新型烘干型風掃磨機的研究

閆玲娣，崔恒波，王文煜，王雅娟，楊 武，曾偉兵

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

3南京凱盛國際工程有限公司 江蘇南京 210036

烘干型風掃磨機是粉磨煤粉、石油焦等物料的機械裝置，通常增設烘干倉，對含有一定水分的物料進行烘干，再以鋼球為粉磨介質對烘干后的物料進行篩分、研磨，從而制成工業所需粒度的成品。烘干型風掃磨機是目前我國建材、電解鋁以及煤化工等行業制粉系統較為先進的粉磨制備設備，近年來隨著水泥工藝生產線規模的擴大，其規格也逐漸增大。因此，為滿足市場對烘干型風掃磨機大型化、自動化和高效化的需求，對烘干型風掃磨機的粉磨特性進行分析，對其內部結構進行升級改造，研制了新型烘干型風掃磨機，對提高粉磨效率、提升產品品質起到了一定的作用。

1 烘干型風掃磨機的工作原理

烘干型風掃磨機主要由進料裝置、滑履軸承、回轉部、主軸承、出料裝置、齒輪傳動部和傳動裝置等組成。如圖 1 所示。物料（同時伴隨著 280 ℃ 左右的熱風）由喂料設備送入到磨機的進料裝置中，通過溜槽快速導入磨機筒體內部，落在回轉部的烘干倉內，烘干倉內設有特制的揚料板，含有水分的原煤在此處進行強烈熱交換而被烘干，烘干后的煤塊通過隔倉進入粉磨倉，隨著磨機轉動，與鋼球磨介一起在具有提升能力的襯板作用下被拋落或瀉落，在不斷的沖擊下被粉碎，較細煤粒經由雙層隔倉板進入細磨倉研磨成煤粉，再由專用的引風機經出料裝置帶出磨機。

圖1 烘干型風掃磨機的工作原理Fig.1 Working principle of drying-wind sweep mill

根據烘干型風掃磨機的工作原理及結構特點，從磨機進料開始直至出料、傳動及密封，對每個作業環節進行研究，分析烘干及研磨機理，對其結構進行優化，研制出新型烘干型風掃磨機，并不斷優化級配參數，以達到提高磨機產量、降低軸瓦溫度和煤粉水分、提高設備運轉率的目的。

2 新型烘干型風掃磨機的結構設計

分別對烘干型風掃磨機進料口、烘干揚料裝置、隔倉裝置、筒體襯板、出料端襯板、小齒輪與軸連接方式、滑履軸承密封結構等 7 個方面進行結構優化，以提高磨機烘干及粉磨效率。

2.1 進料口快速過料裝置

風掃磨機進料溜槽帶有一定斜度，物料連同 250℃左右的熱風通過進料溜槽急速拋落在筒體烘干倉內，其拋落位置距離磨機烘干起始點有一定距離。將原磨機入磨口改為快速導料裝置（見圖 2），可控制物料拋落點。在磨機回轉運行時，通過螺旋葉片將物料快速導入烘干倉起始位置，可有效延長烘干長度，促進物料充分熱交換，達到提高烘干效率、降低煤粉水分、提高成品品質的目的。

圖2 快速導料裝置結構Fig.2 Structure of quick material guiding device

2.2 烘干倉新型揚料裝置

常規的烘干倉揚料板為焊接式，數量多，沿圓周分布緊湊，導致揚料板豎板高度受限，影響揚料效果；豎板平行于風掃磨機回轉軸線，揚料板隨風掃磨機回轉時不能沿軸線導料，增加了設備死角，易形成積料結塊[1]。針對上述問題，采用整體式揚料板（見圖 3），并設置對稱角度的孔位，分散排布在筒體襯套上，可適用于不同旋向的風掃磨機。改造前后揚料板的參數對比如表 1 所列。由表 1 可以看出，新型揚料板沿圓周分布數量減少一半，豎板高度增加，并與風掃磨機回轉軸線有一定角度，呈螺旋排布。隨著風掃磨機轉動，物料在揚料板作用下沿軸線流動，能形成更好的料幕，從而改善物料積料結塊現象，提高了烘干效率。

圖3 新型揚料裝置Fig.3 New-type material lifting device

表1 改造前后揚料板參數對比Tab.1 Comparison of parameters of lifting plate before and after transformation

2.3 新型烘干隔倉裝置

常規的烘干隔倉裝置為焊接結構，變形較大，不具有調整旋向功能，揚料板的位置和數量固定不變，不能根據實際情況（物料量的變化）靈活調整，易形成積料，積料結塊后難以清理，直接影響了烘干效率。針對該問題，設計了一種新型可調節互換性烘干隔倉裝置，如圖 4 所示。整體采用組合式螺栓聯接，便于拆卸和更換，防止因焊接變形造成裝配困難。揚料板與支撐板、錐形卸料體的把合孔沿圓周均布，通過翻轉揚料板 180°改變曲面方向，從而達到改變烘干隔倉裝置旋向的目的，降低了生產成本。錐形卸料體伸出多個定位支撐，可根據磨機喂入量的變化改變揚料板的數量和安裝位置，有利于物料的揚起和流動，改善了積料情況。

圖4 新型烘干隔倉裝置裝配示意Fig.4 Assembly diagram of new-type drying compartment

2.4 新型粉磨倉結構

常規粉磨倉分為 2 倉，中間用雙層隔倉板分隔開，粗磨倉使用中波紋襯板，細磨倉使用小波紋襯板+擋料圈。新型粉磨倉結構如圖 5 所示，采用單倉結構，既可以增大磨內的有效粉磨空間，減小磨內的通風阻力，解決蓖縫堵塞問題，又能節約雙隔倉的維護費用。一倉采用波紋階梯襯板，主要起提升破碎作用；原雙隔倉和二倉位置采用大斜度分級襯板與小波紋襯板，大斜度分級襯板可使研磨體沿著筒體軸向從進料端到出料端依次遞減，使研磨體球徑與被粉磨物料的粒徑相適應，其工作面上的波紋可以增強研磨體的提升能力，防止竄球，控制物料流速。

圖5 新型粉磨倉結構示意Fig.5 Structure of new-type grinding bin

2.5 新型端襯板結構

磨機在運轉過程中，雖然端襯板整個表面都要磨損，但磨損程度不同，其中一段環形區域磨損最嚴重，該區域寬度稱為最大磨損區寬度[1]。針對端襯板磨損速度不同，采用相同厚度的端襯板易造成材料浪費，增加了檢修和更換成本，因此該磨機端襯板設計采用最新的磨損理論[1]。

式中：Rmax為最大磨損半徑，mm；Kr為磨損系數（見圖 6）；Ri為筒體的有效半徑，mm；β為端襯板的半錐角，mm；Bmax為最大磨損區寬度，mm；K為最大磨損區寬度系數，與磨機填充率?、比轉速φ等因素有關，一般取 0.25～0.40；Bn為最大磨損區的內側寬度，mm；Bw為最大磨損區的外側寬度，mm[2]。

圖6 磨損系數 Kr 與比轉速 φ 和填充率 ? 的關系曲線Fig.6 Curve of relationship between wear coefficient Kr with specific speed φ and filling ratio ?

為了提高端襯板的使用壽命，降低廢鋼率，將端襯板磨損最嚴重處加厚，并合理分圈，如圖 7 所示。中間圈端襯板磨損量最大，其厚度最厚，可實現不同圈端襯板同一時間段報廢，同一時間整體更換，提高了端襯板更換拆卸的通用性，在一定程度上提高了端襯板的整體壽命。

圖7 端襯板結構示意Fig.7 Structural sketch of end liner

2.6 小齒輪軸轂復合連接結構

通過調研發現，小于 1 250 kW 的小型磨機，軸轂連接采用脹套連接方式即可滿足設備需求；而大于等于 1 250 kW 的大中型磨機，僅采用脹套連接容易發生打滑現象，存在安全隱患[3]。因此針對大中型磨機，其傳動部分小齒輪與軸之間采用新型復合連接結構，如圖 8 所示。將平鍵裝配在小齒輪輪轂與軸之間，并擰緊裝配在小齒輪與軸之間彈性環的拉緊螺栓，通過摩擦壓力實現小齒輪輪轂與軸的可靠連接。此結構可提高軸轂連接同心度精度，減小齒輪傳動擺動誤差，防止磨損加劇，消除軸轂之間打滑的安全隱患，節省維修更換成本。

圖8 新型復合連接結構Fig.8 Structure of new-type composite connection

2.7 新型可調整的密封結構

原唇型密封圈采用氟橡膠，其徑向調整范圍較小，僅靠端面螺栓頂住防止其下落（見圖 9），但由于該材料密封圈硬度大、密度大，端面螺栓無法托住密封圈，使密封圈與筒體滑環之間摩擦增大，造成瓦溫升高而引起設備跳停。通過設計優化，密封圈材質采用硬度和密度均較低的耐油橡膠，密封圈截面呈Y 型，徑向與軸向頂絲均可調整，并在圓周方向增加8 個油杯，通過向油杯注入潤滑脂解決摩擦生熱的問題，在密封處增加甩油環，及時阻止多余的潤滑油向外溢出，解決了滑履軸承潤滑油泄漏難題，延長了滑履軸承的使用壽命，杜絕了油品污染。

圖9 新型可調整的密封結構示意Fig.9 Structural sketch of new-type adjustable sealing

2.8 磨機總體結構優化

根據粉磨特性，對筒體、隔倉裝置、大齒圈等關鍵件進行有限元分析，以提高其工況適應性。對已運行的烘干型風掃磨機進行實地調研，結合現場運行情況，分析優化磨機總體結構，具體對烘干倉揚料裝置、烘干隔倉裝置、筒體襯板、端襯板等零部件進行進一步優化設計，使磨機回轉部分質量減輕了 8%～10%，在一定程度上降低了風掃磨機的能耗。

3 應用實例

某公司水泥生產線配備?4.2 m×9 m+3.5 m 風掃磨機，主要用于制備煤粉，主電動機功率為 2 200 kW，轉速為 15.8 r/min，設計生產能力為 50 t/h，入磨物料細度為 -25 mm 占 95%，入磨物料綜合含水率為 9%～14%。

該風掃磨采用鋼球作為研磨介質，填充率為24%，裝載量為 124 t，產量為 60～62 t/h，成品細度為 80 μm 篩余≤3%。實際運行時主軸承溫度為 46～52 ℃，滑履軸承溫度為 52～58 ℃，遠低于設計值。目前該磨機運行情況良好，各項技術指標均達到了設計要求。

4 結語

（1）該新型烘干型風掃磨機進料口采用螺旋進料方式，揚料裝置與磨機回轉軸線成一定角度，并呈螺旋排布，可延長烘干長度，改善物料流動及積料結塊現象，提高了烘干效率；

（2）采用單倉粉磨結構，可增大磨內有效粉磨空間，減小磨內通風阻力，提高粉磨效率，減少維修量，提高設備運轉率；

（3）采用硬度低、密度小、可調整的密封結構，可解決托瓦溫度高的問題，避免油品泄漏；

（4）合理設計端襯板結構及小齒輪軸轂連接方式，可減少維修工作量，提高設備可靠性。

該新型烘干型風掃磨機，不僅能有效提高烘干及粉磨效率，降低滑履軸承溫度，節約成本，而且為干法球磨機的設計提供了新的思路，積累了設計和使用經驗，對后續烘干型磨機在建材、電解鋁、煤化工等領域的推廣具有借鑒意義。