新型烘干型风扫磨机的研究

2021-11-19闫玲娣崔恒波王文煜王雅娟曾伟兵

矿山机械 2021年11期

闫玲娣，崔恒波，王文煜，王雅娟，杨武，曾伟兵

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室河南洛阳 471039

3南京凯盛国际工程有限公司江苏南京 210036

烘干型风扫磨机是粉磨煤粉、石油焦等物料的机械装置，通常增设烘干仓，对含有一定水分的物料进行烘干，再以钢球为粉磨介质对烘干后的物料进行筛分、研磨，从而制成工业所需粒度的成品。烘干型风扫磨机是目前我国建材、电解铝以及煤化工等行业制粉系统较为先进的粉磨制备设备，近年来随着水泥工艺生产线规模的扩大，其规格也逐渐增大。因此，为满足市场对烘干型风扫磨机大型化、自动化和高效化的需求，对烘干型风扫磨机的粉磨特性进行分析，对其内部结构进行升级改造，研制了新型烘干型风扫磨机，对提高粉磨效率、提升产品品质起到了一定的作用。

1 烘干型风扫磨机的工作原理

烘干型风扫磨机主要由进料装置、滑履轴承、回转部、主轴承、出料装置、齿轮传动部和传动装置等组成。如图 1 所示。物料（同时伴随着 280 ℃ 左右的热风）由喂料设备送入到磨机的进料装置中，通过溜槽快速导入磨机筒体内部，落在回转部的烘干仓内，烘干仓内设有特制的扬料板，含有水分的原煤在此处进行强烈热交换而被烘干，烘干后的煤块通过隔仓进入粉磨仓，随着磨机转动，与钢球磨介一起在具有提升能力的衬板作用下被抛落或泻落，在不断的冲击下被粉碎，较细煤粒经由双层隔仓板进入细磨仓研磨成煤粉，再由专用的引风机经出料装置带出磨机。

图1 烘干型风扫磨机的工作原理Fig.1 Working principle of drying-wind sweep mill

根据烘干型风扫磨机的工作原理及结构特点，从磨机进料开始直至出料、传动及密封，对每个作业环节进行研究，分析烘干及研磨机理，对其结构进行优化，研制出新型烘干型风扫磨机，并不断优化级配参数，以达到提高磨机产量、降低轴瓦温度和煤粉水分、提高设备运转率的目的。

2 新型烘干型风扫磨机的结构设计

分别对烘干型风扫磨机进料口、烘干扬料装置、隔仓装置、筒体衬板、出料端衬板、小齿轮与轴连接方式、滑履轴承密封结构等 7 个方面进行结构优化，以提高磨机烘干及粉磨效率。

2.1 进料口快速过料装置

风扫磨机进料溜槽带有一定斜度，物料连同 250℃左右的热风通过进料溜槽急速抛落在筒体烘干仓内，其抛落位置距离磨机烘干起始点有一定距离。将原磨机入磨口改为快速导料装置（见图 2），可控制物料抛落点。在磨机回转运行时，通过螺旋叶片将物料快速导入烘干仓起始位置，可有效延长烘干长度，促进物料充分热交换，达到提高烘干效率、降低煤粉水分、提高成品品质的目的。

图2 快速导料装置结构Fig.2 Structure of quick material guiding device

2.2 烘干仓新型扬料装置

常规的烘干仓扬料板为焊接式，数量多，沿圆周分布紧凑，导致扬料板竖板高度受限，影响扬料效果；竖板平行于风扫磨机回转轴线，扬料板随风扫磨机回转时不能沿轴线导料，增加了设备死角，易形成积料结块[1]。针对上述问题，采用整体式扬料板（见图 3），并设置对称角度的孔位，分散排布在筒体衬套上，可适用于不同旋向的风扫磨机。改造前后扬料板的参数对比如表 1 所列。由表 1 可以看出，新型扬料板沿圆周分布数量减少一半，竖板高度增加，并与风扫磨机回转轴线有一定角度，呈螺旋排布。随着风扫磨机转动，物料在扬料板作用下沿轴线流动，能形成更好的料幕，从而改善物料积料结块现象，提高了烘干效率。

图3 新型扬料装置Fig.3 New-type material lifting device

表1 改造前后扬料板参数对比Tab.1 Comparison of parameters of lifting plate before and after transformation

2.3 新型烘干隔仓装置

常规的烘干隔仓装置为焊接结构，变形较大，不具有调整旋向功能，扬料板的位置和数量固定不变，不能根据实际情况（物料量的变化）灵活调整，易形成积料，积料结块后难以清理，直接影响了烘干效率。针对该问题，设计了一种新型可调节互换性烘干隔仓装置，如图 4 所示。整体采用组合式螺栓联接，便于拆卸和更换，防止因焊接变形造成装配困难。扬料板与支撑板、锥形卸料体的把合孔沿圆周均布，通过翻转扬料板 180°改变曲面方向，从而达到改变烘干隔仓装置旋向的目的，降低了生产成本。锥形卸料体伸出多个定位支撑，可根据磨机喂入量的变化改变扬料板的数量和安装位置，有利于物料的扬起和流动，改善了积料情况。

图4 新型烘干隔仓装置装配示意Fig.4 Assembly diagram of new-type drying compartment

2.4 新型粉磨仓结构

常规粉磨仓分为 2 仓，中间用双层隔仓板分隔开，粗磨仓使用中波纹衬板，细磨仓使用小波纹衬板+挡料圈。新型粉磨仓结构如图 5 所示，采用单仓结构，既可以增大磨内的有效粉磨空间，减小磨内的通风阻力，解决蓖缝堵塞问题，又能节约双隔仓的维护费用。一仓采用波纹阶梯衬板，主要起提升破碎作用；原双隔仓和二仓位置采用大斜度分级衬板与小波纹衬板，大斜度分级衬板可使研磨体沿着筒体轴向从进料端到出料端依次递减，使研磨体球径与被粉磨物料的粒径相适应，其工作面上的波纹可以增强研磨体的提升能力，防止窜球，控制物料流速。

图5 新型粉磨仓结构示意Fig.5 Structure of new-type grinding bin

2.5 新型端衬板结构

磨机在运转过程中，虽然端衬板整个表面都要磨损，但磨损程度不同，其中一段环形区域磨损最严重，该区域宽度称为最大磨损区宽度[1]。针对端衬板磨损速度不同，采用相同厚度的端衬板易造成材料浪费，增加了检修和更换成本，因此该磨机端衬板设计采用最新的磨损理论[1]。

式中：Rmax为最大磨损半径，mm；Kr为磨损系数（见图 6）；Ri为筒体的有效半径，mm；β为端衬板的半锥角，mm；Bmax为最大磨损区宽度，mm；K为最大磨损区宽度系数，与磨机填充率ϕ、比转速φ等因素有关，一般取 0.25～0.40；Bn为最大磨损区的内侧宽度，mm；Bw为最大磨损区的外侧宽度，mm[2]。

图6 磨损系数 Kr 与比转速 φ 和填充率 ϕ 的关系曲线Fig.6 Curve of relationship between wear coefficient Kr with specific speed φ and filling ratio ϕ

为了提高端衬板的使用寿命，降低废钢率，将端衬板磨损最严重处加厚，并合理分圈，如图 7 所示。中间圈端衬板磨损量最大，其厚度最厚，可实现不同圈端衬板同一时间段报废，同一时间整体更换，提高了端衬板更换拆卸的通用性，在一定程度上提高了端衬板的整体寿命。

图7 端衬板结构示意Fig.7 Structural sketch of end liner

2.6 小齿轮轴毂复合连接结构

通过调研发现，小于 1 250 kW 的小型磨机，轴毂连接采用胀套连接方式即可满足设备需求；而大于等于 1 250 kW 的大中型磨机，仅采用胀套连接容易发生打滑现象，存在安全隐患[3]。因此针对大中型磨机，其传动部分小齿轮与轴之间采用新型复合连接结构，如图 8 所示。将平键装配在小齿轮轮毂与轴之间，并拧紧装配在小齿轮与轴之间弹性环的拉紧螺栓，通过摩擦压力实现小齿轮轮毂与轴的可靠连接。此结构可提高轴毂连接同心度精度，减小齿轮传动摆动误差，防止磨损加剧，消除轴毂之间打滑的安全隐患，节省维修更换成本。

图8 新型复合连接结构Fig.8 Structure of new-type composite connection

2.7 新型可调整的密封结构

原唇型密封圈采用氟橡胶，其径向调整范围较小，仅靠端面螺栓顶住防止其下落（见图 9），但由于该材料密封圈硬度大、密度大，端面螺栓无法托住密封圈，使密封圈与筒体滑环之间摩擦增大，造成瓦温升高而引起设备跳停。通过设计优化，密封圈材质采用硬度和密度均较低的耐油橡胶，密封圈截面呈Y 型，径向与轴向顶丝均可调整，并在圆周方向增加8 个油杯，通过向油杯注入润滑脂解决摩擦生热的问题，在密封处增加甩油环，及时阻止多余的润滑油向外溢出，解决了滑履轴承润滑油泄漏难题，延长了滑履轴承的使用寿命，杜绝了油品污染。

图9 新型可调整的密封结构示意Fig.9 Structural sketch of new-type adjustable sealing

2.8 磨机总体结构优化

根据粉磨特性，对筒体、隔仓装置、大齿圈等关键件进行有限元分析，以提高其工况适应性。对已运行的烘干型风扫磨机进行实地调研，结合现场运行情况，分析优化磨机总体结构，具体对烘干仓扬料装置、烘干隔仓装置、筒体衬板、端衬板等零部件进行进一步优化设计，使磨机回转部分质量减轻了 8%～10%，在一定程度上降低了风扫磨机的能耗。