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超细摆式磨粉机的开发

作者 万科矿山机械 来源 本站 浏览 发布时间 14/09/11 喜欢请分享:

  根据上一篇文章这些改进的经验和成果,我们将开发超细摆式磨粉机的目标定位为:在主机功率不变的前提下,充分挖潜改造,不但把原有产品粒度范围内(100一325目)的产量大幅提高,实现高效节能;而且要扩大加工产品粒度范围至1250目,实现超细粉磨及分级功能。在高产节能、超细的前提下确保设备更加耐久可靠,并简化操作,从而使之成为老式摆式磨粉机(老式雷蒙磨)的一种更新换代的产品。

  (1)分级机改造

  从雷蒙主机磨出粉体的粒径分布中可知,其中有一定的超细粉含量,所以获得超细粉的关键就是改进分级系统。传统雷蒙磨的产成品设计定位在80~325目(通筛率95%)的范围内。采用的分析器是轴流风扇的结构,叶片少、转速低。存在在直径方向线速度不一致(分级范围较宽),而且在外沿上与罩盘间隙较大容易漏粉等缺陷。因此分级粒径较大,容易有大颗粒污染。当初原设计鼓风机风压风量参数也是依据加工细度和分析器、管道阻力来选定的,大流量低风压显然对适应高细分级机的改造不利,必须彻底改造。

  根据离心式叶轮分级机的分级理论:分级机的分离粒径在相同叶轮园周速度的前提下与叶轮的直径成反比,即为了减少分离粒径必须使用直径小的分级机。但小直径分级机,通过面积小,处理量也小,为获得小分离粒径而处理量大的效果,只有通过多个叶轮组合的办法。90年代中期,国内一些大专院校科研单位首先在4R雷蒙机上成功地进行分级改造,采用Φ400×3组合式涡轮分级机来取代原有的扇叶式分析器,使分级细度提高到600一800目。目前国内外广泛采用的ATP型涡轮式超细分级机,在确保分级细度的前提下为提高产量而采用多轮组合,最大的做到Φ500×6,这种设计不但结构复杂,而且还要保证各叶轮间同步运行,因此成本很高还不易维护。对于改造4R,5R这样普及型低成本的粉磨设备则必须另寻出路。

  我们经过长期的探索和试验,大胆向传统分级理论挑战,摸索出一套开发大型超细叶轮分级机的经验数据,并总结出一套新的分级理论。我们将单个直径达550, 750, 1200的三种涡轮成功地应用在4R, 5R, 6R超细摆式磨的分级机上,分级范围从100目直到1500目。在二次分级设备上我们用同样的叶轮,提高转速后分级粒径可达到2 500一3000目。从分级能力、效率、细度、精度等各项综合指标来考核,这种新型的分级设备达到了目前国内外的先进水平。此系列单轮式分级机,体积小、结构简单、使用维护及调速控制都十分方便,性能可靠、经久耐用、深受广大用户欢迎。

  大直径叶轮分级机的成功关键在于对分级机进行合理的结构和工艺设计,我们的做法是:

  适量增加叶轮的叶片数。因为叶片越多,叶轮每转一周对通过叶片的微粒的撞击几率也就越高,产生的离心力场也就越大。叶片的厚度应尽量选薄一点,因为叶片越薄则对通过叶轮的带尘气体的阻力就越小。

  合理的分级机外壳形体设计。这关系到分级室的形状和区域范围。如分级室过小,则粉体会在分级室内乱反射,使涡流变得十分紊流,影响正常分级。如分级室过大,则分级粒子受不到离心力的充分作用,容易产生滑移而不能被完全卷进涡流里。另外分级室的形状还应有顺流导向作用,有利于合格细粉进入叶轮内部,不合格的粗粉返回磨机重磨。试验证明,我们设计的锥形壳体与原机的扩径式分级筒箱相比体积小而效率高。

  设计优良精密的密封结构。这是防止粗颗粒从叶轮端面混人叶轮内部污染产成品的关键环节,我们设计了特殊的多层迷宫结构,不但拐弯多、迷宫间隙可调,而且进口处的叶片还会产生辅助离心力作用,阻止大颗粒从迷宫处进人。密封效果极佳,从产成品实测数据可看出,在迷宫处泄露的大颗粒不到十万分之一。但这“精密”迷宫对原料的含水量要求较严(最好≤6%),对于分级含水量较高又湿又粘的粉体,迷宫中的小间隙容易被诸塞,使叶轮阻力骤升,无法长时间工作。为此我们设计了自清式迷宫结构,采用气压隔离密封可以自动清理迷宫内的沉积物,使其可长时间连续运行。

  将分级轮布置在最佳位置。实现良好分级的另一要素是进入分级区的颗粒必须充分分散,否则分级轮会把团聚的颗粒当成大颗粒打出轮外,回磨重磨,这样不仅减少了细粉的产量,也增加了磨机的能耗。因此分级机与磨粉机的磨粉区的相对高差位置就十分重要,分级机的位置应选择在雷蒙机磨粉过程中最分散的区域,过近或过远都对分级不利。有些厂家和用户把磨成的粉体引出来并用较长的管道与分级机相联,这样己经被分散的粉体在管道输送中又重新凝聚起来,反而不利分级。如果把引出的粉体捕集、仓储后再二次分级,则更会增加分级时将凝聚颗粒再分散的难度。

  (2)风送系统改造

  分级机能否良好地实现分级功能,除了其本身的结构参数外还取决于与之相匹配的风送系统。从叶轮分级机的分离粒径公式可看出:分离粒径的大小与叶轮转速成反比而与通过叶轮的风量的平方根成正比。传统雷蒙磨的鼓风机与风扇状分析器相匹配,其额定风量很大而风压较低,满足分级100一325目的范围。对于我们设定的目标100-1250目的分级范围而言,分级范围有了很大的变化,因此为了实现超细分级必须大幅度降低鼓风机的风量。而其风压应大幅度增加,以便克服引人高速大叶轮分级机后所产的阻力的增加(根据我们测试,上述超细分级机在分级1250目时其反风压可达到2800~3600Pa)o从分离粒径公式可得出要获得较小的分级粒径必须

  增加叶轮转速并减小风量,同时还必须使通过叶轮的气流处于层流状态。较小的风量和流速不易把磨腔内的大颗粒带上去进人分级区,减小分级轮外围的分级压力,更重要的是容易使通过叶轮的气粉流形成层流状态,有利于分级效率和精度的提高。大量实验证明:为了获得较小的分级粒径,减小流量的效果往往比增加叶轮转速的效果更好。当然过小的流量也会降低产量,所以必须反复试验、合理选择以寻求最佳的工艺参数。

  (3)给料量的控制

  我们在给料量自动控制电路中设置了二种工况:一是保留了原有传统摆式磨粉机加工325目以下粗粉时的自控电路,用主机和鼓风机电流来控制给料机开停的功能,以保证磨机顺畅运行;二是设计了加工800目以上超细粉时用分级机电流来控制给料量的自控电路。要使磨粉机在加工超细粉料时能够发挥最大的潜能,即既要保证成品细度,又使产量最高,则关键在于控制给料量,使吞吐均衡,“消化”良好,使分级功能得以良好的发挥。良好的分级则要求气体中含粉浓度不能太大,应尽量减小颗粒间在输送分级过程中的相互干扰。如果气流中含粉浓度过大,则分级效率降低,成品中还易造成大颗粒污染。但如浓度过小则产量太低。气流中粉体浓度的大小受给料量、磨粉能力以及鼓风机风量等因素决定。我们在分级机的调速电机电路上并联了电流表和电流继电器,分级机电机的负载电流与分级机叶轮转速,通过叶轮的气体流量及所带的粉体浓度有关,而且影响十分敏感。在转速、流量一定的前提下,粉体浓度越大,负载电流也越大,用此法来对给料量进行自动调控,效果十分明显,使磨机长期在优质高效区运行。

  (4)改进收粉系统

  传统雷蒙磨机用大直径短锥体的单筒旋风收尘器来实现固气分离,用小直径的旋风收尘器来回收余气中的细粉。这种又粗又短的旋风收尘器对于回收325目以上的细粉效率较低,当粉体细到1250目时,收粉效率只有50%一55%,这显然不能满足加工超细粉的要求。我们改进设计,采用小直径长锥体的组合式高效旋风收尘器,它对 1250目超细粉的回收效率高达95%以上,而对325目粉体的回收率可达99%。由于旋风收尘器直径小产能低,我们采用多个并联组合的办法来增加收粉能力。余粉的收集采用脉冲式滤袋收尘器,用引风机使风送循环系统处于负压状态,既保护了环境又避免了粉尘外泄。

  (5)改进磨粉机主机结构及研磨参数

  要提高磨粉机的细度产量,磨粉机的磨粉能力无疑起主导作用。只有磨得出来,才能选分出来。几十年来,传统磨粉机的主要结构参数如磨辊的直径和厚度、磨圈的直径、主轴的转速都保持不变,成了传统的技术禁区。从磨粉原理看,摆式磨粉机通过悬挂在梅花架上的磨辊装置在主轴带动下作旋转运动。在离心力的作用下磨辊压向磨圈,在磨擦力作用下辊子作自转运动。这种磨辊在磨圈上的碾压转动形成磨粉的主要机理。由此分析,要提高磨粉能力必须要①提高碾压力;②旋转一周的碾粉面积(辊子的高度×磨圈内径);③增加磨辊与磨圈的接触机率;④增加主轴的转速。目前一些厂家多在提高碾压力上下功夫,如采取压力弹簧和液压油缸施力的办法,但这种办法有利有弊。传统雷蒙磨悬辊装置能自由摆动,在旋转碾磨过程中能自行躲开一些较大较硬难以一次粉碎的料,既保护了磨辊装置免受损害,产生的弹跳所形成的撞击作用又有利于粉碎,所以利弊得失要从最终的细度产量来衡量其改进的效果。我们采取了①增大磨辊直径、磨圈直径;②精加工辊子表面使辊子与磨圈一开始就进人精磨状态,接触良好、磨损均匀;③增加主轴转速7%一8%等一系列措施,上述措施增加了磨粉效果,自然也就增大了电机动力负荷,在主机电机功率不变的前提下,负荷平衡点后移。我们把加工粗粉时(≤325目)的产量尽量控制在接近电机的额定负荷的范围内,以便充分发挥设备潜能,而对于加工细粉时(≥600目)由于产量减少,负荷也跟着减少,电机功率有很大的富裕量,因此这种参数选择是有利于提高综合加工的能力。

  (6)改进给料装置,强化结构,隔离振动,增加可靠性和耐久性

  在加工超细粉体时,摆式磨粉机存在一种致命的隐患,即所谓磨棍与磨圈之间的“敲缸”现象。所谓“敲缸”就是指在粉磨过程中,磨辊与磨圈之间钢与钢直接接触、弹跳而产生的强烈的振动和噪音。传统雷蒙磨由于加工细度范围在100~325目之间,粒度粗,给料多,在铲刀大量喂料下形成一层缓冲填层,减少了两者之间的直接接触,但是当磨超细粉时,尤其在加工超过800目以上的细粉时,由于磨内喂料量小,粉体又特别细,所以这种缓冲填层就很薄,极易造成磨辊与磨圈直接接触,“敲缸”现象十分严重,形成频率很高的振动与噪声,

  对部件的疲劳破坏十分严重。最易造成风箱、罩筒等焊接结构部件的开裂、振断联接螺栓以及磨辊轴。我们首先在改进铲刀铲料装置上下功夫。原机的大底座,其涡流风道底面与接料垫板平齐,而且铲刀的外侧挡板又较矮,旋转的铲刀在铲起原料时被强风吹刷,对于块料和大颗粒原料影响不大,但对细粉尤其是被分级机打回来的细粉就会被风吹走,一方面这些不合格的细粉输不到辊子与磨圈的研磨区失去进一步研细的机会,另一方面会大幅增加分级轮外分级区的粉尘浓度不利于提高分级效率。因此我们改进了铲刀与大底座的结构,同时将加料口的位置远离回气箱进风口,保护这些细粉不被强风吹走,尽量多的送人研磨区,不但提高了研磨效率而且增大了在加工超细粉时的填层厚度,减缓了“敲缸”现象,降低了振动和噪音。

  通过采取一系列的强化结构及隔振措施,效果显著。大底座采用铸钢件,增加壁厚和筋厚,中心轴架、梅花架也同样得到加强;磨辊装置采用滑动轴承,强化辊轮与轴套的装配钢性和强度;采取隔振和软联接结构,将回气箱、罩筒与分级机安装在另外的机架上直接支承在地基上,与磨机振动最激烈的大底座部件彻底隔离,改用帆布软联接,极大地保护了这些部件免受振动之害,增加可靠性及延长寿命。

  几年来的不断探索改进使超细摆式磨具备工业实用性的条件,经过全国上百家用户的长期使用证明其高效节能超细等一系列优异性能,达到预期设定的更新换代的各项目标。

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