馬秀寬，張士東，石國(guó)平

淺談TRPTRP輥壓機(jī)及生料系統(tǒng)

Discussion on The TRP Roller Press and Raw Material System

馬秀寬11，張士東22，石國(guó)平11

1 前言

目前在水泥領(lǐng)域應(yīng)用的生料粉磨系統(tǒng)主要有以下三種形式：球磨機(jī)系統(tǒng)、輥磨系統(tǒng)、輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)。上世紀(jì)80年代中期問(wèn)世的輥壓機(jī)，是一種比較理想的節(jié)能粉磨設(shè)備，可以單獨(dú)或與球磨機(jī)組成多種系統(tǒng)用于各種物料的粉磨，因節(jié)能效果顯著，得到較快的發(fā)展。輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)全部成品由輥壓機(jī)產(chǎn)生，取消了球磨機(jī)，因此節(jié)能幅度更大。

2 生料輥壓機(jī)終粉磨技術(shù)的基本情況

輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)比其他粉磨系統(tǒng)節(jié)能的主要原因在于輥壓機(jī)系統(tǒng)中的“選粉-烘干-風(fēng)掃”用風(fēng)風(fēng)量和阻力比其他粉磨系統(tǒng)低，即通風(fēng)電耗降低，但是輥壓機(jī)系統(tǒng)中提升物料的斗提電耗較高。輥壓機(jī)和輥磨本身電耗相當(dāng)，系統(tǒng)電耗存在2～3kWh/t的差值，折算到熟料為4～5kWh/t，一條5000t/d水泥生產(chǎn)線(xiàn)，每年節(jié)約電量約為800萬(wàn)度。假設(shè)原料易磨性中等，統(tǒng)一生料細(xì)度，可以估算出輥壓機(jī)系統(tǒng)和其他粉磨系統(tǒng)的電耗情況（見(jiàn)表1）。

2.1 國(guó)外公司輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)

中國(guó)的福建三德、江西亞?wèn)|和四川亞?wèn)|等廠的原料粉磨均采用德國(guó)洪堡公司提供的輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)，其典型的流程如圖1所示。輥壓機(jī)布置在樓層上，新物料與出輥壓機(jī)物料一起喂入V型選粉機(jī)，粗料經(jīng)提升機(jī)送入輥壓機(jī)循環(huán)擠壓，細(xì)料經(jīng)動(dòng)態(tài)選粉機(jī)進(jìn)一步分選，粗粉回輥壓機(jī)系統(tǒng)擠壓，細(xì)粉入成品收集系統(tǒng)。

2.2TRP輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)

根據(jù)生料粉磨的特點(diǎn)和要求，通過(guò)詳細(xì)調(diào)研和分析研究，在TRP輥壓機(jī)及TESu選粉機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)提出了TRP（R）型輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)。

如圖2所示，靜態(tài)選粉機(jī)與動(dòng)態(tài)選粉機(jī)用較短的管道連接，降低了系統(tǒng)阻力，烘干能力顯著增強(qiáng),利用窯尾廢氣可烘干最大原料水分8%；動(dòng)態(tài)選粉機(jī)的改進(jìn)更加有效地控制了成品粗顆粒的含量R200μm＜1.0%，改善了生料的易燒性。

該系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是輥壓機(jī)布置在地面上，出輥壓機(jī)（見(jiàn)圖3）和出V型選粉機(jī)（見(jiàn)圖4）各設(shè)一臺(tái)提升機(jī)，可以降低廠房高度，降低提升機(jī)的要求，方便設(shè)備檢修（見(jiàn)表2）。

表1 不同生料輥磨系統(tǒng)電耗比較,kWh/t

圖1 洪堡輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)流程

圖2 TRP輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)流程

3 TRP輥壓機(jī)的設(shè)計(jì)理念

中材裝備集團(tuán)（原TCDRI）對(duì)輥壓機(jī)的研究工作始于上世紀(jì)80年代中期，1988年參與引進(jìn)了洪堡公司的輥壓機(jī)制造技術(shù)，90年代后期著手大規(guī)格輥壓機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，目前可以提供各種型號(hào)的輥壓機(jī)裝備和各種規(guī)模的系統(tǒng)配置（見(jiàn)表3），還可提供水泥行業(yè)以外的輥壓機(jī)裝備技術(shù)服務(wù)，滿(mǎn)足不同物料的粉磨需求。

3.1 輥壓機(jī)的直徑

早期的輥壓機(jī)穩(wěn)定性較差，主要原因之一是輥徑較小，對(duì)物料粒度的適應(yīng)性差，當(dāng)年引進(jìn)技術(shù)的最大輥壓機(jī)規(guī)格為?1150mm×1000mm。輥徑越大，對(duì)粗顆粒物料的適應(yīng)性越強(qiáng)，料餅厚度越大。通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)（見(jiàn)圖5），可以得出輥壓機(jī)處理的最大物料粒徑和料餅厚度與輥徑之間的關(guān)系為：

物料粒徑：dmax≈0.06D，實(shí)際生產(chǎn)按95%＜0.03D控制

料餅厚度：S2≈0.02D

因此，TCDRI從1997年開(kāi)始組織大直徑輥壓機(jī)的裝備開(kāi)發(fā)，確定最小輥徑為?1200mm，輥徑系列為? 1400mm、?1600mm、?1800mm、? 2000mm、?2200mm、?2400mm。

3.2 輥壓機(jī)的寬徑比

輥壓機(jī)的寬徑比是指壓輥的寬度與直徑的比值。自輥壓機(jī)應(yīng)用以來(lái)，寬徑比就有兩種設(shè)計(jì)思路，一是以洪堡公司為代表的大寬徑比，直徑較大的輥壓機(jī)寬徑比有可能超過(guò)1.0，如?1700mm×1800mm，Koppen (庫(kù)本)公司的輥壓機(jī)寬徑比一般＜1.0；二是以伯利休斯公司為代表的小寬徑比，該值一般＜2/3，如? 2000mm×1300mm。同球磨機(jī)規(guī)格一樣，為了滿(mǎn)足各種系統(tǒng)能力的配套要求，相同直徑的輥壓機(jī)可能有不同寬度的規(guī)格。

圖3 TRP輥壓機(jī)三維圖

圖4 生料選粉機(jī)三維圖

表2 輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)配置*

表3 TRP系列輥壓機(jī)*

圖5 輥壓機(jī)工作原理示意圖

分析認(rèn)為，對(duì)于一定直徑的輥壓機(jī)來(lái)講，寬徑比越大，邊緣效應(yīng)越小，即輥間料層處于壓力滑動(dòng)區(qū)未被充分?jǐn)D壓的物料比例越小，擠壓效果越好，但是壓輥越寬，越容易產(chǎn)生壓輥偏斜，對(duì)液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能的要求就越高；相反，寬徑比越小，邊緣效應(yīng)越明顯，但是壓輥偏斜量較小，運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定。

另外，小寬徑比的輥壓機(jī)沿寬度方向呈三角形受力，最大壓力值是平均壓力的2倍左右；而大寬徑比的輥壓機(jī)沿寬度方向呈梯形受力，其最大壓力是平均壓力的1.5倍左右。后者顯然對(duì)輥面的均勻磨損更有利。

隨著輥壓機(jī)規(guī)模的大型化發(fā)展及節(jié)能水平最大化的要求，則輥壓機(jī)的規(guī)格能力越大越好。然而輥壓機(jī)的直徑不可能無(wú)限加大，直徑太大會(huì)帶來(lái)制造、運(yùn)輸、檢修等問(wèn)題，經(jīng)研究確定最大輥徑為?2400mm。為了滿(mǎn)足大通過(guò)量的要求，同時(shí)考慮到液壓技術(shù)的進(jìn)步，確定最大寬徑比按1.0考慮，同時(shí)每種直徑的輥壓機(jī)可以有不同的寬度。

3.3 輥壓機(jī)的壓力

在過(guò)去的25年中，輥壓機(jī)技術(shù)在各個(gè)方面得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，主要包括傳動(dòng)裝置、耐磨處理、液壓技術(shù)、控制系統(tǒng)和設(shè)計(jì)參數(shù)等。其中，擠壓力的設(shè)計(jì)也經(jīng)過(guò)了從大到小的演變。

定義單位壓輥投影面積所受的壓力為輥壓機(jī)的擠壓力，單位為kN/ m2。洪堡公司最早的輥壓機(jī)即第一代輥壓機(jī)（1992年以前）擠壓力設(shè)計(jì)值為10000kN/m2，第二代輥壓機(jī)（1992年～1997年）降到9000kN/m2，第三代輥壓機(jī)（1997年以后）又降到7000kN/m2以下。

TCDRI在試驗(yàn)系統(tǒng)上對(duì)多種物料進(jìn)行了擠壓試驗(yàn)，尋求合適的擠壓力是試驗(yàn)的目的之一。實(shí)踐證明，擠壓力過(guò)高，能量利用率則會(huì)下降，而且機(jī)械故障增加；適宜的擠壓力可以得到最佳的粉碎效果，優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)，配置合理的液壓系統(tǒng)。我們進(jìn)行的半工業(yè)試驗(yàn)證明：對(duì)于熟料來(lái)講，擠壓力為5000～7000kN/m2效率最高；在低循環(huán)負(fù)荷以新料為主時(shí)，壓力可以適當(dāng)高一些；在高循環(huán)負(fù)荷以循環(huán)物料為主時(shí)，壓力可以低一些。由此可見(jiàn)，擠壓力與采用的系統(tǒng)流程有關(guān)。生料用輥壓機(jī)的擠壓力也可低一些?？傊?，擠壓力的合理使用是為了保證輥壓機(jī)更好地運(yùn)行，從而保證獲得更高的系統(tǒng)產(chǎn)量。

3.4 輥壓機(jī)的線(xiàn)速度

壓輥的線(xiàn)速度是決定輥壓機(jī)的通過(guò)量和動(dòng)力消耗的重要參數(shù)之一，在一定范圍內(nèi)與兩者均成線(xiàn)性關(guān)系（見(jiàn)圖6）。

但是輥速過(guò)快，一方面可能導(dǎo)致設(shè)備振動(dòng)，引起運(yùn)行失穩(wěn)；另一方面，可能導(dǎo)致壓輥表面與料層之間的相對(duì)滑動(dòng)，加劇輥面的磨損，而且此時(shí)輥壓機(jī)的通過(guò)量與線(xiàn)速度不成比例。

輥速過(guò)慢，物料可能來(lái)不及被擠壓就通過(guò)輥間，擠壓效果下降。而輥壓機(jī)的通過(guò)量下降，要達(dá)到一定的通過(guò)量，輥壓機(jī)的規(guī)格就要做得較大。

TRP的輥壓機(jī)線(xiàn)速度定在1.4～2.2m/s之間。

3.5 輥壓機(jī)配置

（1）輥?zhàn)硬捎脙?yōu)質(zhì)合金鋼經(jīng)大型水壓機(jī)（8000～10000t水壓機(jī)）鍛造。煉鋼時(shí)采用鋼包二次精煉（真空脫氣），按大型鍛件探傷標(biāo)準(zhǔn)JB/ T5000.15-1998Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)探傷（高于國(guó)標(biāo)的Ⅱ級(jí)）制造。

（2）主軸承采用四列圓柱滾子軸承配合雙向推力軸承的形式，受力合理，易于密封，承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)心滾子軸承。軸承內(nèi)外圈采用電渣重熔滲碳鋼G20CrNi4，性能可靠，使用壽命長(zhǎng)。

圖6 壓輥速度與通過(guò)量及電耗的關(guān)系

表4 系統(tǒng)參數(shù)

表5 主機(jī)配置

圖7 生料粉磨系統(tǒng)操作畫(huà)面

4 TRP 生料輥壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)例

中國(guó)國(guó)內(nèi)某廠3200t/d生料輥壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況見(jiàn)表4、表5。

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)較短的調(diào)試后即達(dá)到220t/h的產(chǎn)量，經(jīng)過(guò)操作優(yōu)化，窯磨聯(lián)動(dòng)后，系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行在260t/h左右，細(xì)度合格，質(zhì)量穩(wěn)定，系統(tǒng)電耗為12～14kWh/t。圖7是該系統(tǒng)的典型操作畫(huà)面。

5 結(jié)語(yǔ)

水泥生產(chǎn)線(xiàn)的規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)設(shè)備的規(guī)格能力要求越來(lái)越高，輥壓機(jī)的運(yùn)輸、節(jié)能效果越來(lái)越顯著。從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面分析，輥壓機(jī)比輥磨簡(jiǎn)單，其操作壓力遠(yuǎn)高于其他幾種料床粉磨設(shè)備，系統(tǒng)流程相對(duì)復(fù)雜。但伴隨著企業(yè)對(duì)節(jié)能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益的重視，生料輥壓機(jī)終粉磨將成為生料粉磨系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要方案之一。

（3）高度集成的液壓系統(tǒng)。

（4）調(diào)整靈活的喂料裝置。

（5）先進(jìn)的智能潤(rùn)滑系統(tǒng)。

（6）減速機(jī)、電機(jī)等高端配置。

[1]柴星騰,石國(guó)平.生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)技術(shù)介紹[J].水泥技術(shù),2012,(2).■

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2012-05-31；編輯：呂光