1 前言
玻璃纖維的主要化學(xué)成分是SiO2、Al2O3、CaO等，引入這些成分的原材料主要是葉蠟石，我國葉蠟石儲量豐富，為國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)玻璃纖維奠定了資源優(yōu)勢。隨著池窯等先進技術(shù)的引進，玻璃纖維生產(chǎn)在窯爐方面已突破了產(chǎn)能提高的瓶頸，使國內(nèi)企業(yè)從生產(chǎn)到技術(shù)都跨上新的臺階，具備了規(guī)模優(yōu)勢。但是葉蠟石粉磨制約著該行業(yè)發(fā)展，之前，粉磨葉蠟石的主要設(shè)備為雷蒙磨，臺時產(chǎn)量只有1t左右，效率低、能耗高、產(chǎn)品粒度難于控制。如何大幅度提高葉蠟石粉磨的產(chǎn)能，節(jié)能降耗成為玻璃纖維大規(guī)模生產(chǎn)必須解決的技術(shù)難題。
HRM型立式磨是合肥水泥研究設(shè)計院在廣泛吸收國外先進技術(shù)、總結(jié)國內(nèi)外立式磨應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上研發(fā)出的一種烘干兼粉磨的高效節(jié)能設(shè)備。它既有萊歇磨可翻輥檢修的優(yōu)點，又具有MPS磨輥套可翻面使用壽命長的特點。集細碎、烘干、粉磨、選粉、輸送為一體，具有粉磨效率高、電耗低、烘干能力大、產(chǎn)品細度易于調(diào)節(jié)、工藝流程簡單、占地面積小、噪音低、無粉塵污染、磨耗低、檢修方便、運行可靠等優(yōu)點。上述優(yōu)點已在水泥生料粉磨、煤粉制備、脫硫用石灰石粉制備等過程中所證實。泰山玻璃纖維股份有限公司鑒于HRM型立式磨的優(yōu)秀業(yè)績，確定合作研制10t/h級葉蠟石粉磨系統(tǒng)，公司負責(zé)系統(tǒng)工藝，研究院負責(zé)葉蠟石粉磨的磨機開發(fā)。
2 設(shè)備設(shè)計方案
雙方確定，磨機粉磨葉蠟石的產(chǎn)量≥8t/h，細度為葉蠟石微粉粒度達到45μm(99%通過)，單位產(chǎn)品能耗明顯低于雷蒙磨。為使新型設(shè)備滿足此要求，我們首先研究了葉蠟石的物理特性，了解到它為層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，常呈鱗片狀、葉片狀或致密塊狀集合體，測試了它的邦德功指數(shù)，為設(shè)備設(shè)計提供物料特性數(shù)值。我們以磨制水泥生料的HRM1700 立式磨為原型，研制磨制葉蠟石的HRM1700X型立式細磨機，對原來同規(guī)格型號的生料磨作如下內(nèi)容的修改設(shè)計：①傳動系統(tǒng)；②磨盤襯板和磨輥輥套的形狀設(shè)計；③分離器的新結(jié)構(gòu)設(shè)計；④耐磨材料的選擇。
3 設(shè)備結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)
立磨工作原理：利用磨輥對磨盤上的物料進行擠壓，并依靠氣流和分離器將符合細度要求的顆粒帶出磨外，經(jīng)收塵器收集而成為成品；在立磨內(nèi)部，氣流中粒度較大的顆粒在重力作用下，重新落回磨盤進行粉磨(這個過程要進行多次，才能使其細度達到要求)。
葉蠟石立式細磨的設(shè)計建立在水泥生料立磨的基礎(chǔ)上，雖然同屬料床粉磨原理，但由于磨制不同的物料，其特性的差別對運行效果有很大的影響。對于粉磨葉蠟石來說，如何穩(wěn)定料床、減少振動、提高粉磨效率是該設(shè)備設(shè)計的核心內(nèi)容。圍繞這些關(guān)鍵問題對上節(jié)確定修改設(shè)計的內(nèi)容選擇合理的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)。
3.1 技術(shù)參數(shù)
粉磨物料: 葉蠟石；磨盤中徑1700mm；磨輥直徑1400mm；寬度460mm；磨輥數(shù)量2個；傳動功率400kW；產(chǎn)量10～15t/h；產(chǎn)品細度100目100%通過，200目99.9%通過，325目(45μm)99%通過；成品水分＜1%。
3.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)
立式磨由分離器、殼體、磨輥磨盤、傳動臂、傳動裝置、機架、加壓裝置、限位裝置等幾部分組成，設(shè)備結(jié)構(gòu)詳見圖1。主要修改設(shè)計簡述如下。
(1) 傳動系統(tǒng)。
立磨的主傳動系統(tǒng)是指磨盤、主減速機、主電動機等三大部分，磨盤的轉(zhuǎn)速將是我們探討的重點之一。立式磨粉磨物料，是由磨輥多次滾壓和磨削落在磨盤上的物料，磨盤轉(zhuǎn)動的同時，物料受離心力的作用而外移，磨盤的轉(zhuǎn)速決定了物料在磨盤上的運動速度和停留時間,磨盤轉(zhuǎn)動愈快，物料外移的速度也愈快，難磨的物料可能因尚未磨到合理的細度而移送出磨盤外，從而使產(chǎn)品達不到要求的細度和粉磨效率低下；反之，過粉磨也會使粉磨效率低下。磨盤轉(zhuǎn)速不同亦同樣會造成磨盤上物料間相互摩擦力和運動軌跡的不相同。要提高粉磨產(chǎn)品的細度和磨機的粉磨效率，磨盤轉(zhuǎn)速必須和物料的被粉磨速度相平衡和匹配，因此不同的磨機結(jié)構(gòu)和粉磨不同物料的磨機磨盤轉(zhuǎn)速是不相同的。
過高的K 值會導(dǎo)致磨盤上料流速度較快，不利于料床的形成。由于葉蠟石原料粒度較小，成品水分和細度要求較高，造成磨盤上物料的流動性較好，不易形成料床，為增加其在磨盤上的停留時間，首先要降低磨盤的轉(zhuǎn)速。為此，我們進一步研究了國外著名立磨磨制水泥生料和礦渣的情況及葉蠟石和礦渣在特性方面的差別與共同點。國際上著名的立磨在粉磨水泥生料和礦渣時的K 值數(shù)據(jù)見表1。
礦渣和葉蠟石在化學(xué)成分及Bond功指數(shù)上相差不大，都在20～25kW/t范圍內(nèi)，只是葉蠟石的成品細度要比礦渣要求的高。因此我們設(shè)計的葉蠟石立式磨的K值也要象磨礦渣那樣采用比生料磨的K 值小10%～20%，葉蠟石立磨的磨盤轉(zhuǎn)速比同類型同規(guī)格的生料磨要低15%左右，確定磨盤轉(zhuǎn)速為29r/min。
(2) 磨盤襯板和磨輥輥套的設(shè)計。
葉蠟石超細粉磨時磨盤上物料中含有更細的1～40μm微細顆粒，生產(chǎn)時由于氣流原因?qū)е铝洗驳奈锪虾写罅繗怏w，即所說的料床已有流態(tài)化的趨勢，使立磨不能有效地嚙入大量的顆粒群，造成輥輪的滑動或輥前堆積。磨盤上物料細粉多摩擦力和接觸面之間的摩擦力很小，流動速度很快，料床很薄，僅有少量物料流進入有效的碾磨區(qū)域，使得操作不穩(wěn)。以上這些現(xiàn)象導(dǎo)致磨輥的陷落、滑動、振動等惡性后果。解決此問題，一方面要求磨盤上的物料在進入碾磨區(qū)域前必須進行部分排氣，從而使磨輥、磨盤可較順利有效的碾磨物料。另一方面要有效地阻滯物料，調(diào)整磨盤上擋料環(huán)的高度，降低磨盤上物料的運動速度，達到磨機穩(wěn)定運行。
葉蠟石的磨輥采用輪胎型，一方面是為了避免磨輥工作面的邊緣磨損效應(yīng)，可翻面再使用，延長了使用壽命，另一方面也是基于我們在超細重鈣、超細煤系高嶺土等方面所取得的成熟的應(yīng)用經(jīng)驗，以及德國Krup Plysius AG的RM型礦渣磨和日本Kobe Steel的OK型礦渣熟料磨的成功應(yīng)用范例。但是在磨輥及襯板的幾何設(shè)計尺寸方面，輪胎型磨輥的弧面趨于陡，利用單輥自行準(zhǔn)備料床的原理控制料床減少振動。磨輥內(nèi)側(cè)，輥盤間隙大，形成料床準(zhǔn)備區(qū)，料床松散；磨輥外側(cè)，輥盤間隙小，料床進一步密實，形成高效粉磨區(qū)。在整個粉磨過程中，即使成品比表面積很大，也能做到平穩(wěn)操作，振動小。磨輥與襯板合理配合見圖2。
(3) 分離器的新結(jié)構(gòu)。
分離器的主要功能是將合格的物料及時分離出來。選擇適合葉蠟石立式磨分離器(高效組合式選粉機)，重點考慮選粉區(qū)域部分以及顆粒運動的控制，盡可能限制磨內(nèi)出現(xiàn)的無規(guī)則運動量，我們調(diào)整了動態(tài)轉(zhuǎn)子與導(dǎo)向葉片的間距、動態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、導(dǎo)向葉片片數(shù)和幾何尺寸、并且對轉(zhuǎn)子采用氣封，能有效地避免大顆粒進入成品，從而降低循環(huán)負荷，提高研磨效率。分離器中物料分離見圖3。
經(jīng)過破碎的不同品位的粒狀葉蠟石儲存在各自的碎石倉中，倉下裝有閥門和控制配料比例的調(diào)速電子皮帶秤，各皮帶秤按系統(tǒng)的需要把一定量的葉蠟石卸出，除鐵后經(jīng)斗式提升機、鎖風(fēng)用的回轉(zhuǎn)葉輪給料機喂入立磨內(nèi)，在立磨內(nèi)通過磨輥和磨盤的相對運動而產(chǎn)生擠壓、碾磨成粉體。粉體通過磨內(nèi)選粉裝置選粉，合格的粉體隨磨內(nèi)的氣流帶出磨外，被高濃度袋收塵器收集為成品，粗顆粒落到磨盤上繼續(xù)粉磨。根據(jù)碎石的原始水分含量，磨內(nèi)通風(fēng)可采用自然風(fēng)或通入由熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)，使原料帶入的水分蒸發(fā)，保證產(chǎn)品含水率在1%以下。為提高立磨的粉磨效率，在磨內(nèi)選粉內(nèi)循環(huán)的基礎(chǔ)上，工藝布置采用了能把磨機吐渣由系統(tǒng)設(shè)備返回的設(shè)計，通過調(diào)整吐渣返回量可以提高粉磨效率，并能延長磨輥及磨盤的壽命。收塵器收集的葉蠟石粉成品經(jīng)輸送裝置送入葉蠟石粉倉，以備使用。
(4) 耐磨材料選擇。
對于粉磨Bond功指數(shù)大于20的原料來說，立式磨磨輥、磨盤上的耐磨材料均采用現(xiàn)場再生補焊修復(fù)技術(shù)，不僅是解決生料立式磨保持良好工作狀態(tài)問題，更重要的是要大幅度提高材料利用率，節(jié)約資源、降低勞動強度、提高設(shè)備及工藝系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率。
磨輥和磨盤襯板磨損比較嚴(yán)重,磨損只發(fā)生在一個有限區(qū)域內(nèi)，利用檢修期間對輥套磨損區(qū)進行表面修復(fù)，堆焊過程自動在磨外或磨內(nèi)完成。
4 工藝系統(tǒng)和運行效果
4.1 工藝流程
葉蠟石粉磨工藝系統(tǒng)流程見圖4，簡述如下。
經(jīng)過破碎的不同品位的粒狀葉蠟石儲存在各自的碎石倉中，倉下裝有閥門和控制配料比例的調(diào)速電子皮帶秤，各皮帶秤按系統(tǒng)的需要把一定量的葉蠟石卸出，除鐵后經(jīng)斗式提升機、鎖風(fēng)用的回轉(zhuǎn)葉輪給料機喂入立磨內(nèi)，在立磨內(nèi)通過磨輥和磨盤的相對運動而產(chǎn)生擠壓、碾磨成粉體。粉體通過磨內(nèi)選粉裝置選粉，合格的粉體隨磨內(nèi)的氣流帶出磨外，被高濃度袋收塵器收集為成品，粗顆粒落到磨盤上繼續(xù)粉磨。根據(jù)碎石的原始水分含量，磨內(nèi)通風(fēng)可采用自然風(fēng)或通入由熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)，使原料帶入的水分蒸發(fā)，保證產(chǎn)品含水率在1%以下。為提高立磨的粉磨效率，在磨內(nèi)選粉內(nèi)循環(huán)的基礎(chǔ)上，工藝布置采用了能把磨機吐渣由系統(tǒng)設(shè)備返回的設(shè)計，通過調(diào)整吐渣返回量可以提高粉磨效率，并能延長磨輥及磨盤的壽命。收塵器收集的葉蠟石粉成品經(jīng)輸送裝置送入葉蠟石粉倉，以備使用。
5 結(jié)論
HRM1700X葉蠟石立式細磨的運行效果說明，與雷蒙磨相比，單機生產(chǎn)能力提高了10倍，滿足了玻璃纖維生產(chǎn)需要的葉蠟石粉磨大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需要，同時，單位產(chǎn)品能降和設(shè)備消耗比雷蒙磨粉磨系統(tǒng)降低40%以上。近來，浙江省桐鄉(xiāng)玻纖建設(shè)了9條采用此設(shè)備的葉蠟石粉磨生產(chǎn)線，亦取得良好的業(yè)績。此設(shè)備的大范圍推廣，必將促進玻璃纖維生產(chǎn)企業(yè)迅速提高企業(yè)規(guī)模和節(jié)能減排降耗。
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