球磨機進料裝置的設計

谷德明，石珍明，姜志勇

1 前言

球磨機作為水泥生產中的主機設備之一，在生料、煤粉、水泥制備中都發揮著重要作用，因各家水泥廠的物料情況不同，采用的工藝流程也不盡相同，具體到每臺球磨機所要求的進風量和進料量也不同。如果進料裝置均采用相同的設計，勢必不能滿足每個現場實際的生產需要，所以應根據實際生產情況對喂料裝置進行設計和調整。

2 進料裝置的設計

進料裝置的設計主要包括進料溜管的設計、進風管的設計和進料筒的設計等方面。

2.1 進料溜管的設計

進料溜管的布置方式主要有中心布置和偏心布置兩種（見圖1 和圖2），中心布置的進料溜子可以做成矩形的，這樣可使物料摩擦溜子的一個面而不是一條線，延長溜子的使用壽命，不足之處是減少了通風面積，導致通風阻力增加；偏心布置的進料溜管偏離磨機軸線中心一定距離，具有對進料裝置通風影響小、入磨物料不會被風吹離進料端、烘干效率高等優點。

圖1 中心布置

圖2 偏心布置

設計進料溜管時要考慮溜管的傾斜角度及有效截面積，溜管的傾斜角度要大于物料的自然休止角（見表1），以避免積料。但傾角也不宜過大，否則會導致溜管下部距磨機太遠，易漏料，一般取傾角為60°。

進料溜管的有效截面積可按式（1）計算：

式中：

F——溜子的橫截面積，m2

QM——物料流通量，m3/h

VM——物料流速，1m/s

ψM——溜子填充率，50%～90%

2.2 進風管的設計

進風管主要用于冷熱風及粉塵的輸送，設計時應確保氣流流通通暢，阻力損失最小，氣流流過風管后，應盡量減少粉塵沉積；進風管應有一定的角度，避免物料從進風管漏出。

進風管管道外徑可按式（2）計算：

式中：

D1——管道外徑，m

Q1——風管風量，m3/h

V1——風管風速，18～20m/s

風管風量與磨內風量相同，可用式（3）計算：

式中：

ψA——填充率，%

VA——磨內風速，m/s

DA——磨內有效內徑，m

另外，進風管直徑應盡量與工藝風管直徑相同，避免由于變徑而導致壓力損失，工藝優選管徑如表2所示。

2.3 進料筒的設計

進料筒作為進料裝置的一部分，連接著進料溜管和磨機本體，主要起到進料和密封作用，有螺旋筒和錐套兩種設計類型，如圖3和圖4所示。

圖3 螺旋筒

圖4 錐套

表1 幾種常用物料的自然休止角

其中螺旋筒屬強制進料，不易漏料，但是易磨損，維護成本較高，且螺旋筒的輸送能力較錐套有一定差距；錐套成本較低，使用壽命長，但使用錐套進料，物料由于慣性會沖出一定距離，導致磨機進料口有一段物料比較少，產生無料磨損，浪費一段研磨空間。因此設計時應綜合考慮。

2.3.1 螺旋筒

螺旋筒的外徑D3需與磨機進口腹板配合，內徑D2需與進風管配合，為避免安裝及運行時的干涉，設計時D2需比進風管大10～15mm，D3需比腹板內徑小10～15mm。

螺旋筒的輸送能力為：

式中：

D2——螺旋筒的內徑，m

ψ——螺旋筒的填充率，%

γ——物料容重，t/m3，可按表3選取

n——磨機轉速，r/min

β——螺旋葉片的傾角，°

S——螺旋筒葉片的導程，m

由式（4）可知，螺旋筒的輸送能力與螺旋葉片傾角β及螺旋筒的填充率ψ有關。傾角越小，螺旋筒輸送能力越大，但傾角不能小于物料休止角，否則起不到輸送物料的作用，一般取β=60°。易知，螺旋葉片的高度H越大，填充率ψ越大，進料量越多，但通風面積越小，設計時應平衡螺旋筒的進料能力與通風量的關系。一般H取60～120mm。

螺旋筒的長度L 與輸送能力無關，螺旋筒過長，不僅增加了制造成本，還將增加螺旋筒與筒體聯結螺栓所受的應力，因此在保證密封的情況下，應盡量縮短螺旋筒的長度。

雖然螺旋葉片的頭數與輸送能力不直接相關，但增加頭數可增加物料的實際填充率，也可使剛送入螺旋筒的物料盡快輸送出去，避免漏料，所以采取多頭數葉片有一定的必要性，頭數一般取4～8。

2.3.2 錐套

錐套的小端需與進風管配合，大端需與滑環腹板配合，如圖4 所示。為避免安裝及運行時的干涉，設計時小端直徑D4需比進風管大10～15mm，大端直徑D5須比腹板內徑小10～15mm。

錐套的長度L1越小越好，長度越小，傾斜β1越大，下料越順暢，但長度L1也不能太小，否則會導致進料溜管伸入錐套的尺寸過小，容易導致漏料，一般情況下，β1≥15°。

錐套內部可增加耐磨襯套，磨損時僅更換襯套即可，可延長使用壽命，降低成本。

3 設計實例

表3 物料的容重

表4 4.2m×13m水泥磨不同工藝流程喂料量*

接下來以?4.2m×13m 水泥磨進料裝置的設計為例來簡述一下進料裝置的設計過程。

磨機的進料裝置應滿足其最大喂料量，不同生產工藝，磨機的喂料量也不同，由表4可知，在配輥壓機圈流的情況下，?4.2m球磨機的最大喂料量為770t。

根據式（1），ψM溜子填充率選85%，溜子的有效截面積應為：

溜子的角度選60°。

根據公式（3），球磨機填充率ψA取30%，磨內風速VA取1m/s，磨機有效內徑DA=4.05m。

則磨機所需風量為：

根據式（2），取風管內風速V1=18m/s，可求出風管的最小直徑為：

考慮到一定的富余量，取風管外徑為D1=900mm。

再根據球磨機的填充率ψA=30%，磨機有效內徑DA=4.05m，由繪圖軟件可算出，腹板的內徑應為1 270mm。

若進料筒采用螺旋筒方式，考慮到螺旋筒厚度及安裝間隙，螺旋筒的內徑取1 190mm，葉片高度取120mm?？芍?，在物料不高于葉片高度時，肯定不會漏料，由繪圖軟件可算出此時螺旋筒的填充率ψ=5.3%。取葉片傾角β=60°，熟料容重γ=1.45t/m3，磨機轉速n=15.60r/min，根據式（4），可求出螺旋筒的輸送量：

高于螺旋筒葉片的物料，有一部分被風吹入磨機，這部分的物料量可用式（5）估算：

式中：

Q——螺旋筒的風量，與磨機風量Q1相同

ρ——氣體含塵濃度，取0.002t/m3

故螺旋筒的輸送能力為：

結合表4可知，配輥壓機圈流的生產工藝需要770t/h 的喂料量，螺旋筒的輸送能力237.49t/h＜770t/h，不能滿足使用要求；錐套可視為進料溜管的延長部分，其輸送能力等同于進料溜管的輸送能力，因此在配輥壓機圈流生產工藝下，應該選擇錐套進料。

4 結語

進料裝置是磨機與工藝管道連接的裝置，既要順利地把物料喂入磨機，還要保證不漏料不漏風。本文對進料裝置各部分的設計要求做了簡單說明，同時又對?4.2m×13m球磨機配輥壓機圈流生產工藝下的進料裝置進行了設計計算，供從事球磨機設計和改造工作的同行參考。