LXZM46矿渣立磨机的研制

徐鸿钧，夏候洪波，姜 锐，葛 延，姜永涛

(1．中国重型机械研究院有限公司，陕西 西安 710032;2．日照钢铁有限公司，山东 日照 276806)

1 前言

高炉矿渣是高炉炼铁过程中排出的副产品。具有较高的潜在活性，将其单独粉磨至一定的细度后，混合制成水泥或直接替代部分水泥，可使矿渣的活性得到充分发挥。因此，矿渣粉最重要的应用是等量替代混凝土中的水泥和生产绿色合成水泥。

目前我国矿渣的总体利用水平不高，大部分都是和熟料一起磨制成水泥，由于其易磨性差，混合粉磨不能很好发挥其潜在水硬活性，因此在某些方面影响水泥和混凝土的性能，会出现诸如水泥早期强度下降、凝结时间延缓、抗冻性能差、以及干缩率加大等问题。若将矿渣单独细磨至比表面积400 m2/kg以上，作为水泥混合材或混凝土掺合料可明显优化水泥和混凝土的性能。

立磨作为高效节能的粉磨设备，已成功在水泥行业得到广泛的应用。立磨设备集烘干、粉磨、分级多重功能于一体，体积紧凑，单机生产能力大，适应矿渣水分高达10%，采用负压操作，无粉尘外逸，生产噪音只有85 dB(A)，单位矿渣微粉产品的电耗仅为50～60 kW·h/t，所以立式磨终粉磨工艺在矿渣微粉生产线中被积极选用。当前国内使用的大型立磨机基本上从日本或德国引进，费用高昂。一条年产60万t矿渣微粉的生产线，其投资额达到7 000万元以上，有的甚至超过1个亿。国产矿渣立磨比进口矿渣立磨价格低2 000～3 000万元，矿渣立磨因其高效、节能、环保的性能必将有广阔的发展空间。中国重型机械研究院有限公司在对国外先进的矿渣辊式磨深入调研分析的基础上，研制出了具有自主知识产权的LXZM46矿渣立磨机。

2 粉磨工艺流程及主要设备

2.1 矿渣粉磨系统工艺流程(图1)

矿渣原料由卡车从炼铁厂运至堆场存放。经过过滤，其含水量≤15%后，由行车或装载机投至受料槽，通过皮带机输送至水渣库;再由定量给料机定量给磨机上料。物料输送过程中要经过除铁器和金属探测仪，以除去矿渣中的金属颗粒。

矿渣通过锁风阀进入立磨，在磨盘上被碾磨成微粉，同时被磨盘甩出，经热风烘干并随热气流进入选粉机分选，细度不合格的粉料回磨再次粉磨，合格的微粉随气流进入袋式收尘器被收集，收集后的微粉通过空气斜槽输送至成品库内。

部分不能通过选粉机的粉末和金属颗粒通过回料锁风阀进入回料系统，经过斗提机提升到磨机上方，提升的返料经过除铁器除铁后再次进入立磨碾磨。

成品库内微粉经罗茨风机的均化处理，通过散装机进行装车或装船。整个工艺流程如图1所示。

图1 矿渣粉磨系统工艺流程图

2.2 LXZM46立磨机的工作原理

主电机通过减速机带动磨盘恒速转动，物料通过喂料阀经溜槽落到磨盘中央，在离心力的作用下甩向磨盘边缘并受到磨辊的挤压、剪切、冲击作用而粉碎和研磨，粉碎后的物料从磨盘的边缘溢出，被来自导风环高速向上的热气流带起并烘干，中细颗粒物料被气流带到高效选粉机内，中颗粒物料经分离后返回到磨盘上，重新粉磨;细粉(成品)则随气流从磨机上部出磨，在布袋除尘器中收集下来，即为产品。

没有被气流带起的粗颗粒物料及金属块，溢出磨盘后经过除铁器被斗提机提升，经过再次除铁重新喂入磨机，再次挤压粉磨，直至达到粒度要求。

3 LXZM46矿渣立磨机

3.1 主要技术参数

中国重型机械研究院有限公司研制的LXZM46矿渣立磨主要技术参数见表1。

表1 LXZM46矿渣立磨主要技术参数

3.2 主要结构

立磨由选粉机、磨辊、磨盘、加压装置、摇臂、主减速机、电机、壳体等部分组成，其结构如图2所示。

图2 LXZM46矿渣立磨结构简图

3.3 技术特点

(1)采用平磨盘和锥形磨辊、2+2的结构形式，结构简单，能使物料得到充分研磨，单位能耗比普通立磨更加节能，同时便于安装及调整。

(2)磨辊轴线与水平面成15°夹角，检修时可将磨辊翻出磨机外，维修、更换辊套、衬板，磨机检修空间大，检修作业十分方便快捷，其中一个磨辊故障也可以运行，不致停机。

(3)布料方式采用中心点布料，使磨机内料层更为均匀;开机前无需在磨盘上布料，且磨机可以带载启动，解决了开机难的问题。

(4)磨辊采用液压缓冲、电气保护和机械限位装置，避免磨机直接与磨盘接触和因断料而产生的剧烈振动。

(5)采用新型多重磨辊密封装置，并配密封风机气体密封，完全将辊轴、透盖与磨腔内含尘气体隔离。密封效果好、寿命长。

(6)磨辊轴承采用新型高效强制循环润滑油润滑，实时检测，散热效果明显，提高了轴承的可靠性和寿命。

(7)采用高压液压站，压力调节范围大，可适用不同矿渣原料。

(8)完善的控制工艺，先进的电器原件，能对设备运行工艺参数实时监控。并能实现故障诊断和自我保护。

(9)采用新一代高效动静态选粉机，变频调速，便于调节成品的细度。

(10)高度模块化设计，充分实现机件的可互换性，通过更换极少的零部件能满足不同物料的粉磨要求，同时减少库存，提高维修效率。

4 立磨机优化设计

4.1 有限元设计方法的应用

立磨机是大型装备，其载荷大、工况恶劣、结构复杂，传统的设计计算方法很难对复杂构件进行精确的应力、变形计算。通过有限元分析软件，可以精确获得结构的应力，变形数据和位置。在LXZM46立磨的整个设计过程中，大量应用有限元分析方法对立磨主要部件进行计算和优化。优化后相比多家国内外同类产品其质量更轻，同时结构达到非常优异的力学性能和可靠的使用寿命。LXZM46立磨的关键部件有限元分析结果如图3所示。

4.2 高可靠性的磨辊

磨辊是立磨机的核心部件，粉磨过程中磨辊轴承受较大的工作力的同时还有振动和热应力等存在，设计必须保证摇臂和转辊的力学可靠性。

(1)磨辊轴承采用双列圆锥+圆柱的组合方式，保证高径向承载能力的同时克服轴向力对轴承使用寿命的影响。同时采用一端固定一端浮动的轴承定位方式，以补偿因热和应力变形对轴承的影响。采用国际知名品牌，轴承的设计寿命12万h以上。

(2)对轴承的支撑点和支撑跨距精确计算合理布局。设计中深入分析磨辊的受力情况和受力位置，借助三维软件，找出轴承的最佳受力位置 以提高磨辊的力学性能。

图3 立磨有限元分析

(3)合理的润滑是轴承正常使用的必备条件，考虑到磨辊使用中会产生大量的热，同时环境温度较高＞200℃。设计使用稀油循环润滑，采用虹吸式回油方式，稳定磨辊内油位，保证了轴承的冷却和润滑。

(4)可靠的密封。磨辊处在高粉尘环境，因密封磨损污染润滑油造成轴承失效的生产事故时有发生。设计中采用双层油封加气封的复合密封方式，能很好的阻止粉尘进入磨辊。

(5)磨辊采用铸造+堆焊结构。该结构外硬芯软，能很好地抵抗表面磨损和冲击力，同时磨损后的磨辊能多次修复，提高了使用寿命，降低了成本。

4.3 高性能主传动减速机

中国重型机械研究院有限公司传动研究所为该磨机配套了主传动减速机，具有承载能力高、传动效率高、工作可靠、结构紧凑、尺寸小、重量轻等技术特点，具体特点如下:

(1)采用一级格里森弧齿齿轮与两级行星轮传动组合的传动形式，实现大速比。其中两级行星传动构成双输出机构，第一级行星输出约30%的扭矩，第二级行星输出约70%的扭矩，实现了扭矩分流;

(2)在第二级行星传动中采用柔性销技术，实现了载荷均载;

(3)齿轮采用高性能的优质低碳合金钢和高精度的齿轮加工技术;

(4)大型圆形静压轴承技术;

(5)采用高低压一体化液压润滑系统。

5 结束语

钢铁工业产生的粒化高炉矿渣和钢渣是工业渣中水硬胶凝性最好的冶炼渣，可用于水泥工业混合材料、配烧水泥熟料及生产钢渣矿渣水泥等。矿渣立磨因其高效、节能、环保的性能必将有广阔的发展空间。随着设备的国产化，投资成本将大大降低，生产能力和矿渣的利用率将有更大的提高。对水泥工业节能降耗、降低成本、减少二氧化碳排放、减少工业企业排渣占地及环境污染都有非常重要的意义。

［1］ 王仲春，曾荣．水泥粉磨工艺技术及其进展［M］．北京:中国建材工业出版社，2008．

［2］ 陈绍龙，张朝发．水泥生产破碎与粉磨工艺技术及设备［M］．北京:化学工业出版社，2006．

［3］ 乔彬．水泥工业粉磨系统节能增产技术百例［M］．北京:化学工业出版社，2009．