四輥MLK3450型礦渣立磨的開發(fā)與應(yīng)用

楊勁松　景蔚然　李煒煒　于明　李純鑄

摘要：最近幾年，新建的礦渣制粉企業(yè)開始普遍采用年產(chǎn)60萬噸的礦渣微粉生產(chǎn)線。四輥MLK3450型礦渣立磨是與之相配套的立磨產(chǎn)品。文章重點(diǎn)介紹了開發(fā)MLK3450型礦渣立磨過程中的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和投產(chǎn)運(yùn)行情況。

關(guān)鍵詞：四輥礦渣立磨；礦渣微粉；立磨設(shè)計(jì)；礦渣制粉企業(yè)；投產(chǎn)運(yùn)行 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ172 文章編號：1009-2374（2015）03-0050-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0217

四輥MLK3450型礦渣立磨集礦渣的烘干、粉磨、選粉可將煉鐵所得的副產(chǎn)品“礦渣”粉磨為比表面積達(dá)420m2/kg的超細(xì)礦渣微粉產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)產(chǎn)量達(dá)90t/h，與目前市場需求較多的年產(chǎn)60萬噸礦渣微粉生產(chǎn)線相配套。其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，本文著重介紹該型號立磨的設(shè)計(jì)開發(fā)和投產(chǎn)運(yùn)行情況。

1 四輥MLK3450礦渣立磨主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

立磨的主參數(shù)包括磨輥直徑、磨盤外徑、磨輥寬度、磨盤轉(zhuǎn)速、筒體直徑、磨盤瓦襯板的曲率半徑、磨輥的曲率半徑以及分離器的直徑和高度等。磨輥從三個(gè)大輥?zhàn)優(yōu)樗膫€(gè)小輥并不像聽起來那么簡單，這意味著磨機(jī)碾磨機(jī)構(gòu)的完全變化。磨機(jī)的主參數(shù)已經(jīng)不能再通過以往三輥立磨設(shè)計(jì)所得的經(jīng)驗(yàn)來推導(dǎo)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)重新分析各個(gè)設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系從而找出最佳的參數(shù)組合。以磨盤和磨輥的曲率半徑設(shè)計(jì)為例：相對于三輥礦渣立磨而言，四輥礦渣立磨的輥?zhàn)又睆胶蛯挾榷甲冃×?，而磨盤的碾磨直徑?jīng)]有變化。為了彌補(bǔ)輥?zhàn)幼冃?dǎo)致的產(chǎn)能損失，就要加大輥?zhàn)拥那拾霃綇亩岣叩V渣通過磨輥碾磨區(qū)的速度，但是過大的曲率半徑又會導(dǎo)致磨盤與磨輥之間的楔形碾磨區(qū)產(chǎn)生壓力釋放從而降低碾磨效率。又例如受到輥?zhàn)幼冃〉挠绊?，四輥礦渣立磨的主支臂懸臂長度會有所增長，主支臂增長以后不但會導(dǎo)致該零件重量的增加還會提高主支臂銷子處的應(yīng)力水平。反之，如果主支臂的懸臂長度過短，會導(dǎo)致立磨主支架的結(jié)構(gòu)過于緊湊，給檢修立磨減速機(jī)帶來困難。為了解決各個(gè)設(shè)計(jì)變量之間的矛盾，找出設(shè)計(jì)空間中的相對更合理的設(shè)計(jì)變量，設(shè)計(jì)過程中采用了自編設(shè)計(jì)程序與變量草圖相結(jié)合進(jìn)行反復(fù)試算的方法完成了礦渣立磨的主參數(shù)方案設(shè)計(jì)工作。如圖2。

2 關(guān)鍵承載部件的設(shè)計(jì)

四輥MLK3450型礦渣立磨的關(guān)鍵承載部件包括主支臂、加載臂、主支臂銷和磨輥主軸。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，先初步設(shè)計(jì)出個(gè)各主要部件的結(jié)構(gòu)尺寸并采用Solidworks軟件建立起三維模型，再結(jié)合有限元分析的結(jié)果對原模型做適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，最終確定各關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)尺寸。

根據(jù)MLK3450型礦渣立磨的實(shí)際工作情況，確定了兩種惡劣工況：

工況一：正常工作狀態(tài)，設(shè)料層厚度為10mm，張緊液壓缸達(dá)到最大拉力。

工況二：極端工作狀態(tài)，無料層，機(jī)械限位裝置作用承擔(dān)液壓缸最大拉力。磨輥部在垂直平面內(nèi)的力學(xué)模型如圖3所示。

根據(jù)該力學(xué)模型和相關(guān)的已知條件即可建立起XY平面內(nèi)的力學(xué)平衡方程，如下：

各主要部件的具體受力計(jì)算工作可采用我公司自主開發(fā)的“礦渣磨設(shè)計(jì)實(shí)用程序”來完成，磨輥部的程序計(jì)算結(jié)果如圖4所示：

對關(guān)鍵承載部件的有限元分析采用了ANSYS Workbench 14.5軟件來完成。

工況一：正常工作狀態(tài)，設(shè)料層厚度為10mm，張緊液壓缸達(dá)到最大拉力，此時(shí)立磨主支架的應(yīng)力分布情況如圖4所示，此工況下主支架的最大應(yīng)力為82.7MPa，應(yīng)力最大的點(diǎn)位于主液壓缸的銷孔處，主支架所用材料為Q235A，則此時(shí)主支架的安全系數(shù)為2.81。

工況二：極端工作狀態(tài)，無料層，機(jī)械限位裝置作用承擔(dān)液壓缸最大拉力，此時(shí)立磨主支架的應(yīng)力分布情況如圖6所示，此工況下主支架的最大應(yīng)力為123.7MPa，應(yīng)力最大的點(diǎn)位于機(jī)械限位裝置與主支架本體的接觸處，此時(shí)主支架的安全系數(shù)為1.90。

此工況下主支架焊接的變形狀態(tài)如圖7所示，主支架的最大變形量約為2mm。

對MLK3450型礦渣立磨磨盤座的分析結(jié)果如圖8所示，當(dāng)液壓缸拉力達(dá)到設(shè)計(jì)最大值時(shí)，磨盤座承受壓力達(dá)到最大值，此時(shí)磨盤座的最大應(yīng)力值為35.6MPa，應(yīng)力最大的點(diǎn)出現(xiàn)在磨盤座外緣。磨盤座所用材料為ZG270-500，此時(shí)磨盤座的的安全系數(shù)為7.58。

3 MLK3450型礦渣立磨的系統(tǒng)工藝計(jì)算

完整的礦渣微粉生產(chǎn)線主要包括礦渣輸送系統(tǒng)、礦渣粉磨和成品收集系統(tǒng)、礦渣粉成品存儲系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)，典型的工藝流程如圖9所示：

礦渣粉磨生產(chǎn)線是集礦渣的烘干、粉磨、選粉為一體的全風(fēng)掃系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。假設(shè)生產(chǎn)線的熱源來自于熱風(fēng)爐，則根據(jù)系統(tǒng)熱平衡原理，應(yīng)有如下關(guān)系式：熱風(fēng)爐提供的全部熱量=粉磨系統(tǒng)消耗的全部熱量-粉磨過程產(chǎn)生的熱量。根據(jù)以上基本關(guān)系即可對MLK3450型礦渣立磨的系統(tǒng)工藝參數(shù)做如下計(jì)算：

3.1 必要假設(shè)

受力系數(shù)：取f=1

產(chǎn)量：取mF=100t/h

給料水份：取xFA=15%

殘余水份：取xFR=0.5%

單位功耗：取WmM=30kWh/t

物料入磨溫度：取TMat1=0℃

出磨溫度：取TM2=90℃

3.2 磨機(jī)出口氣體量

3.2.1 磨機(jī)入口氣體量：

取VM1=155000Nm3/h

3.2.2 物料含水量：

=17.06t/h

3.2.3 給料量：

117.06t/h

3.2.4 水蒸氣量：

3.2.5 密封空氣量：

3.2.6 計(jì)算風(fēng)量：

Asp===2.683×10-3m2

V2=3×V1=3×523.6=1570m3/h

3.2.7 風(fēng)量：

V=1750m3/h

3.2.8 風(fēng)壓：

P=7000Pa

因此：V2

3.2.9 計(jì)算風(fēng)速：

UL==54.21m/s

U=50m/s

因此：UL>U

3.2.10 輔助氣體量：

VFa=0.05×（VM1+Vsp+VH2O）

=0.05×（155000+3200+21325）=8976Nm3/h

3.2.11 磨機(jī)出口氣體量：

VM2=（VM1+Vsp+VH2O+VFa）

=（155000+3200+21325+8976）=188501Nm3/h

3.3 磨機(jī)入口熱量

3.3.1 粉磨熱量：

QMah1=WmM×mF×3600×0.85

=27×100×3600×0.85=8262000kJ/h

3.3.2 磨機(jī)出口物料溫度：

TMat2=TM2-△t=90-15=75℃

3.3.3 物料熱量：

QM=mF×1000×cMat×（TMat2-TMat1）

=×0.88×75=6600000kJ/h

3.3.4 水蒸發(fā)熱量：

（1）溶解冰熱：

Q1=mH2OA×335×1000=17.06×335×1000=5715100kJ/h

（2）水熱：

Q2=mH2OA×4.1868×（100-TMat1）=17.06×4.1868×（100-0）×1000=7142681kJ/h

（3）水蒸發(fā)熱：

Q3=mH2OA×2257×1000=17.06×2257×1000=38504420kJ/h

（4）總熱量：

QH2O=Q1+Q2+Q3=5715100+7142681+38504420=51362201kJ/h

3.3.5 磨機(jī)后氣體熱含量：

QGas=VM2×cGas×TM2=188501×1.34×90=22733221kJ/h

3.3.6 熱損失：

QV=0.05×（QM+QH2O+QGas-QMah1）=0.05×（6600000+51362201+22733221-8262000）=3621671kJ/h

3.3.7 磨機(jī)前熱量：

QM1=QM+QH2O+QGas+QV-QMah1

=6600000+51362201+22733221+3621671-8262000=76055095kJ/h

3.3.8 磨機(jī)入口溫度：

TM1===345.5℃

3.3.9 磨機(jī)出口風(fēng)量：

VM22=×VM2

=×188501=251608Bm3/h

3.3.10 磨機(jī)入口風(fēng)量：

VM11=×VM1

=×155000=352811Bm3/h

3.4 磨機(jī)系統(tǒng)壓力損失

3.4.1 磨機(jī)入口壓力：

PM1=-500Pa

3.4.2 磨機(jī)壓差：

△Ps=3700Pa

3.4.3 磨機(jī)出口壓力：

PM2=-4200Pa

3.5 磨機(jī)出口含塵量

3.5.1 磨機(jī)出口粉塵含量：

Z1===397g/Bm3

3.5.2 磨機(jī)出口含水量：

Z2===67.8g/Bm3

4 四輥MLK3450型礦渣立磨的投產(chǎn)運(yùn)行情況

目前，我公司第一臺四輥MLK3450型礦渣立磨已在河北某建材公司順利運(yùn)行，經(jīng)過為期2個(gè)月的調(diào)試，該礦渣立磨的產(chǎn)量可達(dá)125t/h，出磨成品礦渣粉的質(zhì)量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。磨機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的系統(tǒng)壓力維持在10MPa左右，磨機(jī)的水平震動(dòng)2.5mm/s左右，垂直震動(dòng)3mm/s左右，可以說首臺次的MLK3450型礦渣立磨整體運(yùn)行情況良好、穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）