衡瓊枝,李洪,李洪雙

物料特性對輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的影響（上）

衡瓊枝,李洪,李洪雙

本文結(jié)合實例從粒度大小、粒度分布、物料水分、固有特性、所含異物等方面，分析了物料對輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的影響。認為只有適宜的物料特性，才能保證高的粉磨效率和高的運轉(zhuǎn)率。針對各物料特性，從工藝和操作兩方面提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施。

輥壓機;聯(lián)合粉磨系統(tǒng);物料特性

1 引言

輥壓機作為粉磨系統(tǒng)節(jié)能降耗的首選設(shè)備之一，在水泥和生料粉磨方面得到廣泛應(yīng)用，目前已發(fā)展出預(yù)粉磨系統(tǒng)、混合粉磨系統(tǒng)、部分終粉磨系統(tǒng)、聯(lián)合粉磨系統(tǒng)和終粉磨系統(tǒng)，并且在優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)、提高設(shè)備性能和降低維護工作量方面日趨成熟，但很多企業(yè)在生產(chǎn)過程中卻忽略了物料對輥壓機粉磨系統(tǒng)的影響，不僅導(dǎo)致臺時產(chǎn)量低，甚至對設(shè)備造成不可修復(fù)的損壞。本文以某設(shè)計研究院的A型輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)為例，針對物料特性對系統(tǒng)的影響進行分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)對措施。

2 輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)概述

該聯(lián)合粉磨系統(tǒng)工藝布置如圖1所示，其主要特點是設(shè)計了一種新型的動態(tài)渦流選粉機，可將輥壓機循環(huán)粉磨部分和管磨循環(huán)粉磨部分有機地結(jié)合為一體，采用單主風(fēng)機作業(yè)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，最大限度地提高系統(tǒng)產(chǎn)量；從另一方面講，該系統(tǒng)也可看作部分終粉磨系統(tǒng)的特殊形式，可最大限度地減少過粉磨現(xiàn)象。

3 物料對輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的影響

在輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中，很多企業(yè)僅注重系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)，而忽略了對系統(tǒng)設(shè)備良好運行有直接影響的物料特性，無論該系統(tǒng)中的輥壓機、管磨機，還是選粉機，都對物料有特定要求，而這些要求主要包括粒度大小、粒徑分布、物料水分、固有物性及所含異物等，當(dāng)物料狀況較差時，其粉磨、選粉效果均差，設(shè)備運行不正常，系統(tǒng)產(chǎn)量大減。

3.1 粒度大小

物料粒度是粉磨的主要特征之一，可通過單體顆粒和群體顆粒兩方面進行衡量。粉磨系統(tǒng)中輥壓機的嚙入角決定了喂入物料單體顆粒粒度不能過大，過大將直接導(dǎo)致該顆粒卡在兩輥之上發(fā)生重復(fù)性摩擦，直到粒度減小到嚙入角要求范圍內(nèi)才能通過，該重復(fù)性摩擦占用了物料正常通過粉磨區(qū)域的空間，大量功耗被浪費，同時，過粗的顆粒被壓碎時，能量急劇釋放，即為單顆粒粉碎而非料床粉磨，將直接導(dǎo)致能耗損失。另外，輥壓機上部喂料溜子處的手動棒閥中間通常有一支撐，單體顆粒過大時，極易在此卡住、搭橋，導(dǎo)致單側(cè)下料并產(chǎn)生偏輥等問題。群體顆粒偏大，輥壓機輥縫變大，但成餅率降低，即粉磨效率變差，使輥壓機與V型選粉機組成的圈流部分循環(huán)負荷變大，產(chǎn)量降低。長期群體大顆粒喂料，機體振動加劇、跳停，可能導(dǎo)致地腳螺栓斷裂、輥面磨損加速、定位銷彈出、喂料斜插板變形，甚至主軸承和減速機損壞。相關(guān)研究表明[1]，一般95%以上的粒度應(yīng)該小于輥徑的3%，個別最大的粒度也不宜大于輥徑的5%。

圖1 聯(lián)合粉磨系統(tǒng)工藝布置圖

喂料粒度也不宜過小，群體粒度過小，粉體流動性好，難以形成穩(wěn)定料床，特別是途經(jīng)輥縫壓力區(qū)時快速通過，導(dǎo)致輥縫偏小，循環(huán)負荷增大，大循環(huán)的粉體顆粒粒徑介于成品與適宜輥壓粒徑之間，如果在V型選粉機內(nèi)得不到高效分選，將會累積于輥壓機上方稱重小倉，成為沖料的直接誘因；同時，因為棒閥難以有效控制細粉料流流量，非料床粉磨效率及成品率低，也將影響臺時產(chǎn)量。另一方面，群體粒度偏小，顆粒間微間隙增多，即堆積密度降低，氣體填充率增加，當(dāng)該含氣物料經(jīng)過高壓粉磨區(qū)域時堆積密度急劇降低，粒間氣體聚集成泡而得不到有效釋放，最后破裂導(dǎo)致輥壓機產(chǎn)生激振，過大的激振易造成液壓缸漏油和主軸承損壞。因此，＜5mm的顆粒含量不應(yīng)高于50%。

如A廠使用的A型聯(lián)合粉磨系統(tǒng)在投料初期即出現(xiàn)因粒度過大而頻繁偏輥，后來清空輥壓機上面喂料小倉，發(fā)現(xiàn)有大塊物料卡于棒閥支撐一側(cè)上（如圖2所示），此側(cè)物料搭橋、越集越多，從而產(chǎn)生單側(cè)下料、頻繁偏輥的后果。B廠使用的該系統(tǒng)，因粒度過大、喂料裝置斜插板插入過深，導(dǎo)致超限大顆粒無法進入兩輥間，卡在斜插板與定輥之間進行初破碎，由于斜插板及其上的電動執(zhí)行器強度有限，以致執(zhí)行器殼體整體斷裂，如圖3所示。

3.2 粒度分布

粒度分布包括頻率分布與累積分布，直接反映各級顆粒粒度級配狀況。輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中，若顆粒級配分布不均，特別是出現(xiàn)粒徑偏差過大的多峰和群體顆粒粒徑偏小并交雜個別大顆粒時，極易導(dǎo)致在大顆粒擠開兩輥的同時發(fā)生細粉沖料，致使輥壓機功率出現(xiàn)非周期性波動。同時，若顆粒級配曲線兩端存在較高波峰，即極大顆粒和極小顆粒含量過高，在途經(jīng)斗提、皮帶、溜子、V型選粉機、輥壓機上部喂料小倉的輸運、下料過程中，易產(chǎn)生物料離析，特別是輥壓機上部進料溜子、V型選粉機與小倉布置形式、V型選粉機入口和配套翻板閥設(shè)計、安裝不合理時，離析現(xiàn)象最為嚴重。物料離析的直接后果是導(dǎo)致粒徑在空間與時域上分布不均。其中，空間分布不均主要表現(xiàn)在沿輥子軸向不均，輥縫偏差大，糾偏頻繁并引起輥子及軸承軸向受力，嚴重時可能產(chǎn)生串軸（或串軸承座）現(xiàn)象并損壞主軸承；時域上分布不均主要表現(xiàn)為“沙漏”形式，即經(jīng)過兩輥之間的物料時多時少，輥縫時大時小，系統(tǒng)難以穩(wěn)定，輥壓機功率成周期性波動，當(dāng)然，若沿時域本身喂料不均也會產(chǎn)生類似狀況。另外，上述存在的輥壓機非周期和周期性波動，都可能使輥壓機機體產(chǎn)生劇烈振動并對液壓系統(tǒng)元件造成損壞。因此，適宜的粒度分布，即保證物料基本均勻的前提下，讓少量細顆粒散布于粗顆粒之間，增加物料密實度，是提高成餅及粉磨效率的必要條件。據(jù)相關(guān)資料介紹[1]，入輥壓機物料平均粒徑控制在20mm以上，并主要分布于35～45mm之間，可取得較好的粉磨效果。

圖2 卡在棒閥處的大粒徑顆粒

圖3 因大顆粒損壞的喂料裝置

圖4 輥壓機功率變化狀況

圖5 物料粒度對比狀況

如C廠使用的A型聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，在燒成系統(tǒng)未投產(chǎn)時使用外購熟料，由于該熟料為粉料夾雜個別大塊，導(dǎo)致輥壓機功率存在明顯的周期性波動，當(dāng)燒成系統(tǒng)投入使用后，該現(xiàn)象立刻消失，系統(tǒng)運行平穩(wěn)。圖4為該系統(tǒng)轉(zhuǎn)換物料時輥壓機動輥電機功率的波動狀況，圖5為前后所使用物料粒度對比狀況。

3.3 物料水分

物料水分包括結(jié)晶水和表面水，影響輥壓機聯(lián)合粉磨作業(yè)的部分主要為表面水。表面水過高，導(dǎo)致物料進入壓力區(qū)后粘結(jié)在一起，大顆粒被粘性小顆粒包圍，緩沖作用明顯，粉磨效率下降，嚴重時甚至可能出現(xiàn)粘輥。為保證輥壓機能有效形成料餅，上部喂料小倉需提供足夠的倉壓，因此常設(shè)計成倒錐形，高的倉壓和倒錐形料倉使得水分偏大的物料易于在此起拱、堵料，從而下料斷續(xù)，穩(wěn)定性變差。同時，由于輥壓機無烘干功能，僅通過V型選粉機內(nèi)的熱風(fēng)很難達到理想的烘干效果，而V型選粉機本身為靜止設(shè)備，靠折流葉片之間形成的沖擊效應(yīng)和流變區(qū)慣性效應(yīng)完成打散分級，若物料水分過高，很容易產(chǎn)生團聚、附壁，分級效果差，從而大量細顆?；焱诸w粒返回輥壓機再次擠壓，增大了循環(huán)負荷，過粉磨現(xiàn)象嚴重，不利于輥壓機做功。通常，輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)各設(shè)備風(fēng)量均按工況設(shè)計，若物料水分過高，易造成風(fēng)溫偏低、密度和粘度偏大，從而系統(tǒng)空氣阻力變大，在達標(biāo)達產(chǎn)階段可能出現(xiàn)動態(tài)渦流選粉機和系統(tǒng)風(fēng)機超流。若過濕的物料進入后續(xù)球磨，還可能粘于襯板、鋼球和卸料倉，造成飽磨。另一方面，若物料水分過低，細顆粒含量偏多，粉體流動性就好，輥間嚙合角小，難以形成料餅，易造成沖料。因此，為提產(chǎn)、降耗，據(jù)相關(guān)資料介紹[1]，物料綜合水分應(yīng)低于1.5%，最好控制在0.8%～1.3%之間較為適宜。

3.4 固有物性

對粉碎粉磨過程具有顯著影響的物料固有特性主要包括易磨性、物料配比和顆粒形貌等。易磨性表示物料粉磨難易程度的特性，輥壓機作為典型的高壓料床粉磨設(shè)備，易磨性好壞對粉磨效率和輥面磨損有直接影響，易磨性差，物料產(chǎn)生微裂紋少，成品率低，加速硬質(zhì)輥面磨損、脫落，圖6為易磨性較差時產(chǎn)生的輥面麻點。對于脆性易磨物料，輥壓機能取得較好的粉磨效果，輥面磨損均勻、發(fā)亮，且無明顯麻點、凹坑，使用壽命達8000h以上，而混入粘性物料后，成品率迅速下降。通常，當(dāng)熟料為黃心料、飛沙嚴重或冷卻不佳時，化學(xué)成分以C2S和C3AF含量居多，易磨性差。

水泥粉磨過程中，可能的物料配比包括熟料、石膏、石灰石、礦渣、粉煤灰、凝灰?guī)r、油母巖、鋼渣、水渣、煤矸石等，各成分本身和配比均會影響輥壓機粉磨效率，一般石灰石、石膏、油母巖和粉煤灰等具有助磨、洗磨作用，可提高輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量，而熟料、礦渣、鋼渣等粉磨性能差，添加量合適，具有填隙作用，摻和量過高，系統(tǒng)產(chǎn)量迅速降低，因此其比例不應(yīng)大于50%。如D廠使用的A型輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，在使用表1所示物料配比并折算到相同比表面積時產(chǎn)量存在如下區(qū)別。

表1 物料配比對產(chǎn)量的影響

顆粒形貌對輥壓機的擠壓、選粉機的分選效果也會造成影響，滿足一定粒徑區(qū)間的球狀顆粒密實度低，粉磨效果較好，而形狀不規(guī)則的物料易帶入氣體，成餅率低，粉磨效果差。另外，由于動態(tài)選粉機、V型選粉機分選顆粒切割粒徑一般是基于球形顆粒計算的，因此形狀不規(guī)則的顆粒易產(chǎn)生誤選，分級效率低，tromp曲線不合理，所生產(chǎn)水泥需水量、坍落度高。

3.5 所含異物

圖6 輥壓機輥面麻點

圖7 輥壓機輥面小凹坑

圖8 輥面大面積剝落

圖9 輥面鋼球所壓凹坑

作為高壓粉磨設(shè)備，輥壓機堆焊輥面通常由打底層、過渡層、硬質(zhì)層和堆焊條紋組成，其中硬質(zhì)層與堆焊條紋硬度普遍＞HRC60，韌性相對較差，一旦有大塊高硬異物進入，易造成輥面局部凹坑或硬質(zhì)層塊狀崩落，若產(chǎn)生深度微裂紋，在疲勞應(yīng)力作用下，甚至可能出現(xiàn)輥套的整體碎裂。較小且不規(guī)則的硬物容易在輥面磕出多面凹坑（螺栓、大螺母、小鐵塊等），如圖7所示。當(dāng)凹坑分布擴散，就可能在之間形成微裂紋，粉料擠入裂紋，使其進一步深入，輥面硬質(zhì)層開始出現(xiàn)塊狀脫落，工況進一步惡化，成片狀剝離（如圖8所示），不僅導(dǎo)致輥面失去耐磨功能，且沿輥子軸向、徑向受力不均，振動加大、粉磨效率很低而無法使用。當(dāng)然，過大的硬質(zhì)塊進入兩輥之間（如渦流動態(tài)選粉機和V型選粉機耐磨葉片、錘破的篦條和錘頭、鏟車的鏟齒等），更會造成輥面硬質(zhì)層直接大塊脫落，因此必須避免。另外，水泥磨內(nèi)的硬質(zhì)球（高鉻鑄球、鎳硬合金球、高錳鋼球等）因其硬度很大，一旦進入輥面，就可能造成明顯的球狀凹坑（如圖9所示），成為輥面剝落的重大隱患。另一方面，異物尺寸過大而不能通過兩輥之間時，會引起長期偏輥，是造成液壓系統(tǒng)元件和傳動系統(tǒng)損壞的主要原因之一，甚至還可能出現(xiàn)意想不到的事故。

表2 碰輥后輥面情況

圖10 動輥碰撞端

圖11 定輥未碰端

如D廠使用的A型聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，在投料試運轉(zhuǎn)期間，發(fā)生罕見的碰輥事故，打開輥罩對輥面進行檢查，輥面情況如表2所示。

根據(jù)表2分析，碰輥可能是有一大塊硬質(zhì)異物進入非碰撞側(cè)，因液壓缸行程限制而無法從兩輥間通過（通過該側(cè)存在的溝槽和此后運行中的硬質(zhì)層掉塊判斷），導(dǎo)致該側(cè)輥縫一直偏大，同時，按照控制要求所寫輥壓機控制程序加、減、泄壓條件優(yōu)先級也存在問題，相應(yīng)碰撞側(cè)輥縫急劇減小，強制沖擊致機械限位擋塊脫落，造成碰輥。

（未完待續(xù)）

The Influence of Material Characteristics on Roller Press Combined Grinding System(Ⅰ)

HENG Qiong-zhi,LI Hong,LI Hong-shuang
(Tianjin Cement Industry Design and Research Institute Co.,Ltd,Tianjin 300400,China)

Combined with examples,the influence of material characteristics,including particle size,particle size distribution,moisture,inherent properties,foreign matter and others,on the roller press combined grinding system were analyzed.It is concluded that only appropriate material can guarantee high grinding efficiency and running rate.For various material characteristics,corresponding measures are provided from process and operation perspectives.

Roller press;Combined grinding system;Material characteristics

TQ172.639

A

1001-6171（2011）02-0047-04

2010-12-08； 編輯：沈 穎