徐鴻鈞，夏候洪波，姜 銳，葛 延，姜永濤

(1．中國重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032;2．日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276806)

1 前言

高爐礦渣是高爐煉鐵過程中排出的副產(chǎn)品。具有較高的潛在活性，將其單獨(dú)粉磨至一定的細(xì)度后，混合制成水泥或直接替代部分水泥，可使礦渣的活性得到充分發(fā)揮。因此，礦渣粉最重要的應(yīng)用是等量替代混凝土中的水泥和生產(chǎn)綠色合成水泥。

目前我國礦渣的總體利用水平不高，大部分都是和熟料一起磨制成水泥，由于其易磨性差，混合粉磨不能很好發(fā)揮其潛在水硬活性，因此在某些方面影響水泥和混凝土的性能，會出現(xiàn)諸如水泥早期強(qiáng)度下降、凝結(jié)時間延緩、抗凍性能差、以及干縮率加大等問題。若將礦渣單獨(dú)細(xì)磨至比表面積400 m2/kg以上，作為水泥混合材或混凝土摻合料可明顯優(yōu)化水泥和混凝土的性能。

立磨作為高效節(jié)能的粉磨設(shè)備，已成功在水泥行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。立磨設(shè)備集烘干、粉磨、分級多重功能于一體，體積緊湊，單機(jī)生產(chǎn)能力大，適應(yīng)礦渣水分高達(dá)10%，采用負(fù)壓操作，無粉塵外逸，生產(chǎn)噪音只有85 dB(A)，單位礦渣微粉產(chǎn)品的電耗僅為50～60 kW·h/t，所以立式磨終粉磨工藝在礦渣微粉生產(chǎn)線中被積極選用。當(dāng)前國內(nèi)使用的大型立磨機(jī)基本上從日本或德國引進(jìn)，費(fèi)用高昂。一條年產(chǎn)60萬t礦渣微粉的生產(chǎn)線，其投資額達(dá)到7 000萬元以上，有的甚至超過1個億。國產(chǎn)礦渣立磨比進(jìn)口礦渣立磨價格低2 000～3 000萬元，礦渣立磨因其高效、節(jié)能、環(huán)保的性能必將有廣闊的發(fā)展空間。中國重型機(jī)械研究院有限公司在對國外先進(jìn)的礦渣輥式磨深入調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的LXZM46礦渣立磨機(jī)。

2 粉磨工藝流程及主要設(shè)備

2.1 礦渣粉磨系統(tǒng)工藝流程(圖1)

礦渣原料由卡車從煉鐵廠運(yùn)至堆場存放。經(jīng)過過濾，其含水量≤15%后，由行車或裝載機(jī)投至受料槽，通過皮帶機(jī)輸送至水渣庫;再由定量給料機(jī)定量給磨機(jī)上料。物料輸送過程中要經(jīng)過除鐵器和金屬探測儀，以除去礦渣中的金屬顆粒。

礦渣通過鎖風(fēng)閥進(jìn)入立磨，在磨盤上被碾磨成微粉，同時被磨盤甩出，經(jīng)熱風(fēng)烘干并隨熱氣流進(jìn)入選粉機(jī)分選，細(xì)度不合格的粉料回磨再次粉磨，合格的微粉隨氣流進(jìn)入袋式收塵器被收集，收集后的微粉通過空氣斜槽輸送至成品庫內(nèi)。

部分不能通過選粉機(jī)的粉末和金屬顆粒通過回料鎖風(fēng)閥進(jìn)入回料系統(tǒng)，經(jīng)過斗提機(jī)提升到磨機(jī)上方，提升的返料經(jīng)過除鐵器除鐵后再次進(jìn)入立磨碾磨。

成品庫內(nèi)微粉經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)的均化處理，通過散裝機(jī)進(jìn)行裝車或裝船。整個工藝流程如圖1所示。

圖1 礦渣粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

2.2 LXZM46立磨機(jī)的工作原理

主電機(jī)通過減速機(jī)帶動磨盤恒速轉(zhuǎn)動，物料通過喂料閥經(jīng)溜槽落到磨盤中央，在離心力的作用下甩向磨盤邊緣并受到磨輥的擠壓、剪切、沖擊作用而粉碎和研磨，粉碎后的物料從磨盤的邊緣溢出，被來自導(dǎo)風(fēng)環(huán)高速向上的熱氣流帶起并烘干，中細(xì)顆粒物料被氣流帶到高效選粉機(jī)內(nèi)，中顆粒物料經(jīng)分離后返回到磨盤上，重新粉磨;細(xì)粉(成品)則隨氣流從磨機(jī)上部出磨，在布袋除塵器中收集下來，即為產(chǎn)品。

沒有被氣流帶起的粗顆粒物料及金屬塊，溢出磨盤后經(jīng)過除鐵器被斗提機(jī)提升，經(jīng)過再次除鐵重新喂入磨機(jī)，再次擠壓粉磨，直至達(dá)到粒度要求。

3 LXZM46礦渣立磨機(jī)

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

中國重型機(jī)械研究院有限公司研制的LXZM46礦渣立磨主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 LXZM46礦渣立磨主要技術(shù)參數(shù)

3.2 主要結(jié)構(gòu)

立磨由選粉機(jī)、磨輥、磨盤、加壓裝置、搖臂、主減速機(jī)、電機(jī)、殼體等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 LXZM46礦渣立磨結(jié)構(gòu)簡圖

3.3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)采用平磨盤和錐形磨輥、2+2的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)簡單，能使物料得到充分研磨，單位能耗比普通立磨更加節(jié)能，同時便于安裝及調(diào)整。

(2)磨輥軸線與水平面成15°夾角，檢修時可將磨輥翻出磨機(jī)外，維修、更換輥套、襯板，磨機(jī)檢修空間大，檢修作業(yè)十分方便快捷，其中一個磨輥故障也可以運(yùn)行，不致停機(jī)。

(3)布料方式采用中心點(diǎn)布料，使磨機(jī)內(nèi)料層更為均勻;開機(jī)前無需在磨盤上布料，且磨機(jī)可以帶載啟動，解決了開機(jī)難的問題。

(4)磨輥采用液壓緩沖、電氣保護(hù)和機(jī)械限位裝置，避免磨機(jī)直接與磨盤接觸和因斷料而產(chǎn)生的劇烈振動。

(5)采用新型多重磨輥密封裝置，并配密封風(fēng)機(jī)氣體密封，完全將輥軸、透蓋與磨腔內(nèi)含塵氣體隔離。密封效果好、壽命長。

(6)磨輥軸承采用新型高效強(qiáng)制循環(huán)潤滑油潤滑，實時檢測，散熱效果明顯，提高了軸承的可靠性和壽命。

(7)采用高壓液壓站，壓力調(diào)節(jié)范圍大，可適用不同礦渣原料。

(8)完善的控制工藝，先進(jìn)的電器原件，能對設(shè)備運(yùn)行工藝參數(shù)實時監(jiān)控。并能實現(xiàn)故障診斷和自我保護(hù)。

(9)采用新一代高效動靜態(tài)選粉機(jī)，變頻調(diào)速，便于調(diào)節(jié)成品的細(xì)度。

(10)高度模塊化設(shè)計，充分實現(xiàn)機(jī)件的可互換性，通過更換極少的零部件能滿足不同物料的粉磨要求，同時減少庫存，提高維修效率。

4 立磨機(jī)優(yōu)化設(shè)計

4.1 有限元設(shè)計方法的應(yīng)用

立磨機(jī)是大型裝備，其載荷大、工況惡劣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的設(shè)計計算方法很難對復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行精確的應(yīng)力、變形計算。通過有限元分析軟件，可以精確獲得結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，變形數(shù)據(jù)和位置。在LXZM46立磨的整個設(shè)計過程中，大量應(yīng)用有限元分析方法對立磨主要部件進(jìn)行計算和優(yōu)化。優(yōu)化后相比多家國內(nèi)外同類產(chǎn)品其質(zhì)量更輕，同時結(jié)構(gòu)達(dá)到非常優(yōu)異的力學(xué)性能和可靠的使用壽命。LXZM46立磨的關(guān)鍵部件有限元分析結(jié)果如圖3所示。

4.2 高可靠性的磨輥

磨輥是立磨機(jī)的核心部件，粉磨過程中磨輥軸承受較大的工作力的同時還有振動和熱應(yīng)力等存在，設(shè)計必須保證搖臂和轉(zhuǎn)輥的力學(xué)可靠性。

(1)磨輥軸承采用雙列圓錐+圓柱的組合方式，保證高徑向承載能力的同時克服軸向力對軸承使用壽命的影響。同時采用一端固定一端浮動的軸承定位方式，以補(bǔ)償因熱和應(yīng)力變形對軸承的影響。采用國際知名品牌，軸承的設(shè)計壽命12萬h以上。

(2)對軸承的支撐點(diǎn)和支撐跨距精確計算合理布局。設(shè)計中深入分析磨輥的受力情況和受力位置，借助三維軟件，找出軸承的最佳受力位置 以提高磨輥的力學(xué)性能。

圖3 立磨有限元分析

(3)合理的潤滑是軸承正常使用的必備條件，考慮到磨輥使用中會產(chǎn)生大量的熱，同時環(huán)境溫度較高＞200℃。設(shè)計使用稀油循環(huán)潤滑，采用虹吸式回油方式，穩(wěn)定磨輥內(nèi)油位，保證了軸承的冷卻和潤滑。

(4)可靠的密封。磨輥處在高粉塵環(huán)境，因密封磨損污染潤滑油造成軸承失效的生產(chǎn)事故時有發(fā)生。設(shè)計中采用雙層油封加氣封的復(fù)合密封方式，能很好的阻止粉塵進(jìn)入磨輥。

(5)磨輥采用鑄造+堆焊結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)外硬芯軟，能很好地抵抗表面磨損和沖擊力，同時磨損后的磨輥能多次修復(fù)，提高了使用壽命，降低了成本。

4.3 高性能主傳動減速機(jī)

中國重型機(jī)械研究院有限公司傳動研究所為該磨機(jī)配套了主傳動減速機(jī)，具有承載能力高、傳動效率高、工作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕等技術(shù)特點(diǎn)，具體特點(diǎn)如下:

(1)采用一級格里森弧齒齒輪與兩級行星輪傳動組合的傳動形式，實現(xiàn)大速比。其中兩級行星傳動構(gòu)成雙輸出機(jī)構(gòu)，第一級行星輸出約30%的扭矩，第二級行星輸出約70%的扭矩，實現(xiàn)了扭矩分流;

(2)在第二級行星傳動中采用柔性銷技術(shù)，實現(xiàn)了載荷均載;

(3)齒輪采用高性能的優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼和高精度的齒輪加工技術(shù);

(4)大型圓形靜壓軸承技術(shù);

(5)采用高低壓一體化液壓潤滑系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的粒化高爐礦渣和鋼渣是工業(yè)渣中水硬膠凝性最好的冶煉渣，可用于水泥工業(yè)混合材料、配燒水泥熟料及生產(chǎn)鋼渣礦渣水泥等。礦渣立磨因其高效、節(jié)能、環(huán)保的性能必將有廣闊的發(fā)展空間。隨著設(shè)備的國產(chǎn)化，投資成本將大大降低，生產(chǎn)能力和礦渣的利用率將有更大的提高。對水泥工業(yè)節(jié)能降耗、降低成本、減少二氧化碳排放、減少工業(yè)企業(yè)排渣占地及環(huán)境污染都有非常重要的意義。

［1］ 王仲春，曾榮．水泥粉磨工藝技術(shù)及其進(jìn)展［M］．北京:中國建材工業(yè)出版社，2008．

［2］ 陳紹龍，張朝發(fā)．水泥生產(chǎn)破碎與粉磨工藝技術(shù)及設(shè)備［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［3］ 喬彬．水泥工業(yè)粉磨系統(tǒng)節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)百例［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009．