1 前言
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）節能、綠色環(huán)保型礦物材料，是實(shí)現低碳經(jīng)濟社會(huì )的重要因素。非金屬礦作為一種節能、綠色、環(huán)保型礦物填料，其主要消費領(lǐng)域為造紙、塑料、橡膠、油漆和涂料，造紙、塑料業(yè)為非金屬材料規?；枨蠹熬毣瘧玫闹饕袠I(yè)。這些行業(yè)需要配套一種節能型的裝備，以適應日益競爭的環(huán)境需求。
世界大型非金屬礦企業(yè)，其實(shí)現產(chǎn)業(yè)規?；彤a(chǎn)品精細化途徑基本上都是采用大型裝備與先進(jìn)的生產(chǎn)工藝技術(shù)，例如利用立式磨或球磨機等大型干法研磨裝備與超細分級機相結合的技術(shù)。國內非礦干法工藝設備主要有雷蒙磨、氣流磨、球磨機、環(huán)輥磨機和立式磨等，其中，立式磨裝備的噸能耗低、產(chǎn)能大，是目前業(yè)內主要的關(guān)注方向，國內相關(guān)裝備企業(yè)開(kāi)始了非金屬礦超細立式磨的研究與開(kāi)發(fā)。
2 HRM非金屬礦超細立式磨的設計
HRM立式磨是一種技術(shù)性能優(yōu)異的節能型非礦粉體制備設備，目前廣泛應用于建材、輕工、化工、火力發(fā)電等行業(yè)。并且，HRM立式磨已經(jīng)在粉磨葉蠟石、石灰石和方解石等非金屬礦行業(yè)有一定的應用經(jīng)驗，為非金屬礦超細立式磨的開(kāi)發(fā)奠定了基礎。
設計思路：首臺HRM非金屬礦重鈣立式磨粉磨原料為方解石，目標產(chǎn)量6t/h，產(chǎn)品細度d97=22μm，根據產(chǎn)品要求，磨機型號確定為HRM1300。
2.1 結構
HRM非金屬礦超細立式磨由傳動(dòng)裝置、碾磨裝置、機架與殼體、分離器和加壓系統等部件組成。要保證磨機能夠達到產(chǎn)品目標，傳動(dòng)裝置跟分離器是設計中關(guān)鍵性的部件，見(jiàn)圖1。
2.2 工作原理
電動(dòng)機驅動(dòng)減速機帶動(dòng)磨盤(pán)轉動(dòng)，需粉磨的物料由鎖風(fēng)喂料機設備送入旋轉的磨盤(pán)中心，在離心力作用下，物料向磨盤(pán)周邊移動(dòng)，進(jìn)入粉磨軌道。在磨輥壓力的作用下，物料受到擠壓、研磨和剪切作用而被粉碎。同時(shí)，風(fēng)從圍繞磨盤(pán)的風(fēng)環(huán)高速均勻向上噴出，粉磨后的物料被風(fēng)環(huán)處的高速氣流吹起，把粒度較粗的物料吹回磨盤(pán)重新粉磨。細粉則由風(fēng)帶入分離器進(jìn)行分級，合格的細粉隨同氣流出磨，由收塵設備收集下來(lái)即為產(chǎn)品，不合格的粗粉在分離器葉片作用下重新落至磨盤(pán)，與新喂入的物料一起重新粉磨，如此循環(huán)，完成粉磨作業(yè)全過(guò)程。
2.3 關(guān)鍵設計
2.3.1 確定磨盤(pán)轉速
立磨能粉磨出很細的產(chǎn)品，合適的磨盤(pán)轉速是重要條件之一。磨盤(pán)轉速過(guò)快，物料的離心力大，料層不容易形成。
對于一定體積的物料，物料顆粒在磨盤(pán)上的受到的離心力F 可用下面公式表述：
F = m·υ2/ R
= V·ρ·R·ω2
= V·ρ·D·(2πn60)2/2
式中： m為物料質(zhì)量，υ為物料線(xiàn)速度，V為物料體積，ρ為物料容重，R為磨盤(pán)半徑，ω為物料角速度，D為磨盤(pán)直徑，n為磨盤(pán)轉速。
對于一定的物料要求有一定的離心力，即物料和離心力均為常數時(shí)，可以得到一般磨機的轉速和磨盤(pán)直徑的關(guān)系。
n =K·D -0.5
式中：n為磨盤(pán)轉速，D為磨盤(pán)外徑，K為速度系數(對于不同結構形式的磨機的K值是不一樣的)。根據理論計算，結合葉蠟石磨機的設計經(jīng)驗，HRM1300 非金屬礦超細立式磨的磨盤(pán)轉速確定為37r/min。
2.3.2 碾磨裝置的設計
像方解石之類(lèi)的非金屬礦表面光滑、流動(dòng)性大，并且在碾磨時(shí)候，磨盤(pán)上產(chǎn)生細度達1～30μm的顆粒，物料之間摩擦力小，流動(dòng)性大，從而導致料層很難形成。這就需要設計合理的磨盤(pán)襯板和磨輥輥套的外形。
HRM非金屬礦重鈣立式磨的磨輥采用輪胎型，磨輥襯板采用弧形，另一方面，在磨盤(pán)外沿，設計一定高度的擋料環(huán)，延緩物料在碾磨時(shí)被過(guò)快甩出，達到充分碾磨效果。擋料環(huán)在生產(chǎn)調試中，可以根據物料情況，適當調整擋料環(huán)的高度，使磨機運行更加平穩，詳見(jiàn)圖2。
此種結構形式的設計，使得碾磨壓強大，能夠粉磨出很細的產(chǎn)品，是非金屬礦超細立式磨碾磨裝置最好的結構之一。并且，這種形式能夠有效的降低磨機震動(dòng)，震動(dòng)小，磨機加壓裝置就能提高壓力，從而提高磨機產(chǎn)量，進(jìn)而使得磨機的能耗下降，提供磨機的競爭力。
2.3.3 分離器的設計
分離器是HRM非金屬礦超細立式磨設計的最核心部件。普通立式磨機產(chǎn)品是石灰石生料或者煤粉，細度一般為80μm，后來(lái)發(fā)展的粉磨葉蠟石立式磨產(chǎn)品細度達到了30μm左右。而粉磨方解石的超細立式磨產(chǎn)品所需要的細度要達到25μm左右，甚至需要達到22μm。所以非金屬礦超細立式磨的分離器尤其要精心設計。
分離器的選粉效果主要有三個(gè)關(guān)鍵因素：①風(fēng)上升到轉子葉片附近時(shí)的風(fēng)速；②轉子的切割速度；③控制轉子與殼體之間間隙，阻止不合格物料進(jìn)入細粉區。
依據這些條件，分離器設計時(shí)，注重以下細節：
第一，加大分離器外部筒體直徑，使得風(fēng)上升到分離器部位時(shí)，風(fēng)速能夠減緩；同時(shí)盡可能增大轉子直徑及高度，提高轉子的過(guò)風(fēng)面積，在風(fēng)量一定的情況下，降低過(guò)風(fēng)速。
第二，選粉機能夠選出很細的粉，轉子的切割速度很重要。立式磨轉子直徑和質(zhì)量都很大，相比普通分級機，提高轉速的難道較大。切割速度一方面看轉子直徑；另一方面看轉子旋轉速度。
第三，超細立磨分離器的設計還有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就是阻止不符合產(chǎn)品要求的大顆粒進(jìn)入細粉區。合格細度的產(chǎn)品是經(jīng)過(guò)轉子的選擇被風(fēng)帶出磨機，但由于轉子跟磨機有間隙，不合格的物料也會(huì )拋出。為了解決這一問(wèn)題，我們設計了氣體密封裝置，通過(guò)密封風(fēng)機往間隙中吹氣體，阻止大顆粒進(jìn)入細粉區。分離器示意詳見(jiàn)圖3。
2.3.4 設計小結
通過(guò)一系列的改進(jìn)及關(guān)鍵部位的設計，在HRM立式磨原有的技術(shù)基礎上，設計出了符合粉磨重鈣的立式磨。HRM1300重鈣立式磨相關(guān)參數見(jiàn)表1。
3 應用情況
HRM1300非金屬礦超細立式磨應用在安徽某粉體公司，粉磨的原料為方解石。調試初期，遇到了一些難題，例如：原料顆粒過(guò)小，磨內難以形成料層；風(fēng)環(huán)面積不合適，導致磨機不能穩定運行。為解決上述問(wèn)題，技術(shù)人員采取了下列改進(jìn)方案：
(1) 修改原料破碎系統，使進(jìn)料顆粒達到合理的配比。
(2) 增加主電機變頻，使磨機能夠平穩啟動(dòng)。
(3) 縮小風(fēng)環(huán)面積。
通過(guò)這些改進(jìn)，磨機進(jìn)過(guò)一段時(shí)間調試，能夠平穩運行。
經(jīng)過(guò)2年穩定運轉，該生產(chǎn)線(xiàn)使用的HRM1300非金屬礦超細立式磨生產(chǎn)技術(shù)指標為：細度d97=40μm，產(chǎn)量12～14t/h,產(chǎn)品能耗25～27kW·h/t；細度d97=21μm，產(chǎn)量6.3t/h，產(chǎn)品能耗55kW·h/t。立磨系統產(chǎn)品質(zhì)量分析結果見(jiàn)表2。
通過(guò)對生產(chǎn)各類(lèi)參數的分析，磨機的設計已經(jīng)完全達到了設計目標。
4 結語(yǔ)
立式磨作為節能低耗的磨粉設備，是國家以及行業(yè)倡導的裝備技術(shù)，HRM立式磨一直致力于新型磨機的開(kāi)發(fā)，在不斷推動(dòng)中國粉磨設備的技術(shù)進(jìn)步。HRM非金屬礦超細立式磨的推出，不僅為公司創(chuàng )造了經(jīng)濟效益，也創(chuàng )造了巨大社會(huì )效益，非礦行業(yè)使用的超細立式磨，不再需要依賴(lài)國外產(chǎn)品。今后，我們將繼續進(jìn)行技術(shù)研發(fā)改進(jìn)，在HRM1300非金屬礦超細立式磨基礎上，設計出更多超細立式磨產(chǎn)品，以滿(mǎn)足立式磨在重鈣等行業(yè)的需求。
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