1 前言
玻璃纖維的主要化學(xué)成分是SiO2、Al2O3、CaO等，引入這些成分的原材料主要是葉蠟石，我國葉蠟石儲量豐富，為國內企業(yè)生產(chǎn)玻璃纖維奠定了資源優(yōu)勢。隨著(zhù)池窯等先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，玻璃纖維生產(chǎn)在窯爐方面已突破了產(chǎn)能提高的瓶頸，使國內企業(yè)從生產(chǎn)到技術(shù)都跨上新的臺階，具備了規模優(yōu)勢。但是葉蠟石粉磨制約著(zhù)該行業(yè)發(fā)展，之前，粉磨葉蠟石的主要設備為雷蒙磨，臺時(shí)產(chǎn)量只有1t左右，效率低、能耗高、產(chǎn)品粒度難于控制。如何大幅度提高葉蠟石粉磨的產(chǎn)能，節能降耗成為玻璃纖維大規模生產(chǎn)必須解決的技術(shù)難題。
HRM型立式磨是合肥水泥研究設計院在廣泛吸收國外先進(jìn)技術(shù)、總結國內外立式磨應用經(jīng)驗的基礎上研發(fā)出的一種烘干兼粉磨的高效節能設備。它既有萊歇磨可翻輥檢修的優(yōu)點(diǎn)，又具有MPS磨輥套可翻面使用壽命長(cháng)的特點(diǎn)。集細碎、烘干、粉磨、選粉、輸送為一體，具有粉磨效率高、電耗低、烘干能力大、產(chǎn)品細度易于調節、工藝流程簡(jiǎn)單、占地面積小、噪音低、無(wú)粉塵污染、磨耗低、檢修方便、運行可靠等優(yōu)點(diǎn)。上述優(yōu)點(diǎn)已在水泥生料粉磨、煤粉制備、脫硫用石灰石粉制備等過(guò)程中所證實(shí)。泰山玻璃纖維股份有限公司鑒于HRM型立式磨的優(yōu)秀業(yè)績(jì)，確定合作研制10t/h級葉蠟石粉磨系統，公司負責系統工藝，研究院負責葉蠟石粉磨的磨機開(kāi)發(fā)。
2 設備設計方案
雙方確定，磨機粉磨葉蠟石的產(chǎn)量≥8t/h，細度為葉蠟石微粉粒度達到45μm(99%通過(guò))，單位產(chǎn)品能耗明顯低于雷蒙磨。為使新型設備滿(mǎn)足此要求，我們首先研究了葉蠟石的物理特性，了解到它為層狀結構硅酸鹽礦物，常呈鱗片狀、葉片狀或致密塊狀集合體，測試了它的邦德功指數，為設備設計提供物料特性數值。我們以磨制水泥生料的HRM1700 立式磨為原型，研制磨制葉蠟石的HRM1700X型立式細磨機，對原來(lái)同規格型號的生料磨作如下內容的修改設計：①傳動(dòng)系統；②磨盤(pán)襯板和磨輥輥套的形狀設計；③分離器的新結構設計；④耐磨材料的選擇。
3 設備結構及技術(shù)參數
立磨工作原理：利用磨輥對磨盤(pán)上的物料進(jìn)行擠壓，并依靠氣流和分離器將符合細度要求的顆粒帶出磨外，經(jīng)收塵器收集而成為成品；在立磨內部，氣流中粒度較大的顆粒在重力作用下，重新落回磨盤(pán)進(jìn)行粉磨(這個(gè)過(guò)程要進(jìn)行多次，才能使其細度達到要求)。
葉蠟石立式細磨的設計建立在水泥生料立磨的基礎上，雖然同屬料床粉磨原理，但由于磨制不同的物料，其特性的差別對運行效果有很大的影響。對于粉磨葉蠟石來(lái)說(shuō)，如何穩定料床、減少振動(dòng)、提高粉磨效率是該設備設計的核心內容。圍繞這些關(guān)鍵問(wèn)題對上節確定修改設計的內容選擇合理的技術(shù)參數和結構。
3.1 技術(shù)參數
粉磨物料: 葉蠟石；磨盤(pán)中徑1700mm；磨輥直徑1400mm；寬度460mm；磨輥數量2個(gè)；傳動(dòng)功率400kW；產(chǎn)量10～15t/h；產(chǎn)品細度100目100%通過(guò)，200目99.9%通過(guò)，325目(45μm)99%通過(guò)；成品水分＜1%。
3.2 設備結構
立式磨由分離器、殼體、磨輥磨盤(pán)、傳動(dòng)臂、傳動(dòng)裝置、機架、加壓裝置、限位裝置等幾部分組成，設備結構詳見(jiàn)圖1。主要修改設計簡(jiǎn)述如下。
(1) 傳動(dòng)系統。
立磨的主傳動(dòng)系統是指磨盤(pán)、主減速機、主電動(dòng)機等三大部分，磨盤(pán)的轉速將是我們探討的重點(diǎn)之一。立式磨粉磨物料，是由磨輥多次滾壓和磨削落在磨盤(pán)上的物料，磨盤(pán)轉動(dòng)的同時(shí)，物料受離心力的作用而外移，磨盤(pán)的轉速決定了物料在磨盤(pán)上的運動(dòng)速度和停留時(shí)間,磨盤(pán)轉動(dòng)愈快，物料外移的速度也愈快，難磨的物料可能因尚未磨到合理的細度而移送出磨盤(pán)外，從而使產(chǎn)品達不到要求的細度和粉磨效率低下；反之，過(guò)粉磨也會(huì )使粉磨效率低下。磨盤(pán)轉速不同亦同樣會(huì )造成磨盤(pán)上物料間相互摩擦力和運動(dòng)軌跡的不相同。要提高粉磨產(chǎn)品的細度和磨機的粉磨效率，磨盤(pán)轉速必須和物料的被粉磨速度相平衡和匹配，因此不同的磨機結構和粉磨不同物料的磨機磨盤(pán)轉速是不相同的。
過(guò)高的K 值會(huì )導致磨盤(pán)上料流速度較快，不利于料床的形成。由于葉蠟石原料粒度較小，成品水分和細度要求較高，造成磨盤(pán)上物料的流動(dòng)性較好，不易形成料床，為增加其在磨盤(pán)上的停留時(shí)間，首先要降低磨盤(pán)的轉速。為此，我們進(jìn)一步研究了國外著(zhù)名立磨磨制水泥生料和礦渣的情況及葉蠟石和礦渣在特性方面的差別與共同點(diǎn)。國際上著(zhù)名的立磨在粉磨水泥生料和礦渣時(shí)的K 值數據見(jiàn)表1。
礦渣和葉蠟石在化學(xué)成分及Bond功指數上相差不大，都在20～25kW/t范圍內，只是葉蠟石的成品細度要比礦渣要求的高。因此我們設計的葉蠟石立式磨的K值也要象磨礦渣那樣采用比生料磨的K 值小10%～20%，葉蠟石立磨的磨盤(pán)轉速比同類(lèi)型同規格的生料磨要低15%左右，確定磨盤(pán)轉速為29r/min。
(2) 磨盤(pán)襯板和磨輥輥套的設計。
葉蠟石超細粉磨時(shí)磨盤(pán)上物料中含有更細的1～40μm微細顆粒，生產(chǎn)時(shí)由于氣流原因導致料床的物料含有大量氣體，即所說(shuō)的料床已有流態(tài)化的趨勢，使立磨不能有效地嚙入大量的顆粒群，造成輥輪的滑動(dòng)或輥前堆積。磨盤(pán)上物料細粉多摩擦力和接觸面之間的摩擦力很小，流動(dòng)速度很快，料床很薄，僅有少量物料流進(jìn)入有效的碾磨區域，使得操作不穩。以上這些現象導致磨輥的陷落、滑動(dòng)、振動(dòng)等惡性后果。解決此問(wèn)題，一方面要求磨盤(pán)上的物料在進(jìn)入碾磨區域前必須進(jìn)行部分排氣，從而使磨輥、磨盤(pán)可較順利有效的碾磨物料。另一方面要有效地阻滯物料，調整磨盤(pán)上擋料環(huán)的高度，降低磨盤(pán)上物料的運動(dòng)速度，達到磨機穩定運行。
葉蠟石的磨輥采用輪胎型，一方面是為了避免磨輥工作面的邊緣磨損效應，可翻面再使用，延長(cháng)了使用壽命，另一方面也是基于我們在超細重鈣、超細煤系高嶺土等方面所取得的成熟的應用經(jīng)驗，以及德國Krup Plysius AG的RM型礦渣磨和日本Kobe Steel的OK型礦渣熟料磨的成功應用范例。但是在磨輥及襯板的幾何設計尺寸方面，輪胎型磨輥的弧面趨于陡，利用單輥自行準備料床的原理控制料床減少振動(dòng)。磨輥內側，輥盤(pán)間隙大，形成料床準備區，料床松散；磨輥外側，輥盤(pán)間隙小，料床進(jìn)一步密實(shí)，形成高效粉磨區。在整個(gè)粉磨過(guò)程中，即使成品比表面積很大，也能做到平穩操作，振動(dòng)小。磨輥與襯板合理配合見(jiàn)圖2。
(3) 分離器的新結構。
分離器的主要功能是將合格的物料及時(shí)分離出來(lái)。選擇適合葉蠟石立式磨分離器(高效組合式選粉機)，重點(diǎn)考慮選粉區域部分以及顆粒運動(dòng)的控制，盡可能限制磨內出現的無(wú)規則運動(dòng)量，我們調整了動(dòng)態(tài)轉子與導向葉片的間距、動(dòng)態(tài)轉子轉速、導向葉片片數和幾何尺寸、并且對轉子采用氣封，能有效地避免大顆粒進(jìn)入成品，從而降低循環(huán)負荷，提高研磨效率。分離器中物料分離見(jiàn)圖3。
經(jīng)過(guò)破碎的不同品位的粒狀葉蠟石儲存在各自的碎石倉中，倉下裝有閥門(mén)和控制配料比例的調速電子皮帶秤，各皮帶秤按系統的需要把一定量的葉蠟石卸出，除鐵后經(jīng)斗式提升機、鎖風(fēng)用的回轉葉輪給料機喂入立磨內，在立磨內通過(guò)磨輥和磨盤(pán)的相對運動(dòng)而產(chǎn)生擠壓、碾磨成粉體。粉體通過(guò)磨內選粉裝置選粉，合格的粉體隨磨內的氣流帶出磨外，被高濃度袋收塵器收集為成品，粗顆粒落到磨盤(pán)上繼續粉磨。根據碎石的原始水分含量，磨內通風(fēng)可采用自然風(fēng)或通入由熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)，使原料帶入的水分蒸發(fā)，保證產(chǎn)品含水率在1%以下。為提高立磨的粉磨效率，在磨內選粉內循環(huán)的基礎上，工藝布置采用了能把磨機吐渣由系統設備返回的設計，通過(guò)調整吐渣返回量可以提高粉磨效率，并能延長(cháng)磨輥及磨盤(pán)的壽命。收塵器收集的葉蠟石粉成品經(jīng)輸送裝置送入葉蠟石粉倉，以備使用。
(4) 耐磨材料選擇。
對于粉磨Bond功指數大于20的原料來(lái)說(shuō)，立式磨磨輥、磨盤(pán)上的耐磨材料均采用現場(chǎng)再生補焊修復技術(shù)，不僅是解決生料立式磨保持良好工作狀態(tài)問(wèn)題，更重要的是要大幅度提高材料利用率，節約資源、降低勞動(dòng)強度、提高設備及工藝系統的運轉率。
磨輥和磨盤(pán)襯板磨損比較嚴重,磨損只發(fā)生在一個(gè)有限區域內，利用檢修期間對輥套磨損區進(jìn)行表面修復，堆焊過(guò)程自動(dòng)在磨外或磨內完成。
4 工藝系統和運行效果
4.1 工藝流程
葉蠟石粉磨工藝系統流程見(jiàn)圖4，簡(jiǎn)述如下。
經(jīng)過(guò)破碎的不同品位的粒狀葉蠟石儲存在各自的碎石倉中，倉下裝有閥門(mén)和控制配料比例的調速電子皮帶秤，各皮帶秤按系統的需要把一定量的葉蠟石卸出，除鐵后經(jīng)斗式提升機、鎖風(fēng)用的回轉葉輪給料機喂入立磨內，在立磨內通過(guò)磨輥和磨盤(pán)的相對運動(dòng)而產(chǎn)生擠壓、碾磨成粉體。粉體通過(guò)磨內選粉裝置選粉，合格的粉體隨磨內的氣流帶出磨外，被高濃度袋收塵器收集為成品，粗顆粒落到磨盤(pán)上繼續粉磨。根據碎石的原始水分含量，磨內通風(fēng)可采用自然風(fēng)或通入由熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)，使原料帶入的水分蒸發(fā)，保證產(chǎn)品含水率在1%以下。為提高立磨的粉磨效率，在磨內選粉內循環(huán)的基礎上，工藝布置采用了能把磨機吐渣由系統設備返回的設計，通過(guò)調整吐渣返回量可以提高粉磨效率，并能延長(cháng)磨輥及磨盤(pán)的壽命。收塵器收集的葉蠟石粉成品經(jīng)輸送裝置送入葉蠟石粉倉，以備使用。
5 結論
HRM1700X葉蠟石立式細磨的運行效果說(shuō)明，與雷蒙磨相比，單機生產(chǎn)能力提高了10倍，滿(mǎn)足了玻璃纖維生產(chǎn)需要的葉蠟石粉磨大規模工業(yè)化生產(chǎn)的需要，同時(shí)，單位產(chǎn)品能降和設備消耗比雷蒙磨粉磨系統降低40%以上。近來(lái)，浙江省桐鄉玻纖建設了9條采用此設備的葉蠟石粉磨生產(chǎn)線(xiàn)，亦取得良好的業(yè)績(jì)。此設備的大范圍推廣，必將促進(jìn)玻璃纖維生產(chǎn)企業(yè)迅速提高企業(yè)規模和節能減排降耗。
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