TRMS56.3大型矿渣辊磨的开发及应用
2016-09-23蔡晓亮陈智峰赵建波宋佳斌
蔡晓亮，陈智峰，赵建波，宋佳斌
TRMS56.3大型矿渣辊磨的开发及应用
蔡晓亮，陈智峰，赵建波，宋佳斌
本文详细介绍了TRMS56.3矿渣辊磨设计开发的国内外背景及开发过程，讲述了TRMS型矿渣辊磨的技术特点及矿渣粉磨工艺流程，通过介绍TRMS56.3矿渣磨在邯郸金隅建材有限公司的使用情况，分析了该辊磨的运行参数和性能指标。
立式矿渣辊磨；矿渣；粉磨料床
1 概述
我国是一个钢铁大国，高炉矿渣［1］资源丰富，矿渣产率约占钢产量的30%，2014年全国粗钢产量8.2亿吨。矿渣具有诸多良好特性，经超细粉磨后的矿渣微粉已成为一种不可多得的资源。矿粉应用在混凝土中具有成本低、工作性好、后期强度高、水化热低、耐久性好等优点［2］，随着我国废弃物的资源化，矿渣在建材领域得到了广泛的应用。矿粉的资源属性主要取决于微粉的矿物组成、比表面积和颗粒形貌。因此，粉磨工艺就成了矿渣微粉生产的关键。这对水泥行业实现节能减排的目标、提高企业的经济效益具有重要意义。
天津水泥工业设计研究院有限公司一直致力于立式辊磨的研发，2003年专门成立以辊磨为主要研发对象的天津仕名粉体技术装备有限公司（现更名为中材（天津）粉体技术装备有限公司，以下简称粉体公司），成立12年来，粉体公司创造了辉煌的成绩：2005年在杭州紫恒投产的国内首台年产30万吨的TRMS31.3矿渣辊磨运转稳定、可靠性高、产品性能突出，完全能够满足水泥行业的要求，为该企业创造了良好的经济效益，也在国内引起了强烈反响；2009年开发了年产60万吨的TRMS43.4矿渣辊磨，2010年成功应用于广西鱼峰项目；防城港TRMS60.3矿渣磨于2014年10月投料生产；潍钢TRMKS56.4水泥矿渣磨于2014年5月投料生产。目前，粉体公司已经出售矿渣辊磨约200台，在国内矿渣粉磨技术和装备处于绝对领先地位。
2013年5月，中材（天津）粉体技术装备有限公司与邯郸金隅太行有限公司签订了年产200万吨矿粉生产线，采用粉体公司TRMS56.3两台矿渣辊磨，并于2014年6月成功投料生产。
图1 河北邯郸金隅太行建材有限公司TRMS56.3系统工艺流程图
2 矿渣粉磨系统
2.1系统工艺流程（图1）
矿渣立式辊磨系统采用单风机系统，工艺流程简单，操作简洁，维护方便［3］，是目前绝大多数矿粉生产线采用的流程。
物料由喂料皮带经螺旋铰刀喂入磨内，物料落入磨盘中心，随着磨盘的旋转，在离心力作用下，物料从中心向边缘运动，同时受到磨辊的挤压而被粉碎。粉碎的物料在磨盘边缘处被从风环进入的热气体带起，粗颗粒落回到磨盘再粉磨，较细颗粒被带到分离器进行分选，合格细粉被带入袋式收尘器收集作为成品，不合格的粗粉返回到磨盘再次粉磨。部分难磨的物料（包括铁渣）在风环处不能被热风带起，通过排渣口进入外循环系统，经过除铁后再次进入磨内与新喂料一起粉磨。出收尘器的成品通过空气斜槽、提升机等设备输送到成品库。
磨机通风和烘干所需要的热源来自于热风炉，热风通过管道进入磨机，出磨含尘气体通过收尘器净化后，一部分通过烟囱排入大气，一部分进入磨内循环利用。
2.2主机设备配置
TRMS56.3大型矿渣磨采用陶瓷辊套和衬板，配置LV分离器，系统主要配置见表1。
表1 TRMS56.3主机设备配置
2.3辊磨特点
（1）设备结构具有自动抬辊、落辊功能，实现空载启动。
（2）磨辊轴承采用稀油集中循环润滑，保证轴承在低温和纯净油工况条件下工作，延长轴承的使用寿命。
（3）限位机构可使磨辊和磨盘之间保持一定距离，避免金属之间的摩擦与碰撞，增强了安全性。
（4）采用LV技术的高效分离器，提高选粉效率10%左右。
（5）特殊的调风板可使进风风速适应物料的分布。
（6）借助于翻辊装置，可将磨辊翻出磨外，便于检修。
（7）液压系统的操作压力低，可减少漏油故障，有利于操作和管理。
（8）液压系统增加了压力平衡装置，有效降低了磨机的振动。
图4 磨盘应力分布图
3 TRMS56.3矿渣辊磨的开发
3.1有限元分析
设备开发过程中，对磨盘的应力、主体结构强度、磨盘磨辊的耐磨性和整机的可靠性等问题进行了重点研究。
磨盘和上下摇臂是辊压力传递的关键件，其受力情况、应力分布、安全系数等应力参数，在辊磨设计中是非常重要的，在设计中，采用三维模型，对关键部件均进行了应力分析。在满足强度要求的情况下，对结构进行合理设计，有效降低设备重量，使设备更加优化。图2、图3和图4分别为上下摇臂和磨盘的应力分布。
图2 上摇臂应力分布图
图3 下摇臂应力分布图
3.2模块化设计
机械产品的模块化设计是工业发达国家近20年来一直采用的机械产品设计方法。它将系统根据功能分解为若干模块，通过模块的不同组合得到不同品种和不同规格的产品，TRMS矿渣磨已经系列化。相近规格的磨机，磨盘和磨辊可以实现互换，相同磨盘磨机可以搭配不同直径的磨辊和数量，业主可以根据自身要求定制个性化产品，设备可靠性更高。
3.3新型LV型高效选粉机技术
2014年中材装备集团获得了LV选粉机技术许可证，与LV合作开发新型高效动态选粉机，该选粉机具有以下特点：
（1）通过应用“LV Pocket”特殊结构形式的静叶片（图5），使得“粗粉中无细粉、细粉中无粗粉”成为可能。
图5 静叶片结构
（2）通过调整下料锥体的尺寸，使得从磨盘到选粉机入口气体速度流场分布达到最佳，风速从盘体到选粉机逐步提高，因此粗粉不会发生磨内循环，从而降低了磨机压力损失（图6）。
（3）返回磨盘的粗粉中含有更少的细粉，料床更稳定，磨机振动值小，可以使加压压力提高，粉磨效率更高。
相比其他选粉机，采用该专利结构的选粉机选粉效率能提升产量10%～20%，降低电耗1.5～4kWh/t。
表3 TRMS56.3邯郸金隅2号磨机运行参数
图6 优化的气体速度流场分布
4 运行情况
2014年6月25日邯郸金隅太行建材有限公司200万吨生产线开始系统调试，一次投料成功，两台磨机一共用一周时间完成试生产，各项指标达到合同要求，调试期间运行参数见表2和表3。
4.1成品产量和质量
磨机设计产量为150t/h，目前磨机运行产量为160t/h（干基），成品水分＜0.5%，比表面积430～450m2/kg，通过调节分离器的转速可以灵活调整细度要求，生产不同品种的矿微粉。
4.2工作压力
工作压力根据磨机产量和细度要求进行调整，磨机投料168t/h对应的设定压力分别为：有杆腔压力9.5MPa，无杆腔压力2.5MPa，对应的蓄能器压力分别为：有杆腔5MPa，无杆腔1.8MPa，液压系统运行平稳。
4.3风温和风压
风温和风压是保证磨机稳定生产和产品质量的重要参数，工艺布局、管道走向和管径是否合理，系统是否优化，决定了风系统是否优化。入磨风压-500MPa，出口的压力-3 300MPa，磨机压差2 800MPa左右，磨机稳定运行。
4.4磨机振动和料层
磨机的正常振动值：水平1.2mm/ s，垂直1.5mm/s，在减速机附近基本感觉不到磨机的振动。料层厚度基本在35mm左右，喂料无大块情况下运行比较平稳，这是保证磨机产量和质量的前提。
4.5外循环排渣
磨机运转时有一定量的外排，一是可以在保证产品磨机稳定的情况下，系统用风最合理，减少系统电耗；二是排出的物料通过除铁器，选出一定量的铁粉可降低磨辊和磨盘的磨损，提高使用寿命。
4.6磨内喷水
喷水是用于稳定料床的，该磨机几乎不需要喷水，降低了热耗。
4.7主机电耗（见表4）
调试期间对系统主机进行了电耗统计，比表面积在440m2/kg左右的情况下，主机系统综合电耗36kWh/t，其中磨机本体为31kWh/t，风机为5kWh/t，主机电耗不高，风机电耗较低，综合电耗指标达到国际先进水平，并且还有优化空间。
4.8陶瓷辊套衬板
粉体公司在矿渣、钢渣、尾矿等难磨物料的耐磨技术应用上积累了丰富经验，通过采用国际先进耐磨技术，解决了耐磨件寿命短的问题，大大减少了检修周期，降低了维护成本。
表4 系统主机电耗，kWh/t
5 结语
经过两天的调试，邯郸金隅太行有限公司TRMS56.3磨机顺利投产，各项指标达到设计值且尚有较大优化空间，该磨机的顺利投产标志着中材装备大型矿渣磨又一次取得了巨大的成功，为国产矿渣辊磨大型化奠定了基础。
［1］孙树杉.钢铁渣的资源化利用［C］.第二届冶金渣综合利用培训论文集，2013：60-75.
［2］冯蕾，张永娟，张雄，等.矿渣颗粒群特征与活性指数的灰色关联分析［J］.建筑材料学报，2009，12（3）：272-276.
［3］章瑞平.本钢120万t矿渣微粉生产线工艺选择［J］.本钢技术，2011，（6）：4-9.
［4］梁婕，罗帆.矿渣的粉磨特性及其细磨途径［J］.四川水泥，2002，（3）：15-20.
Development and Application of TRMS56.3 Large-scale Slag Roller Mill
表2 TRMS56.3邯郸金隅1号磨机运行参数
TQ172.632.5
A
1001-6171（2016）03-0035-03
通讯地址：中材装备集团有限公司，天津300400；2015-12-11；编辑：赵莲
