HRM立式磨的技术创新和应用
摘要：本文介绍了HRM立式磨在技术创新方面既有采众家之长的集成创新，又有随处可见的自主创新，贯穿于粉磨技术、设计方法和设备结构及控制之中，锤炼出HRM立式磨的优异性能。目前该类立式磨在水泥生产、钢铁和电力行业、非金属矿超细微粉制备方面得到广泛应用。对各个行业的节能降耗呈现明显的效果，对企业技术进步起到了积极的推动作用。
2009年11月06日合肥水泥研究设计院、合肥中亚建材装备有限责任公司承担的国家“十一五”科技支撑计划“高强度水泥绿色制造”项目的子项《HRM4800大型生料立式磨粉磨技术的研究及装备开发》通过中国建筑材料联合会组织的专家鉴定，研制的HRM4800生料立式磨经安徽省科学技术情报研究所查新，认为：目前，大于6100mm磨盘外径，大于2600mm磨辊直径和462.1t/h生产能力的大型水泥生料立式磨，除本项目外，国内尚未见有开发成功的文献报道；与会专家认为：“HRM4800生料立式磨整体结构合理、技术先进、控制简单，易于操作，主要技术经济指标达到国际先进水平。该装备可替代进口，满足5000t/d级水泥熟料生产线配套要求，对我国水泥工业结构调整和节能减排具有重要作用，经济社会效益显著。”我们取得如此优异的成就，得益于国家的科技政策和领导的支持，饱含了技术人员的艰辛探索和不拘一格的科技创新。我们研制的大型生料立式磨已获合肥市科学技术一等奖、安徽省科学技术二等奖。以下就立式磨的技术创新和应用介绍如下。
1、采众家之长的集成创新
众所周知，目前国外的立式磨类型已有十多种，各种类型立式磨磨盘和磨辊的配合方式各有特色，如RM鲍利休斯磨双对辊与两条环形槽的磨盘配合适宜粉磨流动性好、料层不易稳定的物料；LM莱歇磨锥辊与平盘配合，能降低磨辊与磨盘的相对运行速度，减少磨损，其磨辊能依靠磨机固有部件翻出磨外，使检修相当便利；MPS非凡磨轮胎形辊配合盘形碾槽的磨盘，使料层粉磨更合理；ATOX史密斯圆柱磨辊配平盘，结构简单，易于加工制造……。而我们研制的HRM立式磨则博采众长，取优去劣，采用盘形磨盘、轮胎形磨辊、整体辊套、磨辊单独加压并可抬辊或翻出磨外，在选粉机方面采用可调速的动静态分离器。以上的集成创新使得HRM立式磨具有对物料适应性强、运行平稳、噪音小、磨损少、电耗低、操作简单、控制可靠、易于检修、产品细度调节容易等优点。
2、随处可见的自主创新
HRM立式磨的技术创新随处可见，已申请了多项专利和登记了计算机软件著作权。
其结构见下图：
2.1、粉磨技术创新
粉磨的物料由锁风喂料设备送入旋转的磨盘中心，在离心力作用下，物料向磨盘周边移动，进入粉磨辊道。在磨辊压力的作用下而被粉碎。同时，粉磨后的物料被风环处的高速气流吹起，对悬浮物料进行烘干，细粉则由热风带入分离器进行分级，合格的细粉由收尘设备收集为产品，不合格的粗粉落至磨盘重新粉磨，如此循环，完成粉磨作业全过程，实现物料细碎、烘干、粉磨、选粉一体化运行。
我们采用不同磨盘转速（或调速）配合相应的磨辊压力应对各种物料性能（软、硬、粗、细、粘）的物料及不同产品（粗、细、超细）的要求，实现磨机平稳运行的同时，取得较高的粉磨效率。立式磨的分离器也应对各种性能（软、硬、粘、轻）的物料及不同产品（粗、细、超细）的要求，进行选粉组合件的分选机理、运行速度、密封等进行创新，满足各种产品要求，并取得较高的分选效率。
在物料外循环、气流循环、除铁排渣等流程方面亦创新出适于各种原料、产品、工况的实用工艺流程和控制参数。
2.2、设计方法创新
我们采用有限元分析法对磨盘盘座、磨辊传动臂、磨辊轴等主要承载的大型部件进行静态载荷下的结构分析与计算，设计出的零件应力分布合理、强度和刚度安全，因此即降低了铸造和加工的难度及成本，又避免了危险截面出现断裂的可能性。
2.3、设备结构创新
以HRM4800生料立式磨为例，设备结构和控制创新主要表现为：
2.3.1 挤压和研磨分区的磨盘、磨辊组合
采用盘形的磨盘和轮胎形磨辊，设计合理的研磨曲面组合将物料的粉磨分为粗磨和细磨两个区域，能有效避免过粉磨，提高粉磨效率，降低电耗，同时可稳定料层，能降低或不用磨内喷水实现平稳运行，降低水耗和热耗，有利于水泥生产线余热发电。
2.3.2 磨辊轴承透盖延伸到机壳外的密封方式
HRM型立式磨，磨辊的装置是采用一对调心滚子轴承，设计时对轴承作等寿命计算，轴承密封腔延伸到机壳外，这种设计使辊轴与透盖相对运动的部分延伸至磨外，与磨腔内的含尘气体隔离，因此只用简单的机械密封方式就能保证磨辊轴承不进粉尘。此种新型磨辊密封方式无需密封风机，使磨辊安全可靠运行。详见下图：
2.3.3磨辊轴承采用稀油冷却润滑方式
磨辊轴承采用稀油强制循环润滑冷却，和原采用油脂或浸油润滑方式相比，可提高轴承使用寿命2倍以上，详见上图。
2.3.4采用整体轴承座和滚动轴承支撑磨辊横轴的结构
该结构解决了支架的强度及刚度问题，同时提高了加工精度，使复杂的安装找正问题变得简单，和原采用的滑动轴承相比，滚动轴承实用寿命大大提高。
2.3.5采用限位开关及机械限位装置，大型磨辊使用双液压缸加压
HRM型立式磨独特的限位装置可以使磨辊和磨盘之间的间隙可调，这样既能保持稳定的料层厚度，提高粉磨效率，又能保证在断料或料层破坏等不正常情况下磨辊和磨盘不直接接触，避免磨机破坏性振动，对磨机、减速机起到保护作用。因此，HRM型立式磨基础结构简单，造价低，不需要减震层、隔振沟。小型立磨进料、进出风口可不用软性连接。对HRM4800大型立磨的磨辊，使用双液压油缸加压，降低了液压油缸的加工难度，提高了可靠性。
2.3.6先进的高效动-静态组合式分离器
在新开发大型立式磨中分离器，我们采用带导向叶片的高效动静态组合式分离器。研究分析了管磨机使用的O’sepa选粉机、SLS选粉机、Sepol选粉机，根据立式磨的工况特点，设计了适合立式磨的高效动静态组合分离器。该分离器将自由涡流和强制涡流结合在一起，使得分级流场稳定、均衡，设备大型化仍能保持分级性能，产品的粒度分布较窄，有利于后续工艺稳定。由于采用这种分离器，对磨机内颗粒无序运动的有效控制，减少磨内颗粒的无规则运动量，使得磨内循环量降低，降低了磨内通风阻力，磨机的料床也更加稳定，提高粉磨效率，同样也降低了单位电耗。
而在高细立式磨的动-静态组合式分离器上，针对非矿行业对产品细度的严格要求（如玻纤行业要求将叶腊石、高岭土、石英砂粉磨至200目全通过，造纸行业要求将重钙粉磨至325-1250目97%通过），我们对转子和壳体之间的密封采用气封结构来保证该要求，达到了很好的效果。
2.3.7中、大型立式磨辊套采用铸钢内衬+耐磨堆焊的整体结构
解决了立式磨大型化问题，既确保了辊套运行安全可靠不断裂，又提高了辊套使用寿命，降低维修和消耗材料费用。
2.4 控制系统创新
2.4.1提供辊式磨电气保护及监控的一次及二次设备。
包括：磨辊稀油站；减速机稀油站；磨辊液压站；锁风喂料机；液压加压系统等其控制显示设备安装在电气控制柜中。
2.4.2磨机控制柜采用PLC(可编程序控制器)控制，以确保磨机系统的可靠运行。
2.4.3 磨机控制柜具有两种控制方式：
集中控制方式，由中央计算机系统(DCS)进行远程自动控制或手动控制；
机旁控制方式，在控制箱上可单机控制磨机各系统开停；
2.4.4所有测温元件采用Pt100铂电阻。
2.4.5为满足计算机远程控制方式的要求，磨机控制箱设置必要的控制、监视信号送中控室计算机系统。为保障设备安全，设置保护信号与磨机高压电机进行硬连锁保护。该控制系统使立式磨的操作可靠、运行安全、管理方便、效益提高。
3、在水泥工业中的应用
HRM立式磨在水泥工业中主要用于磨制备水泥生料、制备煤粉、磨制矿粉和熟料。充分体现了立式磨集细碎、烘干、粉磨、选粉为一身，电耗低、烘干能力强和简化生产流程的优点。用于水泥工业的HRM立式磨已经系列化和标准化，单台生料磨机最大能够满足6000t/d能力水泥生产线的要求。单台煤粉立式磨机最大能够满足10000t/d能力水泥生产线的要求。HRM生料立式磨主要型号性能见表1， HRM煤粉立式磨主要型号性能见表2，HRM矿渣立式磨主要型号性能见表3。
此外，HRM立式磨已用于预粉磨水泥熟料，正在进行水泥终粉磨的研究。
4、在钢铁和电力行业的应用
HRM立式磨在钢铁和电力行业的应用为磨制煤粉，为炼铁高炉和电厂锅炉提供燃料；磨制石灰石粉为电厂锅炉烟气脱硫提供脱硫剂。HRM立式磨磨制的产品能够提高煤的燃烧效率和锅炉烟气脱硫效果。HRM煤粉立式磨（冶金行业用）主要型号性能见表4，HRM脱硫石灰石粉立式磨主要型号性能见表5。
5、磨制非金属矿超细粉
非金属矿的种类非常多，有叶腊石、高岭土、重钙、膨润土、石膏、石英砂等，原料特性差别很大，其深加工产品的特点是而对产品细度要求高，一般在97%通过1250～325目（10～44μm）范围。制备非金属高细矿粉的立式磨我们称之为高细立式磨，其主要型号性能见表6。
HRM1700X高细立式磨磨制叶腊石和高岭土运行效果说明，与雷蒙磨相比，单机生产能力提高了10倍以上，满足了玻璃纤维生产需要的叶腊石和高岭土粉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。近年来，山东、浙江、江西、四川、河北等地建设了多条采用此设备的叶腊石或高岭土粉磨生产线，亦取得良好的业绩。促进了玻璃纤维等生产企业和高岭土粉企业迅速提高企业规模，节能减排和降耗。
6、前景及展望
在经济高速发展的今天，由于原燃材料价格居高不下、能源供应日趋紧张、电力价格逐步攀升，导致企业生产成本逐渐加大，与此同时，我国水泥等行业正逐步向规模化、集团化方向发展。如何提高产品的质量、降低产品的生产成本，从而在激烈市场竞争中占据优势，已成为水泥等企业面临的严峻局面。企业必须采用先进技术装备，大幅度降低电力消耗或充分利用低谷电、大幅度降低材料消耗及人工费用、提高企业效益。因此，立式磨装备及工艺技术作为高效节能的粉磨方式在新型干法水泥生产线的建设中愈来愈受到青睐。国内外广阔的大型水泥生产装备市场给我们造就了发展契机。HRM型立式磨技术和装备不仅用于烘干粉磨水泥原料，也用于水泥烧成系统的煤粉制备及粉磨矿渣和熟料，对电力、冶金、非矿等各个行业的节能降耗呈现明显的效果，对企业技术进步起到了积极的推动作用。
目前，我们正在新建试验车间，改善研究和试验条件，加强研究力度，持续创新；规范生产管理、扩大生产规模；加强宣传推广工作，进一步扩展HRM立式磨应用领域；向着产品实现世界知名品牌、企业成为世界著名企业的目标奋进。
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