LXZM46礦渣立磨機的研制

徐鴻鈞，夏候洪波，姜 銳，葛 延，姜永濤

(1．中國重型機械研究院有限公司，陜西 西安 710032;2．日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276806)

1 前言

高爐礦渣是高爐煉鐵過程中排出的副產品。具有較高的潛在活性，將其單獨粉磨至一定的細度后，混合制成水泥或直接替代部分水泥，可使礦渣的活性得到充分發揮。因此，礦渣粉最重要的應用是等量替代混凝土中的水泥和生產綠色合成水泥。

目前我國礦渣的總體利用水平不高，大部分都是和熟料一起磨制成水泥，由于其易磨性差，混合粉磨不能很好發揮其潛在水硬活性，因此在某些方面影響水泥和混凝土的性能，會出現諸如水泥早期強度下降、凝結時間延緩、抗凍性能差、以及干縮率加大等問題。若將礦渣單獨細磨至比表面積400 m2/kg以上，作為水泥混合材或混凝土摻合料可明顯優化水泥和混凝土的性能。

立磨作為高效節能的粉磨設備，已成功在水泥行業得到廣泛的應用。立磨設備集烘干、粉磨、分級多重功能于一體，體積緊湊，單機生產能力大，適應礦渣水分高達10%，采用負壓操作，無粉塵外逸，生產噪音只有85 dB(A)，單位礦渣微粉產品的電耗僅為50～60 kW·h/t，所以立式磨終粉磨工藝在礦渣微粉生產線中被積極選用。當前國內使用的大型立磨機基本上從日本或德國引進，費用高昂。一條年產60萬t礦渣微粉的生產線，其投資額達到7 000萬元以上，有的甚至超過1個億。國產礦渣立磨比進口礦渣立磨價格低2 000～3 000萬元，礦渣立磨因其高效、節能、環保的性能必將有廣闊的發展空間。中國重型機械研究院有限公司在對國外先進的礦渣輥式磨深入調研分析的基礎上，研制出了具有自主知識產權的LXZM46礦渣立磨機。

2 粉磨工藝流程及主要設備

2.1 礦渣粉磨系統工藝流程(圖1)

礦渣原料由卡車從煉鐵廠運至堆場存放。經過過濾，其含水量≤15%后，由行車或裝載機投至受料槽，通過皮帶機輸送至水渣庫;再由定量給料機定量給磨機上料。物料輸送過程中要經過除鐵器和金屬探測儀，以除去礦渣中的金屬顆粒。

礦渣通過鎖風閥進入立磨，在磨盤上被碾磨成微粉，同時被磨盤甩出，經熱風烘干并隨熱氣流進入選粉機分選，細度不合格的粉料回磨再次粉磨，合格的微粉隨氣流進入袋式收塵器被收集，收集后的微粉通過空氣斜槽輸送至成品庫內。

部分不能通過選粉機的粉末和金屬顆粒通過回料鎖風閥進入回料系統，經過斗提機提升到磨機上方，提升的返料經過除鐵器除鐵后再次進入立磨碾磨。

成品庫內微粉經羅茨風機的均化處理，通過散裝機進行裝車或裝船。整個工藝流程如圖1所示。

圖1 礦渣粉磨系統工藝流程圖

2.2 LXZM46立磨機的工作原理

主電機通過減速機帶動磨盤恒速轉動，物料通過喂料閥經溜槽落到磨盤中央，在離心力的作用下甩向磨盤邊緣并受到磨輥的擠壓、剪切、沖擊作用而粉碎和研磨，粉碎后的物料從磨盤的邊緣溢出，被來自導風環高速向上的熱氣流帶起并烘干，中細顆粒物料被氣流帶到高效選粉機內，中顆粒物料經分離后返回到磨盤上，重新粉磨;細粉(成品)則隨氣流從磨機上部出磨，在布袋除塵器中收集下來，即為產品。

沒有被氣流帶起的粗顆粒物料及金屬塊，溢出磨盤后經過除鐵器被斗提機提升，經過再次除鐵重新喂入磨機，再次擠壓粉磨，直至達到粒度要求。

3 LXZM46礦渣立磨機

3.1 主要技術參數

中國重型機械研究院有限公司研制的LXZM46礦渣立磨主要技術參數見表1。

表1 LXZM46礦渣立磨主要技術參數

3.2 主要結構

立磨由選粉機、磨輥、磨盤、加壓裝置、搖臂、主減速機、電機、殼體等部分組成，其結構如圖2所示。

圖2 LXZM46礦渣立磨結構簡圖

3.3 技術特點

(1)采用平磨盤和錐形磨輥、2+2的結構形式，結構簡單，能使物料得到充分研磨，單位能耗比普通立磨更加節能，同時便于安裝及調整。

(2)磨輥軸線與水平面成15°夾角，檢修時可將磨輥翻出磨機外，維修、更換輥套、襯板，磨機檢修空間大，檢修作業十分方便快捷，其中一個磨輥故障也可以運行，不致停機。

(3)布料方式采用中心點布料，使磨機內料層更為均勻;開機前無需在磨盤上布料，且磨機可以帶載啟動，解決了開機難的問題。

(4)磨輥采用液壓緩沖、電氣保護和機械限位裝置，避免磨機直接與磨盤接觸和因斷料而產生的劇烈振動。

(5)采用新型多重磨輥密封裝置，并配密封風機氣體密封，完全將輥軸、透蓋與磨腔內含塵氣體隔離。密封效果好、壽命長。

(6)磨輥軸承采用新型高效強制循環潤滑油潤滑，實時檢測，散熱效果明顯，提高了軸承的可靠性和壽命。

(7)采用高壓液壓站，壓力調節范圍大，可適用不同礦渣原料。

(8)完善的控制工藝，先進的電器原件，能對設備運行工藝參數實時監控。并能實現故障診斷和自我保護。

(9)采用新一代高效動靜態選粉機，變頻調速，便于調節成品的細度。

(10)高度模塊化設計，充分實現機件的可互換性，通過更換極少的零部件能滿足不同物料的粉磨要求，同時減少庫存，提高維修效率。

4 立磨機優化設計

4.1 有限元設計方法的應用

立磨機是大型裝備，其載荷大、工況惡劣、結構復雜，傳統的設計計算方法很難對復雜構件進行精確的應力、變形計算。通過有限元分析軟件，可以精確獲得結構的應力，變形數據和位置。在LXZM46立磨的整個設計過程中，大量應用有限元分析方法對立磨主要部件進行計算和優化。優化后相比多家國內外同類產品其質量更輕，同時結構達到非常優異的力學性能和可靠的使用壽命。LXZM46立磨的關鍵部件有限元分析結果如圖3所示。

4.2 高可靠性的磨輥

磨輥是立磨機的核心部件，粉磨過程中磨輥軸承受較大的工作力的同時還有振動和熱應力等存在，設計必須保證搖臂和轉輥的力學可靠性。

(1)磨輥軸承采用雙列圓錐+圓柱的組合方式，保證高徑向承載能力的同時克服軸向力對軸承使用壽命的影響。同時采用一端固定一端浮動的軸承定位方式，以補償因熱和應力變形對軸承的影響。采用國際知名品牌，軸承的設計壽命12萬h以上。

(2)對軸承的支撐點和支撐跨距精確計算合理布局。設計中深入分析磨輥的受力情況和受力位置，借助三維軟件，找出軸承的最佳受力位置 以提高磨輥的力學性能。

圖3 立磨有限元分析

(3)合理的潤滑是軸承正常使用的必備條件，考慮到磨輥使用中會產生大量的熱，同時環境溫度較高＞200℃。設計使用稀油循環潤滑，采用虹吸式回油方式，穩定磨輥內油位，保證了軸承的冷卻和潤滑。

(4)可靠的密封。磨輥處在高粉塵環境，因密封磨損污染潤滑油造成軸承失效的生產事故時有發生。設計中采用雙層油封加氣封的復合密封方式，能很好的阻止粉塵進入磨輥。

(5)磨輥采用鑄造+堆焊結構。該結構外硬芯軟，能很好地抵抗表面磨損和沖擊力，同時磨損后的磨輥能多次修復，提高了使用壽命，降低了成本。

4.3 高性能主傳動減速機

中國重型機械研究院有限公司傳動研究所為該磨機配套了主傳動減速機，具有承載能力高、傳動效率高、工作可靠、結構緊湊、尺寸小、重量輕等技術特點，具體特點如下:

(1)采用一級格里森弧齒齒輪與兩級行星輪傳動組合的傳動形式，實現大速比。其中兩級行星傳動構成雙輸出機構，第一級行星輸出約30%的扭矩，第二級行星輸出約70%的扭矩，實現了扭矩分流;

(2)在第二級行星傳動中采用柔性銷技術，實現了載荷均載;

(3)齒輪采用高性能的優質低碳合金鋼和高精度的齒輪加工技術;

(4)大型圓形靜壓軸承技術;

(5)采用高低壓一體化液壓潤滑系統。

5 結束語

鋼鐵工業產生的粒化高爐礦渣和鋼渣是工業渣中水硬膠凝性最好的冶煉渣，可用于水泥工業混合材料、配燒水泥熟料及生產鋼渣礦渣水泥等。礦渣立磨因其高效、節能、環保的性能必將有廣闊的發展空間。隨著設備的國產化，投資成本將大大降低，生產能力和礦渣的利用率將有更大的提高。對水泥工業節能降耗、降低成本、減少二氧化碳排放、減少工業企業排渣占地及環境污染都有非常重要的意義。

［1］ 王仲春，曾榮．水泥粉磨工藝技術及其進展［M］．北京:中國建材工業出版社，2008．

［2］ 陳紹龍，張朝發．水泥生產破碎與粉磨工藝技術及設備［M］．北京:化學工業出版社，2006．

［3］ 喬彬．水泥工業粉磨系統節能增產技術百例［M］．北京:化學工業出版社，2009．