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衬板对卧式行星磨粉磨水泥熟料的影响
发布时间：2013-10-19 08:56 来源：未知
水泥生产能量消耗大，生料、煤和熟料3个粉磨工序的电耗约占水泥厂总电耗的70%~72%，所以降低水泥生产电耗的关键在于降低粉磨电耗。普通球磨机由于存在临界转速的限制，使得水泥粉磨能量利用率很低。卧式行星球磨机是一种新的粉磨设备，因为行星效应，钢球可获得其自身重力几倍甚至几十倍的离心力，而且磨机在工作时物料重力参与粉磨，同时也避免了物料结底现象，充分利用磨筒内表面积。颜景平等对行星球磨机进行大量的理论研究，得出磨筒转速为临界转速的80%、填球率在0.4~0,5时粉磨效率最高等。国外学者通过计算机模拟技术，研究了立式行星球磨机结构参数对研磨体的影响以及冲击能与行星磨放大系数的关系，得到增大公转转速、公转直径可提高立式行星球磨机中钢球的冲击能等结论。卧式行星球磨机用于水泥熟料粉磨还在试验研究阶段，得到卧式行星球磨机在公转离心加速度为14G时，对水泥熟料的粉磨效果最好；在此离心加速度下，粉磨5 min后熟料成品产率达到最优值等。
球磨机磨筒内部安装衬板不但可以保护简体，增强筒体刚度，延长磨筒使用寿命，而且筒内研磨体会自动进行分级，实现不同直径的研磨体粉磨对应粒径的物料，发挥研磨体最大的破碎、粉磨作用。最重要的是传递能量，使钢球获得“圆弧一抛物线”式的运动轨迹，增加钢球冲击能、提高粉磨效率。本文中在卧式行星球磨机上研究了衬板厚度对水泥熟料粉磨的影响，并在3mm厚度衬板条件下研究了粉磨时间、公转转速、自转与公转转速比对水泥熟料粉磨的影响，富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
1、实验部分
1.1实验原料
原料是密度为3.128 g/cm3的水泥熟料，表1为其化学组成。经振动筛筛分10 min，选择粒度为4～5 mm的熟料用于粉磨实验。同时把粉磨后粒径80um(过190目筛)以下熟料定义为成品粉体，为方便作图分析，把190目下的筛子孔径设为0。
1.2主要设备
图1为试验所用的卧式行星球磨机。自转电机与公转电机分别控制磨机的自转转速与公转转速，控制过程通过变频器实现。实验所用衬板为碳钢平衬板，与磨筒的联接方式为无螺栓联接即衬板镶嵌在磨筒内部，衬板厚度分别为3、5、7mm。
1.3实验方法
实验是在固定的自转半径、公转半径下进行：自转半径44.5 mm，公转半径140 mm。所用研磨体是密度为7.78g/cm3的钢质磨球，级配为：直径20 mm球5个、直径10 mm球12个、直径5 mm球12个，每只磨简装水泥熟料150 g，粉磨时间为5 min。粉磨后粉体经振动筛筛分，筛分后用天平称量并逐一计算筛上累积质量分数。在公转转速为300 r/nun、自转与公转转速比为2.5下粉磨后熟料通过吸附法测定其比表面积。
2、结果与讨论
2.1衬板对熟料粉磨的影响
图2是使用不同厚度衬板时熟料粉磨后所得样品的筛上累积质量分数曲线。设公转转速为300 r/min(离心加速度为14G)、自转与公转转速比为2.5、粉磨5 min。从图中可以看出：使用3mm厚度衬板时，粒径大于200um的颗粒含量最少，孔径为80um即190目筛上累积质量分数最小。使用5、7 mm厚度衬板粉磨后熟料筛上累积质量分数基本一致。
表2为粉磨时使用不同厚度衬板对应成品粉体产率与比表面积。由表中成品粉体产率大小可知：3 mm厚度衬板对水泥熟料粉磨是最有利的，迸一步增加衬板厚度对粉磨不利。使用衬板可以显著提高粉磨后熟料的比表面积，其中3 mm厚度衬板的作用最为明显。而5、7 mm厚度衬板对熟料粉磨后的比表面积影响几乎是相同的。由于3 mm厚度衬板对钢球有显著的带动作用，它使钢球获得比较理想的抛落轨迹，导致球与球、球与熟料、球与筒壁之间的撞击强度、频率变大，因此熟料容易磨细，粉磨后熟料比表面积增大，成品粉体产率相应提高。继续增加衬板厚度对粉磨不利，因为在固定的自转半径下，衬板厚度过大，钢球运动空间相对变小，导致钢球势能与抛落动能变小，最终引起粉磨效率下降。所以3 mm厚度衬板对实验所用卧式行星球磨机粉磨水泥熟料是最有利的。
2.2时间对水泥熟料粉磨的影响（衬板厚度3mm)
图3、4为在公转转速300 r/min、自转与公转转速比2.5条件下粉磨时间对水泥熟料粉磨效果的影响。从图3可以看出：随着粉磨时间的增加，粒径大于80um的颗粒逐渐减少，且粉磨时间在1~5.min时产生突变，粉磨时间大于5 min后，卧式行星磨粉磨能力开始下降，此时粒径大于100um的颗粒含量几乎不变。由图4可知：成品粉体产率随粉磨时间的增加而增加，在粉磨1～5 min内尤为明显，粉磨5min成品粉体后产率已达66.62%。粉磨时间超过5min，产率增速明显下降。
使用3 mm厚度衬板时，粉磨3 min已达实际生产要求，此时成品粉体产率为52.53%。同时水泥熟料存在最佳粉磨时间，实验所用熟料粉磨5 min效果最好，进一步延长粉磨时间会造成不必要的能量浪费，因为随着粉磨时间的延长，磨筒内细粉含量逐渐增加，细粉越多它对钢球的缓冲作用越强，使得钢球对熟料的冲击力下降，导致粉磨效率降低。连续进出料时，若能及时把成品粉体运出，不但可以有效避免糊球现象，还可以大大提高卧式行星球磨机粉磨能力。
2.3公转转速对水泥熟料粉磨的影响（衬板厚度3mm）
图5、6分别为设定自转与公转转速比为2.5时公转转速对水泥熟料粉磨效果的影响。从图5可见：随着公转转速的增加，粒径大于100um的颗粒逐渐减少，当公转转速增加至300 r/min后，粉磨已趋近极限，此时粉体筛上累积质量分数几乎不变。从图6中可知：成品粉体产率随着公转转速的增加而增加，这一增长趋势在150—300 r/min之间尤为明显，公转转速达到300 r/min后增速开始变缓。
使用3 mm厚度衬板时，增加公转转速即增加离心加速度能显著提高卧式行星球磨机的粉磨能力。当离心加速度增大到一定值之后，在进一步增加其大小对粉磨效率的影响不是很大。因为当离心加速度达到一定值之后，钢球的冲击力已完全可以满足熟料破碎、粉磨的要求，进一步增加冲击力只会导致不必要的能量浪费。对于本实验所用熟料，当公转转速为300 r/min即离心加速度为14G时，粉磨最好，进一步增加离心加速度对成品粉体产率影响不是很大。
2.4转速比对水泥熟料粉磨的影响（衬板厚度3 mm）
图7、8分别为设定公转转速为250 r/min时，自转与公转转速比对水泥熟料粉磨效果的影响。从图7可以看出：随着自转与公转转速比的增加，总的趋势是粉碎成品中粒径大于200um的颗粒逐渐减少，而且在转速比由l增加到1.5时产生突变，转速比大于3.0时，卧式行星球磨机的粉磨能力又开始下降，即粉磨后成品中大颗粒变多。图8是转速比对水泥熟料粉体成品产率的影响规律。从图中可以看出：自转与公转转速比为3.0左右时，成品粉体产率最高。
使用3咖厚度衬板时，增加自转与公转转速比即增加自转转速能显著提高卧式行星球磨机的粉磨能力。因为自转转速增加，磨筒传递给钢球的动能变大，钢球发生碰撞时的冲击力与撞击频率显著增加，对熟料的撞击与摩擦作用变强，致使粉磨效率提高。但不能一味地增加自转与公转转速比，钢球存在临界自转转速，当自转转速达到临界值时，钢球发生离心运动，失去对物料的粉磨作用。由实验结果可知公转转速为250 r/min，自转与公转转速比在3.0左右时，钢球可能出现离心现象。
2.5影响粉磨结果的原因分析
图9为设定公转转速为300 r/min，采用不同衬板时转速比对水泥熟料粉磨的影响。可以看出：总趋势是成品粉体产率随着转速比的增加而增高。随着转速比的增加，不加衬板，加3、5、7 mm分别在自转与公转转速比为3.0、2.5、2．O、2.0时出现拐点，产率开始下降，衬板越厚，下降趋势越明显；使用衬板可以显著提高成品粉体产率，3 mm厚度衬板的促进作用尤为显著。转速比在1.5～3.0之间时，同一转速比下使用3 mm厚度衬板时的成品粉体产率总是最大，转速比在2.5时出最大值，为66.62%。
综上所述，影响水泥熟料粉磨效果的因素不但有衬板厚度、粉磨时间、公转转速，还包括自转与公转转速比。公转转速为300 r/min时，不加衬板、使用3、5、7 mm厚度衬板时成品粉体产率分别在自转与公转转速比为3.0、2.5、2.0、2.0开始下降，这说明当转速比大于此值时，筒内钢球可能开始发生离心运动。卧式行星球磨机工作时若转速比超过临界值，钢球开始贴着筒壁转动，失去对物料的撞击、研磨作用，导致粉磨效率变差。
3、结论
1)3 mm厚度衬板对实验所用卧式行星球磨机粉磨水泥熟料是最有利的，此时成品粉体产率最高，水泥熟料新增比表面积最大，能量利用最好；
2)使用3 mm厚度衬板，离心加速度为14C时，粉磨3min产率已达实际生产要求，粉磨5min时成品粉体产率可达66.62%；
3)公转转速为300r/min，不加衬板、加3、5、7 mm厚度衬板时，钢球发生离心运动的临界转速比分别为3.0、2.5、2.0、2.0。
