HRM立式磨的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用
摘要：本文介紹了HRM立式磨在技術(shù)創(chuàng)新方面既有采眾家之長的集成創(chuàng)新，又有隨處可見的自主創(chuàng)新，貫穿于粉磨技術(shù)、設(shè)計(jì)方法和設(shè)備結(jié)構(gòu)及控制之中，錘煉出HRM立式磨的優(yōu)異性能。目前該類立式磨在水泥生產(chǎn)、鋼鐵和電力行業(yè)、非金屬礦超細(xì)微粉制備方面得到廣泛應(yīng)用。對各個行業(yè)的節(jié)能降耗呈現(xiàn)明顯的效果，對企業(yè)技術(shù)進(jìn)步起到了積極的推動作用。
2009年11月06日合肥水泥研究設(shè)計(jì)院、合肥中亞建材裝備有限責(zé)任公司承擔(dān)的國家“十一五”科技支撐計(jì)劃“高強(qiáng)度水泥綠色制造”項(xiàng)目的子項(xiàng)《HRM4800大型生料立式磨粉磨技術(shù)的研究及裝備開發(fā)》通過中國建筑材料聯(lián)合會組織的專家鑒定，研制的HRM4800生料立式磨經(jīng)安徽省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所查新，認(rèn)為：目前，大于6100mm磨盤外徑，大于2600mm磨輥直徑和462.1t/h生產(chǎn)能力的大型水泥生料立式磨，除本項(xiàng)目外，國內(nèi)尚未見有開發(fā)成功的文獻(xiàn)報(bào)道；與會專家認(rèn)為：“HRM4800生料立式磨整體結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)、控制簡單，易于操作，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。該裝備可替代進(jìn)口，滿足5000t/d級水泥熟料生產(chǎn)線配套要求，對我國水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排具有重要作用，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。”我們?nèi)〉萌绱藘?yōu)異的成就，得益于國家的科技政策和領(lǐng)導(dǎo)的支持，飽含了技術(shù)人員的艱辛探索和不拘一格的科技創(chuàng)新。我們研制的大型生料立式磨已獲合肥市科學(xué)技術(shù)一等獎、安徽省科學(xué)技術(shù)二等獎。以下就立式磨的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用介紹如下。
1、采眾家之長的集成創(chuàng)新
眾所周知，目前國外的立式磨類型已有十多種，各種類型立式磨磨盤和磨輥的配合方式各有特色，如RM鮑利休斯磨雙對輥與兩條環(huán)形槽的磨盤配合適宜粉磨流動性好、料層不易穩(wěn)定的物料；LM萊歇磨錐輥與平盤配合，能降低磨輥與磨盤的相對運(yùn)行速度，減少磨損，其磨輥能依靠磨機(jī)固有部件翻出磨外，使檢修相當(dāng)便利；MPS非凡磨輪胎形輥配合盤形碾槽的磨盤，使料層粉磨更合理；ATOX史密斯圓柱磨輥配平盤，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造……。而我們研制的HRM立式磨則博采眾長，取優(yōu)去劣，采用盤形磨盤、輪胎形磨輥、整體輥套、磨輥單獨(dú)加壓并可抬輥或翻出磨外，在選粉機(jī)方面采用可調(diào)速的動靜態(tài)分離器。以上的集成創(chuàng)新使得HRM立式磨具有對物料適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小、磨損少、電耗低、操作簡單、控制可靠、易于檢修、產(chǎn)品細(xì)度調(diào)節(jié)容易等優(yōu)點(diǎn)。
2、隨處可見的自主創(chuàng)新
HRM立式磨的技術(shù)創(chuàng)新隨處可見，已申請了多項(xiàng)專利和登記了計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)。
其結(jié)構(gòu)見下圖：
2.1、粉磨技術(shù)創(chuàng)新
粉磨的物料由鎖風(fēng)喂料設(shè)備送入旋轉(zhuǎn)的磨盤中心，在離心力作用下，物料向磨盤周邊移動，進(jìn)入粉磨輥道。在磨輥壓力的作用下而被粉碎。同時，粉磨后的物料被風(fēng)環(huán)處的高速氣流吹起，對懸浮物料進(jìn)行烘干，細(xì)粉則由熱風(fēng)帶入分離器進(jìn)行分級，合格的細(xì)粉由收塵設(shè)備收集為產(chǎn)品，不合格的粗粉落至磨盤重新粉磨，如此循環(huán)，完成粉磨作業(yè)全過程，實(shí)現(xiàn)物料細(xì)碎、烘干、粉磨、選粉一體化運(yùn)行。
我們采用不同磨盤轉(zhuǎn)速（或調(diào)速）配合相應(yīng)的磨輥壓力應(yīng)對各種物料性能（軟、硬、粗、細(xì)、粘）的物料及不同產(chǎn)品（粗、細(xì)、超細(xì)）的要求，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的同時，取得較高的粉磨效率。立式磨的分離器也應(yīng)對各種性能（軟、硬、粘、輕）的物料及不同產(chǎn)品（粗、細(xì)、超細(xì)）的要求，進(jìn)行選粉組合件的分選機(jī)理、運(yùn)行速度、密封等進(jìn)行創(chuàng)新，滿足各種產(chǎn)品要求，并取得較高的分選效率。
在物料外循環(huán)、氣流循環(huán)、除鐵排渣等流程方面亦創(chuàng)新出適于各種原料、產(chǎn)品、工況的實(shí)用工藝流程和控制參數(shù)。
2.2、設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新
我們采用有限元分析法對磨盤盤座、磨輥傳動臂、磨輥軸等主要承載的大型部件進(jìn)行靜態(tài)載荷下的結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算，設(shè)計(jì)出的零件應(yīng)力分布合理、強(qiáng)度和剛度安全，因此即降低了鑄造和加工的難度及成本，又避免了危險(xiǎn)截面出現(xiàn)斷裂的可能性。
2.3、設(shè)備結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
以HRM4800生料立式磨為例，設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制創(chuàng)新主要表現(xiàn)為：
2.3.1 擠壓和研磨分區(qū)的磨盤、磨輥組合
采用盤形的磨盤和輪胎形磨輥，設(shè)計(jì)合理的研磨曲面組合將物料的粉磨分為粗磨和細(xì)磨兩個區(qū)域，能有效避免過粉磨，提高粉磨效率，降低電耗，同時可穩(wěn)定料層，能降低或不用磨內(nèi)噴水實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，降低水耗和熱耗，有利于水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電。
2.3.2 磨輥軸承透蓋延伸到機(jī)殼外的密封方式
HRM型立式磨，磨輥的裝置是采用一對調(diào)心滾子軸承，設(shè)計(jì)時對軸承作等壽命計(jì)算，軸承密封腔延伸到機(jī)殼外，這種設(shè)計(jì)使輥軸與透蓋相對運(yùn)動的部分延伸至磨外，與磨腔內(nèi)的含塵氣體隔離，因此只用簡單的機(jī)械密封方式就能保證磨輥軸承不進(jìn)粉塵。此種新型磨輥密封方式無需密封風(fēng)機(jī)，使磨輥安全可靠運(yùn)行。詳見下圖：
2.3.3磨輥軸承采用稀油冷卻潤滑方式
磨輥軸承采用稀油強(qiáng)制循環(huán)潤滑冷卻，和原采用油脂或浸油潤滑方式相比，可提高軸承使用壽命2倍以上，詳見上圖。
2.3.4采用整體軸承座和滾動軸承支撐磨輥橫軸的結(jié)構(gòu)
該結(jié)構(gòu)解決了支架的強(qiáng)度及剛度問題，同時提高了加工精度，使復(fù)雜的安裝找正問題變得簡單，和原采用的滑動軸承相比，滾動軸承實(shí)用壽命大大提高。
2.3.5采用限位開關(guān)及機(jī)械限位裝置，大型磨輥使用雙液壓缸加壓
HRM型立式磨獨(dú)特的限位裝置可以使磨輥和磨盤之間的間隙可調(diào)，這樣既能保持穩(wěn)定的料層厚度，提高粉磨效率，又能保證在斷料或料層破壞等不正常情況下磨輥和磨盤不直接接觸，避免磨機(jī)破壞性振動，對磨機(jī)、減速機(jī)起到保護(hù)作用。因此，HRM型立式磨基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，不需要減震層、隔振溝。小型立磨進(jìn)料、進(jìn)出風(fēng)口可不用軟性連接。對HRM4800大型立磨的磨輥，使用雙液壓油缸加壓，降低了液壓油缸的加工難度，提高了可靠性。
2.3.6先進(jìn)的高效動-靜態(tài)組合式分離器
在新開發(fā)大型立式磨中分離器，我們采用帶導(dǎo)向葉片的高效動靜態(tài)組合式分離器。研究分析了管磨機(jī)使用的O’sepa選粉機(jī)、SLS選粉機(jī)、Sepol選粉機(jī)，根據(jù)立式磨的工況特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了適合立式磨的高效動靜態(tài)組合分離器。該分離器將自由渦流和強(qiáng)制渦流結(jié)合在一起，使得分級流場穩(wěn)定、均衡，設(shè)備大型化仍能保持分級性能，產(chǎn)品的粒度分布較窄，有利于后續(xù)工藝穩(wěn)定。由于采用這種分離器，對磨機(jī)內(nèi)顆粒無序運(yùn)動的有效控制，減少磨內(nèi)顆粒的無規(guī)則運(yùn)動量，使得磨內(nèi)循環(huán)量降低，降低了磨內(nèi)通風(fēng)阻力，磨機(jī)的料床也更加穩(wěn)定，提高粉磨效率，同樣也降低了單位電耗。
而在高細(xì)立式磨的動-靜態(tài)組合式分離器上，針對非礦行業(yè)對產(chǎn)品細(xì)度的嚴(yán)格要求（如玻纖行業(yè)要求將葉臘石、高嶺土、石英砂粉磨至200目全通過，造紙行業(yè)要求將重鈣粉磨至325-1250目97%通過），我們對轉(zhuǎn)子和殼體之間的密封采用氣封結(jié)構(gòu)來保證該要求，達(dá)到了很好的效果。
2.3.7中、大型立式磨輥套采用鑄鋼內(nèi)襯+耐磨堆焊的整體結(jié)構(gòu)
解決了立式磨大型化問題，既確保了輥套運(yùn)行安全可靠不斷裂，又提高了輥套使用壽命，降低維修和消耗材料費(fèi)用。
2.4 控制系統(tǒng)創(chuàng)新
2.4.1提供輥式磨電氣保護(hù)及監(jiān)控的一次及二次設(shè)備。
包括：磨輥稀油站；減速機(jī)稀油站；磨輥液壓站；鎖風(fēng)喂料機(jī)；液壓加壓系統(tǒng)等其控制顯示設(shè)備安裝在電氣控制柜中。
2.4.2磨機(jī)控制柜采用PLC(可編程序控制器)控制，以確保磨機(jī)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
2.4.3 磨機(jī)控制柜具有兩種控制方式：
集中控制方式，由中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(DCS)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動控制或手動控制；
機(jī)旁控制方式，在控制箱上可單機(jī)控制磨機(jī)各系統(tǒng)開停；
2.4.4所有測溫元件采用Pt100鉑電阻。
2.4.5為滿足計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制方式的要求，磨機(jī)控制箱設(shè)置必要的控制、監(jiān)視信號送中控室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為保障設(shè)備安全，設(shè)置保護(hù)信號與磨機(jī)高壓電機(jī)進(jìn)行硬連鎖保護(hù)。該控制系統(tǒng)使立式磨的操作可靠、運(yùn)行安全、管理方便、效益提高。
3、在水泥工業(yè)中的應(yīng)用
HRM立式磨在水泥工業(yè)中主要用于磨制備水泥生料、制備煤粉、磨制礦粉和熟料。充分體現(xiàn)了立式磨集細(xì)碎、烘干、粉磨、選粉為一身，電耗低、烘干能力強(qiáng)和簡化生產(chǎn)流程的優(yōu)點(diǎn)。用于水泥工業(yè)的HRM立式磨已經(jīng)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，單臺生料磨機(jī)最大能夠滿足6000t/d能力水泥生產(chǎn)線的要求。單臺煤粉立式磨機(jī)最大能夠滿足10000t/d能力水泥生產(chǎn)線的要求。HRM生料立式磨主要型號性能見表1， HRM煤粉立式磨主要型號性能見表2，HRM礦渣立式磨主要型號性能見表3。
此外，HRM立式磨已用于預(yù)粉磨水泥熟料，正在進(jìn)行水泥終粉磨的研究。
4、在鋼鐵和電力行業(yè)的應(yīng)用
HRM立式磨在鋼鐵和電力行業(yè)的應(yīng)用為磨制煤粉，為煉鐵高爐和電廠鍋爐提供燃料；磨制石灰石粉為電廠鍋爐煙氣脫硫提供脫硫劑。HRM立式磨磨制的產(chǎn)品能夠提高煤的燃燒效率和鍋爐煙氣脫硫效果。HRM煤粉立式磨（冶金行業(yè)用）主要型號性能見表4，HRM脫硫石灰石粉立式磨主要型號性能見表5。
5、磨制非金屬礦超細(xì)粉
非金屬礦的種類非常多，有葉臘石、高嶺土、重鈣、膨潤土、石膏、石英砂等，原料特性差別很大，其深加工產(chǎn)品的特點(diǎn)是而對產(chǎn)品細(xì)度要求高，一般在97%通過1250～325目（10～44μm）范圍。制備非金屬高細(xì)礦粉的立式磨我們稱之為高細(xì)立式磨，其主要型號性能見表6。
HRM1700X高細(xì)立式磨磨制葉臘石和高嶺土運(yùn)行效果說明，與雷蒙磨相比，單機(jī)生產(chǎn)能力提高了10倍以上，滿足了玻璃纖維生產(chǎn)需要的葉臘石和高嶺土粉粉磨大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需要。同時，單位產(chǎn)品能降和設(shè)備消耗比雷蒙磨粉磨系統(tǒng)降低40%以上。近年來，山東、浙江、江西、四川、河北等地建設(shè)了多條采用此設(shè)備的葉臘石或高嶺土粉磨生產(chǎn)線，亦取得良好的業(yè)績。促進(jìn)了玻璃纖維等生產(chǎn)企業(yè)和高嶺土粉企業(yè)迅速提高企業(yè)規(guī)模，節(jié)能減排和降耗。
6、前景及展望
在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，由于原燃材料價(jià)格居高不下、能源供應(yīng)日趨緊張、電力價(jià)格逐步攀升，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本逐漸加大，與此同時，我國水泥等行業(yè)正逐步向規(guī)模化、集團(tuán)化方向發(fā)展。如何提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，從而在激烈市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢，已成為水泥等企業(yè)面臨的嚴(yán)峻局面。企業(yè)必須采用先進(jìn)技術(shù)裝備，大幅度降低電力消耗或充分利用低谷電、大幅度降低材料消耗及人工費(fèi)用、提高企業(yè)效益。因此，立式磨裝備及工藝技術(shù)作為高效節(jié)能的粉磨方式在新型干法水泥生產(chǎn)線的建設(shè)中愈來愈受到青睞。國內(nèi)外廣闊的大型水泥生產(chǎn)裝備市場給我們造就了發(fā)展契機(jī)。HRM型立式磨技術(shù)和裝備不僅用于烘干粉磨水泥原料，也用于水泥燒成系統(tǒng)的煤粉制備及粉磨礦渣和熟料，對電力、冶金、非礦等各個行業(yè)的節(jié)能降耗呈現(xiàn)明顯的效果，對企業(yè)技術(shù)進(jìn)步起到了積極的推動作用。
目前，我們正在新建試驗(yàn)車間，改善研究和試驗(yàn)條件，加強(qiáng)研究力度，持續(xù)創(chuàng)新；規(guī)范生產(chǎn)管理、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模；加強(qiáng)宣傳推廣工作，進(jìn)一步擴(kuò)展HRM立式磨應(yīng)用領(lǐng)域；向著產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)世界知名品牌、企業(yè)成為世界著名企業(yè)的目標(biāo)奮進(jìn)。
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