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大中型高效筛分磨的特点分析

浏览次数: 日期:2005年6月21日

大中型高效筛分磨的特点分析

 

熊焰来 杨铁燕 合肥水泥研究设计院 (230051)

 

1 高效筛分磨的工作原理
  高效筛分磨是近年来发展起来的一种先进的、用于球磨机增产节能的新技术,它的工作原理类似于国外的康毕登磨 (Combidan) 和国内的微介质磨、高产高细磨,都是通过在磨内安装带有筛分装置的隔仓板和使用小钢段 ( 微介质 ) 来实现增产节能的,只是高效筛分磨在隔仓板、衬板、出料装置、筛分装置上作了更进一步的改进与优化,使其更可靠、耐用、效果也更佳。特别是在大、中型磨机上的使用,效果尤为突出。
  高效筛分磨和康毕登磨这类技术,其技术经济效果均主要来源于微介质和筛分装置,综合两者的特点具有相得益彰的效果。在球磨机内,由于筛分装置的作用,可以很快将粗磨仓内的符合要求的细粉送入细磨仓,粗磨仓内的细粉含量相对减少,粗颗粒含量相对较多。根据粉磨速度方程:

( 1 ) 

  ( 1 )式表明,粉磨速度 ( 粉磨过程中粗物料随时间减少的速率 ) 随磨内粗粒物料含量 W(D) 的增大而增大。这样,筛分装置的加入将使粗磨仓内的粉磨速度 ( 效率 ) 增加。也可以这样认为,筛分装置就象一台选粉机一样,它能分离出合格粒度的物料,磨内筛分装置的设置相当于将一台磨外的选粉机移至磨机内部。从而可以减少粗磨仓中的过粉碎现象,提高粗磨仓的效率。
  对于细磨仓来说,由于筛分装置的限制,粗粒不能进入细磨仓,细磨仑中的物料粒相对较少。在细磨的过程中,小颗粒物料的单颗粒粉碎所需的能量很少,但由于单位体积内小颗粒物料的数量 ( 个数 ) 非常大,此时,对细磨起决定性作用的已不再是冲击力的大小,而是冲击或研磨次数的多少。普通球磨机用于细磨仓的钢段规格一般为 Φ 25~35mm ,这对于物料的细磨来说显得太大。其使用的结果,一方面由于单位重量的研磨体个数少,冲击次数较少,使粉磨效率低;另一方面,由于大量的冲击能不能被有效利用,造成能量过剩,能量在物料颗粒上的积聚,使得磨内出现糊段、物料结团等恶劣状况。特别是成品需要磨得较细时更是如此。要提高研磨体的冲击次数,最简单的办法就是减少研磨体的直径,采用微介质。例如,采用 Φ 8 × 8 的微段,其个数达到 318820 个 / 吨,是 Φ 30 × 35 钢段个数的 6l.5 倍。所以,采用微段后,细磨仓中的冲击次数会大幅度增加。但是,要使微介质能充分发挥作用,保证形成有效冲击 ( 研磨 ) ,一方面微介质的尺寸要合适;另一方面要严格限制进入细磨仓中的物料粒度,否则适得其反。笔者对此曾进行试验,当磨内分别装入 5% 、 10% 的不能被钢段磨碎的大颗粒物料时,磨机的粉磨效率将分别降低 10% 和 20% 。可见,严格限制细磨仓中的物料粒度是筛分装置使用微介质的重要、有效的保证。
2 大中型高效筛分磨的特点分析
  近些年来,以内筛分和微介质为特征的球磨机在我国推广应用了不少厂家。一般说来,这类技术在小型磨机上的应用都是成功的。但对于大、中型磨机来说,有的厂家应用得很好,有的厂家则没有收到很好的效果。笔者认为,这主要是由于大中型磨机的许多特点不同于小磨机所致,可概括为以下几方面:
2.1 筛分能力与磨机产量
  根据托瓦洛夫公式,磨机的产量 Q 为:

≈ 0.184 DiV n φ( 6.16 - 5.75 φ)· q (2)

  当物料特性、磨机填充率及磨机长径比确定后,式 (2) 可以简化为:

  Q K 1 X D i 3.5 ( K 1 为常数 ) (3)

  即磨机的产量 Q 与磨机直径 D i 的 3.5 次方成正比。
  磨机内部的筛分装置,一般都是安装于隔仓板上的,筛分面积 S 决定于隔仓板的面积 S i ,隔仓板的面积 S i 。所以筛分面积 S 可简化为: S K 2 · Di 2 ( K 2 为常数 ) 。筛分能力的大小取决于筛分面积 S ,而磨机所要求的筛分能力就是磨机的产量 Q ( 指开流磨 ) 。这样,单位筛分面积所要求的过料量 Q ( K 3 为常数 ) 。
  上式表明,单位筛分面积要求的过料量与磨机直径的 1.5 次方成正比,磨机直径越大,要求的过料能力越强。磨机直径增大时,筛分能力的增加远远落后于磨机产量的增加,此时,筛分能力不足的矛盾就显露出来了。如前所述,有些水泥厂的较大直径的磨机应用内筛分技术时,没有达到应有的效果,筛分能力不足就是其中一个重要的原因。因此高效筛分磨技术对这一问题给予了足够的重视和采取了相应的措施。因而在大中型磨机上推广应用中成功地解决了筛分能力不足与高产的矛盾。
2.2 滞留带与活化衬板

  球磨机内的研磨体必须产生运动才能对物料进行冲击与研磨,冲击与研磨的能量主要是由衬板提带研磨体所获得。衬板将运动传给紧靠衬板的第一层研磨体,该层研磨体在运动的同时再将运动传给第二层研磨体。研磨体依次向纵深传递运动的过程中,必然会产生相对运动,传递的速度将一层层地减弱下去。如果研磨体的层数非常多,在磨内必然存在一部分研磨体无法获得能量而处于静止不动的状态,这部分研磨体区域即形成滞留带,如图 1 。从而对粉磨的质量和效率构成影响。
  国外专家的研究认为,当球径小于磨机直径的 1/80 时,磨内将有滞留带存在。换言之,若要使磨内不产生滞留带,球径应大于磨机直径的 1/80 。例如: Φ 3.0m 的球磨机,最小球径应不小于 × 300mm = 37.5mm 。
  有关装入钢段的细磨仓中的滞留带,国内研究不多,报道也较少。笔者认为,在装入钢段的细磨仓中的滞留带也是可能存在的,条件为当钢段规格小于磨机直径的 1/ ( 180~200 )时,就有滞留带存在。这一比例系数要远小于钢球的比例系数。我们可以这样直观地分析,钢段是长条形的,钢段的层与层之间存在着较多的镶嵌、夹带作用,因而钢段之间的相对滑动要比钢球与钢球之间的相对滑动小得多。根据这一假设推算,当钢段为 Φ 25mm 时,产生滞留带的磨机直径将达到 4.5m~5.0m ,这样大的磨机在我国应用不多,因而滞留带的问题也不太容易引起重视。
  但是,对于采用微介质的磨机来说,这一矛盾将变得非常突出。一般而言,微段的最小规格为 Φ 8~l0mm ,当磨机直径大于 2.0m 左右时,将会产生滞留带。而且磨机直径越大滞留带也越大。
  假设,细磨仓中装入的钢段直径为 10mm ,磨机运行时,研磨体处于泻落状态,磨机截面的研磨体分布呈弓形。研磨体从磨机筒体向中心一层层地有序排列,层与层之间的研磨体不发生交换与转移。研磨体的填充率为 30% 。根据以上假设与泻落状态的运动动力学推算 ( 推导计算过程从略 ) ,可以得出,不同规格的磨机使用微段时滞留带所占的比例如表 l 。
            表 l   不同规格的磨机使用微段时滞留带所占的比例

磨机直径 D i m

4.0

3.8

3.5

3.0

2.6

2.4

2.2

2.0

1.8

滞留带所占比例%

36.5

33.9

29.5

21.0

13.1

8.9

4.7

1.0

0

  从上表可以看出,对于直径在 2.4m 及以上的磨机,滞留带的影响是相当大的,直径为 3.5m 的磨机将达到 30 %。这些大规格的磨机,在应用微段时,如果不消除磨内的滞留带,将会使磨机产量降低,磨机主电机电流也会降低。而对于直径在 2.0m 以下的磨机,则几乎没有形成滞留带。这就是小型磨机应用微介质容易成功的原因。
  为了消除大中型磨机中的滞留带,我们设计了一种活化衬板与高效筛分磨技术配套。它的原理是在衬板上设计一种突起装置,伸入滞留带内。随着磨机的转动,活化衬板便将滞留带打散破坏,从而使全部微段都产生能量并参与粉磨。实践证明,活化衬板对消除滞留带是非常有效的,从而解决了大中型磨机中滞留带过大这一技术难题。
3  高效筛分磨应用实例
  
高效筛分磨由于在筛分装置、料段分离装置、磨机衬板等方面进行了优化与改造,具有使用稳定可靠、操作简单、易损件寿命长、增产节能效果显著等优点。因而在开流水泥磨上的应用获得成功。在目前推广的几十家水泥厂,无一例失败。
3.1 柳州水泥厂
  柳州水泥厂湿法分厂,由于粘土资源枯竭,被迫使用砂岩配料,致使熟料质量下降,熟料易磨性变差。为保证水泥质量,只得将水泥细度控制得更严。由于易磨性的改变和细度的严格控制,导致磨机产量大幅度下降,粉磨电耗和生产成本上升。
  1994 年,采用高效筛分磨技术对一台 Φ 2.5 × 14m 开流水泥磨进行了改造,产量由改造前的 21.5t/h 提高到 29.2t/h ,增产 35.85% ;主机电耗由 36.4kwh/t 降为 21.5kWh/t ,节电 23.6% 。由于改造效果显著,该厂将其余 3 台同规格磨机进行了高效筛分磨改造。
  3. 2 广西黎塘水泥厂
  黎搪水泥厂为华新窑配用 Φ 3 × 11m 开流水泥磨。由于加强管理,窑的能力年均达 27t/n ,具备年产 25 万吨普通水泥的能力,但水泥磨产量只有 30~32t/h ,窑磨能力失衡,成为全厂生产最薄弱的环节。该厂采用筛分磨技术对水泥磨进行技改后,磨机产量由 31.7t/h 提高到 42.lt/h ,增产 32.8% ,主机电耗由 36.3kWh/t 降至 28.0kWh/t ,节电 22.9% 。
  3.3 湖北黄冈水泥总厂
  湖北黄冈水泥总厂的水泥磨的规格为 Φ 2.6 × 13m ,生产矿渣水泥的产量为 28.0t/ h 。由于窑的能力富余,只得提高水泥磨的运转率加以平衡。采用高效筛分磨技术后,月统计产量达 35.7t/h ,增产 27.5% 。主机电耗从 33.2kWh/t 降到 25.2kWh/t ;节电 24.1% ,解决了改造前一直存在的磨机运转率过高以至维修无时间的这一老大难问题。
4  
  
高效筛分磨技术的应用表明,内筛分与微介质的综合作用具有相得益彰的效果。在大中型磨机上应用时,应充分注意筛分能力的提高和滞留带的消除。高效筛分磨技术易操作、维修少。特殊的高效率筛分隔仓板和具有激活滞留带研磨体的活化衬板,有效地消除了大、中型球磨机滞留带的形成,在大、中型磨机上的应用是成功的,增产节能效果显著,值得在开流水泥磨生产中推广应用。

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