水泥工業是耗能大戶, 節能理所應當成為我們所不可推辭的研究課題。談到節能, 我們自然會想到采取什么措施來節能。粉磨是水泥生產過程中電耗zui高的工藝環節, 約占水泥綜合電耗的60-70%, 而物料的粉磨在水泥生產過程中占有重要的地位, 物料在粉磨過程中能量利用率極低, 白白消耗了大量的電能。因此, 粉磨系統是節能研究的主要對象。

立軸沖擊破碎機用于水泥預粉磨

        目前, 節能途徑大致為: 應用粉磨原理控制物料過粉碎; 改進設備結構與研磨介質的配置; 改善入料條件與合理調節負荷; 以助磨劑改善物料易磨性, 分散性等力學性能。為了尋求磨機節能增產的途徑, 國內外粉磨工作者經過多年科學實驗和生產實踐, 提出了“多碎少磨, 縮小入磨粒度, 提高磨機產量,降低電耗的預粉磨技術。
 
        所謂預粉磨就是能夠部分或全部取代效率較低的球磨機*倉承擔粗磨任務, 這樣便提高粉磨系統的能量利用率, 縮短物料在球磨機中的停留時間和大鋼球所施加的過大應力, 有利十減少結團和過粉磨現象; 可以利用預粉磨設備處理硬脆的塊料, 然后再與軟的易磨的細料一起進球磨機細磨, 使生料或水泥的顆粒分布更加均勻, 降低價顆粒組分間的化學成分的差異。而且也適用于一些小水泥廠技術改造, 當出現窯磨不平衡現象,在資金缺少的情況下, 唯有增加細碎機以破代磨, 提高粉磨效率, 才能滿足機立窯能力發揮的需要。
 
         預粉磨設備可以應用輥壓機, 細碎鄂式破碎機,錘式破碎機,反擊破碎機及立軸沖擊式破碎機等。
 
         輥壓機出現于1985年, 它與球磨機有不同的組合方式, 產量可提高20~100 %, 能耗可降低10一40 %。輥壓機的產品粒度分布寬, zui大的顆粒與輥縫寬度相當, 為8 ~30mm。細粉量視擠壓力大小和加料情況等參數而定, 通常小于32 um 的占20 % 以上, 也可調到< 9 0um的占80 %, 球磨機只起打散大塊和zui終細磨并控制顆粒形狀和顆粒組成的作用。其不足之處是設備比較復雜, 投資高對物料的條件要求比較高, 國內機械結構的材質還在發展中, 輥子容易破壞, 維修困難且費用大, 所以在工業技術水平不太高的地方應慎重選用。
 
         細碎鄂式破碎機主要不足是產品粒度不均齊, 經常有長條形大顆粒出現;錘式破碎機、反擊式破碎機主要不足是錘頭磨損嚴重, 單位產品電耗較高, 一般都在2一3kwh/噸產品以上。
 
         立軸沖擊破碎機是一種新型設務, 它的工作原理系美國帕曼勒提出, 在歐美已有多種產品,各公司產品的名稱不一, 在我國常稱為制砂機。 這類設備已有30多年的歷史, 原本用于礦山中硬以上礦石的細碎,1988年, 德國馬丁·史丹寇脫公司將DAVID 型立軸沖擊破碎機提交給蓋賽克水泥廠, 與原有3.8 x 12.75m水泥磨組合使用效果較好。在一般情況下, 可以提高產量30 ~ 50%, 節能10一20 %。立軸沖擊破碎機能將物料破碎到小于2.5mm占80 ~ 90 %。其具有結構簡單, 易損件少, 造價低, 維護費少等優點。
 
          下面根據JH水泥廠在生料磨前安裝立軸沖擊破碎機對生料預粉磨的實際生產情況的影響, 對立軸沖擊破碎機在水泥生料預粉磨中的應用進行研究與分析。
 
          2 立軸沖擊破碎機的結構原理
          2.1 結構
          立軸沖擊破碎機主要山五大部分組成, 即:傳動裝置( 電機, 皮帶傳動)、主軸裝置( 主軸, 軸承, 軸套, 加油管, 冷卻水管等)、撒料裝置(分料堆, 撒料盤, 導向葉片等)、渦動自粉碎腔、支承裝置(機殼與機架, 進料口, 出料口等)。
 
          2.2 工作原理
          立軸沖擊破碎機是依靠高速旋轉的葉輪的水平通道邊緣產生的離心力, 將物料拋至環形破碎腔, 與腔壁堆積的料墊沖撞, 以及物料與物料間的相互碰撞與相互研磨, 從而實現破碎與粉碎的目的。物料顆粒在高速沖擊速度下, 自然裂紋擴大, 并解體成小的立方體顆粒。由于沖擊過程連續進行, 大小顆粒的動能不相同, 因此物料在腔內料墊前呈現紊流狀態。失去動能的物料因重力而沖刷下來, 新的物料不斷向墊層沖擊, 在反擊渦動區的物料不斷更新且不斷產生相互沖攤與相互研磨的作用。細粉質量小, 動能小, 會比質量大的顆粒先排向出料口。因此, 它*的結構特點決定了它的*的工作原理。

立式沖擊破碎機的工作原理圖

 
          3 立軸沖擊破碎機的工藝流程和工藝條件
          3.1 工藝流程概況
          JH廠是一家小型機立窯水泥廠, 由于窯的生產能力是8T/h, 而直徑1.83 x 7m的生料磨的生產能力是9T/ h。窯與磨不匹配,于是我們在給該廠安裝了一臺立軸沖擊破碎機。
 
          我們的改造方案是, 原生料粉磨車間的各設備保持不動, 在皮帶輸送機的下料口處安置三通溜子,分別接入立軸沖擊破碎機和生料磨。如果把插板插入進磨的分支時, 物料*入立軸沖擊破碎機, 經破碎后的物料經提升機送到磨中, 當把插板插入立軸沖擊破碎機的分支時, 物料就不經過立軸沖擊破碎機而直接人磨, 這樣可避免立軸沖擊破碎機不能正常運轉時影響生產。
 
            這種布置方案的優點是投資少, 安裝容易, 檢修方便, 不會因預粉磨系統出現故障使生料磨停轉影響整個生產系統, 所以, 風險小, 安全可靠。改造后生料粉磨車間的工藝流程為:

               3 .2 工藝條件
               預粉磨物料: 石灰石、粘土、鐵粉、煤螢石配合料
              入料平均粒度: 20 一25 mm
              入料量: 10 一14T/h
              入料平均水分: 2%
              球磨機規格:1.83 x 7 m
              研磨體總裝載量: 21T
              *倉鋼球平均球徑: 75 mm
              立軸沖擊破碎機規格: PC-8526
              提升機機規格: HL300 x 6.8 m
             4 工藝設計及試驗結果分析
             立軸沖擊破碎機的出料粒度
             實驗測得的數據列入表:

 
           zui大粒徑Dmax 不大于10mm
           8 0%篩下粒級D80= 5.5 mm
           0.08mm, 篩下R0.08 = 1 2%
           平均粒徑Dp =2.52mm
           上面的結果足以證明, 該立軸沖擊破碎機具有良好的細碎性能。破碎產物顆粒分布已接近球磨機*倉的粉碎作用, 能較好地滿足生混合料的細碎—粉磨技術的要求。
 
           4.3 球磨機鋼球級配的調整
           在加設預粉碎系統前, 入磨粒度D80 =20mm,產量10噸/小時, 細度是0.0 8mm 篩余6 一8 %, 改造后, 入磨粒度減小到D80=5.5mm。因為大鋼球只起到破碎大塊物料的作用, 粒度小的顆粒從大鋼球縫隙通過而不能被磨細, 為了提高磨機產量和細度, 我們對*倉的鋼球級配作如下調整:
           zui大球徑:Dmax=28 X Dmax X0.333 = 28 X 10 X0.3 3 = 60mm
           ② 確定各倉的研磨體及其級數:
            *倉: 直徑是60, 50 ,40 , 30mm的鋼球四級
            第二倉: 20 x 25，20 x 30mm的鋼段二級
           ③確定各級比例:
            鋼球根據“ 兩頭大, 中間小”的一般原則選擇如下:粒徑60,50 ,40 , 30mm分別為: 20%,30%, 30%, 20%
            鋼段20x 25mm, 25 x 30mm分別為:50%,50%
            ④ 計算各級研磨體裝載量:

1. 估算平均填充率:

          總裝載量G =21 噸
          平均填充率率= 0.28

1. 確定各倉裝載量:

           *倉: G l =0.785 X ( 1.83-0.08 )2 X 2.3 X 0.27 X 4.6 = 6.87 噸;
           第二倉: G2=.0.785 X1.75 X1.75 X 4.6 X 0.28 X 4.36 =13.50噸;
           總裝載量: 6.87 + 13.50=20.37噸< 設機裝載量, 可行。

1. 計算各級研磨體的裝載量:

          鋼球: Φ60mm:6.87 X20%=1.37T
                    Φ50mm:6.87 X30%=2.06T
                    Φ40mm:6.87 X30%=2.06T
                    Φ30mm:6.87 X20%=1.37T
          鋼段: Φ20 X 25mm:13.50 X50%=6.75T
                    Φ20 X 30mm:13.50 X50%=6.75T
           ⑤ 平均球徑:
             Dav=44.9mm, 平均球徑設計計算結果與經驗數據基本一致, 此方案可試用, 待生產實踐檢驗再調整。改造前后鋼球級配的對比:

 
            4.4 磨機的產量和電耗
             改造前后磨機的產量及電耗列入下表:

               由表中的數據, 可得出粉磨同樣細度的生料, 改造后生料磨的產量提高40%, 單位產品電耗降低29 %。
 
               降低入磨粒度是提高產量的一個有效措施。規格為Φ1.83 x 7m的生料磨加設細碎機后, 磨機的臺時產量由9 噸提高到14噸, 每天以22小時, 全年以300天計算, 這臺磨全年產量可達94200噸。窯的全年生產能力是6萬噸, 基本滿足窯磨平衡的需要。
 
             4.5 經濟效益
              由前面的實驗結果可計算出, 安裝細碎機后, 生產每噸生料可節約電能7.9度, 每度電的電費按1元算, 則粉磨一噸生料的成才`可降低8元, 每年生產92400噸生料, 全年可節約資金739200元。半年就可以收回安裝預粉碎系統的投資費用。
 
             4.6 磨機及立軸沖擊破碎機的機械性能
              加設預破碎系統后, 入磨物料粒度減小,磨內鋼球直徑也減小, 減小鋼球之間相互撞擊的應力, 降低鋼球及鋼段的消耗和襯板磨損, 延長磨機的使用壽命。
 
             經過前面的實驗和實驗分析, 得出了如下的結論:
             5.1 從立軸沖擊破碎機頂粉碎生料的運轉情況可看出, 它運轉平穩, 不需要特殊的基礎; 沒有粉塵污染, 不需要收塵設施。
 
             5.2 立軸沖擊破碎機進料粒度≤80mm, 物料中水分≤4%,不含大的鐵塊,一般對破碎效果沒有明顯影響。
 
             5.3 立軸沖擊破碎機產品粒度細, zui大粒徑小于10mm , 平均粒徑約為2.5 mm, *可取代球磨機*倉, 承擔粗磨任務。
 
             5.4 立軸沖擊破碎機與生料磨聯合使用, 可降低入磨粒度,使生料磨增產50%, 單位產品電耗降低20%, 經濟效益十分可觀。