TRMS66.4大型礦渣輥磨研發與應用

蔡曉亮，王倩，滑松，李向陽，寇劍棟

1 前言

近年來，隨著我國綠色環保、節能減排、固廢處理、循環經濟等產業發展進程的加快，鋼鐵企業配套的大型礦渣輥磨的市場需求愈加旺盛。中材（天津）粉體技術裝備有限公司（簡稱“中材（天津）粉體公司”）自2005年研發了國內首臺年產30萬噸礦渣的TRMS31.3型輥磨以來，又陸續研發了年產60萬噸、90萬噸和120~200萬噸且具有14種不同磨盤直徑規格的系列礦渣輥磨，磨盤直徑2.5~7.0m，裝機功率800~8 800kW，累計銷售260余臺。其中，配套100萬噸及以上規模的礦渣輥磨20余臺，且多臺已投產運行5年以上，設備運行穩定可靠。2022年，中材（天津）粉體公司最新研發設計的年產200萬噸TRMS66.4礦渣輥磨在廣西防城港某項目成功投產，運行指標處于國內領先水平。

2 礦渣輥磨粉磨系統工藝及礦渣輥磨研發設計

2.1 礦渣輥磨粉磨系統主機配置及工藝組成

礦渣輥磨粉磨系統工藝主機配置見表1。TRMS66.4礦渣輥磨的設計能力為280~300t/h，主機功率7 800kW，配套風機風量880 000m3/h，功率2 500kW。TRMS66.4礦渣輥磨粉磨系統工藝流程見圖1。該系統由原料計量和輸送系統、粉磨系統、外循環系統、成品收集系統、成品儲存和放散系統、烘干系統等組成。因礦渣物料易磨性差、密度大、金屬鐵含量高，中材（天津）粉體公司對系統礦渣輥磨粉磨物料外循環除鐵、輸送除鐵和防堵料等環節進行了優化設計。

表1 礦渣輥磨粉磨系統工藝主機配置

圖1 TRMS66.4礦渣輥磨粉磨系統工藝流程

2.2 TRMS66.4礦渣輥磨粉磨工作過程

TRMS66.4礦渣輥磨三維模型如圖2所示。物料通過鏟車上料到地坑料倉，經膠帶秤計量，通過輸送膠帶和振動篩，經鎖風輸送裝置、螺旋喂料機或振動給料機，落入磨盤中心。磨盤在驅動裝置的帶動下旋轉，落入磨盤中心的物料在離心力作用下，向外均勻分散，平鋪形成料床。磨輥在加壓裝置作用下，對物料進行連續碾壓，磨盤邊緣的物料被甩出磨盤，在風環處，大顆粒物料（含鐵渣等磁性顆粒）落入進風道，通過吐渣口排出，進入外循環系統，經除鐵后，再次喂入磨內；粉磨后的物料被磨內熱氣流提升，經中殼體進入分離器分選，在此過程中，物料與磨內熱氣體進行了充分的熱交換，水分被迅速蒸發，物料被烘干，有效保證了成品含水率。通過調整分離器轉速可有效控制成品細度，合格物料被選出，不合格物料落回磨盤再次粉磨[1]。

圖2 TRMS66.4礦渣輥磨三維模型

2.3 TRMS66.4礦渣輥磨的研發設計

2.3.1 分離器的參數化設計

TRMS66.4礦渣輥磨配套的分離器已完全實現參數化設計，是中材（天津）粉體公司目前研發的最大規格分離器。該分離器采用高效籠形結構，優化了轉子葉片尺寸和個數，調整了動靜葉片間距，減輕了葉片磨損，提高了分選效果。此外，分離器殼體和內錐體采用復合耐磨板和磁性貼片，提高了其抗磨損性能及使用壽命。

2.3.2 模塊化設計

目前，我公司已完成了關鍵部件的設計標準制作，同時，實現了粉磨水泥、礦渣的輥磨的模塊化設計。磨機的設計模塊主要有磨輥搖臂組件、支架、加壓系統等模塊，模塊化設計提高了互換性，實現了多種組合，同一個搖臂磨輥組模塊可配套不同規格磨盤，另外，根據磨盤直徑可選擇兩輥、三輥、四輥的磨機組合方式，TRMS66.4模塊化設計多重組合方式如圖3所示。

圖3 TRMS66.4礦渣輥磨模塊化設計多重組合方式

在進行TRMS66.4礦渣輥磨的模塊化設計時，通過確定磨輥中徑尺寸，即可確定磨輥搖臂組件模塊、配套支架模塊；其余設計工作按照磨盤直徑大小，相應調整已經標準化的中殼體和風道的相關尺寸，即可完成磨機的全部設計工作。模塊化設計大大提高了設計效率，縮短了設計周期。

2.3.3 球墨鑄鐵的應用

國內球墨鑄鐵性能逐年提高，特別是硅固熔鐵素體球墨鑄鐵，其性能優于鑄鋼，能夠滿足客戶對輕量化、高品質的需求。中材（天津）粉體公司從2017年開始逐步將輥磨的鑄鋼材質磨盤用球墨鑄鐵代替，不僅縮短了供貨周期，而且產品品質更佳。TRMS66.4礦渣輥磨磨盤材質采用球墨鑄鐵，可與同規格的生料輥磨磨盤通用。

2.3.4 有限元分析

TRMS66.4礦渣輥磨采用三維模塊化設計，其中的關鍵大型鑄鍛件及主要結構件均進行了有限元分析計算。關鍵部件包括機架裝置、磨輥裝置、搖臂裝置、磨盤裝置的盤體、選粉機傳動軸系組和轉子等。在設計過程中，結合現場實際及大量經驗數據，不斷校正理論計算應力參數，更好地保證了關鍵部件的安全性，保證了設備可靠性。

另外，使用fluent軟件對TRMS66.4輥磨磨內通風阻力及流體的走向進行模擬（見圖4），確定了磨內阻力點及易沖刷磨損部位。磨內主要阻力點及磨損部位為風環、內錐體、中殼體、分離器殼體和出風口等。通過采取減阻防磨措施，有效提高了能源使用效率及設備使用壽命。

圖4 TRMS66.4輥磨關鍵部件有限元分析和磨內流體模擬情況

2.3.5 在線監測及故障診斷

TRMS66.4礦渣輥磨配套在線監測及故障診斷系統，主要用于磨輥、齒輪箱和選粉機運行情況的遠程監測。在線監測系統通過振動傳感器、速度傳感器組成數據采集系統采集數據，數據采集系統具有以太網接口，采集的數據通過互聯網發送至中控室服務器，實現輥磨各部件運轉情況的遠程監測。TRMS66.4礦渣輥磨在線監測系統總體方案如圖5所示。通過在線監測系統，可監測減速機齒輪永久性變形、點蝕、剝落、斷齒及齒輪軸嚙合等問題，還可監測軸承出現的點蝕、剝落、磨損，內外圈磨損、開裂，保持架斷裂，滾珠脫落等問題。

圖5 TRMS66.4礦渣輥磨在線監測系統總體方案

TRMS66.4礦渣輥磨在線監測點布置如表2所示。其中，4個磨輥各布置1個測點（徑向），每個測點設1個低頻加速度傳感器和1個轉速傳感器；選粉機軸承配置2個測點（徑向），選用通用型加速度傳感器；齒輪箱上設7個振動傳感器測點（布置方案如圖6所示），S1~S7均選用低頻加速度傳感器。

表2 TRMS66.4礦渣輥磨在線監測點布置

圖6 齒輪箱上7個振動傳感器的測點布置方案

TRMS66.4礦渣輥磨在線監測系統具有強大的數據分析能力，確保了故障診斷的可靠性。在線監測系統對被監測設備進行基線測量，并設置報警界限；在連續監測的過程中，提供重要部件的特征值、頻譜圖、趨勢圖，實時檢查各特征值是否超出報警界限；將測得數據通過互聯網發送至工作站及中控室計算機。若設備特征值超限，其數據將會被立即發送至控制中心，并提供分析報告、維護決策和處理措施供用戶參考，保證被監測設備不出現非計劃停機等故障，降低維護成本。圖7為TRMS66.4礦渣輥磨在線故障診斷和數據分析流程。

圖7 TRMS66.4礦渣輥磨在線故障診斷和數據分析流程

3 TRMS66.4礦渣輥磨的實際運行情況

TRMS66.4礦渣輥磨已在廣西防城港和福建大東海項目投產應用，下面以廣西防城港某項目采用TRMKS66.4礦渣輥磨粉磨系統生產純礦渣粉及礦渣鋼渣復合粉為例介紹該輥磨的運行情況。該項目于2022年3月中旬投料，一次帶料試車成功，粉磨礦渣產量~290t/h，比表面積420m2/kg。目前，磨機主要以生產礦渣鋼渣復合粉為主，產量~280t/h，生產穩定，各項指標均達到了同類產品的先進水平。TRMS66.4礦渣輥磨用于生產礦渣粉和礦渣鋼渣復合粉時的運行參數如表3所示。

表3 TRMS66.4礦渣輥磨用于生產礦渣粉和礦渣鋼渣復合粉時的運行參數

3.1 原料情況

現場原料主要為礦渣和鋼渣，用于生產純礦渣粉和礦渣鋼渣復合粉。礦渣分為堆放后結塊物料和新進場物料，堆放后塊狀物料易磨性略好，但因存在大塊物料，易引起磨機振動；新進場物料水分略高，料層更實，主機電耗略高。破碎后的鋼渣粒度<5mm，大部分為粉狀物料，生產復合粉時，料層略厚，比表面積要求更高，電耗比粉磨純礦渣略高。

3.2 工作壓力

根據磨機產量和比表面積要求調整工作壓力，粉磨純礦渣磨機產量~290t/h時，有桿腔壓力為11.5~12MPa，無桿腔壓力為2.7MPa，蓄能器壓力分別為6.5MPa、1.8MPa，液壓系統運行平穩。

3.3 風溫和風壓

磨機穩定運行時，磨機入口溫度200℃~240℃，入口負壓300Pa左右，磨機出口溫度90℃~95℃，出口負壓3 900~4 100Pa，磨內壓差3 600~3 800Pa。調試期間，對系統風量進行標定，入磨總風量為~620 000m3/h，屬于合理范圍。TRMS66.4礦渣輥磨系統風量標定數據如表4所示。

表4 TRMS66.4礦渣輥磨系統風量標定數據（2022年4月22日）

3.4 成品產量及質量

通過調整選粉機轉速，可靈活調整成品細度，滿足不同品種產品的生產要求。現場磨機穩定運行時，純礦渣粉的產量為~290t/h，成品含水率約0.2%，礦渣粉比表面積為420m2/kg；復合粉的產量為~280t/h，比表面積為~450m2/kg。

3.5 分離器轉速

盡管通過調整風機轉速可以調整礦渣輥磨的通風量，改變產品細度，但會影響系統的穩定運行。最好的辦法是調整分離器轉速，目前，生產高比表面積礦渣鋼渣復合粉時，分離器轉速約為90r/min。

3.6 磨內噴水

生產礦渣鋼渣復合粉時，TRMS66.4輥磨可以在不噴水情況下正常運轉。粉磨純礦渣時，磨機若出現輕微振動，可適當噴水，穩定料層，降低熱耗。

3.7 磨機振動和料層

3.8 外循環排渣情況

TRMS66.4礦渣輥磨采用閉路系統，磨機正常運轉時，礦渣外排量適中，有部分粗顆粒物料和金屬磁性顆粒外排。當外排料量較大時，料層厚度波動較大，易引起磨機振動，需及時調整參數，保證一定量的粗粉通過外排閥送出磨外，經膠帶輸送機和斗式提升機再次送入磨內，以此降低風機負荷和磨內壓差，同時有利于清除物料內鐵粉和磁性顆粒物，延長輥套、襯板等耐磨件的使用壽命。

3.9 磨機電耗

磨機調試期間，對磨機的主機電耗，風機電耗進行了統計。生產比表面積>450m2/kg的復合粉時，系統電耗約為36.5kW·h/t；生產比表面積420m2/kg純礦渣粉時，系統電耗約為33.5kW·h/t，電耗指標均達到國內先進水平。TRMS66.4礦渣輥磨系統電耗統計如表5所示。

表5 TRMS66.4礦渣輥磨系統電耗統計，kW·h/t

不同檢測點測得的磨機振動值各不相同，TRMS66.4磨機的振動傳感器安裝在減速機底板上方，可實時監測磨機振動情況，磨機運行穩定時，垂直振動值為1.5mm/s，水平振動值為1.2mm/s，有效提高了磨機的粉磨效率，保證了設備使用壽命。磨機主電機的電流波動較小，料層厚度基本穩定在30mm左右，為磨機穩定運行創造了條件。

3.10 存在的問題及解決措施

調試期間，生產復合粉時出現溜管堵料的情況，主要原因是原料中含有大量粉狀物料且粘性較大。工藝設計時，溜管設計角度應盡量垂直，且適當加大溜管容積；采用振動給料機生產復合粉時易造成堵料，去掉物料遮擋板即可改善；另外，考慮到振幅因素，喂料機入口應盡量靠近磨機。通過采取上述措施，相關問題均已得到解決。

4 結語

TRMS66.4礦渣輥磨采用參數化、模塊化設計和有限元分析等數字化技術，極大提高了設計效率和整機設計水平，能耗指標處于國內領先水平。

廣西防城港TRMS66.4礦渣輥磨項目及福建大東海200萬噸礦渣粉生產線TRMS66.4礦渣輥磨的成功投產，標志著中材（天津）粉體技術裝備有限公司大型礦渣輥磨的研發應用又邁上了一個新臺階。