HRM非金属矿超细立式磨的研究与开发

李金荣，迟 源，潘自力

HRM非金属矿超细立式磨的研究与开发

李金荣，迟 源，潘自力

（合肥水泥研究设计院，安徽 合肥 230051）

本文主要介绍了HRM非金属矿超细立式磨的设计及开发，文章中列举了设备设计过程中的一些关键点。介绍了磨机在实际生产中的使用情况。

超细立式磨；规模化；非金属矿；节能

Abstract: The thesis introduces design and development of type HRM non-metallic ore super-fine vertical roller mill, enumerates critical points in design of the mill and describes actual application of the mill.

Key words: super-fine vertical roller mill; mass-produce; non-metallic ore; energy saving

1 前言

节能、绿色环保型矿物材料，是实现低碳经济社会的重要因素。非金属矿作为一种节能、绿色、环保型矿物填料，其主要消费领域为造纸、塑料、橡胶、油漆和涂料，造纸、塑料业为非金属材料规模化需求及精细化应用的主要行业。这些行业需要配套一种节能型的装备，以适应日益竞争的环境需求。

世界大型非金属矿企业，其实现产业规模化和产品精细化途径基本上都是采用大型装备与先进的生产工艺技术，例如利用立式磨或球磨机等大型干法研磨装备与超细分级机相结合的技术。国内非矿干法工艺设备主要有雷蒙磨、气流磨、球磨机、环辊磨机和立式磨等，其中，立式磨装备的吨能耗低、产能大，是目前业内主要的关注方向，国内相关装备企业开始了非金属矿超细立式磨的研究与开发。

2 HRM非金属矿超细立式磨的设计

HRM立式磨是一种技术性能优异的节能型非矿粉体制备设备，目前广泛应用于建材、轻工、化工、火力发电等行业。并且，HRM立式磨已经在粉磨叶蜡石、石灰石和方解石等非金属矿行业有一定的应用经验，为非金属矿超细立式磨的开发奠定了基础。

设计思路：首台HRM非金属矿重钙立式磨粉磨原料为方解石，目标产量6t/h，产品细度d97=22μm，根据产品要求，磨机型号确定为HRM1300。

2.1 结构

HRM非金属矿超细立式磨由传动装置、碾磨装置、机架与壳体、分离器和加压系统等部件组成。要保证磨机能够达到产品目标，传动装置跟分离器是设计中关键性的部件，见图1。

2.2 工作原理

电动机驱动减速机带动磨盘转动，需粉磨的物料由锁风喂料机设备送入旋转的磨盘中心，在离心力作用下，物料向磨盘周边移动，进入粉磨轨道。在磨辊压力的作用下，物料受到挤压、研磨和剪切作用而被粉碎。同时，风从围绕磨盘的风环高速均匀向上喷出，粉磨后的物料被风环处的高速气流吹起，把粒度较粗的物料吹回磨盘重新粉磨。细粉则由风带入分离器进行分级，合格的细粉随同气流出磨，由收尘设备收集下来即为产品，不合格的粗粉在分离器叶片作用下重新落至磨盘，与新喂入的物料一起重新粉磨，如此循环，完成粉磨作业全过程。

2.3 关键设计

2.3.1 确定磨盘转速

立磨能粉磨出很细的产品，合适的磨盘转速是重要条件之一。磨盘转速过快，物料的离心力大，料层不容易形成。

对于一定体积的物料，物料颗粒在磨盘上的受到的离心力F 可用下面公式表述：

式中: m为物料质量，υ为物料线速度，V为物料体积，ρ为物料容重，R为磨盘半径，ω为物料角速度，D为磨盘直径，n为磨盘转速。

对于一定的物料要求有一定的离心力，即物料和离心力均为常数时，可以得到一般磨机的转速和磨盘直径的关系。

n =K·D-0.5

式中：n为磨盘转速，D为磨盘外径，K为速度系数(对于不同结构形式的磨机的K值是不一样的)。

根据理论计算，结合叶蜡石磨机的设计经验，HRM1300非金属矿超细立式磨的磨盘转速确定为37r/min。

2.3.2 碾磨装置的设计

像方解石之类的非金属矿表面光滑、流动性大，并且在碾磨时候，磨盘上产生细度达1～30μm的颗粒，物料之间摩擦力小，流动性大，从而导致料层很难形成。这就需要设计合理的磨盘衬板和磨辊辊套的外形。

HRM非金属矿重钙立式磨的磨辊采用轮胎型，磨辊衬板采用弧形，另一方面，在磨盘外沿，设计一定高度的挡料环，延缓物料在碾磨时被过快甩出，达到充分碾磨效果。挡料环在生产调试中，可以根据物料情况，适当调整挡料环的高度，使磨机运行更加平稳，详见图2。

此种结构形式的设计，使得碾磨压强大，能够粉磨出很细的产品，是非金属矿超细立式磨碾磨装置最好的结构之一。并且，这种形式能够有效的降低磨机震动，震动小，磨机加压装置就能提高压力，从而提高磨机产量，进而使得磨机的能耗下降，提供磨机的竞争力。

2.3.3 分离器的设计

分离器是HRM非金属矿超细立式磨设计的最核心部件。普通立式磨机产品是石灰石生料或者煤粉，细度一般为80μm，后来发展的粉磨叶蜡石立式磨产品细度达到了30μm左右。而粉磨方解石的超细立式磨产品所需要的细度要达到25μm左右，甚至需要达到22μm。所以非金属矿超细立式磨的分离器尤其要精心设计。

分离器的选粉效果主要有三个关键因素：①风上升到转子叶片附近时的风速；②转子的切割速度；③控制转子与壳体之间间隙，阻止不合格物料进入细粉区。

依据这些条件，分离器设计时，注重以下细节：

第一，加大分离器外部筒体直径，使得风上升到分离器部位时，风速能够减缓；同时尽可能增大转子直径及高度，提高转子的过风面积，在风量一定的情况下，降低过风速。

第二，选粉机能够选出很细的粉，转子的切割速度很重要。立式磨转子直径和质量都很大，相比普通分级机，提高转速的难道较大。切割速度一方面看转子直径；另一方面看转子旋转速度。

第三，超细立磨分离器的设计还有一个关键点，就是阻止不符合产品要求的大颗粒进入细粉区。合格细度的产品是经过转子的选择被风带出磨机，但由于转子跟磨机有间隙，不合格的物料也会抛出。为了解决这一问题，我们设计了气体密封装置，通过密封风机往间隙中吹气体，阻止大颗粒进入细粉区。分离器示意详见图3。

2.3.4 设计小结

通过一系列的改进及关键部位的设计，在HRM立式磨原有的技术基础上，设计出了符合粉磨重钙的立式磨。HRM1300重钙立式磨相关参数见表1。

表1 立磨相关参数

3 应用情况

HRM1300非金属矿超细立式磨应用在安徽某粉体公司，粉磨的原料为方解石，磨机在2009年9月份开始进行调试运行。调试初期，遇到了一些难题，例如：原料颗粒过小，磨内难以形成料层；风环面积不合适，导致磨机不能稳定运行。为解决上述问题，技术人员采取了下列改进方案：

(1) 修改原料破碎系统，使进料颗粒达到合理的配比。

(2) 增加主电机变频，使磨机能够平稳启动。

(3) 缩小风环面积。

通过这些改进，磨机进过一段时间调试，能够平稳运行。

经过2年稳定运转，该生产线使用的HRM1300非金属矿超细立式磨生产技术指标为：细度d97=40μm，产量12～14t/h,产品能耗25～27kW·h/t；细度d97=21μm，产量6.3t/h，产品能耗55kW·h/t。立磨系统产品质量分析结果见表2。

表2 立磨系统产品质量分析

通过对生产各类参数的分析，磨机的设计已经完全达到了设计目标。

4 结语

立式磨作为节能低耗的磨粉设备，是国家以及行业倡导的装备技术，HRM立式磨一直致力于新型磨机的开发，在不断推动中国粉磨设备的技术进步。HRM非金属矿超细立式磨的推出，不仅为公司创造了经济效益，也创造了巨大社会效益，非矿行业使用的超细立式磨，不再需要依赖国外产品。今后，我们将继续进行技术研发改进，在HRM1300非金属矿超细立式磨基础上，设计出更多超细立式磨产品，以满足立式磨在重钙等行业的需求。

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Design and Development of Type HRM Non-metallic Ore Super-fine Vertical Roller Mill

LI Jin-rong, CHI Yuan, PAN Zi-li
(Hefei Cement Research & Design Institute, Hefei 230051, China)

TD453

A

1007-9386(2012)03-0036-03

2012-02-08