立式磨_非金屬礦粉體用立式磨的應(yīng)用與研究

隨著國內(nèi)非金屬礦產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，雷蒙磨、環(huán)輥磨、球磨機(jī)等粉磨裝備及其技術(shù)在一定程度上適應(yīng)了Bond功指數(shù)＜15.0的非金屬礦物產(chǎn)品加工的需求。但是，對于Bond功指數(shù)＞15.0的非金屬礦物產(chǎn)品加工，上述裝備技術(shù)還存在以下問題：①物料硬度高，造成裝備的易損件磨損嚴(yán)重；②物料磨蝕性大、磨耗高，造成產(chǎn)品污染嚴(yán)重；③易損件更換頻繁，造成裝備運(yùn)行效率低、檢修維護(hù)率高，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

針對上述問題，國內(nèi)非金屬礦物產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的目光開始轉(zhuǎn)向高效、節(jié)能型的立式磨裝備與技術(shù)。立式磨裝備技術(shù)作為近年來非金屬礦物干法粉磨與分級技術(shù)的主要進(jìn)展之一，其特點(diǎn)是單機(jī)生產(chǎn)能力大、噸產(chǎn)品平均電耗低，生產(chǎn)的產(chǎn)品純度高、粒度分布窄，一次成品細(xì)度d97=10～44μm。合肥水泥研究設(shè)計(jì)院針對Bond功指數(shù)較高或高硅含量的非金屬礦物料粉磨，分別從非金屬礦物加工裝備與技術(shù)、原料理化組成、產(chǎn)品要求、裝備易損件的耐磨材料選擇等角度，探索了HRM立式磨在葉蠟石、高嶺土等非金屬礦粉體產(chǎn)品加工中的應(yīng)用情況。

1 各類磨機(jī)技術(shù)特點(diǎn)對比

非金屬礦行業(yè)的代表生產(chǎn)裝備主要有雷蒙磨、環(huán)輥磨機(jī)、球磨機(jī)和立式磨等，分別從適應(yīng)原料的Bond功指數(shù)、適應(yīng)產(chǎn)品細(xì)度、易損件使用壽命、較佳入料粒度、單機(jī)產(chǎn)能等角度分析了幾種常見裝備技術(shù)的特點(diǎn)，具體參數(shù)如表1所示。

表1 常見的非金屬礦物生產(chǎn)裝備及其分析

1.1 雷蒙磨

適用于Bond功指數(shù)＜15.0的非金屬礦物，多以生產(chǎn)d97≥28μm的粗粉產(chǎn)品為主，單機(jī)規(guī)模小。粉磨莫氏硬度≤3.0的非金屬礦物時(shí)，易損件使用壽命可以達(dá)到120天；但是粉磨石英砂、葉蠟石、高嶺土等Bond功指數(shù)＞15.0的非金屬礦物時(shí)，其易損件使用壽命只能達(dá)到20天左右，磨損嚴(yán)重、磨耗高、且污染產(chǎn)品，影響裝備的運(yùn)行效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 環(huán)輥磨

適用于Bond功指數(shù)＜15.0的非金屬礦物，以生產(chǎn)d97=8～22μm的(超)細(xì)粉產(chǎn)品為主，單機(jī)規(guī)模小。易損件使用壽命可以達(dá)到300天；但是粉磨石英砂、葉蠟石、高嶺土等Bond功指數(shù)＞15.0的非金屬礦物時(shí)，其易損件使用壽命只能達(dá)到30～60天，磨損嚴(yán)重、磨耗高、且污染產(chǎn)品，同樣也會(huì)影響裝備的運(yùn)行效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 球磨機(jī)與分級機(jī)

適用于Bond功指數(shù)＜26.0的非金屬礦物粉磨分級，與分級機(jī)配套后可以生產(chǎn)d 97=5～45μm的粗粉和細(xì)粉產(chǎn)品，單機(jī)規(guī)模較大。其襯板及研磨介質(zhì)等易損件的使用壽命可以達(dá)到1 000天；但是對于Bond功指數(shù)=26.0的非金屬礦物，其使用壽命有時(shí)只能達(dá)到10 0天，而且襯板及研磨介質(zhì)磨損的部分進(jìn)入產(chǎn)品中，對產(chǎn)品的純度及其使用性能產(chǎn)生一定影響。為了不影響裝備的運(yùn)行效率，需定期進(jìn)行檢查、補(bǔ)充研磨介質(zhì)；缺點(diǎn)是能耗較高。

1.4 立式磨

對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，適用于Bond功指數(shù)＜26.0的非金屬礦物粉磨分級，產(chǎn)品細(xì)度可以在d 97=10～80μm之間任意調(diào)節(jié)，單機(jī)規(guī)模大。對于方解石、滑石等Bond功指數(shù)＜15.0的非金屬礦物，其襯板和輥套等易損件的使用壽命可以達(dá)到1 000天；但是對于Bond功指數(shù)=26.0的非金屬礦物，其易損件使用壽命只能達(dá)到80天，輥套和襯板磨損的部分也會(huì)進(jìn)入產(chǎn)品中，對產(chǎn)品的純度產(chǎn)生一定影響，為了不影響裝備的運(yùn)行效率，應(yīng)定期進(jìn)行檢查輥套和磨盤襯板，易損件易于檢修更換。與上述其他設(shè)備相比，立式磨具有物料適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)品細(xì)度可調(diào)、規(guī)模化效益明顯、運(yùn)行效率高、噸產(chǎn)品能耗低等特點(diǎn)。

根據(jù)上述分析可見，雷蒙磨、環(huán)輥磨受易損件使用壽命低、單機(jī)規(guī)模小等影響，在非金屬礦物粉體加工中受到限制；球磨機(jī)與分級機(jī)組合雖能滿足規(guī)模化生產(chǎn)，但是噸產(chǎn)品能耗高嚴(yán)重制約了該裝備技術(shù)在非金屬礦物粉體加工中的應(yīng)用。非金屬礦企業(yè)的目光開始關(guān)注高效節(jié)能型的立式磨裝備及其技術(shù)，立式磨作為近年來粉體加工裝備技術(shù)的主要設(shè)備，其既符合了非金屬礦產(chǎn)業(yè)規(guī)模化升級的要求，又符合了國家節(jié)能減排政策的要求。

2 非金屬礦用立式磨研究

早期立式磨裝備技術(shù)在國內(nèi)非金屬礦物粉體加工行業(yè)很少應(yīng)用，而歐美、馬來西亞、印尼和日本等國早在20世紀(jì)就開始采用立式磨裝備技術(shù)進(jìn)行非金屬礦物加工，其應(yīng)用領(lǐng)域不僅涉及方解石、白云石，還應(yīng)用到高嶺土、石英砂、葉蠟石等非金屬礦物料加工。隨著國產(chǎn)立式磨在水泥和礦渣行業(yè)的成功應(yīng)用，立式磨裝備技術(shù)在國內(nèi)非金屬礦物加工行業(yè)開始興起。下面以HRM立式磨為例，分別從磨損機(jī)理分析、易損件材料選擇及其抗耐磨處理等角度具體研究了HRM立式磨裝備技術(shù)粉磨非金屬礦物的可行性。

2.1 磨損機(jī)理

根據(jù)立式磨的工作原理及構(gòu)造分析，其磨損主要表現(xiàn)為擠壓磨損和噴射(風(fēng)掃)磨損，以及粘著性磨損、疲勞剝蝕類磨損和化學(xué)反應(yīng)腐蝕磨損等。擠壓磨損表現(xiàn)為：工況下研磨裝置與物料接觸面間的磨損，立式磨的磨輥加壓系統(tǒng)多為液壓氣動(dòng)彈簧系統(tǒng)(剛度達(dá)1.5～3.2kN/mm)，工作壓力大，可達(dá)400～800kN，粉磨組件在工作中受到很高的擠壓力作用，且輥套與粉磨物料接觸面間存在差速滑移，在輥套和磨盤表面表現(xiàn)為擠壓和剪切磨損；噴射(風(fēng)掃)磨損表現(xiàn)為：工況下磨內(nèi)帶料氣流與風(fēng)道接觸面間的磨損，如磨內(nèi)風(fēng)環(huán)和分離器殼體、轉(zhuǎn)子葉片及灰斗等處。

2.2 易損件耐磨研究

2.2.1 輥套

輥套作為立式磨較重要的研磨裝置部件，其耐磨性能和可靠性至關(guān)重要，直接影響裝備的運(yùn)行效率。輥套在承受高壓下與物料發(fā)生擠壓和剪切作用，造成接觸面擠壓剪切磨損，磨輥磨損嚴(yán)重后，不僅產(chǎn)量會(huì)急劇下降引起電耗偏高，還會(huì)導(dǎo)致磨機(jī)振動(dòng)加劇引起相關(guān)零部件的損壞。

(1) 高鉻基材堆焊：傳統(tǒng)立式磨的輥套基材通常采用高鉻鑄鐵，外部堆焊8～30mm的耐磨焊材，磨損后可進(jìn)行多次堆焊修復(fù)使用。關(guān)鍵是輥套基材的選擇，有的高鉻基材在堆焊前就存在未探測出的內(nèi)部缺陷，在堆焊過程中就容易放大內(nèi)部缺陷，研磨過程中造成基材乃至堆焊層爆裂；有的高鉻基材在堆焊前沒有缺陷，但是基材的可焊性不佳，堆焊后出現(xiàn)缺陷，只能作報(bào)廢處理，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，合適的高鉻基材選擇至關(guān)重要。

(2) 碳鋼基材堆焊：由于受高鉻基材可堆焊性能的影響，越來越多的立式磨制造企業(yè)開始探索采用焊接能好的碳鋼作基材，外部堆焊耐磨焊材，形成內(nèi)韌外硬的結(jié)構(gòu)。相對于高鉻鑄鐵其具有更高的耐磨性和耐沖擊能力，而且磨損后可以通過再生堆焊反復(fù)多次使用。此種方式較大的風(fēng)險(xiǎn)就是耐磨層的剝離，為盡量避免剝落，需要從母材、堆焊、焊絲及施工工藝幾個(gè)方面進(jìn)行合理搭配。同時(shí)，為確保堆焊修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性和效果，應(yīng)確保每次再生堆焊前檢查磨損情況不要傷及過渡層及基材。隨著立式磨的大型化以及在線堆焊技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)發(fā)展迅速也更加實(shí)用。

(3) 耐磨陶瓷及涂層：關(guān)于耐磨陶瓷及其涂料的使用，已經(jīng)在一些特定的非金屬礦物粉體加工中應(yīng)用。相比其他材料更加容易施工，降低了成本。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)將會(huì)在有些特定行業(yè)得到快速發(fā)展。

2.2.2 分離器轉(zhuǎn)子及其葉片

分離器轉(zhuǎn)子是分級裝置的核心部件，起到阻斷粗顆粒、分離出細(xì)粉產(chǎn)品的作用。在分離過程中，轉(zhuǎn)子要承受一定量的物料沖擊，克服較大的系統(tǒng)阻力，工況下還受離心力和振動(dòng)等因素的影響，所以磨損較大。目前較適宜的材料是耐磨鋼板(比如羅奇中國和耐鋼的產(chǎn)品)，其加工性和可焊性都較好，并且是全厚度同等硬度，使轉(zhuǎn)子的動(dòng)靜平衡效果好，可以抵御兩面磨損，抗磨效果好。據(jù)采用合肥HRM1700立式磨的葉蠟石企業(yè)反饋，采用該技術(shù)的轉(zhuǎn)子使用兩年以后轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)依然完整。至于耐磨涂料的使用，需考察脫落的涂層會(huì)不會(huì)影響產(chǎn)品的用途。

另外，分離器殼體受到的磨損比較單一，主要是含塵氣流沖刷造成的風(fēng)蝕磨損，且此處風(fēng)速僅為3～6mm/s，建議根據(jù)所分離物料的磨蝕性及其用途要求，采用16Mn鋼、復(fù)合耐磨鋼板等。必要時(shí)也可采用耐磨涂料，效果較好，但是價(jià)格較高。

2.2.3 導(dǎo)向風(fēng)環(huán)

導(dǎo)向風(fēng)環(huán)的作用是確保磨內(nèi)通風(fēng)流暢、淘洗粗顆粒排出進(jìn)入外循環(huán)，揚(yáng)起細(xì)顆粒進(jìn)入分離器分選。通過強(qiáng)制變向提高氣流速度，此處流速達(dá)到30～60m/s，氣流中含有大量粗粉和細(xì)粉，磨損情況比較嚴(yán)重，由于葉片間距小厚度薄，且存在氣流沖擊引起的振動(dòng)，因此耐磨陶瓷片和耐磨陶瓷涂料都不適宜，耐磨鋼板使用效果也不是很好。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們選擇了復(fù)合耐磨鋼板，將耐磨面朝向氣流，效果較好，可以使用2年以上。至于復(fù)合耐磨鋼板的焊接問題，建議將焊接位置的耐磨材料刨掉，露出底層，先用普通焊條將鋼板之間焊牢，然后再次堆焊耐磨焊條，這樣的焊接件才是牢固的，不會(huì)脫焊。

3 非金屬礦用立式磨應(yīng)用分析

近年來，由于能源成本的節(jié)節(jié)攀升，下游使用行業(yè)對產(chǎn)品品質(zhì)要求又在不斷提高，以及非金屬礦加工中的高能耗等問題，激起行業(yè)對研發(fā)新型節(jié)能磨機(jī)的需求。立式磨由于其獨(dú)特的節(jié)能效果、單機(jī)產(chǎn)能大的優(yōu)勢而被行業(yè)廣泛認(rèn)可。下面以研制的非金屬礦用立式磨在葉蠟石、高嶺土等產(chǎn)品加工中的應(yīng)用為例，進(jìn)行簡要說明。

3.1 葉蠟石

葉蠟石[Al2(Si4O10)(OH)2]被廣泛用作耐火材料、陶瓷、建筑材料、玻璃纖維、分子篩的原料和輔料，此外在人造金剛石、石油、電氣等方面也有應(yīng)用。以葉蠟石類礦物為主要原料生產(chǎn)的玻璃纖維是一種新型無機(jī)非金屬材料，具有質(zhì)輕、高強(qiáng)耐腐蝕、絕緣、隔熱、吸音等優(yōu)異性能，有“第二鋼材”之譽(yù)稱。是亞洲葉蠟石規(guī)模化生產(chǎn)企業(yè)之一，所采用的葉蠟石原料的理化特征如表2所示。

表2 葉蠟石理化性能分析

主要用葉蠟石粉作為玻纖行業(yè)的原料，該行業(yè)對產(chǎn)品粒度分布要求高、d99.9指標(biāo)控制嚴(yán)格。立式磨生產(chǎn)的葉蠟石粉體產(chǎn)品特性及能耗效果如表3所示。

表3 HRM1700X立式磨生產(chǎn)的葉蠟石粉體產(chǎn)品及電耗分析

對使用立式磨與雷蒙磨生產(chǎn)的同類葉蠟石產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)行對比，結(jié)果如表4所示。由表4可見，生產(chǎn)同類產(chǎn)品，立式磨的噸產(chǎn)品平均電耗比雷蒙磨節(jié)省18.7%；單機(jī)產(chǎn)能是雷蒙磨的6倍；易損件使用壽命是雷蒙磨的5～7倍。同等生產(chǎn)規(guī)模的情況下，立式磨的投資額度比雷蒙磨略高6%，但是其運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用比雷蒙磨低56%。經(jīng)過上述分析，后期生產(chǎn)線陸續(xù)采用19臺(tái)套HRM1700X立式磨生產(chǎn)葉蠟石微粉。

表4 立式磨與雷蒙磨生產(chǎn)的葉蠟石粉體運(yùn)行投資對比

3.2 高嶺土

高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O)具有良好的可塑性和耐火性等理化性質(zhì)。其礦物成分主要由高嶺石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脫石以及石英、長石等礦物組成。主要用于造紙、陶瓷和耐火材料、涂料、橡膠填料、搪瓷釉料和白水泥原料等工業(yè)部門。在考察了HRM1700X立式磨在葉蠟石行業(yè)的運(yùn)行情況后，采用2臺(tái)套該型號(hào)設(shè)備用于煅燒高嶺土的粉磨生產(chǎn)。其原料理化指標(biāo)如表5所示，立式磨生產(chǎn)的高嶺土粉體產(chǎn)品特性及能耗效果如表6所示。

表5 高嶺土理化性能分析

表6 HRM1700X立式磨生產(chǎn)的高嶺土粉體產(chǎn)品及電耗分析

該行業(yè)對產(chǎn)品粒度分布要求高、d99.9指標(biāo)控制嚴(yán)格。

根據(jù)業(yè)主提供的表6數(shù)據(jù)分析，HRM1700X立式磨生產(chǎn)高嶺土微粉表現(xiàn)出：產(chǎn)品粒度分布窄、純度高、流動(dòng)性好、單機(jī)生產(chǎn)能力大、噸產(chǎn)品平均電耗低的特點(diǎn)。再者裝備運(yùn)行效率高、維護(hù)成本低，明顯提升了企業(yè)的生產(chǎn)線自動(dòng)化水平和經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省了用工成本，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭力。