要技術(shù)參數(shù)如表 1 所列，結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 LGMS5527 礦渣立磨結(jié)構(gòu)Fig.1 Profile of LGMS5527 slag mill

表1 立磨主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Major technical parameters of vertical mill

LGMS5527 礦渣立磨采用平盤錐輥、曲臂加載的結(jié)構(gòu)。該設(shè)備的主要部件為 3 個 120°均布的主輥，同時配置了 3 個 120°均布的攤鋪板，固定在磨體上，用于攤平物料、壓實料床，以穩(wěn)定立磨的運行。立磨正常工作時，攤鋪板距離磨輥襯板的高度固定，現(xiàn)場可以根據(jù)需要適當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證攤鋪板始終壓在料層上，更好地攤平物料，準(zhǔn)備料床。

早期立磨采用輔輥攤平物料，相比之下，采用攤鋪板不僅能夠大幅降低成本，而且調(diào)節(jié)控制簡單，不容易造成料層擾動，攤鋪效果更好。

LGMS5527 礦渣立磨采用螺旋輸送機中心進(jìn)料。一方面，早期的回轉(zhuǎn)喂料閥+溜槽的側(cè)進(jìn)料形式容易在回轉(zhuǎn)喂料閥葉輪和腔體及溜槽內(nèi)壁形成大的結(jié)塊，需頻繁清理。相比之下，螺旋輸送機輸送礦渣具有不易堵料、密封效果好的優(yōu)點[2]。另一方面，側(cè)進(jìn)料方式使物料沿傾斜的溜槽落到磨盤上，很難保證物料恰好落在磨盤中心位置，導(dǎo)致在 3 個磨輥下分布的物料不均勻，3 個磨輥的粉磨狀態(tài)不均勻，不能達(dá)到理想的運行狀態(tài)，出現(xiàn)個別輥子磨損嚴(yán)重的情況。而螺旋輸送機可水平安裝，出料口布置在立磨選粉機返料斗內(nèi)部，入磨礦渣自由落體落在磨盤中心位置，不易阻塞下料管，且物料在 3 個磨輥下分布均勻，3 個磨輥粉磨狀態(tài)和出力可以基本保持一致，立磨運行更加平穩(wěn)。

3 研發(fā)關(guān)鍵

為滿足該項目礦渣微粉超高比表面積 520 m2/kg的要求，針對與比表面積相關(guān)的直接因素和間接因素，在立磨研發(fā)中采取以下優(yōu)化措施。

(1) 立磨設(shè)計時，采用加大的雙液壓缸加載，提供足夠的拉力，使輥壓力比常規(guī)提高約 20%。同時對磨輥軸承壽命進(jìn)行校核，并對磨盤、磨輥、加載系統(tǒng)等關(guān)鍵件的強度進(jìn)行校核。

(2) 磨盤部件設(shè)計時，適當(dāng)增加擋料圈的高度，使磨盤上的物料不易從擋料環(huán)處越過，延長物料在磨盤上停留的時間，增加物料的粉磨次數(shù)，以獲得高比表面積。

(3) 噴吹環(huán)設(shè)計時，適當(dāng)增加風(fēng)環(huán)的過流面積，以降低磨內(nèi)風(fēng)速，減少隨氣流輸送至選粉機處的大粒徑物料，增加小粒徑物料，有利于選粉機分選，并減少跑粗，以提高礦渣微粉的比表面積。

(4) 增加主電動機功率，以適應(yīng)主輥輥壓力的增加對功率的需求。

(5) 采用低速重載大功率立式減速器，采用一級傘齒、兩級行星的結(jié)構(gòu)形式，提高主減速器的動載承受能力，并采用美國 AGMA 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行齒輪強度校核，其接觸強度 CSF≥2.5，彎曲強度 KSF≥2.5。

(6) 按照產(chǎn)量和超高比表面積的要求，為選粉機確定合適的轉(zhuǎn)子高度和直徑、葉片數(shù)量、葉片角度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及電動機功率。適當(dāng)增加轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)量，提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并增加定子葉片角度調(diào)節(jié)規(guī)板的種類，增加現(xiàn)場調(diào)節(jié)手段。

(7) 改變增加物料含水率的方式，用獨立的磨內(nèi)噴水系統(tǒng)代替輸送帶噴淋，配備電動調(diào)節(jié)閥和電磁流量計，克服輸送帶噴水調(diào)節(jié)速度慢、水量不精確、反應(yīng)滯后的缺點，噴水量可以通過中控實時、定量、迅速進(jìn)行調(diào)節(jié)，噴水量精確，立磨控制靈活，操作更加容易。

4 安裝調(diào)試注意事項

研發(fā)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提條件，現(xiàn)場立磨的安裝、調(diào)試則是產(chǎn)品最終能夠達(dá)產(chǎn)、達(dá)標(biāo)的重要保證。

(1) 安裝基礎(chǔ)框架時，必須按照圖紙測量各處的標(biāo)高及水平度，特別是中框架減速器底板上平面的標(biāo)高及水平度和主電動機基礎(chǔ)框架的標(biāo)高，保證主電動機在未加調(diào)整墊片時的軸伸中心高度低于主減速器軸伸中心高度，使主電動機預(yù)留一定的向上調(diào)整量，以滿足主電動機與主減速器的同軸度調(diào)整需要。

(2) 項目實際應(yīng)用時，主減速器到貨較晚，為了不影響現(xiàn)場安裝進(jìn)度，使用主減速器假體代替，將磨盤臨時安放于假體上，作為臨時支撐，再繼續(xù)后續(xù)的部件安裝。主減速器到現(xiàn)場后，用磨盤同步頂升系統(tǒng)及磨盤支撐工具，頂起磨盤，將假體從磨盤下方移出磨外，再將主減速器拖拉至磨盤正下方。需要注意的是，拖動時應(yīng)在減速器和專用軌道之間墊上聚四氟乙烯板或涂油，以防劃傷減速器[3]。主減速器定位銷對準(zhǔn)磨盤銷孔后，將磨盤緩慢下落至主減速器上并固定。

(3) 翻輥時，應(yīng)將翻輥液壓缸上下腔的空氣排空，使液壓缸上腔和下腔充滿油，以防止液壓缸腔體中存有空氣導(dǎo)致磨輥速度突然加快而發(fā)生危險。

(4) 安裝選粉機時，注意檢查轉(zhuǎn)子與頂部及左、右密封體的密封間隙，間隙太大礦渣微粉容易跑粗，間隙太小容易剮蹭。

(5) 適當(dāng)增加加載液壓缸的工作壓力，提高粉磨輥壓力，并使用較高高度的擋料圈組合，增加料層厚度，延長粉磨時間，增加粉磨次數(shù)。同時，減少噴吹環(huán)處的蓋板數(shù)量，以增大過流面積，降低磨內(nèi)風(fēng)速。

(6) 通過嘗試采用不同的定子葉片規(guī)板尺寸 (見表2)，最終確定適合現(xiàn)場的定子葉片角度。

表2 規(guī)板系列尺寸Tab.2 Dimension of gauge board series mm

通過定子葉片靜態(tài)分選，再結(jié)合選粉機轉(zhuǎn)子的變頻調(diào)速動態(tài)分選，提高頻率，增加選粉機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，從而提高礦渣微粉成品的比表面積。

(7) 物料含水率偏低或磨內(nèi)溫度過高導(dǎo)致立磨運行不穩(wěn)定時，適當(dāng)向磨內(nèi)噴水，降低磨內(nèi)溫度，以穩(wěn)定料層。

安裝完成的 LGMS5527 礦渣立磨現(xiàn)場如圖 2 所示。

圖2 LGMS5527 礦渣立磨現(xiàn)場示意Fig.2 Site of LGMS5527 slag mill

5 結(jié)語

LGMS5527 礦渣立磨經(jīng)優(yōu)化設(shè)計和安裝調(diào)試后，順利通過達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)驗收，獲得了客戶的高度認(rèn)可。

該設(shè)備是國內(nèi)首臺套超高比表面積礦渣立磨，也是首次用于海外項目。通過超高比表面積礦渣立磨的研發(fā)及海外應(yīng)用，為設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試此類設(shè)備積累了豐富的經(jīng)驗，為后續(xù)研發(fā)其他規(guī)格的超高比表面積礦渣立磨打下了堅實的基礎(chǔ)。該立磨的研發(fā)成功，對于國內(nèi)礦渣立磨產(chǎn)品在“一帶一路”國家的推廣具有重要而深遠(yuǎn)的意義。