辊压机技术

辊压机及其挤压粉磨工艺系统的操作

包玮张永龙董立珂胡俊亚合肥水泥研究设计院(230051)

摘要分析了辊压机各操作参数间的相互关系,以及各种挤压粉磨工艺的特点。并以此为依据,确定辊压机在工艺中的操作方式,以期达到较高的技术经济指标。

关键词辊压机,低压大循环,高压小循环,操作方式

Abstract The authors analysied the mutual relation between the operating parameters of roller press and presented the features of various grinding processes.With this as basis,the authors determined the operating mode of roller press which will give better technical and economical results.

Key Words roller press,low pressure and big circulating load,high pressure and small circulating load,operating mode

1 概述

挤压粉磨工艺是80年代中期开发的新型节能粉磨技术。自1990年江苏省江阴市水泥厂国内第一台辊压机投产以来,在我国生产实际中应用已有多年的历史。截止1995年11月的不完全统计,国内销售近二百台辊压机,已投产也有一百多台。正如所有的新技术那样,辊压机在推广应用初期无论从设备还是工艺,都存在逐步认识与完善的过程,而经过几年的使用,经验得到积累,

技术日臻完善。随着辊面结构的改进和新技术新材料的应用,辊面磨损修复问题已逐步得到解决。伴随着不同工艺系统的研究开发,挤压粉磨工艺的各项技术经济指标大幅度提高。辊压机的操作方式也由于不同的工艺流程,不同的物料情况,不同的设备配置方式而发生较大的变化,其突出特点之一就是在相同主电机功率条件下,辊压机液压系统的操作压力、料饼的厚度以及各种回料循环量等参数间的调节。由压力和物料循环量的不同形成低压大循环和高压小循环为特征的操作方式。辊压机设计参数之一就是单位辊宽线压力值,对于Φ1000辊径的辊压机,单位辊宽线压力设计值为100kN/cm,正常操作在40～80kN/cm之间。所谓低压一般为40～60kN/cm,高压为60～80kN/cm。本文就不同情况下辊压机及其在不同工艺系统中的操作方式谈谈一些体会,以供使用辊压机的厂家参考。

2 辊压机操作参数的调整及其影响

当一台辊压机应用于具体的工艺生产线中时,其规格参数,包括辊面形状、辊宽、线速度、装机功率以及液压系统最大操作压力均已确定。喂入辊压机新鲜物料的物性,包括物料的形状、强度、温度、最大粒度、平均粒径及颗粒分布状况都已基本定型。因而此时辊压机可以调整的参数,实际只有液压系统压力和辊压机出料的料饼厚度(即通过量)。为不使主电动机的运行电流超过其额定电流,还必须对这两个参数的调整加以控制。如果假设辊压机主电机电流保持不变,则液压系统的压力与料饼厚度呈反比例关系。即增大通过量,增大料饼厚度,就必须降低液压系统的操作压力。反之,增加挤压力,进一步改善挤压效果,就必须减小料饼厚度。因而需针对不同挤压粉磨系统的需要,调整这两个参数。

2.1 液压系统压力

液压系统压力仅仅是一个设备操作参数,并不是工艺参数。它并不能直接反映辊压机磨辊对物料的挤压应力,必须要通过辊压机的液压缸数量和活塞有效面积,才能换算成两磨辊间的总压力,关系式为:

N=n·S·P

(1)

r

式中:N———总挤压力,kN;

n——液压缸数;

S——液压缸有效面积,m2;

P

——液压系统压强,kPa。

r

作为比较能真实反映辊压机对物料挤压作用效果的工艺参数,应该是单位辊宽上挤压力的大小(即所谓线压力),它与辊径和总挤压力的关系式为:

P

=N/(D·B) (2)

x

式中:P x———单位辊径辊宽线压力,kN/(m·mm);

N———总挤压力,kN;

D———磨辊直径,m;

B———磨辊有效宽度,mm;

一般辊压机的设计参数P x=4～8kN/(m·mm)。

对于特定的辊压机,由于其辊径和有效辊宽已确定,因而单位辊径辊宽压力与液压系统压力呈线性关系。这样液压系统压力就可以作为辊压机的工艺参数加以调整。

选择液压系统压力的依据是喂入辊压机物料的物理性能以及辊压机后序设备的配套情况和能力。一般来说,物料的强度高,后序设备粉磨能力弱,液压压力就取高值;物料粒度较大,颗粒分布较窄或后序设备粉磨能力强,液压压力应取低值。判断辊压机液压压力取值效果,可以通过料饼中成品含量的分析来进行。如果压力过低,料饼成品含量当然会少,但压力过高,由于料饼不易分散,反而会导致成品含量的降低。根据国内不同物料和不同工艺流程的操作结果,混合料成品含量在15%～35%之间,在现场调试时,为简捷起见,可以从料饼中找出完整的物料颗粒,以用手搓碾的方式,来判断液压系统压力选择是否恰当。

表1为某厂立窑水泥使用HFC800/200辊压机一次挤压水泥的粒度分布。

表1 一次挤压水泥的粒度分布

2.2 料饼厚度

调整料饼厚度也就是调整辊压机的处理量,而调整时必须使用辊压机进料装置的调节插板,调整才能有效。其他方式的调节都将破坏辊压机料层粉碎的工作原理。

由于辊压机以料层粉碎的方式对物料进行挤压,具有选择性粉碎的特征。也就是说在同一横截面的料饼中,强度低的物料将首先被粉碎,而强度高的则不易被粉碎,这种现象随着料饼的增厚愈加明显。因而当追求料饼中成品含量时,料饼厚度不宜过厚。但是,由于物料在被挤压成料饼的过程中,本身就是处于两辊压之间的缓冲物体,因而增大了料饼厚度,也就增厚了缓冲层,可以减小辊压机传动系统的冲击负荷,使辊压机运行相对平稳。因此作为一般料饼厚度调节准则是:在满足工艺要求的前提下,应适当加大料饼厚度,尤其是当所喂料的粒度较大时,不但要增大进料装置调节插板的开度,而且必须增加料饼回料或选粉机粗粉的回料量,以提高入辊压机物料密实度,可以降低设备的负荷波动,有利于设备安全运转。

2.3 液压系统压力与料饼厚度的搭配

如前所述,液压系统压力和料饼厚度决定了辊压机主电机的输出功率。在保持主电机输出功率相对不变时,不同的压力与料饼厚度的搭配,将对挤压后的物料产生不同的效果。

目前在一般的挤压粉磨系统中都必不可少地设置了料饼回路,如图1所示。因而辊压机的输出量不一定等于辊压机的通过量。假设输出量保持不变,那么当高压力、薄料饼操作时,因辊压机特有的边缘效应影响,将使输出料的粒度分布较宽,既有较高成品含量,同时又有相当比例未经挤压或未挤压好的大颗粒;当低压力、厚料饼操作时,由于回料量增加,使得边缘效应所产生的大颗粒返回辊压机重新挤压的比例增大,因而输出物料的颗粒均匀性好,即大颗粒减少,但成品含量有所降低。

图1 料饼循环回路

为了使整个粉磨系统取得较高技术经济指标,辊压机在系统中的操作参数必须根据整个系统的特点和要求,以及其他设备的配套能力灵活加以优化、调整。

3 各种挤压粉磨工艺的特点及其对辊压机的操作要求

3.1 预粉磨系统

预粉磨系统是将入球磨机的物料由辊压机进行挤压预处理,而后送入球磨机粉磨至成品(见图2)。由于仅经一次挤压的物料粒度分布很宽(如表1),使得喂入磨机的物料粒度很不均匀,大于30%的成品进入磨机造成过粉磨;而为破碎15%左右大于5mm的颗粒又不得不用较大规格的钢球,再加上辊压机进料装置侧挡板的磨损,使处理后的物料中大颗粒所占比例呈周期性变化,造成整个粉磨系统产量随之呈周期性波动。为了改善磨机入料粒度的均匀性与稳定性,在预粉磨系统中,可以采用低压大循环的操作方式,并保持电机运转功率不变。这样变高能量的一次输入为低能量的多次输入,未被挤压的物料增加了被粉碎的机会。虽然一次挤压的成品含量下降,但未经挤压的大颗粒将随循环次数的增加而减少,而且使磨机系统参数调整针对性更强,整个系统负荷分配合理后产量也必然提高。因而低压料饼多循环应该是预粉磨系统较为合理的操作方式。

图2 预粉磨系统

3.2 混合粉磨系统

混合粉磨系统主要特征是将球磨机所配选粉机的粗粉部分送回至辊压机再次挤压(见图3)。其主要目的在于调整辊压机入料的粒度,同时由于粗粉中多为难磨物料,再次挤压后将改善其易磨性。但由于辊压机的通过量一般大于球磨机系统产量,循环负荷在磨机系统启动后逐步上升,需经过较长一段时间后才能达到平衡。所以对于辊压机与球磨机之间不设大容量缓冲仓的纯混合粉磨系统来说,无法使整个系统建立起稳定的平衡状态。因而为了系统操作简单化,必须设有料饼回料系统,使在系统启动后的一段时间内,主要依靠料饼回料来调整系统料流的平衡。

图3 混合粉磨系统

在混合粉磨系统中,料饼回料和选粉机粗粉回料对辊压机运行有着明显的差异,选粉机的粗粉经过球磨机粉磨,粒度较小,回到辊压机称重仓后与新加入物料混合,明显改变入辊压机物料的颗粒级配。一般正常操作时,加大选粉机粗粉回料量,将使料饼厚度明显增加,电机电流上升。如某厂HFC800/200型辊压机在未加选粉机粗粉和加入量约4t/h时的工作状况见表2。而料饼回料时,则由于粒度比选粉机粗粉粒度大得多,因而料饼厚度及主电机电流等的影响相对要小得多,所以系统的料流平衡仍主要依靠料饼回料。因而改善易磨性和调整辊压机入料粒度方面应考虑一定量的选粉机粗粉回料。

鉴于上述情况,混合粉磨系统辊压机的操作应在保证料流平衡的前提下,尽可能多地回选粉机的粗粉,以改善物料的易磨性。此时因由于料饼加厚使电机电流上升,为保证主电机不过载,可适当降低液压系统操作压力。但当压力下降过大时,又会直接影响挤压效果。因而每个系统在调试时都应综合考虑料饼回料与选粉机回粉所占比例,以求达到最佳操作状况。正是由于大量的选粉机粗粉回辊压机改变了辊压机的操作参数,所以据笔者了解国内按混合粉磨工艺设计的生产线虽然不少,但真正按混合粉磨工艺运行的却很少。

表2 HFC800/200辊压机对有无粗粉回料的状况

3.3 联合粉磨系统

联合粉磨系统是将挤压后的物料(包括料饼)先经打散分级机打散分选,小于一定粒径的半成品(一般为小于0.5～3mm)送入球磨机继续粉磨,粗颗粒返回辊压机再次挤压(见图4)。球磨机系统可以是开路,也可以是闭路的。通过打散分级机控制入球磨机的物料最大粒径,辊压机和球磨系统所承担粉碎功能的界限很明确,可以通过优化各自的操作参数,使整个系统达到最佳的运行状态。虽然由于辊压机的高压挤压作用,将含有相当数量成品的半成品送入磨机,造成一定程度的过粉磨。这种流程一个显著的优点是基本消除了磨辊边缘效应和进料装置侧挡板磨损所产生的不利影响。从某种意义上说,如果输送系统能力够,即使辊压机进料装置侧挡板取消,也不致对整个粉磨系统产生较大的影响。

图4 联合粉磨系统

在这种系统中,辊压机的操作原则应该是努力提高打散分级机的半成品总量,降低半成品粒径,而并不需要追求半成品中的成品含量。因而宜采用低压大循环的方式操作,尽可能加大辊压机与打散分级机之间的循环量。

3.4 半终粉磨系统

半终粉磨系统是将辊压机挤压后的物料经打散后,先送入选粉机选出一部分成品,选粉机的粗粉进入球磨机继续粉磨(见图5)。也就是说,一部分成品并未经过球磨机而直接由辊压机和选粉机产生。这种系统必然是带选粉机的闭路系统。

图5 半终粉磨系统

由图5可以看出,系统中的选粉机入料包含了辊压机挤压后经打散的物料和球磨机的出料两部分。由于辊压机系统的出料中成品含量仅30%左右,并且含有10%～25%大于3mm的颗粒,造成入选粉机物料的成品含量降低,粒度分布加宽。在相同产量要求条件下,由于处理量的加大,而不得不加大选粉机的规格。为了改变这种状况,就要求提高辊压机出料中的成品含量比例,因而辊压机操作时应采用高压小循环的方式。同时还应注意进料装置侧挡板的磨损情况,以防未经充分挤压的物料过多的进入选粉机,影响选粉效率,加剧选粉机磨损。

为了防止粗颗粒物料对选粉机的影响,目前国内出现一种带粗分级的半终粉磨系统(见图6)。它是将联合粉磨系统中打散分级机的半成品与球磨机出料一同送入选粉机分选,而粗颗粒被分出后返回辊压机,从而提高了选粉机的寿命。在这种工艺系统中,侧挡板的磨损状况就不会影响粉磨系统的产量,辊压机的操作仍与半终粉磨相同,以高压小循环为主。

图6 带粗分级的半终粉磨系统

3.5 终粉磨系统

终粉磨系统的成品完全由辊压机产生,经过打散机,成品从料饼中分离出来,送入选粉机分选(见图7)。因此出料中成品含量将直接影响整个系统的产量,所以在不涉及粒度分布要求的生料粉磨中,应以提高辊压机出料中的成品含量为原则,采用高压小

循环的操作方式。而对于有粒度分布要求的水泥成品来说,适当增加物料的循环挤压次数,有助于改善终粉磨水泥的性能。但物料反复挤压,会使入辊压机的物料粒径减小,达到一定程度时辊压机会发生振动。因而对于水泥终粉磨,既要有较高的压力,以产生足够数量的成品,同时又需要物料有一定循环挤压次数。所以该系统中辊压机的操作原则应该是在保证一定循环次数的前提下,努力提高操作压力。

图7 终粉磨系统

4 辊压机操作中应注意的几个问题

影响辊压机运行的因素较多,笔者仅就几个常见的问题进行探讨。

4.1 称重仓和稳流回路的设置

称重仓和稳流回路的设置是辊压机高压料层粉碎的最基本保障。辊压机之所以具有高效节能效果是因为它应用了高压料层粉碎原理进行工作,这已是众所周知的。但在生产实际中如何使辊压机处于符合这一原理的状态下工作,却是国内众多使用辊压机的厂家普遍存在的问题。稳流称重仓主要作用并非是为计量仓内物料的重量,而更重要的是通过称重传感器的显示信号,反映仓内料流变化趋势,再通过料流调节回路,调整进稳流称重仓的综合料流量,实现对稳流称重仓料位的动态控制。从设备角度来说,稳流称重仓虽不属于辊压机,但在工艺系统中,却是挤压粉磨系统中必不可少的一部分。从众多水泥厂的使用结果看,凡不设稳流称重仓或是设置了稳流称重仓而缺乏料流调节回路的工艺系统,都难以保证辊压机的过饱和喂料要求,都不能连续实现料层粉碎,使物料处于松散状态通过辊压机。因此,挤压效果差,系统产量不高、节电效果不明显,同时还会出现因喂料不均匀,负荷波动大,引起设备振动;因物料落差高,粉尘飞扬,恶化生产环境等一系列不良后果。

4.2 料饼回料的作用及其回料量的控制

料饼回料可以说是系统中最简捷的一种回料方式,其作用有两个:其一是通过调整回料量,达到系统料流的平衡;其二是通过料饼的返回,达到改善辊压机入料粒度要求。

由于辊压机的能量利用率高,所以在所有挤压粉磨系统中,辊压机的通过量均大于球磨机的产量。因而既要保持球磨机处于良好的运行状态,又要使辊压机能连续运转,辊压机就必须有加料量可调节的料饼回料回路。

另外,对于特定的辊压机来说,当新入料粒度分布一定时,辊压机在没有回料时的最佳运行状态所输出的物料量并非为系统

所需的料量。为使系统料流平衡,同时又能使辊压机处于良好的运行状态,可以通过料饼回料调整辊压机入料粒度分布,改变辊压机运行状态,达到与整个系统相适应的程度。如当入料粒度偏大,冲击负荷大,辊压机活动辊水平移动幅度大时,增加料饼回料量,

同时加大料饼厚度。若主电机电流偏高,则可适当降低液压压力,就可使辊压机运行平衡。

物料适当的循环挤压次数,有助于降低单位产量的系统电耗。但循环的次数受到未挤压物料颗粒组成、辊压机液压系统及传动系统弹性特性的限制,不可能循环过多。如某厂立窑水泥用HFCK1000/300型辊压机作预粉磨时,当料饼循环量达到300%时,辊压机传动系统发生不规则的振动。另一厂HFC1200/360型辊压机采用联合粉磨工艺挤压石灰石,当入料粒度分布如表3所示,设备开始发生振动。同时由于入料中细颗粒物料过多,如纯矿渣挤压时,会因拉入角减小,料饼厚度变薄而使辊压机通过量大幅度下降。因此,料饼循环也必须根据不同工艺和具体情况加以控制。

表3 辊压机入料粒度分布(1000g取样）

4.3 磨辊压力

辊压机液压系统向磨辊提供了130～250MPa的高压,这个压力是否完全作用于物料是确保挤压效果的关键所在。正确的力传递过程应该是:液压缸→活动辊→料饼→固定辊→固定辊轴承座,最后液压缸的作用力在机架上得到平衡。而某些现场使用的辊压机其液压缸的压力仅仅是由活动辊轴承座传递到固定辊轴承座,并未完全通过物料,此时虽然两磨辊在转动,液压系统压力也不低,但物料未受到充分挤压,整个粉磨系统未产生增产节能的效果。因此,辊压机运行状况的好坏,不仅取决于液压系统的压力,更重要的是作用于物料上的压力大小。这可以从以下两个方面观察确认:

(1)辊压机活动辊已脱离中间架挡块,作规则的水平往复移动,这标志着液压压力完全通过物料传递。

(2)两台主电动机电流大于空载电流,在额定电流范围内作小幅度的摆动,这标志辊压机对物料输入了粉碎所需的能量。4.4 辊压机设备运行参数的调整

随着辊压机工艺参数的确定,设备运行参数及保护系统参数随之调整到适当的数值。如液压系统操作压力确定后,就必须立即调整好液压系统运行的上、下限压力值,蓄能器的充气压力值,系统过载保护压力值及从泵站输出压力值等。

5 结束语

辊压机在我国经过十余年的应用与研究,不但自身结构得到完善,而且引出了不少与之配套的设备,如打散机、打散分级机以及带打散装置的选粉机。它们与辊压机和球磨机组成多种工艺流程,使得辊压机应用具有较强的灵活性,可以针对不同的老球磨系统和工艺要求,作多种方案选择。对于新建系统也可根据物料特性、产品要求以及状况选择最佳方案。为了确保取得预期的结果,了解并掌握各种工艺流程的特点,确定辊压机工艺流程中的操作原则是非常重要的。为此笔者根据几年来各种辊压机工艺系统的调试经验,粗略谈些体会。相信随着挤压粉磨技术的更深入研究与发展,辊压机及其工艺系统将更加完善,辊压机操作参数的选择也将更加合理,完全可以做到在保障设备安全运转的前提下,取得更高的经济效益。