王利輝
1洛陽礦山機械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039
2智能礦山重型裝備全國重點實驗室 河南洛陽 471039
立 式輥磨簡稱立磨,采用料床粉磨機理,通過磨輥與磨盤的相對運動粉磨物料,集破碎、研磨、烘干及分選等工序于一體,流程簡單,粉磨效率高,現(xiàn)已廣泛用于生料、水泥和礦渣等的粉磨[1]。未來,立磨將在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用,而不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)α⒛コ善妨6扔胁煌囊?,對立磨成品顆粒的分布特性提出了更嚴苛的要求。因此,立磨設(shè)計者,有必要探索研究立磨成品粒度分布特征與操作參數(shù)之間的關(guān)系,實現(xiàn)精準控制。筆者利用 LGM/LGMS 380 立磨試驗臺進行試驗并對數(shù)據(jù)進行回歸分析,研究立磨成品粒度分布特征與操作參數(shù)之間的關(guān)系。
LGM/LGMS380 立磨試驗臺的結(jié)構(gòu)和參數(shù)見文獻 [2-3]。筆者認為,立磨系統(tǒng)成品的粒徑特征首先是由粉磨系統(tǒng)決定的,而選粉機只是對粉磨系統(tǒng)產(chǎn)品進一步分選。為了簡化問題,采用開路試驗,即粉磨系統(tǒng)工作,選粉和收塵系統(tǒng)不工作。
試驗以鈦渣作原料,將原料破碎并篩選至一定的粒度,裝入進料倉備用。開啟主電動機,喂料至一定料層厚度,降輥并給磨輥施加一定的加載力進行物料粉磨。物料經(jīng)研磨后,在離心力作用下,直接從磨盤周邊的噴嘴環(huán)溢出,由磨盤下的排渣口排出。試驗立磨每一運行狀態(tài)穩(wěn)定之后,間隔一定時間在排渣口處取樣。取樣時,記錄加載磨盤轉(zhuǎn)速、液壓缸壓力、料層厚度等操作數(shù)據(jù),對樣品進行粒度分布檢測并記錄。調(diào)整不同的操作參數(shù),并記錄其對應(yīng)的產(chǎn)品粒度分布數(shù)據(jù)[2]30。試驗共做了 10 組,結(jié)果如表1 所列。
表1 試驗結(jié)果Tab.1 Test results
據(jù)相關(guān)研究,微粉碎產(chǎn)品粒徑分布具有曲線右歪斜形狀,但如果橫坐標不采用粒徑,而是采用粒徑的對數(shù),這時分布曲線將成正態(tài)分布[4]。因此,筆者將上表中的網(wǎng)目轉(zhuǎn)化為組中值,并計算出其相應(yīng)的對數(shù)值,將篩下累積值轉(zhuǎn)化為分布頻率,并將加載液壓缸壓力轉(zhuǎn)化為磨輥投影面積壓力,得到結(jié)果如表2、3 所列。
表2 轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù) 1Tab.2 Converted data 1
表3 轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù) 2Tab.3 Converted data 2
估算每組樣品的粒徑對數(shù)的平均值
粒徑對數(shù)的標準差
式中:n為每組樣品的取樣測量個數(shù),取值為 18;k為某組樣品中的取樣序號,1~n;xk為某組樣品中第k個取樣測量的粒徑的對數(shù);pk為某組樣品中第k個取樣的分布頻率。
由正態(tài)分布概率密度函數(shù)可知,如果已知一組數(shù)據(jù)正態(tài)分布概率密度函數(shù)中的平均值與標準差,就可以完全確定這組數(shù)據(jù)的分布特征。對于本試驗來說,如果能夠找到立磨粉磨成品粒徑對數(shù)平均值和標準差與相關(guān)操作參數(shù)的關(guān)系,就可以通過調(diào)整相關(guān)操作參數(shù)來精確控制成品的粒徑分布。
與粉磨成品粒徑對數(shù)平均值和標準差有關(guān)的操作參數(shù)是磨盤轉(zhuǎn)速n、料層厚度h和輥壓力pa。其中,磨盤轉(zhuǎn)速決定了物料在磨盤上停留的時間,如果磨盤轉(zhuǎn)速過快,物料在離心力作用下將很快脫離磨盤進入成品區(qū),而得不到充分粉磨;如果磨盤轉(zhuǎn)速過慢,物料在磨盤停留時間過長,將導(dǎo)致過粉磨。料層厚度由喂料量、磨盤轉(zhuǎn)速和輥壓力共同決定,在磨盤轉(zhuǎn)速和輥壓力一定的情況下,喂料量是主要的影響因素。輥壓力既影響料層厚度,也影響粉磨成品的性質(zhì)。因此,有以下函數(shù):
利用 Stata 軟件,用磨機成品粒徑對數(shù)的平均值與磨盤轉(zhuǎn)速、料層厚度、輥壓力的對數(shù)以及磨盤轉(zhuǎn)速、料層厚度、輥壓力的平方做回歸計算,得到的結(jié)果如表4 所列。
表4 回歸計算結(jié)果 1Tab.4 Regression calculation result 1
由此可知,成品粒徑對數(shù)平均值與磨盤轉(zhuǎn)速、料層厚度和輥壓力的回歸方程如下:
方程的p值 < 0.01,說明回歸方程整體顯著。方程 (5) 中,所有自變量系數(shù)的p值均小于 0.01,說明它們對磨機成品粒徑對數(shù)平均值的影響均顯著。對回歸結(jié)果進行異方差檢驗得p=0.227 5 > 0.1,說明回歸不受異方差的影響,不需要進行剔除異方差。以輥壓力為例,分析其對成品粒徑對數(shù)平均值的影響,假設(shè)磨盤轉(zhuǎn)速和料層厚度恒定不變,那么輥壓力的對數(shù)和平方可反映出輥壓力對磨機成品粒徑對數(shù)平均值的影響,如圖1 所示。
圖1 輥壓力對成品粒徑對數(shù)平均值的影響Fig.1 Influence of roller pressure on mean value of logarithm of particle size of finished product
由圖1 可以看出,輥壓力對磨機成品粒徑對數(shù)平均值的影響分兩個階段。第一階段,隨著輥壓力的增大,磨機成品粒徑對數(shù)平均值變小。可能的原因是,這個階段輥壓力較小,當輥壓力增加時,顆粒之間的擠壓、剪切、沖擊、磨削等作用力增加,這導(dǎo)致更多物料被粉磨成較小的顆粒,從而使成品粒徑對數(shù)平均值減?。涣硗?,當輥壓力增加時,顆粒之間的摩擦力也會隨之增加,這導(dǎo)致顆粒之間相對運動困難,料床變得穩(wěn)定,物料更容易被粉磨,從而使成品粒徑對數(shù)平均值減小。第二階段,隨著輥壓力繼續(xù)增大,磨機成品粒徑對數(shù)平均值減小到一個谷值,在此之后,隨著輥壓力的增大,磨機成品粒徑對數(shù)平均值持續(xù)變大??赡艿脑蚴牵斴亯毫Τ^一定閾值,要保持料層厚度不變,就需要增大喂料量,而僅僅增加輥壓力對提高粉磨效率的作用已到達極限,更多未經(jīng)充分粉磨的物料進入成品,由此導(dǎo)致成品粒徑對數(shù)平均值變大,最終將趨近于喂料粒徑對數(shù)的平均值。
由此可見,并不是輥壓力越大,成品粒徑對數(shù)平均值就越小。實際操作中,應(yīng)當將輥壓力調(diào)整到一個合適范圍內(nèi),使成品粒徑對數(shù)的平均值達到最佳。
用磨機成品粒徑對數(shù)的標準差與磨盤轉(zhuǎn)速、料層厚度、輥壓力以及磨盤轉(zhuǎn)速、料層厚度、輥壓力的平方做回歸計算,得到結(jié)果如表5 所列。
表5 回歸計算結(jié)果 2Tab.5 Regression calculation result 2
由此可知,成品粒徑對數(shù)的標準差、磨盤轉(zhuǎn)速、料層厚度和輥壓力的回歸方程如下:
方程的p=0.070 6,說明回歸方程在 10% 的水平上顯著,只有磨盤轉(zhuǎn)速顯著影響磨機成品粒徑對數(shù)的標準差。對回歸結(jié)果進行異方差檢驗,p=0.986 0 >0.1,說明不能拒絕同方差的假設(shè),方程不存在異方差。以磨盤轉(zhuǎn)速為例,分析其對成品粒徑對數(shù)的標準差的影響,假設(shè)料層厚度和輥壓力恒定不變,那么磨盤轉(zhuǎn)速及其平方可以反映出磨盤轉(zhuǎn)速對磨機成品粒徑對數(shù)標準差的影響,如圖2 所示。
圖2 磨盤轉(zhuǎn)速對成品粒徑對數(shù)標準差的影響Fig.2 Influence of grinding table speed on standard deviation of logarithm of particle size of finished product
由圖2 可以看出,磨盤轉(zhuǎn)速對磨機成品粒徑對數(shù)標準差的影響也分兩個階段。第一階段,隨著磨盤轉(zhuǎn)速的增大,磨機成品粒徑對數(shù)的標準差變大??赡艿脑蚴?,隨著磨盤轉(zhuǎn)速的增大,更多的物料被更快地粉磨,成品中細顆粒含量增加,使成品粒徑分布幅度增大,導(dǎo)致成品粒徑對數(shù)的標準差變大。第二階段,隨著磨盤轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大,磨機成品粒徑對數(shù)的標準差增大到一個峰值,在此之后,隨著磨盤轉(zhuǎn)速的增大,磨機成品粒徑對數(shù)的標準差持續(xù)變小。可能的原因是,當磨盤轉(zhuǎn)速超過一定閾值,很多物料沒有被充分粉磨就進入成品,同時磨盤轉(zhuǎn)速的加快使料層厚度難以保持,要保持料層厚度不變,就需要增大喂料量,而僅僅增加磨盤轉(zhuǎn)速對提高粉磨效率的作用已到達極限,更多未經(jīng)充分粉磨的物料進入成品,由此導(dǎo)致成品粒徑對數(shù)的標準差變小,最終將趨近于喂料粒徑對數(shù)的標準差。
由此可見,磨盤轉(zhuǎn)速存在一個最佳中間值,實際操作中,應(yīng)將其調(diào)整到一個合適范圍內(nèi),使成品粒徑對數(shù)的標準差達到最佳。
需要注意的是,磨盤轉(zhuǎn)速、料層厚度、輥壓力等參數(shù)是協(xié)同影響立磨成品粒度分布的。另外,立磨成品粒度分布還受到原料粒度、強度、摩擦因數(shù)和密度等因素影響。因此,在實際立磨操作中,需要綜合考慮這些因素,調(diào)節(jié)到最優(yōu)工藝狀態(tài),并進行實際監(jiān)測來驗證效果。
筆者利用 LGM/LGMS380 立磨試驗臺做了立磨粉磨的開路試驗,根據(jù)試驗結(jié)果計算出每組成品粒徑對數(shù)的平均值與標準差。依據(jù)微粉碎產(chǎn)品粒徑對數(shù)符合正態(tài)分布的理論,分別用成品粒徑對數(shù)的平均值和標準差與磨盤轉(zhuǎn)速、料層厚度、輥壓力做了回歸計算,得到其回歸方程并論證其合理性,從而證明可以通過調(diào)整立磨操作參數(shù),實現(xiàn)對立磨成品粒度分布特征的精準控制。
目前國內(nèi)對立磨成品粒度分布與立磨參數(shù)之間關(guān)系的研究大多處于經(jīng)驗層面,筆者則通過試驗及回歸分析在二者之間構(gòu)建了理論公式,指出立磨成品粒度分布與磨盤轉(zhuǎn)速、料層厚度、輥壓力之間的非線性關(guān)系。立磨參數(shù)存在一個最佳中間值,且所有參數(shù)是協(xié)同對成品粒度分布發(fā)生影響的,這些將有助于立磨的精準選型和操作。