物料特性對輥壓機聯合粉磨系統的影響（上）

衡瓊枝,李洪,李洪雙

物料特性對輥壓機聯合粉磨系統的影響（上）

衡瓊枝,李洪,李洪雙

本文結合實例從粒度大小、粒度分布、物料水分、固有特性、所含異物等方面，分析了物料對輥壓機聯合粉磨系統的影響。認為只有適宜的物料特性，才能保證高的粉磨效率和高的運轉率。針對各物料特性，從工藝和操作兩方面提出了相應的應對措施。

輥壓機;聯合粉磨系統;物料特性

1 引言

輥壓機作為粉磨系統節能降耗的首選設備之一，在水泥和生料粉磨方面得到廣泛應用，目前已發展出預粉磨系統、混合粉磨系統、部分終粉磨系統、聯合粉磨系統和終粉磨系統，并且在優化系統參數、提高設備性能和降低維護工作量方面日趨成熟，但很多企業在生產過程中卻忽略了物料對輥壓機粉磨系統的影響，不僅導致臺時產量低，甚至對設備造成不可修復的損壞。本文以某設計研究院的A型輥壓機聯合粉磨系統為例，針對物料特性對系統的影響進行分析，并提出相應的應對措施。

2 輥壓機聯合粉磨系統概述

該聯合粉磨系統工藝布置如圖1所示，其主要特點是設計了一種新型的動態渦流選粉機，可將輥壓機循環粉磨部分和管磨循環粉磨部分有機地結合為一體，采用單主風機作業，在保證產品質量的前提下，最大限度地提高系統產量；從另一方面講，該系統也可看作部分終粉磨系統的特殊形式，可最大限度地減少過粉磨現象。

3 物料對輥壓機聯合粉磨系統的影響

在輥壓機聯合粉磨系統中，很多企業僅注重系統參數調節，而忽略了對系統設備良好運行有直接影響的物料特性，無論該系統中的輥壓機、管磨機，還是選粉機，都對物料有特定要求，而這些要求主要包括粒度大小、粒徑分布、物料水分、固有物性及所含異物等，當物料狀況較差時，其粉磨、選粉效果均差，設備運行不正常，系統產量大減。

3.1 粒度大小

物料粒度是粉磨的主要特征之一，可通過單體顆粒和群體顆粒兩方面進行衡量。粉磨系統中輥壓機的嚙入角決定了喂入物料單體顆粒粒度不能過大，過大將直接導致該顆粒卡在兩輥之上發生重復性摩擦，直到粒度減小到嚙入角要求范圍內才能通過，該重復性摩擦占用了物料正常通過粉磨區域的空間，大量功耗被浪費，同時，過粗的顆粒被壓碎時，能量急劇釋放，即為單顆粒粉碎而非料床粉磨，將直接導致能耗損失。另外，輥壓機上部喂料溜子處的手動棒閥中間通常有一支撐，單體顆粒過大時，極易在此卡住、搭橋，導致單側下料并產生偏輥等問題。群體顆粒偏大，輥壓機輥縫變大，但成餅率降低，即粉磨效率變差，使輥壓機與V型選粉機組成的圈流部分循環負荷變大，產量降低。長期群體大顆粒喂料，機體振動加劇、跳停，可能導致地腳螺栓斷裂、輥面磨損加速、定位銷彈出、喂料斜插板變形，甚至主軸承和減速機損壞。相關研究表明[1]，一般95%以上的粒度應該小于輥徑的3%，個別最大的粒度也不宜大于輥徑的5%。

圖1 聯合粉磨系統工藝布置圖

喂料粒度也不宜過小，群體粒度過小，粉體流動性好，難以形成穩定料床，特別是途經輥縫壓力區時快速通過，導致輥縫偏小，循環負荷增大，大循環的粉體顆粒粒徑介于成品與適宜輥壓粒徑之間，如果在V型選粉機內得不到高效分選，將會累積于輥壓機上方稱重小倉，成為沖料的直接誘因；同時，因為棒閥難以有效控制細粉料流流量，非料床粉磨效率及成品率低，也將影響臺時產量。另一方面，群體粒度偏小，顆粒間微間隙增多，即堆積密度降低，氣體填充率增加，當該含氣物料經過高壓粉磨區域時堆積密度急劇降低，粒間氣體聚集成泡而得不到有效釋放，最后破裂導致輥壓機產生激振，過大的激振易造成液壓缸漏油和主軸承損壞。因此，＜5mm的顆粒含量不應高于50%。

如A廠使用的A型聯合粉磨系統在投料初期即出現因粒度過大而頻繁偏輥，后來清空輥壓機上面喂料小倉，發現有大塊物料卡于棒閥支撐一側上（如圖2所示），此側物料搭橋、越集越多，從而產生單側下料、頻繁偏輥的后果。B廠使用的該系統，因粒度過大、喂料裝置斜插板插入過深，導致超限大顆粒無法進入兩輥間，卡在斜插板與定輥之間進行初破碎，由于斜插板及其上的電動執行器強度有限，以致執行器殼體整體斷裂，如圖3所示。

3.2 粒度分布

粒度分布包括頻率分布與累積分布，直接反映各級顆粒粒度級配狀況。輥壓機聯合粉磨系統中，若顆粒級配分布不均，特別是出現粒徑偏差過大的多峰和群體顆粒粒徑偏小并交雜個別大顆粒時，極易導致在大顆粒擠開兩輥的同時發生細粉沖料，致使輥壓機功率出現非周期性波動。同時，若顆粒級配曲線兩端存在較高波峰，即極大顆粒和極小顆粒含量過高，在途經斗提、皮帶、溜子、V型選粉機、輥壓機上部喂料小倉的輸運、下料過程中，易產生物料離析，特別是輥壓機上部進料溜子、V型選粉機與小倉布置形式、V型選粉機入口和配套翻板閥設計、安裝不合理時，離析現象最為嚴重。物料離析的直接后果是導致粒徑在空間與時域上分布不均。其中，空間分布不均主要表現在沿輥子軸向不均，輥縫偏差大，糾偏頻繁并引起輥子及軸承軸向受力，嚴重時可能產生串軸（或串軸承座）現象并損壞主軸承；時域上分布不均主要表現為“沙漏”形式，即經過兩輥之間的物料時多時少，輥縫時大時小，系統難以穩定，輥壓機功率成周期性波動，當然，若沿時域本身喂料不均也會產生類似狀況。另外，上述存在的輥壓機非周期和周期性波動，都可能使輥壓機機體產生劇烈振動并對液壓系統元件造成損壞。因此，適宜的粒度分布，即保證物料基本均勻的前提下，讓少量細顆粒散布于粗顆粒之間，增加物料密實度，是提高成餅及粉磨效率的必要條件。據相關資料介紹[1]，入輥壓機物料平均粒徑控制在20mm以上，并主要分布于35～45mm之間，可取得較好的粉磨效果。

圖2 卡在棒閥處的大粒徑顆粒

圖3 因大顆粒損壞的喂料裝置

圖4 輥壓機功率變化狀況

圖5 物料粒度對比狀況

如C廠使用的A型聯合粉磨系統，在燒成系統未投產時使用外購熟料，由于該熟料為粉料夾雜個別大塊，導致輥壓機功率存在明顯的周期性波動，當燒成系統投入使用后，該現象立刻消失，系統運行平穩。圖4為該系統轉換物料時輥壓機動輥電機功率的波動狀況，圖5為前后所使用物料粒度對比狀況。

3.3 物料水分

物料水分包括結晶水和表面水，影響輥壓機聯合粉磨作業的部分主要為表面水。表面水過高，導致物料進入壓力區后粘結在一起，大顆粒被粘性小顆粒包圍，緩沖作用明顯，粉磨效率下降，嚴重時甚至可能出現粘輥。為保證輥壓機能有效形成料餅，上部喂料小倉需提供足夠的倉壓，因此常設計成倒錐形，高的倉壓和倒錐形料倉使得水分偏大的物料易于在此起拱、堵料，從而下料斷續，穩定性變差。同時，由于輥壓機無烘干功能，僅通過V型選粉機內的熱風很難達到理想的烘干效果，而V型選粉機本身為靜止設備，靠折流葉片之間形成的沖擊效應和流變區慣性效應完成打散分級，若物料水分過高，很容易產生團聚、附壁，分級效果差，從而大量細顆粒混同粗顆粒返回輥壓機再次擠壓，增大了循環負荷，過粉磨現象嚴重，不利于輥壓機做功。通常，輥壓機聯合粉磨系統各設備風量均按工況設計，若物料水分過高，易造成風溫偏低、密度和粘度偏大，從而系統空氣阻力變大，在達標達產階段可能出現動態渦流選粉機和系統風機超流。若過濕的物料進入后續球磨，還可能粘于襯板、鋼球和卸料倉，造成飽磨。另一方面，若物料水分過低，細顆粒含量偏多，粉體流動性就好，輥間嚙合角小，難以形成料餅，易造成沖料。因此，為提產、降耗，據相關資料介紹[1]，物料綜合水分應低于1.5%，最好控制在0.8%～1.3%之間較為適宜。

3.4 固有物性

對粉碎粉磨過程具有顯著影響的物料固有特性主要包括易磨性、物料配比和顆粒形貌等。易磨性表示物料粉磨難易程度的特性，輥壓機作為典型的高壓料床粉磨設備，易磨性好壞對粉磨效率和輥面磨損有直接影響，易磨性差，物料產生微裂紋少，成品率低，加速硬質輥面磨損、脫落，圖6為易磨性較差時產生的輥面麻點。對于脆性易磨物料，輥壓機能取得較好的粉磨效果，輥面磨損均勻、發亮，且無明顯麻點、凹坑，使用壽命達8000h以上，而混入粘性物料后，成品率迅速下降。通常，當熟料為黃心料、飛沙嚴重或冷卻不佳時，化學成分以C2S和C3AF含量居多，易磨性差。

水泥粉磨過程中，可能的物料配比包括熟料、石膏、石灰石、礦渣、粉煤灰、凝灰巖、油母巖、鋼渣、水渣、煤矸石等，各成分本身和配比均會影響輥壓機粉磨效率，一般石灰石、石膏、油母巖和粉煤灰等具有助磨、洗磨作用，可提高輥壓機聯合粉磨系統產量，而熟料、礦渣、鋼渣等粉磨性能差，添加量合適，具有填隙作用，摻和量過高，系統產量迅速降低，因此其比例不應大于50%。如D廠使用的A型輥壓機聯合粉磨系統，在使用表1所示物料配比并折算到相同比表面積時產量存在如下區別。

表1 物料配比對產量的影響

顆粒形貌對輥壓機的擠壓、選粉機的分選效果也會造成影響，滿足一定粒徑區間的球狀顆粒密實度低，粉磨效果較好，而形狀不規則的物料易帶入氣體，成餅率低，粉磨效果差。另外，由于動態選粉機、V型選粉機分選顆粒切割粒徑一般是基于球形顆粒計算的，因此形狀不規則的顆粒易產生誤選，分級效率低，tromp曲線不合理，所生產水泥需水量、坍落度高。

3.5 所含異物

圖6 輥壓機輥面麻點

圖7 輥壓機輥面小凹坑

圖8 輥面大面積剝落

圖9 輥面鋼球所壓凹坑

作為高壓粉磨設備，輥壓機堆焊輥面通常由打底層、過渡層、硬質層和堆焊條紋組成，其中硬質層與堆焊條紋硬度普遍＞HRC60，韌性相對較差，一旦有大塊高硬異物進入，易造成輥面局部凹坑或硬質層塊狀崩落，若產生深度微裂紋，在疲勞應力作用下，甚至可能出現輥套的整體碎裂。較小且不規則的硬物容易在輥面磕出多面凹坑（螺栓、大螺母、小鐵塊等），如圖7所示。當凹坑分布擴散，就可能在之間形成微裂紋，粉料擠入裂紋，使其進一步深入，輥面硬質層開始出現塊狀脫落，工況進一步惡化，成片狀剝離（如圖8所示），不僅導致輥面失去耐磨功能，且沿輥子軸向、徑向受力不均，振動加大、粉磨效率很低而無法使用。當然，過大的硬質塊進入兩輥之間（如渦流動態選粉機和V型選粉機耐磨葉片、錘破的篦條和錘頭、鏟車的鏟齒等），更會造成輥面硬質層直接大塊脫落，因此必須避免。另外，水泥磨內的硬質球（高鉻鑄球、鎳硬合金球、高錳鋼球等）因其硬度很大，一旦進入輥面，就可能造成明顯的球狀凹坑（如圖9所示），成為輥面剝落的重大隱患。另一方面，異物尺寸過大而不能通過兩輥之間時，會引起長期偏輥，是造成液壓系統元件和傳動系統損壞的主要原因之一，甚至還可能出現意想不到的事故。

表2 碰輥后輥面情況

圖10 動輥碰撞端

圖11 定輥未碰端

如D廠使用的A型聯合粉磨系統，在投料試運轉期間，發生罕見的碰輥事故，打開輥罩對輥面進行檢查，輥面情況如表2所示。

根據表2分析，碰輥可能是有一大塊硬質異物進入非碰撞側，因液壓缸行程限制而無法從兩輥間通過（通過該側存在的溝槽和此后運行中的硬質層掉塊判斷），導致該側輥縫一直偏大，同時，按照控制要求所寫輥壓機控制程序加、減、泄壓條件優先級也存在問題，相應碰撞側輥縫急劇減小，強制沖擊致機械限位擋塊脫落，造成碰輥。

（未完待續）

The Influence of Material Characteristics on Roller Press Combined Grinding System(Ⅰ)

HENG Qiong-zhi,LI Hong,LI Hong-shuang
(Tianjin Cement Industry Design and Research Institute Co.,Ltd,Tianjin 300400,China)

Combined with examples,the influence of material characteristics,including particle size,particle size distribution,moisture,inherent properties,foreign matter and others,on the roller press combined grinding system were analyzed.It is concluded that only appropriate material can guarantee high grinding efficiency and running rate.For various material characteristics,corresponding measures are provided from process and operation perspectives.

Roller press;Combined grinding system;Material characteristics

TQ172.639

A

1001-6171（2011）02-0047-04

2010-12-08； 編輯：沈 穎