淺談TRPTRP輥壓機及生料系統

馬秀寬，張士東，石國平

淺談TRPTRP輥壓機及生料系統

Discussion on The TRP Roller Press and Raw Material System

馬秀寬11，張士東22，石國平11

1 前言

目前在水泥領域應用的生料粉磨系統主要有以下三種形式：球磨機系統、輥磨系統、輥壓機終粉磨系統。上世紀80年代中期問世的輥壓機，是一種比較理想的節能粉磨設備，可以單獨或與球磨機組成多種系統用于各種物料的粉磨，因節能效果顯著，得到較快的發展。輥壓機生料終粉磨系統全部成品由輥壓機產生，取消了球磨機，因此節能幅度更大。

2 生料輥壓機終粉磨技術的基本情況

輥壓機終粉磨系統比其他粉磨系統節能的主要原因在于輥壓機系統中的“選粉-烘干-風掃”用風風量和阻力比其他粉磨系統低，即通風電耗降低，但是輥壓機系統中提升物料的斗提電耗較高。輥壓機和輥磨本身電耗相當，系統電耗存在2～3kWh/t的差值，折算到熟料為4～5kWh/t，一條5000t/d水泥生產線，每年節約電量約為800萬度。假設原料易磨性中等，統一生料細度，可以估算出輥壓機系統和其他粉磨系統的電耗情況（見表1）。

2.1 國外公司輥壓機生料終粉磨系統

中國的福建三德、江西亞東和四川亞東等廠的原料粉磨均采用德國洪堡公司提供的輥壓機終粉磨系統，其典型的流程如圖1所示。輥壓機布置在樓層上，新物料與出輥壓機物料一起喂入V型選粉機，粗料經提升機送入輥壓機循環擠壓，細料經動態選粉機進一步分選，粗粉回輥壓機系統擠壓，細粉入成品收集系統。

2.2TRP輥壓機生料終粉磨系統

根據生料粉磨的特點和要求，通過詳細調研和分析研究，在TRP輥壓機及TESu選粉機技術的基礎上，開發提出了TRP（R）型輥壓機生料終粉磨系統。

如圖2所示，靜態選粉機與動態選粉機用較短的管道連接，降低了系統阻力，烘干能力顯著增強,利用窯尾廢氣可烘干最大原料水分8%；動態選粉機的改進更加有效地控制了成品粗顆粒的含量R200μm＜1.0%，改善了生料的易燒性。

該系統的另一特點是輥壓機布置在地面上，出輥壓機（見圖3）和出V型選粉機（見圖4）各設一臺提升機，可以降低廠房高度，降低提升機的要求，方便設備檢修（見表2）。

表1 不同生料輥磨系統電耗比較,kWh/t

圖1 洪堡輥壓機生料終粉磨系統流程

圖2 TRP輥壓機生料終粉磨系統流程

3 TRP輥壓機的設計理念

中材裝備集團（原TCDRI）對輥壓機的研究工作始于上世紀80年代中期，1988年參與引進了洪堡公司的輥壓機制造技術，90年代后期著手大規格輥壓機的開發設計，目前可以提供各種型號的輥壓機裝備和各種規模的系統配置（見表3），還可提供水泥行業以外的輥壓機裝備技術服務，滿足不同物料的粉磨需求。

3.1 輥壓機的直徑

早期的輥壓機穩定性較差，主要原因之一是輥徑較小，對物料粒度的適應性差，當年引進技術的最大輥壓機規格為?1150mm×1000mm。輥徑越大，對粗顆粒物料的適應性越強，料餅厚度越大。通過數學推導（見圖5），可以得出輥壓機處理的最大物料粒徑和料餅厚度與輥徑之間的關系為：

物料粒徑：dmax≈0.06D，實際生產按95%＜0.03D控制

料餅厚度：S2≈0.02D

因此，TCDRI從1997年開始組織大直徑輥壓機的裝備開發，確定最小輥徑為?1200mm，輥徑系列為? 1400mm、?1600mm、?1800mm、? 2000mm、?2200mm、?2400mm。

3.2 輥壓機的寬徑比

輥壓機的寬徑比是指壓輥的寬度與直徑的比值。自輥壓機應用以來，寬徑比就有兩種設計思路，一是以洪堡公司為代表的大寬徑比，直徑較大的輥壓機寬徑比有可能超過1.0，如?1700mm×1800mm，Koppen (庫本)公司的輥壓機寬徑比一般＜1.0；二是以伯利休斯公司為代表的小寬徑比，該值一般＜2/3，如? 2000mm×1300mm。同球磨機規格一樣，為了滿足各種系統能力的配套要求，相同直徑的輥壓機可能有不同寬度的規格。

圖3 TRP輥壓機三維圖

圖4 生料選粉機三維圖

表2 輥壓機生料終粉磨系統配置*

表3 TRP系列輥壓機*

圖5 輥壓機工作原理示意圖

分析認為，對于一定直徑的輥壓機來講，寬徑比越大，邊緣效應越小，即輥間料層處于壓力滑動區未被充分擠壓的物料比例越小，擠壓效果越好，但是壓輥越寬，越容易產生壓輥偏斜，對液壓系統調節性能的要求就越高；相反，寬徑比越小，邊緣效應越明顯，但是壓輥偏斜量較小，運行相對穩定。

另外，小寬徑比的輥壓機沿寬度方向呈三角形受力，最大壓力值是平均壓力的2倍左右；而大寬徑比的輥壓機沿寬度方向呈梯形受力，其最大壓力是平均壓力的1.5倍左右。后者顯然對輥面的均勻磨損更有利。

隨著輥壓機規模的大型化發展及節能水平最大化的要求，則輥壓機的規格能力越大越好。然而輥壓機的直徑不可能無限加大，直徑太大會帶來制造、運輸、檢修等問題，經研究確定最大輥徑為?2400mm。為了滿足大通過量的要求，同時考慮到液壓技術的進步，確定最大寬徑比按1.0考慮，同時每種直徑的輥壓機可以有不同的寬度。

3.3 輥壓機的壓力

在過去的25年中，輥壓機技術在各個方面得到了長足的發展，主要包括傳動裝置、耐磨處理、液壓技術、控制系統和設計參數等。其中，擠壓力的設計也經過了從大到小的演變。

定義單位壓輥投影面積所受的壓力為輥壓機的擠壓力，單位為kN/ m2。洪堡公司最早的輥壓機即第一代輥壓機（1992年以前）擠壓力設計值為10000kN/m2，第二代輥壓機（1992年～1997年）降到9000kN/m2，第三代輥壓機（1997年以后）又降到7000kN/m2以下。

TCDRI在試驗系統上對多種物料進行了擠壓試驗，尋求合適的擠壓力是試驗的目的之一。實踐證明，擠壓力過高，能量利用率則會下降，而且機械故障增加；適宜的擠壓力可以得到最佳的粉碎效果，優化機械設計，配置合理的液壓系統。我們進行的半工業試驗證明：對于熟料來講，擠壓力為5000～7000kN/m2效率最高；在低循環負荷以新料為主時，壓力可以適當高一些；在高循環負荷以循環物料為主時，壓力可以低一些。由此可見，擠壓力與采用的系統流程有關。生料用輥壓機的擠壓力也可低一些。總之，擠壓力的合理使用是為了保證輥壓機更好地運行，從而保證獲得更高的系統產量。

3.4 輥壓機的線速度

壓輥的線速度是決定輥壓機的通過量和動力消耗的重要參數之一，在一定范圍內與兩者均成線性關系（見圖6）。

但是輥速過快，一方面可能導致設備振動，引起運行失穩；另一方面，可能導致壓輥表面與料層之間的相對滑動，加劇輥面的磨損，而且此時輥壓機的通過量與線速度不成比例。

輥速過慢，物料可能來不及被擠壓就通過輥間，擠壓效果下降。而輥壓機的通過量下降，要達到一定的通過量，輥壓機的規格就要做得較大。

TRP的輥壓機線速度定在1.4～2.2m/s之間。

3.5 輥壓機配置

（1）輥子采用優質合金鋼經大型水壓機（8000～10000t水壓機）鍛造。煉鋼時采用鋼包二次精煉（真空脫氣），按大型鍛件探傷標準JB/ T5000.15-1998Ⅲ級標準探傷（高于國標的Ⅱ級）制造。

（2）主軸承采用四列圓柱滾子軸承配合雙向推力軸承的形式，受力合理，易于密封，承載能力遠遠大于調心滾子軸承。軸承內外圈采用電渣重熔滲碳鋼G20CrNi4，性能可靠，使用壽命長。

圖6 壓輥速度與通過量及電耗的關系

表4 系統參數

表5 主機配置

圖7 生料粉磨系統操作畫面

4 TRP 生料輥壓機運轉實例

中國國內某廠3200t/d生料輥壓機系統運行情況見表4、表5。

系統經過較短的調試后即達到220t/h的產量，經過操作優化，窯磨聯動后，系統可穩定運行在260t/h左右，細度合格，質量穩定，系統電耗為12～14kWh/t。圖7是該系統的典型操作畫面。

5 結語

水泥生產線的規模越來越大，對設備的規格能力要求越來越高，輥壓機的運輸、節能效果越來越顯著。從機械結構方面分析，輥壓機比輥磨簡單，其操作壓力遠高于其他幾種料床粉磨設備，系統流程相對復雜。但伴隨著企業對節能帶來的經濟效益的重視，生料輥壓機終粉磨將成為生料粉磨系統設計時考慮的重要方案之一。

（3）高度集成的液壓系統。

（4）調整靈活的喂料裝置。

（5）先進的智能潤滑系統。

（6）減速機、電機等高端配置。

[1]柴星騰,石國平.生料輥壓機終粉磨系統技術介紹[J].水泥技術,2012,(2).■

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2012-05-31；編輯：呂光