当今, 虽然科学技术高度发展, 但人们却面临着严重的能源危机问题。所以, 节能降耗作为全社会的一大主题, 是最需迫切解决的问题。
水泥工业是耗能大户, 节能理所应当成为我们所不可推辞的研究课题。谈到节能, 我们自然会想到采取什么措施来节能。粉磨是水泥生产过程中电耗最高的工艺环节, 约占水泥综合电耗的60-70%, 而物料的粉磨在水泥生产过程中占有重要的地位, 物料在粉磨过程中能量利用率极低, 白白消耗了大量的电能。因此, 粉磨系统是节能研究的主要对象。
立轴冲击破碎机用于水泥预粉磨
立轴冲击破碎机用于水泥预粉磨
目前, 节能途径大致为: 应用粉磨原理控制物料过粉碎; 改进设备结构与研磨介质的配置; 改善入料条件与合理调节负荷; 以助磨剂改善物料易磨性, 分散性等力学性能。为了寻求磨机节能增产的途径, 国内外粉磨工作者经过多年科学实验和生产实践, 提出了“多碎少磨, 缩小入磨粒度, 提高磨机产量,降低电耗的预粉磨技术。
所谓预粉磨就是能够部分或全部取代效率较低的球磨机第一仓承担粗磨任务, 这样便提高粉磨系统的能量利用率, 缩短物料在球磨机中的停留时间和大钢球所施加的过大应力, 有利十减少结团和过粉磨现象; 可以利用预粉磨设备处理硬脆的块料, 然后再与软的易磨的细料一起进球磨机细磨, 使生料或水泥的颗粒分布更加均匀, 降低价颗粒组分间的化学成分的差异。而且也适用于一些小水泥厂技术改造, 当出现窑磨不平衡现象,在资金缺少的情况下, 唯有增加细碎机以破代磨, 提高粉磨效率, 才能满足机立窑能力发挥的需要。
预粉磨设备可以应用辊压机, 细碎鄂式破碎机,锤式破碎机,反击破碎机及立轴冲击式破碎机等。
辊压机出现于1985年, 它与球磨机有不同的组合方式, 产量可提高20~100 %, 能耗可降低10一40 %。辊压机的产品粒度分布宽, 最大的颗粒与辊缝宽度相当, 为8 ~30mm。细粉量视挤压力大小和加料情况等参数而定, 通常小于32 um 的占20 % 以上, 也可调到< 9 0um的占80 %, 球磨机只起打散大块和最终细磨并控制颗粒形状和颗粒组成的作用。其不足之处是设备比较复杂, 投资高对物料的条件要求比较高, 国内机械结构的材质还在发展中, 辊子容易破坏, 维修困难且费用大, 所以在工业技术水平不太高的地方应慎重选用。
细碎鄂式破碎机主要不足是产品粒度不均齐, 经常有长条形大颗粒出现;锤式破碎机、反击式破碎机主要不足是锤头磨损严重, 单位产品电耗较高, 一般都在2一3kwh/吨产品以上。
立轴冲击破碎机是一种新型设务, 它的工作原理系美国帕曼勒提出, 在欧美已有多种产品,各公司产品的名称不一, 在我国常称为制砂机。这类设备已有30多年的历史, 原本用于矿山中硬以上矿石的细碎,1988年, 德国马丁·史丹寇脱公司首次将DAVID 型立轴冲击破碎机提交给盖赛克水泥厂, 与原有3.8 x 12.75m水泥磨组合使用效果较好。在一般情况下, 可以提高产量30 ~ 50%, 节能10一20 %。立轴冲击破碎机能将物料破碎到小于2.5mm占80 ~ 90 %。其具有结构简单, 易损件少, 造价低, 维护费少等优点。
下面根据JH水泥厂在生料磨前安装立轴冲击破碎机对生料预粉磨的实际生产情况的影响, 对立轴冲击破碎机在水泥生料预粉磨中的应用进行研究与分析。
2 立轴冲击破碎机的结构原理
2.1 结构
立轴冲击破碎机主要山五大部分组成, 即:传动装置( 电机, 皮带传动)、主轴装置( 主轴, 轴承, 轴套, 加油管, 冷却水管等)、撒料装置(分料堆, 撒料盘, 导向叶片等)、涡动自粉碎腔、支承装置(机壳与机架, 进料口, 出料口等)。
2.2 工作原理
立轴冲击破碎机是依靠高速旋转的叶轮的水平通道边缘产生的离心力, 将物料抛至环形破碎腔, 与腔壁堆积的料垫冲撞, 以及物料与物料间的相互碰撞与相互研磨, 从而实现破碎与粉碎的目的。物料颗粒在高速冲击速度下, 自然裂纹扩大, 并解体成小的立方体颗粒。由于冲击过程连续进行, 大小颗粒的动能不相同, 因此物料在腔内料垫前呈现紊流状态。失去动能的物料因重力而冲刷下来, 新的物料不断向垫层冲击, 在反击涡动区的物料不断更新且不断产生相互冲摊与相互研磨的作用。细粉质量小, 动能小, 会比质量大的颗粒先排向出料口。因此, 它独特的结构特点决定了它的独特的工作原理。
立式冲击破碎机工作原理图
立式冲击破碎机的工作原理图
3 立轴冲击破碎机的工艺流程和工艺条件
3.1 工艺流程概况
JH厂是一家小型机立窑水泥厂, 由于窑的生产能力是8T/h, 而直径1.83 x 7m的生料磨的生产能力是9T/ h。窑与磨不匹配,于是我们在给该厂安装了一台立轴冲击破碎机。
我们的改造方案是, 原生料粉磨车间的各设备保持不动, 在皮带输送机的下料口处安置三通溜子,分别接入立轴冲击破碎机和生料磨。如果把插板插入进磨的分支时, 物料先进入立轴冲击破碎机, 经破碎后的物料经提升机送到磨中, 当把插板插入立轴冲击破碎机的分支时, 物料就不经过立轴冲击破碎机而直接人磨, 这样可避免立轴冲击破碎机不能正常运转时影响生产。
这种布置方案的优点是投资少, 安装容易, 检修方便, 不会因预粉磨系统出现故障使生料磨停转影响整个生产系统, 所以, 风险小, 安全可靠。改造后生料粉磨车间的工艺流程为:
水泥生料粉磨工艺流程
3 .2 工艺条件
预粉磨物料: 石灰石、粘土、铁粉、煤萤石配合料
入料平均粒度: 20 一25 mm
入料量: 10 一14T/h
入料平均水分: 2%
球磨机规格:1.83 x 7 m
研磨体总装载量: 21T
第一仓钢球平均球径: 75 mm
立轴冲击破碎机规格: PC-8526
提升机机规格: HL300 x 6.8 m
4 工艺设计及试验结果分析
立轴冲击破碎机的出料粒度
实验测得的数据列入表:
粒径: D(mm) 筛余(g) 累计筛余R (% ) Lgd LgR
10-7 15.4 11.85 0.85 1.07
5 13.2 22.00 0.7 1.34
3 13.2 32.15 0.48 1.51
2 9.05 39.12 0.30 1.59
1 15.7 51.12 0 1.71
0.56 8.7 57.88 0.25 1.76
0.45 8.0 64.04 0.35 1.81
0.216 13.5 74.42 0.67 1.87
0.172 2.55 76.38 0.76 1.88
0.07 8.7 83.08 1.1 1.92
0 19.2 100
161.35 0.173 1.73
最大粒径Dmax 不大于10mm
8 0%筛下粒级D80= 5.5 mm
0.08mm, 筛下R0.08 = 1 2%
平均粒径Dp =2.52mm
上面的结果足以证明, 该立轴冲击破碎机具有良好的细碎性能。破碎产物颗粒分布已接近球磨机第一仓的粉碎作用, 能较好地满足生混合料的细碎—粉磨技术的要求。
4.3 球磨机钢球级配的调整
在加设预粉碎系统前, 入磨粒度D80 =20mm,产量10吨/小时, 细度是0.0 8mm 筛余6 一8 %, 改造后, 入磨粒度减小到D80=5.5mm。因为大钢球只起到破碎大块物料的作用, 粒度小的颗粒从大钢球缝隙通过而不能被磨细, 为了提高磨机产量和细度, 我们对第一仓的钢球级配作如下调整:
最大球径:Dmax=28 X Dmax X0.333 = 28 X 10 X0.3 3 = 60mm
② 确定各仓的研磨体及其级数:
第一仓: 直径是60, 50 ,40 , 30mm的钢球四级
第二仓: 20 x 25，20 x 30mm的钢段二级
③确定各级比例:
钢球根据“ 两头大, 中间小”的一般原则选择如下:粒径60,50 ,40 , 30mm分别为: 20%,30%, 30%, 20%
钢段20x 25mm, 25 x 30mm分别为:50%,50%
④ 计算各级研磨体装载量:
估算平均填充率:
总装载量G =21 吨
平均填充率率= 0.28
确定各仓装载量:
第一仓: G l =0.785 X ( 1.83-0.08 )2 X 2.3 X 0.27 X 4.6 = 6.87 吨;
第二仓: G2=.0.785 X1.75 X1.75 X 4.6 X 0.28 X 4.36 =13.50吨;
总装载量: 6.87 + 13.50=20.37吨< 设机装载量, 可行。
计算各级研磨体的装载量:
钢球: Φ60mm:6.87 X20%=1.37T
Φ50mm:6.87 X30%=2.06T
Φ40mm:6.87 X30%=2.06T
Φ30mm:6.87 X20%=1.37T
钢段: Φ20 X 25mm:13.50 X50%=6.75T
Φ20 X 30mm:13.50 X50%=6.75T
⑤ 平均球径:
Dav=44.9mm, 平均球径设计计算结果与经验数据基本一致, 此方案可试用, 待生产实践检验再调整。改造前后钢球级配的对比:
球径mm 改重前（t） 改重后（t）
90 1.37
80 2.06
70 2.06
60 1.37 1.37
50 2.06
40 2.06
30 1.37
4.4 磨机的产量和电耗
改造前后磨机的产量及电耗列入下表:
项目 改重前 改重后
磨机主机功率 kw 245 245
预破碎电机功率kw 22
提升机电机功率kw 3
总功率kw 245 270
磨机产量T/h 9 14
细度% 6-8 6-8
单位能耗kw/T 27.2 19.3
由表中的数据, 可得出粉磨同样细度的生料, 改造后生料磨的产量提高40%, 单位产品电耗降低29 %。
降低入磨粒度是提高产量的一个有效措施。规格为Φ1.83 x 7m的生料磨加设细碎机后, 磨机的台时产量由9 吨提高到14吨, 每天以22小时, 全年以300天计算, 这台磨全年产量可达94200吨。窑的全年生产能力是6万吨, 基本满足窑磨平衡的需要。
4.5 经济效益
由前面的实验结果可计算出, 安装细碎机后, 生产每吨生料可节约电能7.9度, 每度电的电费按1元算, 则粉磨一吨生料的成才`可降低8元, 每年生产92400吨生料, 全年可节约资金739200元。半年就可以收回安装预粉碎系统的投资费用。
4.6 磨机及立轴冲击破碎机的机械性能
加设预破碎系统后, 入磨物料粒度减小,磨内钢球直径也减小, 减小钢球之间相互撞击的应力, 降低钢球及钢段的消耗和衬板磨损, 延长磨机的使用寿命。
经过前面的实验和实验分析, 得出了如下的结论:
5.1 从立轴冲击破碎机顶粉碎生料的运转情况可看出, 它运转平稳, 不需要特殊的基础; 没有粉尘污染, 不需要收尘设施。
5.2 立轴冲击破碎机进料粒度≤80mm, 物料中水分≤4%,不含大的铁块,一般对破碎效果没有明显影响。
5.3 立轴冲击破碎机产品粒度细, 最大粒径小于10mm , 平均粒径约为2.5 mm, 完全可取代球磨机第一仓, 承担粗磨任务。
5.4 立轴冲击破碎机与生料磨联合使用, 可降低入磨粒度,使生料磨增产50%, 单位产品电耗降低20%, 经济效益十分可观。
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