蔡曉亮，王倩，滑松，李向陽，寇劍棟

1 前言

近年來，隨著我國綠色環(huán)保、節(jié)能減排、固廢處理、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程的加快，鋼鐵企業(yè)配套的大型礦渣輥磨的市場需求愈加旺盛。中材（天津）粉體技術(shù)裝備有限公司（簡稱“中材（天津）粉體公司”）自2005年研發(fā)了國內(nèi)首臺年產(chǎn)30萬噸礦渣的TRMS31.3型輥磨以來，又陸續(xù)研發(fā)了年產(chǎn)60萬噸、90萬噸和120~200萬噸且具有14種不同磨盤直徑規(guī)格的系列礦渣輥磨，磨盤直徑2.5~7.0m，裝機(jī)功率800~8 800kW，累計(jì)銷售260余臺。其中，配套100萬噸及以上規(guī)模的礦渣輥磨20余臺，且多臺已投產(chǎn)運(yùn)行5年以上，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。2022年，中材（天津）粉體公司最新研發(fā)設(shè)計(jì)的年產(chǎn)200萬噸TRMS66.4礦渣輥磨在廣西防城港某項(xiàng)目成功投產(chǎn)，運(yùn)行指標(biāo)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

2 礦渣輥磨粉磨系統(tǒng)工藝及礦渣輥磨研發(fā)設(shè)計(jì)

2.1 礦渣輥磨粉磨系統(tǒng)主機(jī)配置及工藝組成

礦渣輥磨粉磨系統(tǒng)工藝主機(jī)配置見表1。TRMS66.4礦渣輥磨的設(shè)計(jì)能力為280~300t/h，主機(jī)功率7 800kW，配套風(fēng)機(jī)風(fēng)量880 000m3/h，功率2 500kW。TRMS66.4礦渣輥磨粉磨系統(tǒng)工藝流程見圖1。該系統(tǒng)由原料計(jì)量和輸送系統(tǒng)、粉磨系統(tǒng)、外循環(huán)系統(tǒng)、成品收集系統(tǒng)、成品儲存和放散系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)等組成。因礦渣物料易磨性差、密度大、金屬鐵含量高，中材（天津）粉體公司對系統(tǒng)礦渣輥磨粉磨物料外循環(huán)除鐵、輸送除鐵和防堵料等環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

表1 礦渣輥磨粉磨系統(tǒng)工藝主機(jī)配置

圖1 TRMS66.4礦渣輥磨粉磨系統(tǒng)工藝流程

2.2 TRMS66.4礦渣輥磨粉磨工作過程

TRMS66.4礦渣輥磨三維模型如圖2所示。物料通過鏟車上料到地坑料倉，經(jīng)膠帶秤計(jì)量，通過輸送膠帶和振動(dòng)篩，經(jīng)鎖風(fēng)輸送裝置、螺旋喂料機(jī)或振動(dòng)給料機(jī)，落入磨盤中心。磨盤在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，落入磨盤中心的物料在離心力作用下，向外均勻分散，平鋪形成料床。磨輥在加壓裝置作用下，對物料進(jìn)行連續(xù)碾壓，磨盤邊緣的物料被甩出磨盤，在風(fēng)環(huán)處，大顆粒物料（含鐵渣等磁性顆粒）落入進(jìn)風(fēng)道，通過吐渣口排出，進(jìn)入外循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)除鐵后，再次喂入磨內(nèi)；粉磨后的物料被磨內(nèi)熱氣流提升，經(jīng)中殼體進(jìn)入分離器分選，在此過程中，物料與磨內(nèi)熱氣體進(jìn)行了充分的熱交換，水分被迅速蒸發(fā)，物料被烘干，有效保證了成品含水率。通過調(diào)整分離器轉(zhuǎn)速可有效控制成品細(xì)度，合格物料被選出，不合格物料落回磨盤再次粉磨[1]。

圖2 TRMS66.4礦渣輥磨三維模型

2.3 TRMS66.4礦渣輥磨的研發(fā)設(shè)計(jì)

2.3.1 分離器的參數(shù)化設(shè)計(jì)

TRMS66.4礦渣輥磨配套的分離器已完全實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，是中材（天津）粉體公司目前研發(fā)的最大規(guī)格分離器。該分離器采用高效籠形結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了轉(zhuǎn)子葉片尺寸和個(gè)數(shù)，調(diào)整了動(dòng)靜葉片間距，減輕了葉片磨損，提高了分選效果。此外，分離器殼體和內(nèi)錐體采用復(fù)合耐磨板和磁性貼片，提高了其抗磨損性能及使用壽命。

2.3.2 模塊化設(shè)計(jì)

目前，我公司已完成了關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制作，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了粉磨水泥、礦渣的輥磨的模塊化設(shè)計(jì)。磨機(jī)的設(shè)計(jì)模塊主要有磨輥搖臂組件、支架、加壓系統(tǒng)等模塊，模塊化設(shè)計(jì)提高了互換性，實(shí)現(xiàn)了多種組合，同一個(gè)搖臂磨輥組模塊可配套不同規(guī)格磨盤，另外，根據(jù)磨盤直徑可選擇兩輥、三輥、四輥的磨機(jī)組合方式，TRMS66.4模塊化設(shè)計(jì)多重組合方式如圖3所示。

圖3 TRMS66.4礦渣輥磨模塊化設(shè)計(jì)多重組合方式

在進(jìn)行TRMS66.4礦渣輥磨的模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，通過確定磨輥中徑尺寸，即可確定磨輥搖臂組件模塊、配套支架模塊；其余設(shè)計(jì)工作按照磨盤直徑大小，相應(yīng)調(diào)整已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的中殼體和風(fēng)道的相關(guān)尺寸，即可完成磨機(jī)的全部設(shè)計(jì)工作。模塊化設(shè)計(jì)大大提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期。

2.3.3 球墨鑄鐵的應(yīng)用

國內(nèi)球墨鑄鐵性能逐年提高，特別是硅固熔鐵素體球墨鑄鐵，其性能優(yōu)于鑄鋼，能夠滿足客戶對輕量化、高品質(zhì)的需求。中材（天津）粉體公司從2017年開始逐步將輥磨的鑄鋼材質(zhì)磨盤用球墨鑄鐵代替，不僅縮短了供貨周期，而且產(chǎn)品品質(zhì)更佳。TRMS66.4礦渣輥磨磨盤材質(zhì)采用球墨鑄鐵，可與同規(guī)格的生料輥磨磨盤通用。

2.3.4 有限元分析

TRMS66.4礦渣輥磨采用三維模塊化設(shè)計(jì)，其中的關(guān)鍵大型鑄鍛件及主要結(jié)構(gòu)件均進(jìn)行了有限元分析計(jì)算。關(guān)鍵部件包括機(jī)架裝置、磨輥裝置、搖臂裝置、磨盤裝置的盤體、選粉機(jī)傳動(dòng)軸系組和轉(zhuǎn)子等。在設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際及大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不斷校正理論計(jì)算應(yīng)力參數(shù)，更好地保證了關(guān)鍵部件的安全性，保證了設(shè)備可靠性。

另外，使用fluent軟件對TRMS66.4輥磨磨內(nèi)通風(fēng)阻力及流體的走向進(jìn)行模擬（見圖4），確定了磨內(nèi)阻力點(diǎn)及易沖刷磨損部位。磨內(nèi)主要阻力點(diǎn)及磨損部位為風(fēng)環(huán)、內(nèi)錐體、中殼體、分離器殼體和出風(fēng)口等。通過采取減阻防磨措施，有效提高了能源使用效率及設(shè)備使用壽命。

圖4 TRMS66.4輥磨關(guān)鍵部件有限元分析和磨內(nèi)流體模擬情況

2.3.5 在線監(jiān)測及故障診斷

TRMS66.4礦渣輥磨配套在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，主要用于磨輥、齒輪箱和選粉機(jī)運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)測。在線監(jiān)測系統(tǒng)通過振動(dòng)傳感器、速度傳感器組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以太網(wǎng)接口，采集的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至中控室服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)輥磨各部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況的遠(yuǎn)程監(jiān)測。TRMS66.4礦渣輥磨在線監(jiān)測系統(tǒng)總體方案如圖5所示。通過在線監(jiān)測系統(tǒng)，可監(jiān)測減速機(jī)齒輪永久性變形、點(diǎn)蝕、剝落、斷齒及齒輪軸嚙合等問題，還可監(jiān)測軸承出現(xiàn)的點(diǎn)蝕、剝落、磨損，內(nèi)外圈磨損、開裂，保持架斷裂，滾珠脫落等問題。

圖5 TRMS66.4礦渣輥磨在線監(jiān)測系統(tǒng)總體方案

TRMS66.4礦渣輥磨在線監(jiān)測點(diǎn)布置如表2所示。其中，4個(gè)磨輥各布置1個(gè)測點(diǎn)（徑向），每個(gè)測點(diǎn)設(shè)1個(gè)低頻加速度傳感器和1個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器；選粉機(jī)軸承配置2個(gè)測點(diǎn)（徑向），選用通用型加速度傳感器；齒輪箱上設(shè)7個(gè)振動(dòng)傳感器測點(diǎn)（布置方案如圖6所示），S1~S7均選用低頻加速度傳感器。

表2 TRMS66.4礦渣輥磨在線監(jiān)測點(diǎn)布置

圖6 齒輪箱上7個(gè)振動(dòng)傳感器的測點(diǎn)布置方案

TRMS66.4礦渣輥磨在線監(jiān)測系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，確保了故障診斷的可靠性。在線監(jiān)測系統(tǒng)對被監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行基線測量，并設(shè)置報(bào)警界限；在連續(xù)監(jiān)測的過程中，提供重要部件的特征值、頻譜圖、趨勢圖，實(shí)時(shí)檢查各特征值是否超出報(bào)警界限；將測得數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至工作站及中控室計(jì)算機(jī)。若設(shè)備特征值超限，其數(shù)據(jù)將會被立即發(fā)送至控制中心，并提供分析報(bào)告、維護(hù)決策和處理措施供用戶參考，保證被監(jiān)測設(shè)備不出現(xiàn)非計(jì)劃停機(jī)等故障，降低維護(hù)成本。圖7為TRMS66.4礦渣輥磨在線故障診斷和數(shù)據(jù)分析流程。

圖7 TRMS66.4礦渣輥磨在線故障診斷和數(shù)據(jù)分析流程

3 TRMS66.4礦渣輥磨的實(shí)際運(yùn)行情況

TRMS66.4礦渣輥磨已在廣西防城港和福建大東海項(xiàng)目投產(chǎn)應(yīng)用，下面以廣西防城港某項(xiàng)目采用TRMKS66.4礦渣輥磨粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)純礦渣粉及礦渣鋼渣復(fù)合粉為例介紹該輥磨的運(yùn)行情況。該項(xiàng)目于2022年3月中旬投料，一次帶料試車成功，粉磨礦渣產(chǎn)量~290t/h，比表面積420m2/kg。目前，磨機(jī)主要以生產(chǎn)礦渣鋼渣復(fù)合粉為主，產(chǎn)量~280t/h，生產(chǎn)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。TRMS66.4礦渣輥磨用于生產(chǎn)礦渣粉和礦渣鋼渣復(fù)合粉時(shí)的運(yùn)行參數(shù)如表3所示。

表3 TRMS66.4礦渣輥磨用于生產(chǎn)礦渣粉和礦渣鋼渣復(fù)合粉時(shí)的運(yùn)行參數(shù)

3.1 原料情況

現(xiàn)場原料主要為礦渣和鋼渣，用于生產(chǎn)純礦渣粉和礦渣鋼渣復(fù)合粉。礦渣分為堆放后結(jié)塊物料和新進(jìn)場物料，堆放后塊狀物料易磨性略好，但因存在大塊物料，易引起磨機(jī)振動(dòng)；新進(jìn)場物料水分略高，料層更實(shí)，主機(jī)電耗略高。破碎后的鋼渣粒度<5mm，大部分為粉狀物料，生產(chǎn)復(fù)合粉時(shí)，料層略厚，比表面積要求更高，電耗比粉磨純礦渣略高。

3.2 工作壓力

根據(jù)磨機(jī)產(chǎn)量和比表面積要求調(diào)整工作壓力，粉磨純礦渣磨機(jī)產(chǎn)量~290t/h時(shí)，有桿腔壓力為11.5~12MPa，無桿腔壓力為2.7MPa，蓄能器壓力分別為6.5MPa、1.8MPa，液壓系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

3.3 風(fēng)溫和風(fēng)壓

磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，磨機(jī)入口溫度200℃~240℃，入口負(fù)壓300Pa左右，磨機(jī)出口溫度90℃~95℃，出口負(fù)壓3 900~4 100Pa，磨內(nèi)壓差3 600~3 800Pa。調(diào)試期間，對系統(tǒng)風(fēng)量進(jìn)行標(biāo)定，入磨總風(fēng)量為~620 000m3/h，屬于合理范圍。TRMS66.4礦渣輥磨系統(tǒng)風(fēng)量標(biāo)定數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 TRMS66.4礦渣輥磨系統(tǒng)風(fēng)量標(biāo)定數(shù)據(jù)（2022年4月22日）

3.4 成品產(chǎn)量及質(zhì)量

通過調(diào)整選粉機(jī)轉(zhuǎn)速，可靈活調(diào)整成品細(xì)度，滿足不同品種產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。現(xiàn)場磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，純礦渣粉的產(chǎn)量為~290t/h，成品含水率約0.2%，礦渣粉比表面積為420m2/kg；復(fù)合粉的產(chǎn)量為~280t/h，比表面積為~450m2/kg。

3.5 分離器轉(zhuǎn)速

盡管通過調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以調(diào)整礦渣輥磨的通風(fēng)量，改變產(chǎn)品細(xì)度，但會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。最好的辦法是調(diào)整分離器轉(zhuǎn)速，目前，生產(chǎn)高比表面積礦渣鋼渣復(fù)合粉時(shí)，分離器轉(zhuǎn)速約為90r/min。

3.6 磨內(nèi)噴水

生產(chǎn)礦渣鋼渣復(fù)合粉時(shí)，TRMS66.4輥磨可以在不噴水情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。粉磨純礦渣時(shí)，磨機(jī)若出現(xiàn)輕微振動(dòng)，可適當(dāng)噴水，穩(wěn)定料層，降低熱耗。

3.7 磨機(jī)振動(dòng)和料層

3.8 外循環(huán)排渣情況

TRMS66.4礦渣輥磨采用閉路系統(tǒng)，磨機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，礦渣外排量適中，有部分粗顆粒物料和金屬磁性顆粒外排。當(dāng)外排料量較大時(shí)，料層厚度波動(dòng)較大，易引起磨機(jī)振動(dòng)，需及時(shí)調(diào)整參數(shù)，保證一定量的粗粉通過外排閥送出磨外，經(jīng)膠帶輸送機(jī)和斗式提升機(jī)再次送入磨內(nèi)，以此降低風(fēng)機(jī)負(fù)荷和磨內(nèi)壓差，同時(shí)有利于清除物料內(nèi)鐵粉和磁性顆粒物，延長輥套、襯板等耐磨件的使用壽命。

3.9 磨機(jī)電耗

磨機(jī)調(diào)試期間，對磨機(jī)的主機(jī)電耗，風(fēng)機(jī)電耗進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。生產(chǎn)比表面積>450m2/kg的復(fù)合粉時(shí)，系統(tǒng)電耗約為36.5kW·h/t；生產(chǎn)比表面積420m2/kg純礦渣粉時(shí)，系統(tǒng)電耗約為33.5kW·h/t，電耗指標(biāo)均達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。TRMS66.4礦渣輥磨系統(tǒng)電耗統(tǒng)計(jì)如表5所示。

表5 TRMS66.4礦渣輥磨系統(tǒng)電耗統(tǒng)計(jì)，kW·h/t

不同檢測點(diǎn)測得的磨機(jī)振動(dòng)值各不相同，TRMS66.4磨機(jī)的振動(dòng)傳感器安裝在減速機(jī)底板上方，可實(shí)時(shí)監(jiān)測磨機(jī)振動(dòng)情況，磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，垂直振動(dòng)值為1.5mm/s，水平振動(dòng)值為1.2mm/s，有效提高了磨機(jī)的粉磨效率，保證了設(shè)備使用壽命。磨機(jī)主電機(jī)的電流波動(dòng)較小，料層厚度基本穩(wěn)定在30mm左右，為磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

3.10 存在的問題及解決措施

調(diào)試期間，生產(chǎn)復(fù)合粉時(shí)出現(xiàn)溜管堵料的情況，主要原因是原料中含有大量粉狀物料且粘性較大。工藝設(shè)計(jì)時(shí)，溜管設(shè)計(jì)角度應(yīng)盡量垂直，且適當(dāng)加大溜管容積；采用振動(dòng)給料機(jī)生產(chǎn)復(fù)合粉時(shí)易造成堵料，去掉物料遮擋板即可改善；另外，考慮到振幅因素，喂料機(jī)入口應(yīng)盡量靠近磨機(jī)。通過采取上述措施，相關(guān)問題均已得到解決。

4 結(jié)語

TRMS66.4礦渣輥磨采用參數(shù)化、模塊化設(shè)計(jì)和有限元分析等數(shù)字化技術(shù)，極大提高了設(shè)計(jì)效率和整機(jī)設(shè)計(jì)水平，能耗指標(biāo)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

廣西防城港TRMS66.4礦渣輥磨項(xiàng)目及福建大東海200萬噸礦渣粉生產(chǎn)線TRMS66.4礦渣輥磨的成功投產(chǎn)，標(biāo)志著中材（天津）粉體技術(shù)裝備有限公司大型礦渣輥磨的研發(fā)應(yīng)用又邁上了一個(gè)新臺階。