礦渣微粉系統中大型立磨選粉機的研究與設計

李瑞鵬+李紹銘

摘 要：大型立磨是礦渣微粉生產中的主要裝置，集細磨、篩選、烘干、物料傳送、選粉、收集等工序于一體。選粉機是用來將大型立磨碾碎的粉體進行分選的設備，主要對水泥生料、廢料礦渣等進行粉磨和分選，是與大型立磨密切相關的一種分選裝置。重點對選粉機系統進行了研究，分析了影響選粉機產品產量和產品細度的因素，并根據顆粒流體力學分級理論知識，推導出了關于選粉機產品產量和產品細度的計算表達式。

關鍵詞：礦渣微粉系統；大型立磨；選粉機；流體力學

中圖分類號：TQ172.6+3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.073

目前，我國用于碾磨水泥生料、廢料礦渣的大型立磨都依賴進口，雖然有部分配件國內可以自主研發，但磨機的關鍵部件，比如磨輥、選粉機、電機等仍需進口。國內雖有研究院研發出了粉磨水泥生料、廢料等大規格的立磨，但效果并不是很好，所用的選粉機的分選效果也很差，并且成品的細度也不好調節。因此，為了完全擺脫依靠進口的局面，許多研究院所和國企單位在借鑒國外先進技術的基礎上正在努力研發具有較高性能的選粉機。

1 立磨工藝流程介紹

礦渣粉磨系統主要由輸料站、皮帶傳送機、選粉機、斗式提升機、收塵器、磨輥和成品庫等組成。物料場的廢料礦渣經取料機和皮帶傳送機進入緩沖存儲倉；存儲倉下面設有定量給料秤，廢料礦渣經計量秤由皮帶傳送機進入鎖風閥，然后通過順流管進入磨輥輥盤中心；在離心力的作用下，旋轉磨盤上的物料礦渣向外運動，形成一定的料層厚度，接著進入粉磨區域被磨輥碾碎；未碾碎的物料在離心力作用下被甩到磨盤周邊的風環中，碾碎的物料被快速上升的熱氣流卷入上部的選粉機進行分選，并將其物料烘干；合格的細粉隨熱氣流進入收粉器。收粉器收集的細粉為成品，隨提升機進入均化庫儲存。同時，被選粉機選出的粗粉重新落到磨盤中進行碾壓，未被熱氣流帶走的物料經由磨機下面的順流裝置排出立磨，然后經外循環斗式提升機送入專用除鐵器。除鐵后的礦渣再次跟隨新料一起入磨進行碾壓。

2 影響產品產量和產品細度的因素

大型立磨選粉機的主要功能是將磨碎后物料中達到一定粒徑的粉磨顆粒及時選出。由于選粉機的功能只是選粉，因此，需要將選粉機與立磨系統作為一個整體來研究。選粉機是立磨系統的重要組成部分，是提高系統運轉效率、保證產品質量的關鍵，正確選擇和使用選粉機，了解影響選粉機產品產量和產品細度的因素，并在生產過程中對這些影響因素進行合理控制，對提高生產效率具有十分重要的意義。

2.1 喂料濃度和選粉濃度

喂料濃度是指單位通風量內進入選粉機的物料量，而選粉濃度是指單位通風量內進入選粉機的成品量。喂料濃度與選粉濃度是兩個不同的概念，但二者密切相關。

2.2 轉子轉速

對產品產量和產品細度影響最大、最直接的因素是選粉機的轉子轉速。由于受到許多未知因素的影響，產品細度的理論計算與實際生產差別很大，因此，如何控制產品細度成為企業面臨的一個難題。

3 選粉機設計分析和計算

3.1 顆粒流體力學分級的基本概念

顆粒流體力學分級大致有三種，即固體顆粒通過流體的固態化（在重力作用下且水平流動的流體中運動）、固體顆粒通過流體的流態化（在重力作用下且垂直流動的流體中運動）和粉磨狀顆粒飄浮于氣流中（在重力作用下且旋轉的流體中運動）。

3.2 分離粒度的計算和分析

細粉和粗粉數量相等時的粒徑即為“分離粒度”。在礦渣微粉生產中，用比表面積來表示粒度，物料越細，比表面積越大。分離粒度與比表面積成反比，在離心力場的作用下，選粉機粉體顆粒主要受到兩個力的作用，即粉體顆粒在旋轉時產生的剩余離心力Fu和在徑向方向上受到的氣流阻力Fr。在這兩個力的作用下，選粉機完成物料的分級。

從選粉機內分體顆粒的受力情況分析，當轉子的回旋顆粒做旋轉運動時，切向分速度為Vu，產生的浮力和離心力的差值為Fu，顆粒從切線方向進入轉子的高速上升氣流中，并由中間管道排出。同時，回旋顆粒在做旋轉運動時，保持向心分速度Vr不變，高速氣流對粉體產生推力，粉體運動時，高速氣體對其產生了一個阻力Fr。相關計算公式為：

3.3 選粉機的產量計算

選粉機自身分選物料的能力即為選粉機的生產能力，它區別于立磨系統的產量，但二者密切相關。比如，當選粉機的選粉能力滿足不了系統的產量要求時，就會影響到生產效率，甚至可能導致整個系統停機。通常，選粉機的通風量被認為是高效選粉機的主要參數，其生產能力可按下式計算：

4 總結

根據顆粒流體力學分級的理論知識和粉體顆粒在旋轉氣流中的受力情況，我們推導出了選粉機產量、粉體顆粒分離粒徑的計算表達式。其中，分離粒徑是被控變量，其大小與風量、轉子轉速、旋轉所受阻力等參數有關。實際中，我們通常是在分離粒徑明確的情況下進行設計的，通過反推求出轉子的額定轉速，并通過調整分離粒徑來調節產品細度。另外，需要注意的是，選粉機的產量和選粉機處理物料的能力是兩個不同的概念，處理物料的能力與喂料濃度相關；在計算選粉機產量時，應該用選粉機的選粉濃度來計算。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕