水泥厂立式辊磨的选型.docx
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水泥厂立式辊磨的选型
水泥厂立式辊磨的选型
（一）
∙作者：
熊会思程福安李兆峰单位:
西安建筑科技大学粉体工程研究所[2007-6-20]
关键字:
水泥-立磨-选型
∙摘要:
引言
立式辊磨越来越广泛地用于水泥厂生产线。
新建现代化水泥生产线中，煤、生料的粉磨采用立式辊磨者占90％以上，水泥熟料和矿渣粉磨采用立式辊磨者越来越多，所以在现代化水泥工厂中，立式辊磨已成为工厂工艺过程重要装备，这是它一系列的优良特性所决定的，一部分属纯机械技术，另一部分是工艺过程的，具体如下：
（1）垂直结构，占用场地很小。
（2）由于结构紧凑，只需要很小空间。
（3）立式辊磨运行噪音低：
其主要噪音源来自辊磨工作、传动马达和减速机系统及密封风机。
（4）立式辊磨空运转时具有低的噪音和低的振动，采用摇臂单独控制磨辊，采用机械停止或液压控制磨辊可在降低噪音和振动的同时防止磨辊和磨盘衬板发生金属接触。
（5）能够喂入较粗物料，物料粒径大约为磨辊平均直径的5％～8％，可节省预破碎能量消耗。
（6）金属的磨损量很低，比管磨机约低25％，更换磨辊轮胎的时间非常短，因此维修费用很低。
（7）通过使用硬的耐磨材料，采用降低磨损方法以及优化措施，随着操作者的经验增加使粉磨元件的使用时间增长。
（8）改善粉尘流物理效应，使壳体衬板的使用寿命增长。
（9）通过用液压气动弹簧加载系统配合现代流行耐磨材料的良好的物理特性能迅速变更粉磨力，使粉磨工作更容易。
（10）集粉磨、均化、烘干、选粉和输送功能于一体。
（11）在粉磨和选粉空间中粗粉有很高的循环率，使在粉磨选粉过程中具有非常高的烘干效率。
（12）由于物料在粉磨室内停留时间短，故有很好的可控制性；由于改变工艺过程反应时间短，所以很适合完全自动化。
（13）4辊磨采用单独成对控制，工作压力的控制范围很大，也就是在1个粉磨室的1个磨上2×成对辊操作（莱歇磨系统）。
（14）立式辊磨具有很高运转率，在水泥工业生产线中是一窑配一磨，可得到最高投资效益。
（15）由于磨辊是单独成对控制，当2个磨辊出故障时，允许用另外2个磨辊紧急操作，可达到大约70％满负荷产量，这时如果磨机连续工作24 h，窑只是在产量稍为降低的情况下继续运行。
（16）在辊磨中使用特殊选粉机可同时生产2或3种粒径的细粉。
（17）由于避免了管磨机内不良研磨体循环，立式辊磨的单位能耗低。
（18）对于滚动摩擦占很大能耗比例来说，使用大直径磨辊的滚动阻力很小，所以单位能耗低。
（19）由于在料层中比较薄的颗粒层中进行粉碎，故单位能耗（kWh／t）低。
（20）在同一机器中采用组合选粉工艺过程，直接打碎已粉碎颗粒的团块，所以效率高。
（2 1）通过最佳调整导风环，使载尘气流非常均匀地通过，使气流能耗（磨机阻力）最小化，同时达到最大粉磨产量，从而达到总的能耗最小化，根本不用降低风量和采用外部循环物料来降低能耗。
我们知道立式辊磨的发明是受农村碾磨粮食的石头碾子启发。
现代的立式辊磨是从l 906年起开发的，至今已经过近百年不断改进，经历了通过离心力给磨辊施压到用弹簧加压，到现在用液压气力弹簧系统加压。
被粉磨物料从最软的煤到中等硬度的水泥原料到硬脆的水泥熟料和矿渣。
对于水泥工业来说，新型干法分解炉技术的发明，回转窑产量的翻番和大型化，使得立式辊磨结构得到不断改进和大型化，从而满足了一窑配～磨的要求。
为了满足水泥厂工艺生产线的磨煤、磨水泥生料、磨水泥熟料及矿渣的要求，世界各国水泥机械制造商开发了自己品牌的立式辊磨。
下面将分别介绍这些著名品牌立式辊磨的结构、选型方法，以及部分品牌的使用和改进隋况。
1 CP_公司彼得立磨
1．1彼得立磨的结构
彼得立磨（图1）是用球形磨辊在水平槽形粉磨轨道上进行粉磨。
该磨是用弹簧加载推动球辊向下压在被粉磨的物料上。
根据对产品质量的要求，粉磨装置可采用动力或静力选粉机。
在世界上使用着的750多台彼得立磨，有将近500多台用于磨煤，有近100台用于磨石膏。
彼得磨具有坚固耐用的结构，在研磨部位没有任何轴承或润滑点。
这种设计使该磨机可在700℃高温下操作使用，可达到最佳的干燥状态，甚至可用来煅烧石膏。
该磨机设计理念是基于巨大轴向球形轴承球在粉磨环之间自由地滚动。
从开始到最后整个使用期间，永远保持绝对的圆形。
粉磨机构如图2所示的特殊的几何形状保证了使用寿命全程的恒定产量和颗粒细度。
它不像其它辊磨机，EM磨粉磨元件是免维修，其粉磨元件是高耐磨材料制成的，使用寿命可达40000h。
彼得磨可以承受外来异物而不用停机。
当磨球或环接触到这些外来异物时，所产生的振动将完全被压缩弹簧所吸收而不至于造成油压系统的内应力（见图3）。
磨球会自动将任何外来异物从磨环轨道剔除，同时刮板将异物刮送到废料箱中。
彼得磨可以完全烘干含水分20％以下的物料。
采用高效选粉机可进行超细粉磨，且在整体运行期间其细度不变。
1．2选型
在选型彼得磨时，一定要认知它的不足之处：
这种磨的球辊（一般采用5个球辊）是随下部磨盘转动时在槽形粉磨物料层上滚动，而球顶部总是与压力环的金属接触。
这些球没有笼罩，运动时在水平方向偶尔会互相碰撞，使他们在相同方向回转时互相磨削。
随着球的质量增加，自然会导至振动。
这就是这种磨机规格增大受限制的一个原因。
图3彼得磨对外来异物不敏感的原理
对于其他磨辊悬挂在固定位置轴上的立磨，在磨盘每转一周时，磨辊的轮胎要辗过磨盘粉磨槽一周。
而彼得磨的磨球是自由滚动的粉磨体，当球要辗过磨盘粉磨槽一周同样距离时，球表面要转过更大距离。
也就是说，同固定位置磨辊相比，要得到同样粉磨路径长度，其磨球的粉磨表面要以更高速度运行。
然而磨球转速增加其动载荷随着增加，事实上却很难找到合适的增速办法。
不提高粉磨速度，则只有增大磨机直径（磨盘和壳体直径）和磨球的数量才能增加产量。
这样造成有很大壳体直径，在使用适当风量情况下不能提供对已粉磨好的物料足够的提升力，只有提升煤和像煤那样比重很轻的物料，因此彼得磨粉磨物料的种类有限。
在我国香港青洲水泥集团踏石角的5 500t/d 水泥生产线，就采用了彼得立磨磨煤。
彼得磨粉磨元件磨损后，打开它的磨门，可以用维修装置更换所有磨损件（磨球和磨盘衬板），这些磨损件具有非常长的使用寿命。
2 MB立式辊磨
MB立式辊磨（图4）吸收了彼得磨的优点，即在磨辊内不用辊子轴承，而采用3个大磨辊，在压缩弹簧作用下压力环将按三点静定支承原则布置的磨辊压人磨盘的导轨槽中粉磨物料。
磨辊之间设有导向系统，它在粉尘流中工作受到严重磨损。
像彼得磨一样，磨辊不是支承在一个固定地方。
在下面磨盘粉磨料层传动下，磨辊本身也转动和受压力环导向向前行走，行走速度比磨盘低。
同样要把磨机直径增加得比较大才能满足提高磨机产量的需要。
这种磨机在水泥工业中应用失败，同样只能用于电站中作磨煤用。
这种磨机在国内还未见过。
3非凡公司MPS磨
德国非凡公司购买了MB立式辊磨专利用了很短时间，后来他们综合了莱歇磨的优点和MB磨的基本设计概念开发出MPS磨。
3．1 MPS磨结构
如图5所示，MPS磨采用MB磨的3个磨辊系统和磨盘上被粉磨物料料层的导向槽，但磨辊装在轴的辊子轴承上， 同时磨辊在固定位置的加载构件下回转。
通过压力框架使这些磨辊压向被粉磨物料层，但是此刻是通过加载机构迂回夹住磨辊，即通过压力框架下的枢轴可以自行调整位置，原则上消除了MB磨中上述危险的磨损点。
对小型磨机由装在压力框架上的压力环和弹簧产生粉磨力。
用l台液压压紧装置施以预加载荷。
在大型磨机中，通过三角框配装上直接拉杆提供粉磨压力。
由液压气动装置产生预加载荷和弹簧效应。
压力框架在六角形或圆形磨机壳体顶部被导向，在导轨中允许作垂直运动，为了在磨内定位磨辊系统而设有可调斜度拉杆来缓冲扭矩反力。
MPS磨像莱歇磨那样，所有磨辊的粉磨表面是全速下粉磨的。
上世纪60年代起MPS磨在市场上取得成功，这说明所采取的措施是正确的。
MPS磨取得成功，其生产许可证曾经转让给丹麦FSmidth、美国A．C公司和我国的沈阳重型机器厂。
在这之后，非凡公司于1985年开发出新一代MPS BC型立磨，改进处见表l。
表l老型和新一代Mr’S
磨的比较
换代后的MPS BC型的立式辊磨见图6。
概括地说，新一代MPS立磨具有下列优点：
单位电耗低；充分利用工艺过程中的热；易于控制；噪音低；l台机器可粉磨、选粉兼烘干。
从结构上来讲，MPS立磨有以下几点值得介绍。
3．1．1降低压力损失的方法
为了降低MPS立磨系统中风机的压力损失，除煤磨外均装有外部物料循环系统。
一般该循环系统输送设备能力是磨机额定产量的50％，在正常操作情况下，外部物料循环量为总量的10％～30％。
MPS立磨在粉磨中等易磨性物料时通风压力损 失如下：
（1）产量在200t/h范围内大约45×103pa
（2）产量在300tm范围内大约48×103pa；
（3）产量在400t／h范围内大约52×l03pa。
设计最佳风环的喷嘴，对急需烘干的湿原料产 生喷腾层，使风速可降至40～50 m／s；之间。
对难粉磨 或烘干水分少的原料工艺过程。
甚至可以通过进一 步降低风环喷嘴风速，使通风压力损失再降低。
3．1．2新一代MPS磨在更换磨损件十分方便
通过立磨壳体上唯一的检修门，借助MPS提升 摆出系统，可方便更换MPS立磨磨损件，其工作顺 序和原理如下：
（1）打开检修门；
（2）安装中央立柱和悬挂固定架（在磨机运转 之前，这些辅件从磨盘的中心取下和存人仓库）；
（3）用拉伸液压装置提升压力框架；
（4）拆卸第一个磨辊； ．
（5）用辅助传动慢速转动磨盘，使第二个磨辊旋转至检修门处；
（6）拆卸第二个磨辊；
（7）用上述方法拆卸第三个磨辊；
（8）拆卸磨盘上扇形衬板（采用辅助传动，使 每块扇形衬板能转至检修门处，以及用提升和摆出 装置拆卸之）；
（9）用相反顺序装磨损件。
3．1．3改善MPS立磨启动条件
非凡公司大型MPS立磨一般采用滑环电动机传动，并借助辅助传动启动。
允许在满负荷情况下均匀地启动。
辅助传动也可用作维修。
采用鼠笼电动机和同步电动机，新一代大型MPS立磨要在提升磨辊后启动，这时不需要辅助传动。
3．1.4抗磨损部位的材质与形状
非凡公司开发用抗磨损合金铸铁（即抗磨白口铸铁或在韧性基体中嵌高铬的马丁体）来制造磨辊外套和磨盘衬板。
通常用镍硬Ⅳ铸造的磨辊弧形片状外套，用楔接方法组成整体的辊子，也可用白口合金铸铁铸造弧形片，这种白口含合金铸造，其母体材料具有80 mm厚的硬层表面，冷硬表面层含有高比例的碳化物和铬，还含有其它合金成分如铌等。
这种表面层磨损后可以进行焊接修补。
这种弧形片楔接成磨辊外套，代替了过去易裂纹铸造的白口铁轮胎。
磨辊轮胎采用高硬度合金铸铁和高韧性铸铁组合起来的复合材料制成，这种材料只能制成整体的轮胎，不能做成弧片状的分离体。
3．1．5振动的原因及监控装置
所有立磨都是质量弹性系统，他们都会产生振动，设计原理和操作方式决定振动高低。
引起质量振动主要因素是粉磨料层。
因此使粉磨料层稳定和均匀对磨机匀速运行极为重要。
而物料喂入和块状物料进口速度影响到粉磨层的均匀性和稳定。
图7表示相互关系的图解，可见辊径和盘速是决定块状物料层压实速度的决定因素。
随着压实速度的提高，物料颗粒分布时间越少，不能形成最佳粉磨料层，因而粉磨料层的密度低，决定着粉磨力不理想。
高的压实速度还会更多地受料层中块度的影响，这样磨机振动趋向加大。
与小的磨辊直径和高的磨盘速度相反，大的磨辊直径和低的磨盘速度将稳定粉磨料层和降低振动。
在不改变磨盘挡环高度及不增加料层装备装置的情况下，出现异常才采取在磨辊间喷水的辅助措施，以稳定料磨料层。
为了避免振动，非凡公司开发了振动监控装置，该装置通过测量压差来控制磨盘上物料量；在磨机减速机输入轴上装振动速度探测器来测量振动速度；并在液压拉力油缸上安装行程测量系统，测量粉磨料层厚度。
如果能正确设计和操作磨机，以及用上述相关措施监控，一般能避免不能容忍的振动，或在振动速度超出允许值时使磨机停止运转
∙3.2MPS辊磨选型
MPS立式辊磨可以粉磨煤、水泥原料、水泥和渣等，由于所粉磨物料的物理和化学特性不同，断以在选择MPS辊磨时要注意下列情况。
3．2．1对物料水分要求一般泥煤、水泥原料、高炉矿渣所含水分比较，不同磨机允许物料的最高水分见表2。
当原料水分超过允许值，可在磨前设置预烘干碎装置。
喂料湿度对立式辊磨的生产效率和磨机运转状态有一定影响。
在相同物料情况下，喂料湿度由7％增加到25％时．，磨机产量下降约20％。
3．2．2易磨性
表2不同磨机物料的最高水分
热源
风扫磨（％）
尾卸提升循环磨（％）
中卸提升循环磨（％）
立式辊磨 （％）
加热风炉
15
8
14
20-25
利用窑尾废气
8
4
8
15-20
物料的易磨性系指其抵抗粉磨能力的难易程度，一般用功指数Wi表示，见表3。
在做物料易磨性测定时，最好选择非凡公司辊磨试验法。
我国沈阳重型机械厂在引进MPS辊磨制造许可证时也引进了整套MPS32试验辊磨机，因此沈重也是采用辊磨试验法来作物料易磨性测定。
该MPS32试验辊磨机主要参数见表4。
采用非凡一沈重立式辊磨粉磨系统进行性能试验，通常是根据试验物料的数量确定进行若干个单独试验，组成连续进行的试验系列。
在成品试样的细度试验时，是在选定试验时间内所确定的成品率稳定后，即可结束这一单独试验。
采用多层筛确定产品细度。
表3物料易磨性分类表
物料性能
软类
中硬
较硬
硬
坚硬
Wi指数（kWh／t）
<8
10
12
14
>16
取得试验数据后可确定单位功率消耗：
小时产量Mfr=G／／T×60 （kg/h）
（1）式中：
G—3～6min内单个试验成品量，kg；
T—试验时间，min。
表4辊磨法试验辊磨机主要参数
参数名称
单位
数据
备注
辊磨机规格
MPS32
转速
r/min
RES32A无级变速
入料粒度
Mm
0～8
粉磨轨道半径
Mm
160
磨辊数
个
3
每个辊负荷
N
5．615
磨辊直径
Mm
250
磨内选粉机型号
SL256
选粉机叶片数
片
24
拉紧装置
液压弹簧
物料量
Kg
500～1000
电机功率
Kw
7．5
单个试验时间
min
3～6
视原料易磨性而定
每次单个试验的功率消耗
式中：
Pab—每次单个试验磨电机输出功率，kW。
该值可根据所确定的标准曲线转换。
将全部试验结果绘成细度一功率消耗一成品率关系曲线。
根据要求，细度等级、性能参数可由该曲线获得，最后确定佩和‰。
非凡辊磨法所确定易磨性的单位功率消耗WmM（kWh／t），Mf（g/r）的数据见表5。
3．2．3确定MPS立式辊磨系数
根据实验辊磨所得到WmMT单位功率消耗值，或根据粉磨同样物料不同规格立磨所得到WmM值，可在订货时确定立磨传动功率，可按下式计算：
PB=WmMT.mFB
式中：
R—生产立磨传动功率，kW；
WmMT—辊磨单位功率消耗，kWh／t；
mFb—生产立磨产量，t/h；
同时传动功率还要考虑与被粉磨物料、粉磨细度系数、粉磨作用力、磨辊数和磨盘速度有关，即：
PB=FMT.FWBF.ZB.VSB（3）式中：
FMT一与被粉磨物料和粉磨细度有关的系数；
FWBF一生产立磨磨辊上粉磨力；
ZB—磨辊数；
VSB一生产立磨磨盘速度。
表5物料易磨性数据表
厂名
主要物料品种
非凡一沈重法（kWh／t）
非凡一沈重法（g／r）
哈尔滨
石灰石、粘土、铁粉
4．7～5．2
1．6
抚顺
石灰石、熔渣
6．46
4．87
巢湖
石灰石、粘土、铁粉
6．7
0．8
琉璃河
石灰石、砂岩、铁粉、粉煤灰
7.5
6.5
滇西
石灰石、粘土、铁粉
7.2
1.6
浩良河
石灰石、粘土、铁粉
5.16
2.0
昌江
石灰石、粘土、铁粉
5.5
2.5
太原
高炉矿渣
30.4
京阳
水泥熟料
27
从一般动力学可知
这样变成试验磨测得的两个值（WmMT,fMT）同被粉磨物料有关，这两个值概括了立磨粉磨物料的性质即易磨性。
磨辊压力、磨辊数和磨盘速度是由各制造厂家根据大量经验数据确定的，不用通过试验磨试验来决定。
故单位电耗WmMT仅和被粉磨物料的厂MT系数有关，而厂MT系数是借助对被粉磨的人工操作试验来确定。
式5还说明在数量上精确确定立磨参数，仅仅确定单位电耗是不够的，还与被粉磨物料和粉磨细度系数fMT有关，fMT能够在很大范围变化。
式5中左边用来确定实际传动功率，右边用来确定立磨几何尺寸。
立磨磨盘传动电动机功率Ⅳ用下式计算：
N=1.1WmMT.Mfb （6）
立磨产量与磨盘直径的2．5次方成正比。
如果严格几何相似，则生产立磨产量：
Mfb=（DSB/DST）25.Mft（t/h） （7）
式中：
DSB—生产立磨磨盘直径，mm；
DST—MPS32试验立磨磨盘直径，320mm。
-
由式7计算得‰是该生产立磨的额定产量值，由于易磨件磨损，产量会下降到最小值：
Mfb=0.995mFB
新磨条件较好时，立磨产量最大值：
mFBmax=1．1mFB
例题：
要求选择与2500t／d新型干法窑配套的MPS磨，设生料／熟料=1．65；立磨运转率O．9。
则要求立磨产量：
mFB=2500×1．65／（24×O．9）=191（t／h）
取原料试样在试验辊磨MPS32中试验得到产品细度：
R0.08筛（190目筛）筛余12％～14％时试验磨产量：
mFB=0.467t／h
单位功率消耗WmWT=7.18KWh/t
则由公式7可得生产立磨磨盘直径：
则要选用沈重购买专利MPS3600或沈重自行开发ML23636立磨，其磨盘直径3600mm，则该立磨实际额定产量：
mFB=0．467（3600／320）25=198．2t/h
则立磨最小和最大产量为
mFBmin=O．95×198．2=188．3t／h
mFBmax=1．1×198．2=2．18t／h ’
按式6可求得MPS3600磨盘传动功率N=1.1WmMT
mFB=1．1×7．18×198．2=1565．4kW：
可选用1600kW电动机。
3．2．4．不同易磨性试验方法测得易磨性数据换算
如果制造厂没有MPS32试验磨，只有①305mm×305mm试验球磨机，可按邦德法、史密斯法和天津院法对物料进行试验，其主要参数见表6。
表6球磨法试验球磨机主要参数
参数名称
数据
备注
磨机规格（mm）
φ305×305
转速（r／min）
70±1
人料粒度（mm）
3.2
料粒量（ml）
700
成品粒度（um）
80
装球量（kg）
19．5
钢球配比（mm
φ15．9～36．5
285个
邦德指数可以定量地表明物料粉磨的难易程度，但并非是磨机的实际单位电耗。
用邦德法和史密斯法测得的水泥原料易磨性数据见表7。
球磨法和辊磨法测得的粉磨功指数可以互相转换。
如果已知球磨机联轴器端的单位功率消耗P球磨，则可求出MPS立式辊磨的单位功率消耗：
Nb—球磨机单位功率消耗；
GBP—后三次易磨性试验平均值，g/r
Kd—磨机直径系数；
K_r—磨机最大给矿粒度系数；
Rr—粉粹性，Rr=F/P
P1—产品粒度的筛孔尺寸，um；
KP—磨机产量细度系数
总之，已知试验球磨机的邦德指数，可求出球磨机单位功率消耗，从而换算出立式辊磨的单位功率消耗。
∙沈重立式辊磨
4．1磨煤立磨
沈阳重型机械公司1985年从原西德的Babcock公司引进三种规格的MPS立磨磨煤机的全套设计、制造、检验技术，经对引进技术消化吸收后又自行开发了MPl000～MPS2650各种型式立磨磨煤机系列。
由图8可见，加载系统是通过弹簧或液压油缸给3个磨辊施加压力，压力均匀分布于磨盘煤层上。
加载架与磨辊支架通过滚柱可沿径向作倾斜12。
～15。
的摆动，以适应物料层厚度变化及磨辊与磨盘衬板磨损所带来的角度变化。
粉磨后煤粉溢出磨盘边缘，被进入的热风通过环形喷嘴形成的75～90 m／s风速将磨好的煤粉吹起，进入分离器，成品细粉送出磨煤机，粗的回料喂入原煤一起落到磨盘上重新粉磨。
在选型时，还要根据煤粉细度要求，选择静态、动态和动静态三种不同选粉机。
静态选粉机适合于煤粉细度Rw粗于15％的工况，它结构简单，没有运动部件，故运行可靠，但是当要求Rw细于12％t寸，不再考虑用静态选粉机。
而动静态选粉机（即笼型高效选粉机）其选粉效率高，明显降低了磨内循环负荷，故现在完全取代传统的动态选粉机。
动静态选粉机装有变频无级调速电动机和特殊耐磨合金钢板叶片及陶瓷衬里，煤粉细度R90可在4％～15％之间调节，运行中也可调节。
在选型时还要考虑原煤水分，要保证通入热风具有足够烘干能力，MP中速磨在正常隋况下，入口最高温度400℃，当原煤水分较高，要求人口风温超过400℃时，应通知制造厂，要求磨内相关零件采用相应耐热合金钢制造。
中速煤磨运行时主要控制出口最高温度，烟煤为90～95℃，挥发分高的褐煤不应超过70℃，出口最低温度应超过露点10℃，煤粉水分一般可确定1％。
MP中速磨煤机系统考虑了防爆措施，当煤可燃基挥发分 Vm在30％～40％时，为易燃性煤种，当 Vm>40％为强爆炸性煤种。
后者要考虑防爆问题，煤粉磨得过细也要考虑防爆问题。
MP中速煤磨煤粉制备系统采用了下列防爆措施：
（1）采用抗爆型磨煤机，其壳体抗爆等级为0．35 MPa（非抗爆磨煤机壳体抗爆等级为0．1 MPa），磨机顶部装防爆门。
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