框式預(yù)磨機的設(shè)計及應(yīng)用

中圖分類號：            文獻(xiàn)標(biāo)識碼：              文章編號：    

The design and application of the frame-style premill    

Wang Qiu-zhen    

(Hubei university of education , Mechanical and Electrical Deparfment, Wuhan 430205)    

Abotract : The thesis illustrates work principle and main parameters and frature of the frame

style premill , analyses the result of test

production , This machine has great ability of premill for bittleness lump material , for example ,  lump coal , 

ore and clinker etc , and can conserve energy and reduce consumption The equiipment has abtained nati-

onal patent    

Key words : frame-style , premill , application , conserve energy   

引言   

     在粉體工程中，原料的入磨粒度對球磨機的產(chǎn)量和產(chǎn)品的細(xì)度以及單位產(chǎn)品電耗有著十分重要的影響。傳統(tǒng)的制粉過程，是物料經(jīng)顎式破碎機或反擊式破碎機等破碎后，直接進入球磨機粉碎系統(tǒng)。但這些破碎塊狀物料的設(shè)備，能量利用率低。而且，經(jīng)它們破碎后的物料粒度仍較大，進磨粒度一般在15～40mm。使球磨機的第一倉仍以細(xì)破碎為主，不但使磨機的產(chǎn)量難以提高，且能量利用率極低（僅為３％左右）［1］。如何提高磨機臺時產(chǎn)量，增加產(chǎn)品的細(xì)度，降低粉磨系統(tǒng)的電能消耗，延長易損件的使用壽命，是整個粉體工程中的一個重要課題?！澳デ邦A(yù)粉磨”目前已是共識?；诖它c，我們設(shè)計了框式預(yù)磨機，并且成功的實現(xiàn)了實際   

應(yīng)用。使用框式預(yù)磨機后，可使后續(xù)入磨粒度小于1mm，球磨機產(chǎn)量提高40%以上，噸產(chǎn)  產(chǎn)量節(jié)電5-10kwh。   

1． 框式預(yù)磨機的工作原理設(shè)計    

     框式預(yù)磨機是作者在其原有的專利“內(nèi)篩分雙轉(zhuǎn)子破碎機”(專利號ZL200420017744.6 ) 基礎(chǔ)上的一次提高.該機配有兩臺電機，分別置于頂部一側(cè)和底部一側(cè)。頂部電機通過皮帶輪經(jīng)三角帶帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子。底部電機通過螺旋傘齒輪帶動外轉(zhuǎn)子。工作時，內(nèi)外轉(zhuǎn)子以相反方向分別高速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)塊狀物料（如塊煤、石灰石、熟料或其它脆性物料）通過進料口下落，經(jīng)預(yù)篩分后進入內(nèi)轉(zhuǎn)子區(qū)，物料即在該區(qū)受到?jīng)_擊并獲得高速而被拋向外轉(zhuǎn)子內(nèi)壁，此時物料受到與高速旋轉(zhuǎn)方向相反的外轉(zhuǎn)子反擊板的強烈沖擊，使物料被急劇破碎。同時，在內(nèi)外轉(zhuǎn)子間隙處物料被剪切或被反彈，與后續(xù)高速石料相遇，而發(fā)生高速碰撞破碎。在破碎腔內(nèi)，塊料受到多次強烈沖擊、剪切、互相碰撞、擠碾等作用而被粉磨成粉料。通過內(nèi)置旋轉(zhuǎn)篩對粗細(xì)粉進行分離，細(xì)粉排出，粗粉經(jīng)翻轉(zhuǎn)后再次進入拋撒過程。   

1． 框式預(yù)磨機設(shè)計的主要參數(shù)   

2．1幾種型號的框式預(yù)磨機設(shè)計的主要參數(shù)如表1   

2．2內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的參數(shù)選擇：   

     內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)計是否正確，是框式預(yù)磨機使用效果的重要因素。因在外轉(zhuǎn)子上設(shè)有一個倒錐形旋轉(zhuǎn)篩，細(xì)料排出，粗料沿錐形爬升，經(jīng)翻轉(zhuǎn)機構(gòu)再次進入沖擊腔內(nèi)參與沖擊。   
外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速既要大于物料在錐形面上因離心力而上升的速度，又要小于物料因離心力而緊貼在外轉(zhuǎn)子上的“附壁速度”

［2］   

即： v1＜v＜v2   式中，v1是使物料在錐形面上因離心力而上升的速度，v2是使物料因離心力而緊貼在外轉(zhuǎn)子上的“度”。 V是外轉(zhuǎn)子的選擇速度.內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速既要保持足夠大的線速度，以確保物料獲得破碎動能，又要保證設(shè)備避開共振區(qū)的臨界轉(zhuǎn)速。   

即： n1＜n＜1.2n2      

且滿足0.7n2＜n   

或1.2 n2＜n      

式中，n1是能確保物料獲得足夠破碎動能的線速度的轉(zhuǎn)速; n2是設(shè)備共振區(qū)的臨界轉(zhuǎn)速。因考慮到軸承的溫升和耐磨材料的使用壽命,不考慮1.2 n2＜n.  

1． 框式預(yù)磨機結(jié)構(gòu)特點的設(shè)計  

框式預(yù)磨機的典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，其特點如下：  

圖1框式預(yù)磨機的典型結(jié)構(gòu)示意圖  

1中心立柱   2頂部支撐  3內(nèi)轉(zhuǎn)子  4外轉(zhuǎn)子  5上部電機   6旋轉(zhuǎn)篩   7機架立柱   8出料口  9下部電機   10機架底座  

3．1框式預(yù)磨機采用穩(wěn)定的四邊框型結(jié)構(gòu)。機身主體是由1中心立柱、2頂部支撐、7機架立柱、10機架底座一起構(gòu)成一個立體的穩(wěn)定的四邊形。頂部支撐2是一個三角形的桁架；機架立柱7上設(shè)有三角帶張緊裝置，以便對三角帶的松緊進行調(diào)整。其結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，十分適合老廠改造。 

3．2框式預(yù)磨機內(nèi)腔采用兩相向高速運動的轉(zhuǎn)子，把進入腔內(nèi)的物料以極高的速度拋撒和迎面反擊，使物料在強烈的碰撞、沖擊、剪切等過程中成為細(xì)粉。其中，由于內(nèi)轉(zhuǎn)子將物料高速向外轉(zhuǎn)子拋撒，外轉(zhuǎn)子高速反向運轉(zhuǎn)，使物料受到近于900角度的力反擊，剪切力特別巨大，物料被細(xì)化的效果十分顯著。 

3．3框式預(yù)磨機采用多層反復(fù)拋撒，使物料受沖擊的幾率大幅提高，產(chǎn)出物料中有12%以上的粒度在200目以下。 

3．4框式預(yù)磨機采用內(nèi)置旋轉(zhuǎn)篩對粗細(xì)粉進行自動分離，經(jīng)分離后的細(xì)粉通過下料口排出。 

3．5框式預(yù)磨機采用粗粉翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，使自動分離后的粗粉再次進入拋撒過程。粗粉經(jīng)過多次反復(fù)拋撒沖擊，成為合格細(xì)粉通過下料口排出。 

3．6框式預(yù)磨機采用了新型的非金屬強韌耐磨材料和強韌粉末冶金材料，使易損件的使用壽命大幅提高。 

     采用的強韌化陶瓷有增韌氧化鋯（Y2O3+ZrO2）、增韌三氧化二鋁（Al2O3/ZrO2）等結(jié)構(gòu)性陶瓷。他們具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、高強度、高硬度等優(yōu)點?？蛇m應(yīng)金屬和高分子材料難以承受的環(huán)境和工況條件。具體指標(biāo)如下： 

強韌氧化鋯(Y2O3+ZrO2)： 

密度（g/cm3）:   6—6.05 ； 

硬度（CHRA）：89； 

抗彎強度（MPa）：1000—1200； 

斷裂韌性（MPam1/2）：12—14； 

強韌三氧化二鋁（Al2O3/ZrO2）： 

密度（g/cm3）：3-4.5； 

硬度（CHRA）85—88； 

抗彎強度（MPa）：300—500； 

斷裂韌性（MPam1/2）：5—7 

熱壓燒結(jié)氮化硅（Si3N4）： 

密度（g/cm3）：3.2    硬度（CHRA）:93; 

抗彎強度（MPa）:900 

斷裂韌性（MPam1/2）8.5。 

采用的強韌化錘用硬質(zhì)合金具有高的硬度和耐磨性。 

型號：Y 

密度:14.58（g/cm3）；硬度（CHRA）: 87.5； 

斷裂韌性: 12——16（MPam1/2）； 

抗彎強度: 2650（MPa）；［4］ 

3．7框式預(yù)磨機采用了集中自動潤滑供油，保證了設(shè)備不間斷供油潤滑。 

4. 應(yīng)用效果 

4．1試生產(chǎn)結(jié)果 

     2007年初,武漢鑫達(dá)科技有限公司生產(chǎn)的KM18框式預(yù)磨機在四川某廠投入了試生產(chǎn)運行。基本情況和運行效果如下： 

圖2    四川某廠安裝KM18框 式預(yù)磨機工藝布置圖 

1 膠帶輸送機   2 、6  斗式提升機   3 篩分   4 框式預(yù)磨機    5  球磨機    7 選粉機   8 除鐵器        9  金屬探測儀  

運行場地：四川某水泥廠成品車間； 

粉磨物料：旋窯熟料； 

試生產(chǎn)運行產(chǎn)量：60～70噸/小時； 

運行方式：連續(xù)自動生產(chǎn)。

出料粒度：95%小于1mm。耗電量：2kwh/t。出料粒徑分析見表2

4．2結(jié)果分析

4．2．1預(yù)磨能力分析


在生產(chǎn)過程中，進入框式預(yù)磨機內(nèi)的熟料的最大粒徑有130mm，平均進料粒徑在40mm。出料粒徑如表2，產(chǎn)量穩(wěn)定在60噸/小時。粉碎比大大超過其他預(yù)磨設(shè)備。

4．2．2電耗分析 

     KM18框式預(yù)磨機裝機容量為130kw（75kw+55kw），運轉(zhuǎn)中的電流強度是額定電流的80%左右。出料粒徑控制在1mm以下時，噸產(chǎn)量電耗2kwh左右。

4．2．3粒徑分析

     根據(jù)表2，其出料粒徑基本控制在1mm以下，對于提高后續(xù)球磨機的產(chǎn)量有著十分重大的意義。德國R·阿斯穆斯等人作過模擬計算，若將物料預(yù)磨到勃氏比表面積150～200m2/kg，則球磨機系統(tǒng)的產(chǎn)量可提高100%，能耗減低24%～30%。［3］框式預(yù)磨機的出料粒徑大部分分布在0.9mm附近，20目以下占到了56.28%，因此，框式預(yù)磨機能較好地發(fā)揮球磨機的研磨功能, 提高球磨機產(chǎn)量的潛力大。

4．2．4形狀分析  

     在顯微鏡下,細(xì)粉顆粒的形狀多為不規(guī)則多邊形和短拄狀，且裂隙多，極利于后續(xù)球磨機研磨。

4．2．5存在的問題的分析

     沒有腔內(nèi)自動動態(tài)顯示，無法對腔內(nèi)沖擊進行實時控制，需完善；對軸承溫升應(yīng)有實時監(jiān)測；對啟動和停機時的內(nèi)腔風(fēng)壓過高應(yīng)予改進。

5．結(jié)論

    經(jīng)實踐應(yīng)用證明框式預(yù)磨機粉碎比高，預(yù)磨效果好，能大幅度增加球磨機的產(chǎn)量,節(jié)能效果顯著。出料粒度小，可減少后續(xù)設(shè)備的易損件的磨損，延長使用壽命，減少備品備件的數(shù)量，節(jié)約資金。若用于煤粉制備、筑路或磷石破碎，可直接替代風(fēng)掃煤磨、圓錐破或雷蒙磨；該設(shè)備經(jīng)過進一步完善后，將會成為粉體工程中廣泛使用的主力設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

［1］ 陶天全.  水泥工業(yè)粉磨工藝及設(shè)備［M］. 武漢： 武漢工業(yè)大學(xué)出版社.1992

［2］ 黃之初,張登峰,李源. 內(nèi)篩份雙轉(zhuǎn)子破碎機的主要工藝轉(zhuǎn)速的設(shè)計［J］.國外建材科技.2005.(3):4-5

［3］ 蔣澤全 關(guān)于水泥預(yù)磨設(shè)備生產(chǎn)規(guī)格選型的探討［J］.水泥.2005,(11):35-37

［4］ 王秋珍.幾種耐磨材料在不同工況下的應(yīng)用選擇［J］.煤礦機械.2006.7

作者簡介：

     王秋珍(1963-),女,武漢人,副教授，畢業(yè)于武漢理工大學(xué)建材機械專業(yè),現(xiàn)主要從事機械設(shè)計及機電一體化的教學(xué)與研究