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辊压机及挤压粉磨技术的进展和实践(1)

浏览次数: 日期:2005年6月21日 21:42
辊压机及挤压粉磨技术的进展和实践 (1)

合肥水泥研究设计院 包 玮 王学敏 张永龙
 

1 前言 
  我国辊压机及挤压粉磨技术经过近二十年的研究与应用已日趋成熟,可以说基本解决了应用的一系列关键技术问题,尤其是通过工艺系统的深入研究和主机可靠性的提高,辊压机系统运转率已达到球磨机系统的水平,挤压粉磨的高效节能特点更加充分地以发挥。从1999年至2002年7月间近50条水泥生产线相继应用的效果看,这一技术已成为1000t/d、2000t/d、2500t/d熟料等大型水泥生产线水泥粉磨系统的优选方案。由于辊压机可以和打散分级机、球磨机、选粉机等构成多种粉磨工艺流程,满足不同生产线产品产量和质量的要求,因此,更符合水泥企业实施水泥新标准的要求。本文就此阐述如下,供参考。
  2、辊压机装备技术的研究   
  辊压机在我国已经历十余年的研究与应用,一方面体现出其高效节能的特点,另一方面由于设备的不成熟和我们对其固有特性认识不足,给早期的用户带来维护上的麻烦,使辊压机的推广应用受到较大阻力,其中辊压机辊面的耐磨设计及其修复;辊压机设备的振动;辊压机工艺参数的设计与调整等成为辊压机设备中急待解决的问题。
  2.1 辊压机辊面耐磨技术的研究  
  对于辊压机辊面耐磨技术,国内外各大水泥装备公司均投入大量的资金和精力加以研究,先后开发出整体铸造式、整体堆焊式、堆焊镶套式、硬质合金柱钉式、分块式以及硬质合金烧结式等。其中整体铸造、整体堆焊属于早期技术;硬质合金柱钉式和硬质合金烧结式,因对物料中异物的敏感性强或因造价昂贵,未被广泛使用;分块式辊面由于受力的不合理性,在 1996年以后即被否定;目前从耐磨设计的合理性以及使用、维护、更换等诸多因素综合考虑后,被认为适应强、综合性能最好的是堆焊镶套式。  
  由于堆焊镶套式辊面实现了磨辊母体与辊面耐磨层的分离,因此,就可以使用不同的材料和热处理工艺,以分别满足磨辊主轴的综合机械性能和辊面耐磨堆焊性能的需要。其技术应包括以下几方面:  
  • 根据被挤压物料的物理性能,选择适当的耐磨材料和辊面花纹形式,即新辊面的制造技术;  
  • 辊面使用过程中的现场局部修复技术;  
  • 辊面的现场整体修复技术;  
  • 辊套更换技术。
  2.1.1 新辊面的设计与使用  
  辊压机辊面的磨损为高应力磨粒磨损,所选用的耐磨材料,须综合考虑表面硬度、耐磨性与韧性的有机结合。针对上述情况,开发出新型耐磨焊接材料,这种材料的主要合金元素是铬—钼—钒类型,通过调整碳—铬—钼—钒的不同配比获得具有不同硬度和韧性的堆焊材料,以满足不同抗磨损要求和堆焊层厚度方向上硬度梯度变化的要求,并通过焊前和焊后处理,使辊面在提高耐磨性的同时,确保在使用过程中不出现大面积剥落现象。并且要求这种材料与日后修复使用的现场补焊材料具有良好的相容性。新磨辊的堆焊一般采用药芯焊丝埋弧自动堆焊工艺。  
  多年实践证明,辊面花纹形式对辊面耐磨寿命的影响是较大的。众所周知,磨损的产生须同时具备两个要素,即压力和相对滑动。粉碎物料所需的压力是由被粉碎物料的性能所决定,不可改变,减小物料在挤压过程中与辊面的相对滑动,是减小磨损、延长辊面寿命的有效途径。国内早期使用的“人”字形花纹虽然能够阻止物料的圆周方向滑动,但并未制约对物料在挤压过程中的轴向滑动,尤其在挤压物料颗粒较小如生产新型干法矿渣水泥时,两“人”之间的磨损较严重。因此,目前在 HFCG系列辊压机辊面上广泛采用“棱”形花纹中间加硬质点的耐磨表面,取得了良好的使用效果,图1不同花纹形式的磨辊表面磨损情况;图2为在大连华能—小野田水泥有限公司RPV100—63型辊压机使用HFCG型耐磨辊套的情况。

 2.1.2 辊压机耐磨辊面正常使用过程中的现场局部修复  
  辊压机辊面的局部修复,主要是针对辊面因异物的进入,造成辊面局部脱落进行的。根据损伤深度确定是否修复过度层,耐磨层修复时应与原有的隔离开来,以避免焊接热应力破坏原有的耐磨层,补焊接材料与原有的耐磨层材料应具有相容性,并且具有良好的冷焊性能。此外,修复前的表面清理,包括水泥灰和辊面疲劳层的清理,对辊面耐磨修复的质量起着至关重要的作用。目前辊面局部修复主要采用耐磨堆焊焊条手工修复,也可采用二氧化碳气体保护焊和明弧焊等堆焊方式。
  2.1.3 辊压机耐磨辊面的整体修复  
  辊压机辊面整体修复分为:直接补焊和整体清除后补焊。 针对辊面沿辊宽方向的不均匀磨损和花纹、硬质点的不均匀磨损以及辊面的整体磨损,可以采取上述局部修复的方法进行直接补焊; 在经过了多次直接补焊(一般 5~6次)之后,由于反复承受高压挤压应力作用和焊接微裂纹在每次补焊时的不断扩展,磨辊母体表面会产生一定厚度的疲劳层,若再用耐磨修复焊条直接补焊则会产生从母体层直接脱落,此时,必须对磨辊表面的疲劳层进行彻底清理后,才能再做耐磨堆焊层。疲劳层的清理主要采用碳弧气刨或电熔刨,堆焊即可采用自动堆焊。无论是直接补焊,还是整体补焊都应注意磨辊的圆度误差和两辊直径差不得过大,否则会造成修复后的辊压机水平振动和两磨辊不均匀载荷加大。图3为旧磨辊耐磨表面修复前后的情况。

2.2 辊压机振动控制技术的研究  
  辊压机振动是影响其可靠运行的关键因素之一。辊压机的振动分为活动辊水平振动和辊压机传动系统扭振。活动辊水平振动,会加剧液压缸密封圈的磨损、造成液压系统压力和传动系统扭矩波动加大,增加辊压机水平动载荷,对辊压机运行的可靠性带来不利的影响;传动系统的扭振是辊压机运行过程中极为恶劣的状态,它会造成传动系统零部件的损坏、设备基础酥松,使辊压机和系统无法运行。
  2.2.1 辊压机水平振动的控制  
  辊压机水平振动主要是因为入辊压机物料颗粒过大或颗粒级配波动过大,造成物料对辊压机磨辊的反作用力波动加大。控制水平振动的方法主要有:  
  • 必须控制来料的粒度,满足辊压机对物料最大粒度的要求;  
  • 调整、搭配新来料,尽可能使其物料的颗粒级配趋于均匀;  
  • 适当增加料饼回料或打散分级机粗粉回料,以调整入辊压机的物料颗粒分布,增加物料密实度;  
  • 适当增加液压系统的压力和液压系统弹簧的刚度。
  2.2.2 辊压机传动系统扭振的控制  
  辊压机传动系统的扭振(也有称为气振)产生的原因主要是由于带着气体的大量细粉喂入辊压机,在挤压过程中需要排出大量的气体,造成辊压机磨辊对物料的拉入角非常不稳定,也就使得物料对磨辊的反作用力矩波动非常大,形成辊压机传动系统的扭振。根据研究表明,影响扭振形成的主要因素有:①被挤压物料的细度和颗粒分布;②磨辊表面的花纹高度和形状;③磨辊挤压的线速度。图 4为物料的细度和磨辊线速度对扭振的影响(磨辊花纹形式为“菱”形加硬质点)。   

控制辊压机传动系统扭振的方法主要有:  
  • 适当增加新给料粒度或者减少回料量(包括料饼回料和打散分级机粗粉回料);  
  • 降低辊压机磨辊的线速度,留出挤压过程中的排气时间;  
  • 在辊压机进料装置中增设排气厢,使得料饼中的气体得以及时排出。
  2.3 辊压机主要工艺参数的优化设计  
  由于辊压机高效节能的特性被广泛认同,通过联合粉磨和半终粉磨工艺,已逐步加大了辊压机所承担的粉碎负荷,终粉磨系统则是完全由辊压机来完成粉碎作业。但是,同样的辊压机在挤压大颗粒物料和挤压水泥细粉时的运行状态完全不同,因此,必须根据所需粉磨物料成品的要求以及所选择的粉磨系统来确定辊压机的辊径、辊宽、磨辊线速度和液压系统工作压力等主要工艺参数,具体考虑的原则有以下几方面:(设定辊压机装机功率不变)  
  • 当来料颗粒较大时,应采用辊宽较窄辊压机,以防止传动系统过负荷;  
  • 在要求辊压机系统送出较细的物料时,应适当增加辊宽,降低磨辊转速,以提高主电机的利用率,防止产生气振;   
  • 在挤压细粉时,辊宽加大后,为保证挤压效果必须提高液压系统的工作压力,因此主轴承须重新选型,承载能力需要重新核算; (接"辊压机及挤压粉磨技术的进展和实践-2")

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