水泥管磨常用配件选用原则研究

　　1.前言

　　目前，我国5000多水泥企业年产量18亿多吨，实际产能恰已超22亿吨，竞争之激烈不言而喻，国内吨水泥平均综合电耗80度以上。水泥企业每生产一吨水泥需要粉磨的各种物料就有3～4吨之多。粉磨生料、熟料和原煤等的电耗占工厂总电耗的65%～70%。粉磨成本占水泥生产总成本的35%左右。这三种磨机钢铁消耗占工厂钢铁总消耗的55%以上。这些磨机及其附属设备的维修量约占全厂设备总维修量的60%[1]。提高管磨机配件的使用效能与寿命，大幅降低钢铁消耗、提高系统运转率，其经济效益是显而易见的；而由此带来系统高产稳产所产生的经济效益，数倍甚至于数十倍前述经济效益，是不少企业常常容易忽视的。

　　2.配件选用共性原则研究：

　　2.1长寿命原则：

　　目前，仅水泥粉磨的钢铁吨消耗为20克～200克。可见采用易磨性不同的管磨机配件，在不同的工作状态下，其使用寿命相差悬殊。就全国而言，吨水泥钢铁消耗降至现有水平的1/2～2/3是完全有可能的，以吨水泥平均节约钢铁消耗30克，管磨机配件平均6000元/吨计，则可产生直接经济效益2.34亿元。同时延长了配件更换周期，提高了系统运转率，其经济效益是显而易见的。

　　一方面源于降低产品成本及其销售价格，以便吸引客户；另一方面出于缩短供货周期，实现本企业效益最大化的考虑，一定数量的配件供应商主观上尽可能扩大使用寿命较短的配件销售量，从而达到提高销售额的目的，事实上也迎合了不少业主喜欢低价配件的心理。自然也就有了配件供应商获小利，业主承担较大损失的局面。

　　2.2尺寸控制原则：

　　一方面源于对眼前利益的考虑，一定数量的配件供应商人为采取加大尺寸、改变尺寸及形位公差的手段，提高单位配件的重量，从而达到提高销售额的目的；另一方面，不少配件供应商装备工艺相对落后、缺乏必要的技术力量，客观上也无法保证其产品的尺寸及形位公差控制在应有的范围。

　　配件尺寸及形位公差控制在规定的范围，意义重大。它关系到对应配件的功能是否按照预定的要求实现。管磨机因为配件尺寸及形位公差不合格，引发重大损失的案例并不少见。

　　3.配件选用个性原则研究：

　　3.1衬板：

　　3.1.1衬板耐磨性

　　衬板作已经由过去单纯的防护装置，发展到如今按照不同仓的破碎与研磨功能需求，来调节研磨体的动态分布和运动轨迹。故衬板的耐磨性对企业效益影响较大。对于前仓的阶梯衬板，其圆角一旦磨损，带球功能就开始下降，对应的破碎功能也就随之下降，从而严重影响系统的产量；对于后仓的平衬板或波纹衬板，一旦磨损严重，则物料相对于衬板的摩擦系数太小，容易使物料与研磨体整体滑动，无法实现有效研磨。另一方面，一旦衬板损坏，更换时间较长，对系统运转率影响较大。

　　3.1.2衬板厚度尺寸

　　管磨机的衬板厚度尺寸对其效益影响明显。一方面衬板厚度尺寸直接影响管磨机有效内腔空间大小；另一方面，衬板厚度尺寸直接影响管磨机空载负荷与研磨体的装载量，对于大直径的管磨机影响尤其明显（以Ф4.2×13M管磨机为例，其衬板厚度尺寸减小1mm，则增大空间为0.35m3、减少无效功率消耗30kw以上，可多装研磨体近3吨）。当然，有时需要使用双曲面衬板（亦为活化衬板），则衬板局部厚度尺寸会偏大，但其研磨效果较好，产量较高，效益明显。

　　3.1.3衬板形状

　　管磨机的首仓主要是块状物料，需用具有较大落差的大研磨体击碎物料；尾仓是粗粉细渣物料，是用小研磨体互相滚蹲来研磨物料，而活化环又为微介质创造了三维运动条件，强化了研磨作用。因此首仓通常采用具有阿基米德对数螺线提升角提升船形（阶梯）衬板，其提升角的大小要由磨体转速和研磨体填充率来决定[2]。而尾仓则通常采用具有分级兼提升的双曲面衬板，其分级斜度和提升角由磨体转速和研磨体级配而定。管磨的尾仓常加活化环。衬板的改进和活化环的使用能使磨机的产量明显提高，电耗下降，比表面积加大[3]。

　　衬板形状选择错误，会使管磨机的破碎、研磨效率大大下降，产质量都会收到很大影响。

　　3.2研磨体：

　　根据传统计算公式来确定研磨体级配与填充率，已不再适应优质高产粉磨的需要，而应根据入料粒度、粉磨流程、磨体转速、装机功率、隔仓分段长度、衬板工作面和各仓位对研磨体的动态要求来试验、计算确定研磨体的填充率及级配。

　　在正常情况下如何才能使磨机的研磨体的填充率较大，须注意以下几点：①使每一块衬板的重量尽可能轻；②滑动轴承面与中空轴的接触面要合理，不能有"包轴"产生制动现象；③滑动轴承润滑冷却正常；④电机的实际功率大小和线路产生的压降要小。如果压降大则对研磨体的装载量影响很大。解决这些问题的主要目的使起动电流尽可能减小[4]。

　　根据管磨机料球筛析现象：大研磨体与粗粉在相对靠近管磨机中心的位置始抛，而小研磨体与细粉落在远离管磨机中心位置始抛。显然，大研磨体抛落势能最小，反而小研磨体抛落势能最大。这与传统级配理论大相径庭。传统级配理论认为：首仓中最大球径运用公式28 （D为最大物料粒径）计算，大多企业都运用该公式作为首仓最大球径确定依据。据此，不同规格的管磨机首仓最大球径就应是一样的，显然与实际不相符。因为管磨机直径不同，带球绝对高度亦不同，所产生势能也不同。而管磨机运转过程中带到最高位置的是最小球。多数大球在粉磨过程中所带高度是最低的，一个S100不及一个S70产生的势能大，一个S100的重量相当于三个S70的重量，假如把一个S100换成三个S70，在单位时间和空间内冲击物料的机会和能量大幅提高。目前很多企业首仓至少4级配球，甚至达到6级以上，理由是大块料用大球破，小块料用小球破，但粉磨效果往往难如人意。事实上，高效率的粉磨过程中，相当部分细粉是物料在首仓被研磨体击碎产生的，失败的粉磨系统不少是没有发挥首仓应有的冲击研磨作用。但当最大颗粒小于0.1mm时，管磨机的冲击粉碎效果也变得微不足道，只能依靠尾仓来用研磨手段进一步降低物料细度，尽管研磨粉碎单位功耗较高。如果进料粒度相对均匀，建议首仓可少级配甚至一级配球[5]。

　　关于研磨体的种类，目前常用的有：钢球、钢段、椭球形钢球等。通常是首仓用球，尾仓用段或球。需要说明的是尾仓用段则比表面积相对于用球要高些，但成品的颗粒圆形度要小些。同时，尾仓用段则磨内流速相对于用球要低些。具体使用方案要依具体工况而定[6]。

　　3.3隔仓板、出磨篦板、筛板：

　　早期设计隔仓板、出磨篦板只是为了隔离大小钢球和阻拦研磨体不被排出，而今则已开始注重控制料流速，平衡首、尾仓的破碎、粉磨能力，保证合适的料球比，进而增大了研磨体动能的有效利用。通盘考虑隔仓板和出料篦板的磨损速度与过料能力、通风能力的变化规律来设计，则效果明显。筛板主要用在双层隔仓板之中，其缝隙的大小对磨内流速十分敏感，需合理设计。同时，筛板磨损严重，需要采用耐磨材料，以便稳定系统生产，延长使用寿命[7]。

　　4.配件相互协调原则：

　　企业通常根据原料质量（熟料、石膏、各类混合材等）及其价格情况、市场对水泥质量（水泥种类与标号）的需求及其价格情况、粉磨系统的工艺情况（均化水平、检测手段、进料物理特性、是否闭路、管磨机规格等）、企业的技术与管理水平等，初步确定水泥的经济配方（即熟料、石膏、混合材等的比例），再根据经验来初步确定合理的磨内流速，从而决定合理的出磨细度。

　　而真实的磨内流速出现的理想前提：（1）隔仓板、出磨篦板篦缝补无堵塞，磨内无碎球、碎段；（2）磨尾锁风效果较好，磨头有明显负压；（3）磨内温度在允许范围，无糊球、糊磨现象；（4）各仓料球比基本适宜，粉磨能力基本平衡，此时出磨细度为磨况的真实反映。否则，磨内流速不能客观反映磨内的真实情况。

　　影响磨内流速的主要因素：（1）隔仓板、出磨篦板篦缝的宽度与总的通风面积；（2）各仓研磨体的装载量；（3）各仓风的体积流量（因温度及水分蒸发量的变化而变化）；（4）各仓研磨体的级配；（5）助磨剂的使用与效果[8]。

　　一般来说：隔仓板、出磨篦板篦缝的宽度与总的通风面积越大，磨内流速越快；研磨体的装载量越大，磨内流速越慢；通风体积流量越大，磨内流速越快；研磨体级配数越多，磨内流速越慢；研磨体平均球径越大，磨内流速越快。在一定范围内，反之亦然。

　　对于管磨机粉磨系统：（1）管磨机分仓：一般为三仓，一仓长度居中，二仓最短，三仓最长；（2）选择衬板形式：一仓长度主要取决于其进料粒度，进料粒度越大，则一仓长度越长，主要以破碎方式实现粒度的减小，对应的衬板为阶梯衬板；二仓为过渡仓，一般为2～2.5，主要以研磨方式实现粒度的减小，对应的衬板为活化衬板；三仓长度主要取决于对出磨细度的要求，完全以研磨方式实现粒度的减小，对应的衬板可选择活化衬板、小波纹衬板（或平衬板）；（3）确定隔仓板、出磨篦板篦缝的宽度与总的通风面积；（4）再次确定研磨体的装载量与级配。这主要根据粉磨系统的工艺情况（均化水平、检测手段、进料物理特性、是否闭路、管磨机规格等）、企业的技术与管理水平等，根据经验来初步确定研磨体的装载量与级配[9]。

　　研磨体的级配原则：（1）一仓平均球径与最大球径的确定。一仓中最大球径的确定通常用公式28 ，实践证明：很多水泥厂家运用该公式最适合作为?2.2m一仓最大球径的确定依据。但对于大规格的磨机就不实用了。磨机规格越大，则其一仓最大球径越小。因为磨机直径的不同，带球高度不同所产生的势能也不同。从破碎研磨效果出发，一仓平均球径与最大球径适当降低，有利于提高破碎研磨效果[10]。根据多年来的实践，对于进料粒度比较均匀的，一仓级配为3级或2级，进料粒度特别均匀的甚至一级。（2）二仓平均球径与最大球径的确定，其最大球径一般为一仓最小球径，平均球径逐步递减。级配为3级或2级。（3）三仓平均球径较小，兼顾物料流速，以不堵塞篦板为原则，且为一般为2级配球。当然也可以用段，但是成品颗粒圆形系数与颗粒流速下降。（3）研磨体装载量的确定。以合格成品产量较高为目标，分别逐步提高各仓装载量，达到最佳状态为止，并尽力维持这种状态。对开流粉磨系统，一般是一、二、三仓装载量依次提高，逐步调整到最佳状态：在使用进相机的条件下，主电机电流接近额定电流，各仓料球比基本处于理想状态，流速基本平衡，产质量则处于较高的经济指标[11]。

　　当然，磨尾锁风必须有效，磨内通风才可能正常，调节磨内风速也是调节磨内物料流速、降低出磨水泥温度的最简单手段，尤其是在粉磨粉煤灰水泥时调节效果较明显，但在粉磨矿渣水泥时调节效果不太明显。确定风机与除尘器的风量时，必须充分考虑磨温的升高与水分的蒸发量。磨内风速以磨尾成品不跑粗，除尘器出来的产品合格为限。

　　助磨剂对粉磨系统是有效的，但使用时必须注意，使用助磨剂以后，磨内流速会稍微快些，需做相应的调整，则系统产量会有一定幅度的提高！

　　5.结束语

　　管磨机配件的选择原则，经过实践证明是可操作的。关键在于活学活用，如何针对每一个具体的粉磨系统来实现配件相互协调，加强实践，不断总结提高，必将为实现管磨机相关行业优质高产低消耗带来积极而深远的影响。

　　参考文献：

　　[1] 刘平成，粉磨新进展[J].矿山机械，2008，（3）

　　[2] 江旭昌主编. 管磨机[M]. 北京：中国建材工业出版社，19920

　　[3] 许林发主编. 建筑材料机械设计(一) [M]. 武汉：武汉工业大学出版社, 1990

　　[4] 朱昆泉主编. 建材机械工程手册[M]. 武汉：武汉工业大学出版社，2000．7

　　[5] 刘平成等，管磨机料球筛析现象分析[J].金属矿山，2007，（6）

　　[6] 褚瑞卿主编. 建材通用机械与设备[M]. 武汉：武汉理工大学出版社, 1996

　　[7] 白玉生. 浅析管磨机筛分隔仓板[J]. 水泥,2003,(12)

　　[8] 王仲春. 水泥工业粉磨工艺技术[M]. 北京.中国建材工业出版社.2000

　　[9] 曹桂月. 大型水泥管磨机内部结构探讨[J]. 矿山机械,2003,(7)

　　[10] 于福家,韩跃新. 磨机细磨介质优化研究[J]. 金属矿山,1997,(3)

　　[11] 刘平成等，提高管磨机工作效率的建议[J].矿山机械，2007，（11）

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　　第一作者简介：刘平成，男，1965年生，江苏省东台市人。盐城工学院机械电气类科技服务平台主任、教授，江苏省建材行业协会机械分会副会长，江苏省“333高层次人才培养工程” 中青年科学技术带头人培养对象，盐城市“111工程”第一层次培养对象。毕业于上海理工大学机械电子工程专业，现从事水泥机械相关方向的教学科研工作。先后主持并完成省级或省级鉴定项目两项，其中一项获省科技进步二等奖，另一项获部级科技进步三等奖与盐城市科技进步一等奖；主要参加并完成国家、省级或省级鉴定项目七项，在金属矿山、机械设计等专业期刊上发表论文二十多篇。

　　第二作者简介：杨晓红，女，1966年生，工学硕士，盐城工学院副教授，现从事粉体制备工艺与装备方向的教学科研工作。