框式预磨机的设计及应用

中图分类号：            文献标识码：              文章编号：    

The design and application of the frame-style premill    

Wang Qiu-zhen    

(Hubei university of education , Mechanical and Electrical Deparfment, Wuhan 430205)    

Abotract : The thesis illustrates work principle and main parameters and frature of the frame

style premill , analyses the result of test

production , This machine has great ability of premill for bittleness lump material , for example ,  lump coal , 

ore and clinker etc , and can conserve energy and reduce consumption The equiipment has abtained nati-

onal patent    

Key words : frame-style , premill , application , conserve energy   

引言   

     在粉体工程中，原料的入磨粒度对球磨机的产量和产品的细度以及单位产品电耗有着十分重要的影响。传统的制粉过程，是物料经颚式破碎机或反击式破碎机等破碎后，直接进入球磨机粉碎系统。但这些破碎块状物料的设备，能量利用率低。而且，经它们破碎后的物料粒度仍较大，进磨粒度一般在15～40mm。使球磨机的第一仓仍以细破碎为主，不但使磨机的产量难以提高，且能量利用率极低（仅为３％左右）［1］。如何提高磨机台时产量，增加产品的细度，降低粉磨系统的电能消耗，延长易损件的使用寿命，是整个粉体工程中的一个重要课题。“磨前预粉磨”目前已是共识。基于此点，我们设计了框式预磨机，并且成功的实现了实际   

应用。使用框式预磨机后，可使后续入磨粒度小于1mm，球磨机产量提高40%以上，吨产  产量节电5-10kwh。   

1． 框式预磨机的工作原理设计    

     框式预磨机是作者在其原有的专利“内筛分双转子破碎机”(专利号ZL200420017744.6 ) 基础上的一次提高.该机配有两台电机，分别置于顶部一侧和底部一侧。顶部电机通过皮带轮经三角带带动内转子。底部电机通过螺旋伞齿轮带动外转子。工作时，内外转子以相反方向分别高速旋转。当块状物料（如块煤、石灰石、熟料或其它脆性物料）通过进料口下落，经预筛分后进入内转子区，物料即在该区受到冲击并获得高速而被抛向外转子内壁，此时物料受到与高速旋转方向相反的外转子反击板的强烈冲击，使物料被急剧破碎。同时，在内外转子间隙处物料被剪切或被反弹，与后续高速石料相遇，而发生高速碰撞破碎。在破碎腔内，块料受到多次强烈冲击、剪切、互相碰撞、挤碾等作用而被粉磨成粉料。通过内置旋转筛对粗细粉进行分离，细粉排出，粗粉经翻转后再次进入抛撒过程。   

1． 框式预磨机设计的主要参数   

2．1几种型号的框式预磨机设计的主要参数如表1   

2．2内外转子转速的参数选择：   

     内外转子转速设计是否正确，是框式预磨机使用效果的重要因素。因在外转子上设有一个倒锥形旋转筛，细料排出，粗料沿锥形爬升，经翻转机构再次进入冲击腔内参与冲击。   
外转子的转速既要大于物料在锥形面上因离心力而上升的速度，又要小于物料因离心力而紧贴在外转子上的“附壁速度”

［2］   

即： v1＜v＜v2   式中，v1是使物料在锥形面上因离心力而上升的速度，v2是使物料因离心力而紧贴在外转子上的“度”。 V是外转子的选择速度.内转子的转速既要保持足够大的线速度，以确保物料获得破碎动能，又要保证设备避开共振区的临界转速。   

即： n1＜n＜1.2n2      

且满足0.7n2＜n   

或1.2 n2＜n      

式中，n1是能确保物料获得足够破碎动能的线速度的转速; n2是设备共振区的临界转速。因考虑到轴承的温升和耐磨材料的使用寿命,不考虑1.2 n2＜n.  

1． 框式预磨机结构特点的设计  

框式预磨机的典型结构示意图如图1，其特点如下：  

图1框式预磨机的典型结构示意图  

1中心立柱   2顶部支撑  3内转子  4外转子  5上部电机   6旋转筛   7机架立柱   8出料口  9下部电机   10机架底座  

3．1框式预磨机采用稳定的四边框型结构。机身主体是由1中心立柱、2顶部支撑、7机架立柱、10机架底座一起构成一个立体的稳定的四边形。顶部支撑2是一个三角形的桁架；机架立柱7上设有三角带张紧装置，以便对三角带的松紧进行调整。其结构紧凑，安装方便，十分适合老厂改造。 

3．2框式预磨机内腔采用两相向高速运动的转子，把进入腔内的物料以极高的速度抛撒和迎面反击，使物料在强烈的碰撞、冲击、剪切等过程中成为细粉。其中，由于内转子将物料高速向外转子抛撒，外转子高速反向运转，使物料受到近于900角度的力反击，剪切力特别巨大，物料被细化的效果十分显著。 

3．3框式预磨机采用多层反复抛撒，使物料受冲击的几率大幅提高，产出物料中有12%以上的粒度在200目以下。 

3．4框式预磨机采用内置旋转筛对粗细粉进行自动分离，经分离后的细粉通过下料口排出。 

3．5框式预磨机采用粗粉翻转机构，使自动分离后的粗粉再次进入抛撒过程。粗粉经过多次反复抛撒冲击，成为合格细粉通过下料口排出。 

3．6框式预磨机采用了新型的非金属强韧耐磨材料和强韧粉末冶金材料，使易损件的使用寿命大幅提高。 

     采用的强韧化陶瓷有增韧氧化锆（Y2O3+ZrO2）、增韧三氧化二铝（Al2O3/ZrO2）等结构性陶瓷。他们具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、高强度、高硬度等优点。可适应金属和高分子材料难以承受的环境和工况条件。具体指标如下： 

强韧氧化锆(Y2O3+ZrO2)： 

密度（g/cm3）:   6—6.05 ； 

硬度（CHRA）：89； 

抗弯强度（MPa）：1000—1200； 

断裂韧性（MPam1/2）：12—14； 

强韧三氧化二铝（Al2O3/ZrO2）： 

密度（g/cm3）：3-4.5； 

硬度（CHRA）85—88； 

抗弯强度（MPa）：300—500； 

断裂韧性（MPam1/2）：5—7 

热压烧结氮化硅（Si3N4）： 

密度（g/cm3）：3.2    硬度（CHRA）:93; 

抗弯强度（MPa）:900 

断裂韧性（MPam1/2）8.5。 

采用的强韧化锤用硬质合金具有高的硬度和耐磨性。 

型号：Y 

密度:14.58（g/cm3）；硬度（CHRA）: 87.5； 

断裂韧性: 12——16（MPam1/2）； 

抗弯强度: 2650（MPa）；［4］ 

3．7框式预磨机采用了集中自动润滑供油，保证了设备不间断供油润滑。 

4. 应用效果 

4．1试生产结果 

     2007年初,武汉鑫达科技有限公司生产的KM18框式预磨机在四川某厂投入了试生产运行。基本情况和运行效果如下： 

图2    四川某厂安装KM18框 式预磨机工艺布置图 

1 胶带输送机   2 、6  斗式提升机   3 筛分   4 框式预磨机    5  球磨机    7 选粉机   8 除铁器        9  金属探测仪  

运行场地：四川某水泥厂成品车间； 

粉磨物料：旋窑熟料； 

试生产运行产量：60～70吨/小时； 

运行方式：连续自动生产。

出料粒度：95%小于1mm。耗电量：2kwh/t。出料粒径分析见表2

4．2结果分析

4．2．1预磨能力分析


在生产过程中，进入框式预磨机内的熟料的最大粒径有130mm，平均进料粒径在40mm。出料粒径如表2，产量稳定在60吨/小时。粉碎比大大超过其他预磨设备。

4．2．2电耗分析 

     KM18框式预磨机装机容量为130kw（75kw+55kw），运转中的电流强度是额定电流的80%左右。出料粒径控制在1mm以下时，吨产量电耗2kwh左右。

4．2．3粒径分析

     根据表2，其出料粒径基本控制在1mm以下，对于提高后续球磨机的产量有着十分重大的意义。德国R·阿斯穆斯等人作过模拟计算，若将物料预磨到勃氏比表面积150～200m2/kg，则球磨机系统的产量可提高100%，能耗减低24%～30%。［3］框式预磨机的出料粒径大部分分布在0.9mm附近，20目以下占到了56.28%，因此，框式预磨机能较好地发挥球磨机的研磨功能, 提高球磨机产量的潜力大。

4．2．4形状分析  

     在显微镜下,细粉颗粒的形状多为不规则多边形和短拄状，且裂隙多，极利于后续球磨机研磨。

4．2．5存在的问题的分析

     没有腔内自动动态显示，无法对腔内冲击进行实时控制，需完善；对轴承温升应有实时监测；对启动和停机时的内腔风压过高应予改进。

5．结论

    经实践应用证明框式预磨机粉碎比高，预磨效果好，能大幅度增加球磨机的产量,节能效果显著。出料粒度小，可减少后续设备的易损件的磨损，延长使用寿命，减少备品备件的数量，节约资金。若用于煤粉制备、筑路或磷石破碎，可直接替代风扫煤磨、圆锥破或雷蒙磨；该设备经过进一步完善后，将会成为粉体工程中广泛使用的主力设备。

参考文献

［1］ 陶天全.  水泥工业粉磨工艺及设备［M］. 武汉： 武汉工业大学出版社.1992

［2］ 黄之初,张登峰,李源. 内筛份双转子破碎机的主要工艺转速的设计［J］.国外建材科技.2005.(3):4-5

［3］ 蒋泽全 关于水泥预磨设备生产规格选型的探讨［J］.水泥.2005,(11):35-37

［4］ 王秋珍.几种耐磨材料在不同工况下的应用选择［J］.煤矿机械.2006.7

作者简介：

     王秋珍(1963-),女,武汉人,副教授，毕业于武汉理工大学建材机械专业,现主要从事机械设计及机电一体化的教学与研究