1 前言
玻璃纤维的主要化学成分是SiO2、Al2O3、CaO等，引入这些成分的原材料主要是叶蜡石，我国叶蜡石储量丰富，为国内企业生产玻璃纤维奠定了资源优势。随着池窑等先进技术的引进，玻璃纤维生产在窑炉方面已突破了产能提高的瓶颈，使国内企业从生产到技术都跨上新的台阶，具备了规模优势。但是叶蜡石粉磨制约着该行业发展，之前，粉磨叶蜡石的主要设备为雷蒙磨，台时产量只有1t左右，效率低、能耗高、产品粒度难于控制。如何大幅度提高叶蜡石粉磨的产能，节能降耗成为玻璃纤维大规模生产必须解决的技术难题。
HRM型立式磨是合肥水泥研究设计院在广泛吸收国外先进技术、总结国内外立式磨应用经验的基础上研发出的一种烘干兼粉磨的高效节能设备。它既有莱歇磨可翻辊检修的优点，又具有MPS磨辊套可翻面使用寿命长的特点。集细碎、烘干、粉磨、选粉、输送为一体，具有粉磨效率高、电耗低、烘干能力大、产品细度易于调节、工艺流程简单、占地面积小、噪音低、无粉尘污染、磨耗低、检修方便、运行可靠等优点。上述优点已在水泥生料粉磨、煤粉制备、脱硫用石灰石粉制备等过程中所证实。泰山玻璃纤维股份有限公司鉴于HRM型立式磨的优秀业绩，确定合作研制10t/h级叶蜡石粉磨系统，公司负责系统工艺，研究院负责叶蜡石粉磨的磨机开发。
2 设备设计方案
双方确定，磨机粉磨叶蜡石的产量≥8t/h，细度为叶蜡石微粉粒度达到45μm(99%通过)，单位产品能耗明显低于雷蒙磨。为使新型设备满足此要求，我们首先研究了叶蜡石的物理特性，了解到它为层状结构硅酸盐矿物，常呈鳞片状、叶片状或致密块状集合体，测试了它的邦德功指数，为设备设计提供物料特性数值。我们以磨制水泥生料的HRM1700 立式磨为原型，研制磨制叶蜡石的HRM1700X型立式细磨机，对原来同规格型号的生料磨作如下内容的修改设计：①传动系统；②磨盘衬板和磨辊辊套的形状设计；③分离器的新结构设计；④耐磨材料的选择。
3 设备结构及技术参数
立磨工作原理：利用磨辊对磨盘上的物料进行挤压，并依靠气流和分离器将符合细度要求的颗粒带出磨外，经收尘器收集而成为成品；在立磨内部，气流中粒度较大的颗粒在重力作用下，重新落回磨盘进行粉磨(这个过程要进行多次，才能使其细度达到要求)。
叶蜡石立式细磨的设计建立在水泥生料立磨的基础上，虽然同属料床粉磨原理，但由于磨制不同的物料，其特性的差别对运行效果有很大的影响。对于粉磨叶蜡石来说，如何稳定料床、减少振动、提高粉磨效率是该设备设计的核心内容。围绕这些关键问题对上节确定修改设计的内容选择合理的技术参数和结构。
3.1 技术参数
粉磨物料: 叶蜡石；磨盘中径1700mm；磨辊直径1400mm；宽度460mm；磨辊数量2个；传动功率400kW；产量10～15t/h；产品细度100目100%通过，200目99.9%通过，325目(45μm)99%通过；成品水分＜1%。
3.2 设备结构
立式磨由分离器、壳体、磨辊磨盘、传动臂、传动装置、机架、加压装置、限位装置等几部分组成，设备结构详见图1。主要修改设计简述如下。
(1) 传动系统。
立磨的主传动系统是指磨盘、主减速机、主电动机等三大部分，磨盘的转速将是我们探讨的重点之一。立式磨粉磨物料，是由磨辊多次滚压和磨削落在磨盘上的物料，磨盘转动的同时，物料受离心力的作用而外移，磨盘的转速决定了物料在磨盘上的运动速度和停留时间,磨盘转动愈快，物料外移的速度也愈快，难磨的物料可能因尚未磨到合理的细度而移送出磨盘外，从而使产品达不到要求的细度和粉磨效率低下；反之，过粉磨也会使粉磨效率低下。磨盘转速不同亦同样会造成磨盘上物料间相互摩擦力和运动轨迹的不相同。要提高粉磨产品的细度和磨机的粉磨效率，磨盘转速必须和物料的被粉磨速度相平衡和匹配，因此不同的磨机结构和粉磨不同物料的磨机磨盘转速是不相同的。
过高的K 值会导致磨盘上料流速度较快，不利于料床的形成。由于叶蜡石原料粒度较小，成品水分和细度要求较高，造成磨盘上物料的流动性较好，不易形成料床，为增加其在磨盘上的停留时间，首先要降低磨盘的转速。为此，我们进一步研究了国外著名立磨磨制水泥生料和矿渣的情况及叶蜡石和矿渣在特性方面的差别与共同点。国际上著名的立磨在粉磨水泥生料和矿渣时的K 值数据见表1。
矿渣和叶蜡石在化学成分及Bond功指数上相差不大，都在20～25kW/t范围内，只是叶蜡石的成品细度要比矿渣要求的高。因此我们设计的叶蜡石立式磨的K值也要象磨矿渣那样采用比生料磨的K 值小10%～20%，叶蜡石立磨的磨盘转速比同类型同规格的生料磨要低15%左右，确定磨盘转速为29r/min。
(2) 磨盘衬板和磨辊辊套的设计。
叶蜡石超细粉磨时磨盘上物料中含有更细的1～40μm微细颗粒，生产时由于气流原因导致料床的物料含有大量气体，即所说的料床已有流态化的趋势，使立磨不能有效地啮入大量的颗粒群，造成辊轮的滑动或辊前堆积。磨盘上物料细粉多摩擦力和接触面之间的摩擦力很小，流动速度很快，料床很薄，仅有少量物料流进入有效的碾磨区域，使得操作不稳。以上这些现象导致磨辊的陷落、滑动、振动等恶性后果。解决此问题，一方面要求磨盘上的物料在进入碾磨区域前必须进行部分排气，从而使磨辊、磨盘可较顺利有效的碾磨物料。另一方面要有效地阻滞物料，调整磨盘上挡料环的高度，降低磨盘上物料的运动速度，达到磨机稳定运行。
叶蜡石的磨辊采用轮胎型，一方面是为了避免磨辊工作面的边缘磨损效应，可翻面再使用，延长了使用寿命，另一方面也是基于我们在超细重钙、超细煤系高岭土等方面所取得的成熟的应用经验，以及德国Krup Plysius AG的RM型矿渣磨和日本Kobe Steel的OK型矿渣熟料磨的成功应用范例。但是在磨辊及衬板的几何设计尺寸方面，轮胎型磨辊的弧面趋于陡，利用单辊自行准备料床的原理控制料床减少振动。磨辊内侧，辊盘间隙大，形成料床准备区，料床松散；磨辊外侧，辊盘间隙小，料床进一步密实，形成高效粉磨区。在整个粉磨过程中，即使成品比表面积很大，也能做到平稳操作，振动小。磨辊与衬板合理配合见图2。
(3) 分离器的新结构。
分离器的主要功能是将合格的物料及时分离出来。选择适合叶蜡石立式磨分离器(高效组合式选粉机)，重点考虑选粉区域部分以及颗粒运动的控制，尽可能限制磨内出现的无规则运动量，我们调整了动态转子与导向叶片的间距、动态转子转速、导向叶片片数和几何尺寸、并且对转子采用气封，能有效地避免大颗粒进入成品，从而降低循环负荷，提高研磨效率。分离器中物料分离见图3。
经过破碎的不同品位的粒状叶蜡石储存在各自的碎石仓中，仓下装有阀门和控制配料比例的调速电子皮带秤，各皮带秤按系统的需要把一定量的叶蜡石卸出，除铁后经斗式提升机、锁风用的回转叶轮给料机喂入立磨内，在立磨内通过磨辊和磨盘的相对运动而产生挤压、碾磨成粉体。粉体通过磨内选粉装置选粉，合格的粉体随磨内的气流带出磨外，被高浓度袋收尘器收集为成品，粗颗粒落到磨盘上继续粉磨。根据碎石的原始水分含量，磨内通风可采用自然风或通入由热风炉产生的热风，使原料带入的水分蒸发，保证产品含水率在1%以下。为提高立磨的粉磨效率，在磨内选粉内循环的基础上，工艺布置采用了能把磨机吐渣由系统设备返回的设计，通过调整吐渣返回量可以提高粉磨效率，并能延长磨辊及磨盘的寿命。收尘器收集的叶蜡石粉成品经输送装置送入叶蜡石粉仓，以备使用。
(4) 耐磨材料选择。
对于粉磨Bond功指数大于20的原料来说，立式磨磨辊、磨盘上的耐磨材料均采用现场再生补焊修复技术，不仅是解决生料立式磨保持良好工作状态问题，更重要的是要大幅度提高材料利用率，节约资源、降低劳动强度、提高设备及工艺系统的运转率。
磨辊和磨盘衬板磨损比较严重,磨损只发生在一个有限区域内，利用检修期间对辊套磨损区进行表面修复，堆焊过程自动在磨外或磨内完成。
4 工艺系统和运行效果
4.1 工艺流程
叶蜡石粉磨工艺系统流程见图4，简述如下。
经过破碎的不同品位的粒状叶蜡石储存在各自的碎石仓中，仓下装有阀门和控制配料比例的调速电子皮带秤，各皮带秤按系统的需要把一定量的叶蜡石卸出，除铁后经斗式提升机、锁风用的回转叶轮给料机喂入立磨内，在立磨内通过磨辊和磨盘的相对运动而产生挤压、碾磨成粉体。粉体通过磨内选粉装置选粉，合格的粉体随磨内的气流带出磨外，被高浓度袋收尘器收集为成品，粗颗粒落到磨盘上继续粉磨。根据碎石的原始水分含量，磨内通风可采用自然风或通入由热风炉产生的热风，使原料带入的水分蒸发，保证产品含水率在1%以下。为提高立磨的粉磨效率，在磨内选粉内循环的基础上，工艺布置采用了能把磨机吐渣由系统设备返回的设计，通过调整吐渣返回量可以提高粉磨效率，并能延长磨辊及磨盘的寿命。收尘器收集的叶蜡石粉成品经输送装置送入叶蜡石粉仓，以备使用。
5 结论
HRM1700X叶蜡石立式细磨的运行效果说明，与雷蒙磨相比，单机生产能力提高了10倍，满足了玻璃纤维生产需要的叶蜡石粉磨大规模工业化生产的需要，同时，单位产品能降和设备消耗比雷蒙磨粉磨系统降低40%以上。近来，浙江省桐乡玻纤建设了9条采用此设备的叶蜡石粉磨生产线，亦取得良好的业绩。此设备的大范围推广，必将促进玻璃纤维生产企业迅速提高企业规模和节能减排降耗。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
