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浅议水泥石灰石矿山优化利用

1970-01-01
一、石灰石矿山的利用原则   上世纪九十年代,随着水泥生产规模的扩大,水泥厂所需的石灰石矿山也在扩大,对石灰石矿山的开采,需求量也逐渐扩大。国家建材局于1991年发布了《水泥矿山原料管理规程》指出:制定石灰石进厂质量控制指标时候,在满足水泥原料配料的基础上,对不同品级的矿石进行均化开采,经济合理的充分利用矿产资源。在此后的水泥发展过程中,大多水泥厂的矿山开采实现了高低搭配,保持合理的石灰石成分。按照划分,水泥厂的石灰石按照成分划分为两级,一级品:CaO≥48%,二级品:48%≥CaO≥45%,按照贾华平先生的观点:评价一个石灰石矿山的好坏有三:(1)主要成分的含量是否满足配料要求,(2)有害成分的含量是否超出了工艺允许的。(3)矿石的质量是否均衡稳定。在已经圈定的矿山范围内,大型的矿山按照计划保持合理的三量对矿山既有矿石进行高低搭配使用,或对有害成分控制的时候搭配低品位物料。从规程上明确对资源要充分利用对后来的水泥企业高效利用资源起了很大作用。   近几年来,国家在环保方面的要求越来越严格,同时,作为一个政策市场,水泥市场也在萎缩,在环保和市场的双重压力下,水泥厂通过对内的挖潜改造,精细化管理来降低成本、提高市场竞争能力,相对于二十年前的要求,当前部分水泥公司提出更高的要求,如,减少排废,加大对剥离料,夹石层的利用率,有的公司甚至提出了矿山零排放的要求。如果提出了更高的要求,就要重新审视当时的开发利用方案,对当年的开发利用方案进行再优化。   二、石灰石矿山进行再优化的好处   1、继续降低矿山的剥采比例,对含CaO量较低的低品位石灰石矿石善加利用,延长矿山的服务年限。作为矿山开采中的一项重要经济指标,往往决定着采矿设备、人员等资源的配置。因而,如果继续对剥采比继续优化可以有效降低排废,增加矿山的服务年限。   2、增加剥离料或杂质料减少辅料的(硅铝质原料)搭配使用,减少硅铝质原料的采购,降低外购原料的费用。   3、低品位石灰石由于在形成的过程中并未形成十分完整的结晶结构,因而其结晶结构具有的缺陷会使其具有易分解、易烧性好,烧成能耗低的特点, 因而一定程度上利用易烧性较好的低品位石灰石可以降低熟料烧成的煤耗。有关研究表明,低品位石灰石的生产水泥熟料,其熟料的热耗要比高品位的石灰石低10%----15%。   三、石灰石矿山优化的条件   1、所搭配物料的全部成分是满足生料配料的有效成分。生料中的成分主要是CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3,各自占有一定的比例,只要在石灰石矿石的硅铝铁含量不超过生料配料中的规定值,即可实现高低物料的搭配。而石灰石矿石中的杂质多半是这三种物质,只要杂质中的成分含量不超过生料配料的最高要求,即可作原料使用,而石灰石原料中不足的SiO2、Al2O3、Fe2O3部分,可以在生料配料环节完成。   2、要形成相当的稳定的料流,水泥的生产是连续的,其成分的波动往往带来各种变化,使得生产变得不稳定。这是生产中的大忌。所以,对石灰石矿山的物料进行优化,就是要有比较稳定的物料来源,即根据三量的安排,要长期计划和近期计划相结合,不仅作为主要成分的CaCO3波动小,而且其他的配合料带来的成分波动也要控制,使得物料的成分波动尽量的小,以此来稳定工厂的生产。   3、一定有效控制有害成分。水泥矿山中的有害成分主要是镁、碱、硫。氧化镁。氧化镁在石灰石矿山中较为常见,其含量差异很大,因为在熟料煅烧时候,氧化镁有一部分和熟料矿物结合或固溶体以及熔于液相中。因此,当熟料中含有少量氧化镁的时候,能降低熟料液相生成温度增加液相数量,降低液相粘度,有利于熟料的形成,还能改善色泽。在水泥熟料中,氧化镁的固溶总量可达到2%,其余的就是以游离状态存在的方镁石。这种矿物会在水化的时候速度慢,体积膨胀,会导致安定性不良,因此,必须从源头上予以控制。碱氯硫,石灰石矿山中或多或少均有一种或几种存在。这些物质在工厂内进行生产的过程中,随着温度不同,本身的物相及其物理化学性质也发生变化,在高温地带,这些物料受热挥发,随着烟气带往后面的烟室,分解炉、预热器系统并凝聚在生料颗粒表面,形成低温共熔物。这些部分含有液相的料粉颗粒极其容易粘接在预热器内壁上。 故,对这些容易形成低温共熔物的物料尽可能的控制含量,尤其是氧化镁和硫含量不宜同时都高。一般而言,生料中的碱以钠当量计算<1.5%,氯含量<0.02%,S<1.3%。所以,在综合考虑辅料中的有害成分后,对石灰石矿山的有害成分控制就明晰了。   四、水泥厂石灰石矿山再优化的技术措施   1、生产环节的矿石检测很重要,要做到取样检测和在线监测的有机结合。   1.1在水泥厂的石灰石矿山主要开采环节有“钻、爆、装、运、破”五大环节,取样检测则可贯穿于各个环节,如在钻孔的时候可以取到钻孔的粉料作为样品进行检验,并且据此判断即将爆破的区域的矿石的成分含量及其分布。取样的关键环节是取样代表性的问题,即用一部分样品代表整个物料的整体情况。显然,取到的样本数量越多,其平均的成分含量与矿体平均值越接近。其取样部位应指定,以此减小取样位置因随机性带来的误差。例如,在矿体中划定方格网阵,在每个方格网阵中取样,作为子样。这种对取样位置划定区块,严格要求取样的方式,其代表性要远高于随机位置取样代表性。只有对各个区块的的取样样品取得详细准确的检测结果,即弄清了在什么位置有何种物料,该物料可用于何种搭配,才可在后续的装运工作中找到合适的物料进行装运到搭配地点,实现均匀的混合。所以,作为取样检测的重要一环,要重点关注取样代表性的问题。   1.2在线检测是最近几年成熟的一项新的石灰石检测技术,其基本原理是基于PGNNA技术,利用中子源打击被测物料的原子核,物料的原子核俘获到中子后,释放出特征能量的伽马射线,通过检测γ射线的能量,可以得知被测元素的种类,通过检测被测元素所释放的伽马射线的强度可算出该种元素的含量。相对于此前的取样分析,这种分析手段快速准确,大型优点是全物料检测,没有取样代表性的困扰。将检测仪表跨在皮带机上,对皮带机上的全部物料进行透射式检测。   1.3取样检测和在线检测因为在矿山开采过程中的环节不同,各环节所起的作用不同,所以,二者有机结合起来,而不是简单的取代。取样检测是对矿区及各掌子面的掌控和规划的需要,是合理配料的前提,而经过破碎的物料经过分析仪全物料检测为物料在卸车坑的搭配方案及时调整提供依据。二者相辅相成,有机结合,对矿山进行精确的探知,生产,控制。使进入预均化堆场的物料由原来的预估,改为精确检测。   2.建立矿山数字化模型   水泥厂的石灰石矿山的生产在进入新世纪以来,由于水泥市场的扩张,在水泥制造企业产能扩张的同时,石灰石矿山也经历了以产能增加为主要内容的快速扩张。虽然有不少企业对矿山加强了管理,但是,距离国际先进水平尚有差距,2012年后,随着市场的萎缩,已经建成的水泥厂开始重视内部的挖潜改造,对各个工艺环节精细化管理,降低成本。对于石灰石矿山,也在向着采矿的智能化,数字化发展。根据于润仓院士的提法,对数字化矿山的概念可以表述为由初级到高级的三个层次:矿山数字化信息系统、反映真实矿山整体及相关现象的虚拟矿山、无人矿井的远程遥控操作和自动化采矿。在新世纪的我国的经济高速发展过程中,相比我国的有色矿山的数字化进程,水泥企业石灰石矿山的数字化无疑是慢了一拍,但是,已经引起水泥工业界的有志之士的注意,在石灰石矿山自动化和远程控制方面尚未开始,但是在数字化信息系统方面已经有所作为。在2015年投产的泰安中联水泥公司,其矿山采用了丹东东方测控技术股份有限公司的精细化配矿系统,这是第一次水泥石灰石矿山的采用数字化的技术指导生产:首先利用已经有的详勘资料中钻孔、槽探、和爆破孔的取样数据,构建三维的虚拟石灰石矿山模型,对整个采矿区域的矿石的分布,品位,等信息以三维状态的虚拟矿山形式表现出来。其次,该系统根据生产计划和技术要求,能自动生成配矿、生产等日工作计划,同时该系统配有车辆智能调度系统。调度中心可根据生成的工作计划通过车载移动终端自动对车辆进行调度。并对车辆实时监测,对车辆的路线,负荷等进行记载。这样,数字化矿山能极大地提高劳动生产率,降低生产成本,实现矿山真正安全、高效、经济开采。   石灰石矿山数字化,是未来的矿山的发展趋势,也是我国矿业由弱到强的必由之路,同时更是当前水泥矿山再优化、再利用的有效措施。   3.  多工作面的需要,减少二次倒运。   如果水泥厂对自有的石灰石矿山进行再优化,需要再对工作面重新考虑,这时候,工作面的设置并不是仅仅考虑开矿的需要,要更多考虑不同工作面的不同成分,最起码考虑配矿需求的比重要加大。多个工作台面,有充足的矿量备好,并有工作台面上的矿石的成分有梯次的排布,这样,对后续的精确搭配控制起到重要作用。   这里的二次倒运,并非是原来意义的二次倒运,而是指因为检测频率的提高、区块的检测密度加大,对于部分低钙、高有害成分的物料宜统筹安排,并不一定非要立刻做排废处理,而是多考虑一下从前面预均化堆场堆区的角度甚至是整体生产线的角度考虑,合理实现高低物料的合理搭配。不能轻易作为排废料排掉。从已经投产的部分矿山看,实现检测优化后,部分矿山对低品位的石灰石再利用潜力巨大,故应谨慎对待排废。 例如:吉林的明城亚泰,安装一台DF-5701的在线元素分析仪后,对已有的低品位石灰石不再排废,而是根据检测结果运输至破碎站直接搭配,送入工厂的预均化堆场。对以前已经作为废料排出的矿物也进行搭配使用。尽管这是当时条件下无法避免的二次倒运,但是经过矿山的利用再优化措施,对已有的矿石减少二次倒运,对已经当做废料的矿石搭配再利用,都是提高矿山利用率的有益之举。   五、结论   1.当前的水泥厂所用的矿山多数为既有矿山, 应对既有矿山根据已经掌握的资料和已经开采的情况进行认真分析,对其优化再利用提出可靠的方案。   2.矿山的优化再利用方案必须配以合适的快速检测手段,以中子活化技术的在线分析仪是可靠的检测方式和技术措施。而矿山的数字化是未来矿山的发展趋势。   3.对石灰石矿山进行再优化后会产生巨大的经济效益和社会效益。   参考文献:   1、贾华平。 《水泥生产的中庸之道》  中国建材工业出版社  2014年12月   2、国家建材局。 《水泥矿山原料管理规程》  1991年。
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立磨与水泥磨操作的内在逻辑关系

1970-01-01
无论窑操还是磨操,首先要明确系统内在的逻辑关系,这就要求操作员对系统工艺和设备的特性清楚了解。把握好定性与定量的辩证关系。  接班时首先要向前一个班人员了解系统的运行情况。哪些设备存在隐患,产、质量情况如何。看全分析报告单,了解物料的易磨性,这样可以进行针对性的控制。既要熟悉中控操作界面,又要对现场设备十分了解,所以要经常到现场了解设备的情况。特别是当现场设备发生故障时,要知道发生故障的原因和解决故障的方法。  1 立 磨  立磨是利用磨辊在磨盘上的相对碾压来粉磨物料的设备。对立磨正常运行的影响主要有几个方面:  (1)磨机的料层。合适的料层厚度和稳定的料层,是立磨稳定运行的基础。料层太厚,粉磨效率降低,当磨机的压差达到极限时会塌料,对主电机和外排系统都将产生影响;料层太薄,磨机的推动力增加,对磨辊磨盘和液压系统都有损伤。  (2)磨机的振动。磨机的振动过大,不仅会直接造成机械破坏,并且影响产、质量。产生振动的因素有:磨机的基础、研磨压力、料层的厚度、风量及风温、蓄能器压力、辊面或磨盘的磨损状况等。  物料对磨机振动的影响及处理方法:物料对磨机振动的影响,主要表现在物料粒度、易磨性及水分。在立磨运行过程中,要形成稳定的料层,就要求入磨物料具有适宜的级配,要有95%以上的粒度小于辊径的3%。喂料粒度过大将导致易磨性变差。由于大块物料之间空隙没有足够多的细颗粒物料填充,料床的缓冲性能差,物料碾碎时的冲击力难以吸收,导致磨机的振动增加。喂料粒度过小,特别是粉状料多时,由于小颗粒物料摩擦力小,流动性好。缺乏大块物料构成支撑骨架,不易形成稳定的料床。磨辊不能有效地压料碾压,大量的粉状物料会使磨内气流粉尘浓度和通风阻力增大,当达到极限时会产生塌料,导致磨机振动增加。  当操作员发现物料过细,尤其是立磨内压差已明显上升时,应及时调整喂料,降低研磨压力和出口温度并加大喷水量,适当降低选粉机转速。在保证压差稳定和料层厚度的前提下加大研磨压力。  物料的易磨性是影响产量的重要因素,当物料的易磨性变差时,立磨对物料的粉磨循环次数明显增多。由于大部分物料被碾成细粉,但又不能达到成品的要求,无法被气流带出磨机,随着磨盘上细颗粒物料不断增加又会出现类似于喂料粒度过细的情况,立磨压差加大,通风不畅,外循环和内循环量都大幅度增加。这时,料层会变得极其不稳定,选粉机负荷增大,料层增厚,磨机负荷增大,倘若不及时处理,立磨的振动会进一步加剧,同时导致主电机超电流。  物料水分对磨机振动的影响也不能忽视。如果物料水份过低,干燥的物料难以可靠地在磨盘上形成稳定的料床,必然使磨机产生振动。当水份过高,磨盘上的料层过低时,容易结成料饼,使磨机振动增加。如为了满足物料烘干要求,需提供更大的风量和更高的风温,将使磨内风速偏高,本应沉降下落的物料被强制悬浮,外循环减少而内循环量增大。同时,由于高水份物料粘附力大使磨盘上料层厚度增厚,这些都增加了塌料、导致料床平衡破坏的机会。  蓄能器主要为磨辊组的升降提供缓冲。蓄能器的压力过高或其中的氮气囊破损时,将使其缓冲作用降低甚至完全失去,导致磨辊组与料床硬性撞击引起磨机的剧烈振动。  立磨的喷水系统对于稳定料床有重要作用,尤其在原料中粉状物料较多或水份很低的情况下,其作用更为明显,可以加大物料的韧性和刚性,便于物料研磨,保护辊面和磨盘。  挡料圈的高度决定了料床的最大厚度,当挡料环过低时,作为缓冲垫的物料层变薄,缓冲作用减弱,将引起磨机振动,而挡料圈过高会导致粉磨效率下降,产量降低和电耗上升。刮料板过度磨损,导流叶片、挡风板的不均衡磨损,都会引起风环和磨内风量的不均匀分配,导致磨盘上的物料厚度不一,引起振动。  磨内温度过高或过低都会导致对料层稳定性的破坏,尤其是温度过高时,磨盘上的物料变得非常松散和易于流动。不但料层变薄,而且不易被磨辊有效碾压,引起振动。如果温度过低,物料流动性差,容易在磨盘上堆积,会导致料层增厚,粉磨效率下降。  (3)研磨压力。研磨压力是影响产质量的主要因素,研磨压力要根据磨机喂料量的大小、物料粒度、易磨性进行调节。为了保持磨盘上具有一定厚度的料层,减少磨机振动,保证稳定运转,必须控制好磨辊压力。当提高研磨压力时,磨机的粉磨能力提高,但达到某一临界点后,不再变化。如果液压缸设定压力过高,只会增加驱动力,加快部件磨损,并不能提高粉磨能力。这一特点与辊压机的工作原理相似。但是有的厂家在设置最高研磨压力时,考虑到保护设备的原因,降低了研磨压力的最高值。当研磨压力偏低时,料层厚度增加,主电机电流增大,磨内压差增大,磨机的振动随之也增加。当研磨压力偏高时,料层厚度下降,主电机电流增加。磨机振动速度增大,部件损坏加快。所以保持一个合适的研磨压力是十分关键的操作。  (4)磨机出口气体温度。当磨机的出口气体温度过低时,物料的流动性会变差,合格的成品无法及时抽出,当磨内的压差过高时会塌料。提高温度的方法有:加大磨机的抽风,由选粉机来调节细度;增加热风风门的开度,减小循环风的开度。这些方法也适用于其他类型的原料磨。但温度过高(超过130℃)时,对设备也会带来损伤。旋风筒下部的分格轮会膨胀卡死,磨辊的润滑油脂也会干裂。对尾排收尘袋也很不利。磨盘上的粉料过多,料层厚度会不稳定,所以要控制好磨机出口温度。每台磨都有自身的适应温度,操作人员在操作中要掌握好。出于安全考虑,最好生产中不要关闭入增湿塔的进口风门。  (5)系统风量。系统风量必须与喂料量相匹配,调节风量的方法,一般可通过调节磨机循环风机功率或调节窑尾排风机的开度来控制。大风走大料。当系统风量过大时,磨内压差下降,主电机电流下降;料层厚度过低,振动值大,同时筛余增大。当系统风量偏小时,料层厚度增加,磨内压差增大,主电机电流增加,磨机振动增大。  (6)磨机吐渣量偏多。喂料量大,饱磨是一个主要原因。但是当物料易磨性差时,也会吐渣。入磨物料粒度大,系统风量不足,研磨压力低,系统漏风,料层不稳定,挡料圈低,辊面或磨盘磨损严重,都会导致磨机吐渣量偏多。  (7)系统安全运行。原料立磨运行时,物料的烘干热源来自于窑尾热气,所以在操作立磨时,进出口风阀的控制要做到窑磨兼顾。当立磨进出口风阀使用平衡时,系统的用风也会平衡,对窑尾的压力不会产生影响。  (8)开停机的注意事项。在研磨开始前,一定要在磨盘上堆放足够的物料,这样当磨辊下落研磨时才不会因振动高而跳停。但是料层也不能太高,否则落辊研磨时,主电机电流会很高,对设备不利。研磨前喷嘴环处的气压是观测料位的一个关键值。每台立磨的情况各不相同,一定要据情合理控制。在停机前尽量加大抽风让细粉尽量多地入库均化。如果细粉过多落辊研磨时,磨机的振动就大。  2 水泥磨(辊压机联合粉磨)  辊压机联合粉磨系统主要的工作是解决两个循环的平衡问题。  辊压机的操作需根据物料的情况及时调节辊压机的工作压力和辊缝。辊压机的工作压力、辊缝和动静辊电流关系到辊压机的做功情况。工作压力8.5~9.5MPa,辊缝要大于辊径的2%,动静辊电流为额定电流的65%~85%。辊压机两侧的物料粗细不均。辊缝差大,辊压机的做功差。蓄能器的压力也要影响到辊压机的工作压力。辊面的磨损情况直接影响到对物料的辊压效果。侧挡板的磨损和侧挡板的顶杆松动,都会产生边缘漏料,而且料饼提升机的电流不容易控制。稳流仓顾名思义就是起到稳定料流的作用,而不是存储物料的目的。当稳流仓控制在一个合理的范围时,来自喂料斗提的粗料和来自V选粉的细粉能够很好地融合在一起。这样从稳流仓进入辊压机喂料的离析现象也会很大程度改善。而且辊压机也不会塌料。当稳流仓控制在满仓的状态时,粗料和细粉无法很好地融合在一起。这样会出现恶性循环,影响到辊压机的做功,继而影响到喂料量。也容易出现辊压机塌料的情况。在这解释一下当进入辊压机的喂料产生离析后的影响。离析就是进入辊压机两侧的物料粒度不一致,以至于辊缝偏差很大。在辊压机中沿辊子轴线形成的作用力是中部高两侧低,当产生离析时辊子中间段的做功就会受到影响。从而导致整个辊压机的做功受到影响。建议仓位控制在90%左右。  V型选粉机是静态选粉机,如果导流叶片磨损,会造成选粉效率低,所以要经常在停机时检查。在V选粉机的入口处加装50×50mm的角铁或将导流叶片的上部用铁板封焊,这样可使物料形成均匀的料幕,同时物料在V型选粉机内的停留时间更长,增加细选的效果。V型选粉至旋风筒的管道中时常会被物料堵塞,影响收集细粉,所以在停机时要经常检查。循环风机的叶片是个容易磨损的部位,所以材质要选用耐磨板或贴耐磨陶瓷(类似的地方还有V选的导流叶片,O-Sepa选粉机的叶片)。  系统中的除铁装置要完善,对辊面起到保护作用。O-Sepa选粉机的四个进料口要保证均匀入料,在四个进料口处加装挡料装置,可均化入选粉机的料流。O-Sepa选粉机上端的撒料盘是一个重要的部件,当撒料盘上的拉筋数量不足或者拉筋磨损严重都会对选粉效率产生很大的负面影响。可以适当地增加一些横向拉筋,这样可以提高物料的分散度,从而提高选粉效率。  系统做功的好坏可通过对物料的抽样检测。当系统产量和质量出现波动时,要有针对性地排查产生波动的原因。可在旋风筒下料管道上做一个取样点。对入磨物料的水分、温度、细度和比表做分析。检测辊压机和V型选粉机的做功效果。  出磨物料的温度、水分、细度和比表可衡量物料在磨内的做功效果。入磨物料的颗粒分布决定磨内研磨体的级配。筛余曲线可以判断研磨体的级配是否合理。出磨物料的比表减去入磨物料的比表再除以磨机筒体的有效长度就是磨机每米所产生的做功情况,每米要增加5.5~10m2/kg的比表面积则说明磨内的做功良好。否则要入磨检查研磨体的级配是否合理。衬板如果与研磨体不匹配或衬板磨损严重会影响研磨体的运行轨迹,篦缝的规格过大,磨内的通风面积太大会影响物料在磨内的流速。在操作时磨内的抽风太大也会影响物料的流速。在磨机的尾仓增加活化衬板可以有效地改善物料在磨内的做功。
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大型磨机齿轮传动系统技术研究

1970-01-01
对于常规矿用磨机,国内外常采用的驱动方式有单边同步电动机 + 开式齿轮副驱动、单边异步电动机 + 减速器 + 开式齿轮副驱动、双边同步电动机 + 开式齿轮副驱动、双边异步电动机 + 减速器 + 开式齿轮副驱动等几种。研究表明,当磨机装机功率达到 20 MW 以上时,以上驱动方式已不再适用。根据国际公认的磨机驱动方式选用原则,装机功率在 10 MW 以下建议选用单边驱动;10~20 MW 建议选用双边驱动;20 MW 以上建议选用无齿传动,即环形电动机直联驱动。 对于 20 MW 以上大型矿用磨机,采用环形电动机驱动的优点是:磨机尺寸不受限制,其功率只与电动机设计能力有关,可以调速,没有双电动机驱动的载荷分配问题。但近些年通过对国外用户现场应用情况调研发现,环形电动机驱动,实际应用效果并不理想,电动机和控制系统造价高昂,对环境要求极高,结构复杂,需要专业的维护团队,备件需求量大,维护成本高,可靠性也有待提高。  相对环形电动机驱动,齿轮传动具有明显的技术优势,如所需备件少、投资成本较低、结构简单及维护方便等,另外齿轮技术经过近百年的快速发展已日趋成熟,安全可靠。因此,为适应未来大型磨机的发展需求,摆脱对环形电动机驱动的依赖,中信重工机械股份有限公司结合自身技术优势,分别提出了四电动机双输入行星传动方案和双电动机多点啮合齿轮传动方案。笔者拟从传动原理、技术特点、加工难点和经济性等方面与原环形电动机直联驱动方案进行对比,探讨两种齿轮传动方案的可行性,为新一代大型磨机驱动提供新的解决方案。   1 传动方案及原理  针对提出的四电动机双输入行星传动方案和双电动机多点啮合齿轮传动方案,现以 φ12.2 m×8.8 m 半自磨机为例分别进行介绍。已知磨机基本技术参数如表 1 所列。 表 1 磨机基本技术参数   1.1 四电动机双输入行星传动  如图 1 所示,φ12.2 m×8.8 m 半自磨机主传动采用双边异步电动机 + 双输入行星减速器 + 开式齿轮传动方案。其中,电动机与行星减速器采用高弹性联轴器联接,行星减速器与开式齿轮轴组采用齿式联轴器联接,主传动开式齿轮轴组另一端与慢速驱动装置联接。 1. 异步电动机 2. 高速联轴器 3. 双输入行星减速器 4. 齿式联轴器 5. 开式齿轮轴组 6. 齿圈 7. 慢速驱动装置 8. 磨机本体 图 1 四电动机双输入行星传动方案   磨机主传动单电动机功率 6 MW,单边驱动为双电动机输入经行星减速器单轴输出,然后通过开式齿轮轴组驱动齿圈,单边驱动功率 12 MW,双边总传递功率 24 MW。该传动方案大幅度降低了电动机的单机功率,解决了大功率电动机采购成本高、生产周期长的问题;通过精确的电气控制技术,可满足双边四电动机驱动的同步性和均载性要求,并确保双边驱动平均负载不均衡系数小于 2%。当主机功率不太大时,也可将双边 (四电动机) 驱动改为单边 (双电动机) 驱动。该传动方案具有较宽的功率覆盖范围。 1.2 双电动机多点啮合齿轮传动   如图 2 所示,φ12.2 m×8.8 m 半自磨机主传动采用双边同步电动机 + 多点啮合减速器 + 齿圈传动方案,单边驱动单元传递功率 12 MW。其中,电动机与多点啮合减速器采用力矩限制联轴器联接,减速器与开式齿圈直接啮合驱动磨机转动。另外,力矩限制联轴器设置有制动盘,配备制动器,可用于更换衬板时的制动及运行过程中的紧急制动。   1. 同步电动机 2. 制动器 3. 力矩限制联轴器 4. 多点啮合减速器 5. 齿圈 6. 磨机本体 图 2 双电动机多点啮合传动方案   双电动机多点啮合齿轮传动,电动机功率相对较低,采购成本低;通过电气控制技术保证双边驱动功率不均衡系数小于 2%,同时多点啮合减速器内部设有机械柔性均载机构,保证啮合点均载;多点啮合减速器与齿圈直接啮合,取消了开式小齿轮轴组,结构更加简洁;取消了慢驱传动装置,通过变频控制技术可实现磨机的低速大转矩驱动;采用多点啮合技术,单边驱动功率可达 19 MW,双边驱动功率可达 38 MW,能够保证磨机有较高的装机功率。   2 技术特点 2.1 四电动机双输入行星传动   多电动机驱动是解决特大型磨机驱动的主要方法之一,在多电动机精确控制技术的推动下,在矿山、石油化工及轨道交通等领域得到了广泛应用。四电动机双输入行星传动方案具有以下技术特点:   (1) 将常规平行轴单输入、单输出减速器更改为双输入、单输出行星齿轮传动,降低了电动机单机功率,缩小了减速器体积,具有较高的功率密度。   (2) 各驱动单元的联接均采用柔性联接方式,即电动机与减速器间的棒销联轴器,减速器与小齿轮轴组的鼓形齿联轴器,使得各传动单元能够相对独立,减小了电动机和主机动态载荷对减速器的影响。   (3) 如图 3 所示,双输入、单输出行星减速器采用两级传动:第一级为双输入平行轴传动,将动力传递给二级太阳轮;第二级采用内齿圈输出,避免行星轮及行星转架不平衡力矩产生较大的动态载荷而影响齿轮及轴承寿命。   1. 输入小齿轮 2. 一级大齿轮 3. 二级行星齿轮 4. 二级太阳轮 5. 输出内齿圈 图 3 双输入行星减速器   (4) 双输入行星减速器输出内齿圈采用薄壁把合式结构,通过内齿圈与输出轴的弹性变形改善齿面接触,提高行星齿轮传动的均载性能。   (5) 根据 AGMA6114-A06 对磨机开式齿轮服务系数的最小要求,四电动机双输入行星传动受开式齿轮轴组承载能力的限制,单边最大传递功率建议不超过 12 MW,双边最大传递功率建议不超过 24 MW。 2.2 双电动机多点啮合齿轮传动   大型磨机双电动机多点啮合齿轮传动系统打破了常规磨机齿轮驱动形式 (见图 4),动力由输入小齿轮输入,输入小齿轮与两个一级大齿轮啮合进行功率分流,一级大齿轮与输出小齿轮轴通过扭力轴组联接,最后,两个输出小齿轮轴通过与大齿圈啮合实现功率合流和磨机驱动。该传动方案具有如下特点:   1. 输入小齿轮 2, 2′. 一级大齿轮 3, 3′. 输出小齿轮轴 4, 4′.  扭力轴组 图 4 多点啮合齿轮减速器   (1) 经对各传动单元的分析计算,该方案可实现大型磨机的驱动;   (2) 多点啮合齿轮箱采用平行轴功率分流传动方式,结构简单,加工方便;   (3) 采用柔性支承瓦技术,安装维护方便,具有较高的承载能力和可靠性;   (4) 采用扭力轴均载技术,解决了双路受载不均的问题;   (5) 多点啮合齿轮箱设计了多种弹性补偿机构,对零部件的加工误差、产品现场安装误差不敏感,具有良好的自适应性;   (6) 电动机单机功率 12 MW,相对环形电动机,采购成本大幅度降低,技术成熟,维护方便;   (7) 传动系统取消了小齿轮轴组,缩短了传动链,提高了可靠性;   (8) 设置了力矩限制联轴器和闸控系统,可实现传动系统的过载保护和紧急制动;   (9) 双电动机双边多点啮合传动,传递功率大,具有较大的功率拓展性,保守估计双边传递功率可达 38 MW 以上。   综上所述,双电动机双边多点啮合传动具有良好的传动性能和可靠性,完全可以替代大型磨机环形电动机驱动方案,具有较高的可实施性及经济性。   3 加工要求   随着磨机的大型化,齿轮传动装置的承载能力明显提高,对齿轮传动装置的体积、质量、加工精度、关键零部件的机械性能及可靠性等,均提出了较高的要求,故在关键零部件加工过程中需应用如下关键技术:   (1) 大型渗碳淬火齿轮精密加工技术,如 DIN 标 5 级精度齿轮的加工、齿面有效硬化层厚度均匀度控制及磨削缺陷的消除等;   (2) φ10 m 及以上开式齿圈高质量制造技术,如百吨级超重齿圈的铸造及机械加工、Q10~Q9 级(AGMA2000) 精度轮齿加工、开式齿圈机械加工残余应力及变形控制等;   (3) 齿轮材料热处理精细控制技术,如窄淬透带高性能齿轮钢冶炼、热处理残余应力的消除与变形控制、渗碳层的精确控制、齿轮和轴等零部件机械性能的精确控制等;   (4) 大型齿轮精密修形技术,如闭式齿轮全齿面磨齿修形、开式齿轮梳齿修形等;   (5) 大型焊接箱体变形控制技术等。   4 成本及经济性分析   针对 20 MW 级大型磨机驱动方案,以 φ12.2 m× 8.8 m 半自磨机为例,对四电动机双输入行星传动、双电动机多点啮合齿轮传动及环形电动机驱动方案进行成本分析,这 3 种传动方案的机械和电控液压系统配置及造价对比如表 2 所列。由表 2 可知,四电动机双输入行星传动造价最低,双电动机多点啮合齿轮传动造价居中,环形电动机驱动方案价格远高于前两种方案。 表 2 φ12.2 m×8.8 m 半自磨机驱动方案配置及造价对比   以上研究表明,四电动机双输入行星传动体积小,功率密度高,具有较高的承载能力,采用双边异步电动机 + 减速器 + 开式齿轮副驱动方案,现场安装调试和日常维护技术成熟;但由于主减速器采用行星传动,一旦出现故障,需要返厂维修,故为保证可靠性,对其加工装配质量的要求较高。另外,受限于开式小齿轮轴组承载能力,经核算,该传动方案传递功率建议不超过 24 MW。 双电动机多点啮合传动的主减速器为功率分流平行轴传动,单边两点啮合,承载能力高;采用误差弹性补偿机构,对现场安装调试要求较低;大量采用滑动轴承,提高了支撑刚度和承载能力,保证了减速器的平稳可靠运行。另外主减速器结构简单,现场维修方便。   环形电动机驱动可根据磨机要求进行设计,实现大功率恒速、变速驱动,传动链短,理论上具有较高的可靠性;但电动机转子和定子之间采用复杂的水和空气密封装置,需要专业的维护团队,电动机控制系统对环境要求较高,备件多,适用于资金充足、技术水平较高的用户。   5 结语   针对 20 MW 以上大型磨机传动系统,分别提出了四电动机双输入行星传动方案和双电动机多点啮合齿轮传动方案,并从传动原理、技术特点、加工难点和经济性等方面进行了对比分析论证。分析结果表明,这两种方案均可实现 20 MW 以上大型磨机驱动,与环形电动机驱动相比,维护保养简单,技术成熟,可靠性高,且具有明显的价格优势。
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Ф3.8m×13m开路水泥磨的技改措施

1970-01-01
我公司水泥粉磨采用辊压机+球磨机组成的开路联合粉磨系统,设计台时产量110t/h。自2010年投产以来,生产P·O42.5水泥实际台时产量仅为95t/h左右,最低只有80t/h,吨水泥电耗高达40kWh/t以上。 1 主机配置       该系统主机配置见表1。 表1 水泥系统的主机配置 2 存在问题   由于熟料是直接从库底经皮带机送入配料库,入磨熟料的温度较高,在夏季的生产过程中,水泥磨瓦温高,磨机经常跳停。故采取一系列的降温措施:1)在熟料上淋水;2)磨机筒体淋水;3)在油冷系统上增加冷却器;4)在不影响质量的情况下,加大磨内通风等,效果均不明显。最后,为了生产,把水泥磨的磨尾瓦温高磨机跳停报警值由65℃慢慢地分别放宽到70℃、72℃和75℃,还是不能连续生产,特别是在生产P·O52.5水泥时由于熟料温度高,且料耗也高,设备跳停的频率加大,几乎2h就跳停一次。在生产P·O42.5水泥时每班跳停1~2次。电耗等经济指标变的更差。设备连续跳停和吨水泥能耗高等问题一直困扰着我们,也严重制约着生产。 3 技改措施 3.1 三仓磨改为两仓磨   经多次考察并做筛余曲线和颗粒级配分析后决定,将磨机二、三仓合并,原一仓仓长3.7m,二仓仓长2.7m,三仓仓长6.1m,改造后一仓仓长3.7m,二仓仓长8.8m,同时调整研磨体平均球径及填充率,技改前后研磨体级配对比见表2。   表2 技改前后研磨体级配  此项技改效果较明显,生产P·O42.5水泥台时产量从105t/h增加到108t/h,80μm筛余从2.0%降到1.2%,磨机功率从2650kW左右下降至2450kW,比表面积从330m2/kg增加到340m2/kg。 3.2 辊压机改为双进料装置   经现场研究分析发现,辊压机入口进料装置只在一侧有调整闸阀,物料由称重仓喂入辊压机时,一部分料直接作用在了一个辊面上。为此,我们在辊压机入口加上双进料装置,使生料喂入两辊中间,从而提高辊压机的挤压效果,充分发挥辊压机的做功效率。 3.3 加高称重仓   为了稳定入辊压机的物料,防止产生离析,稳定辊压机的工作电流,我们又把水泥磨称重仓加高1m,称重仓仓重的控制由20t提高到25t,从而保证了辊压机的强制喂料。   这两项技改后,辊压机的电流提高2A左右。 3.4 V型选粉机导风叶片的调整   经摸索后发现,所有导风叶片全开时,即所有的叶片开度达到100%时,才能充分发挥V型选粉机的选粉效果,相同比表面积下台时产量提高1t/h左右,水泥磨能够很好地运行。 3.5 磨内出料篦板篦缝的改造   将出料篦板篦缝从6mm调整为3mm,并将靠近磨筒体的出料篦板篦缝焊死一部分,加大了磨尾通风量的控制,磨尾压力从原来的-50Pa调整为-500~    -400Pa,出磨气体温度从最高120℃下降到102℃,磨头溢料现象也随之消失。水泥磨瓦温高、水泥中石膏脱水等问题得到了缓解,进一步稳定了质量。 3.6 熟料率值的调整   调整前熟料三率值为:KH=0.90,n=2.65,P=1.4。后针对我公司的原燃材料,探索出了最佳的熟料配料方案:KH=0.905,n=2.7,P=1.33。此配比下,熟料的易磨性较好。同等条件下,物料易磨性好坏能影响台时产量5t/h左右。 3.7 熟料粒度的控制   结合熟料全分析,计算出合理的熟料液相量来调整配料方案,限定好窑内合理的热工制度,确保合适的熟料粒度。当辊压机喂料粒度均匀,粉状物料较少时,辊压机的做功效率较高(辊压机电流能控制在26~35A之间);与之相反,当粉状物料较多时,台时产量最多可能降低10t/h。  3.8 加强水泥磨的工艺管理   在摸索节能降耗期间,我公司逐渐完善了工艺管理制度,比如设备开停机、设备空运转和逢停必清等。通过工艺考核制度的落实,现各岗位已形成了良好的执行习惯,各种执行已经流程化,特别是针对工艺管理制度的执行,现在的生产情况有了明显的好转,一个月内基本上没有故障停机。 3.9 助磨剂加入方式和计量装置的调整   助磨剂的加入由流入方式改喷入方式。采用自制喷头,并对喷头进行了合理定位,借助压缩空气,使助磨剂与压缩空气充分混合,及时地混入到磨内,使磨内的物料与助磨剂均匀地接触,避免出现局部助磨剂加入过多的现象,充分发挥助磨的作用。   2012年为了对助磨剂计量控制更精准,增加了助磨剂专门计量泵,采用DCS控制,操作员在中控室进行开、停和量的控制。中控室与现场在助磨剂的掺加方面配合不及时的现象也消失了。 4 技改效果   经过两年的尝试与技改,最终取得了比较好的效果,2013年5月份生产P·O42.5水泥,月平均台时产量达到110t/h,比表面积控制(380±10)m2/kg,电耗降低到29kWh/t(包括线损),创造了我公司的历史最低电耗,设备也没有由于瓦温高跳停过。技改前后主要经济指标见表3。   表3 技改前后粉磨系统生产技术指标月平均值 水泥磨系统能连续生产,辊压机有了很好的做功效果,水泥磨综合电耗比原来下降了5kWh/t以上,质量也得到了稳定,水泥发货淡季企业也能充分进行避峰生产,并能科学使用混合材,合理降低水泥成本,提高企业综合效益。
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回转窑设备的常见故障原因及处理措施

1970-01-01
回转窑设备的常见故障原因及处理措施   一、温度指示误差大 故障原因:1.热电偶被物料糊住;2.热电偶被烧断。 处理措施:1.清理积料;2.更换热电偶。   二、压力指示偏低   故障原因:1.测压管被粉尘堵塞;2.旋风筒积料。 处理措施:1.用压缩空气吹扫测压管;2.用压缩空气吹扫旋风筒锥部。   三、跑生料   故障原因:1.窑尾温度下降过大,喂煤量过少;2.预热器塌料,生料涌入烧成带,窜出窑头;3.火头被生料压缩,窑头温度下降,窑头负压波动,窑电流下降,窑内发浑,篦下温度高,窑头、冷却机冒灰。 处理措施:1.减喂料,减窑速;2.当出现跑生料预兆时或跑生料前期,可适当加煤。当跑生料已成事实,窑头温度下降较大,宜适当减少喂料喂煤。待电流及烧成带温度呈上升趋势时,即可加料,提高窑速,加料幅度不宜过大。   四、清理结皮   故障原因:1.窑头正压太大;2.跑生料;3.冷却机堆雪人。 处理措施:1.放慢篦床速度,加大窑头抽风;2.减料、减煤、减风,大慢车;3.见冷却机“堆雪人”故障处理。   五、预热器塌料   故障原因:1.总排风量突然下降;2.锥体负压突然降低;3.窑尾温度下降幅度很大;4.窑头负压减小,呈正压。 处理措施:大塌料按跑生料故障处理,小塌料可适当增加窑头喂煤,或不作处理。   六、窑筒体温度低   故障原因:窑皮太厚。 处理措施:1.窑打快车;2.改变入窑生料率值,提高硅值,降低铝率。   七、窑体温度高 故障原因:1.掉窑皮;2.耐火砖薄;3.烧成带温度高;4.入窑生料率值不当,窑皮难挂;5.烧成带掉砖引起红窑。 处理措施:1.移动冷却风机,冷却高温区;2.调节喷煤管内外风改变火点,如筒体温度高于400℃还有上升趋势,停窑换砖;3.保证生料分解率,减轻窑头压力;4.提高铝率,提高烧成带温度,窑速、喂料量低一些;5.停窑补砖。   八、预热器锥体堵塞   故障原因:1.下料翻板阀长期窜风,下锥体结皮;2.分解炉煤粉未充分燃烧,物料粘性增大,逐步积于锥体,未及时清堵;3.锥体负压急剧减少,下料温度下降,出口温度上升。 处理措施:堵料已经发生按停窑顺序停窑,停窑四小时之内禁止用拉大风的方法处理堵料,人工捅堵。   九、上升烟道结皮   故障原因:1.原料中含有碱、氯、硫等有害成分;2.窑尾温度偏高;3.窑尾还原气氛严重;4.系统热工制度不稳定。 处理措施:1.清理结皮;2.定时使用空气炮;3.调整四级筒进分解炉的分料比例;4.防止窑内产生还原气氛;5.加强原燃材料预均化。   十、窑尾密封圈冒灰   故障原因:1.上升烟道结皮;2.窑尾斜坡积料;3.窑内物料填充率太高。 处理措施:1.清理结皮;2.清理斜坡积料;3.减少喂料或止料,加大窑速。   十一、托轮油壶温度高   故障原因:1.冷却水量不足;2.油路不畅。 处理措施:1.加大冷却水量;2.疏通油路。   十二、垮圈(掉窑皮)   故障原因:1.窑电流短时间内上升很快;2.窑内可见暗红窑皮;3.有可能出现局部高温。 处理措施:1.调整火焰高温点,使火焰顺畅,窑内热负压不要过高;2.适当降低窑速,待窑内正常时可缓慢恢复窑速;3.调整筒体冷却风机。
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鹏飞就用外循环立磨替代辊压机作预粉磨设备的改造实践

1970-01-01
江苏某水泥厂原有一套由120-45辊压机+SSF5000/1000打散机+Φ3.2m×13m球磨机组成的辊压机作预粉磨系统,球磨机为三仓磨(开路)。在磨制P·C32.5水泥时,产量在60t/h左右,粉磨系统电耗在34~36kWh/t。为了更进一步提产降耗、节能减排,该厂委托我公司进行技术设计改造,于2012年12月改造完成。本文对此次技改情况作简要介绍。 1 采用外循环立磨改造方案   该厂采用我公司开发的KVM22.3-P外循环立磨(磨内无选粉机)替代辊压机,并配套设计V型选粉机作为粉体分级装置,组成预粉磨系统。本立磨采取独立磨辊配套摇臂加压的方式施加压力,磨辊辊压采取高压设计,辊压是普通生料立磨的1.5倍以上,是内循环水泥立磨的1.3倍左右,磨盘采取高转速设计,是普通生料立磨磨盘转速的1.2~1.4倍,采用优化的沟槽形磨盘与轮胎形磨辊相结合的方式,以高效的挤压和剪切力实现物料的高效粉磨,采取机械限位技术和自动抬辊技术来保护立磨的磨盘和磨辊[1]。   改造后的系统主机配置及主要参数见表1,系统工艺流程见图1。该系统与其他立磨组成的联合粉磨系统相比,主要在于立磨本身的高效粉磨特殊设计,另外,选粉系统采取高料气比设计与操作(实际操作中V型选粉机的料气比达5.5m3/h),实现选粉系统的最大节能化,并控制合理的入球磨机物料粒度(确保最大颗粒小于1mm),并根据入磨物料的粒度分布对球磨机进行技术改造,达到系统提产降耗的目的。 2 球磨机磨内改造和级配调整   在球磨机前设置立磨预粉磨系统后,对球磨机进行相应的改造:将三仓磨改为两仓磨,一仓长度改为3.25m,剩余为二仓。原二仓与三仓之间的隔仓板去掉,一仓与二仓之间的隔仓板改为双层隔仓板,中间筛网缝隙设置为2mm,将隔仓板进料端的篦缝由20mm改为8mm左右。调整研磨体级配,调整前后的研磨体级配见表2和表3,总装载量由126t增加到133t。将原二仓的小阶梯衬板移到一仓,原三仓的波纹衬板用于二仓(二仓不够的波纹衬板补充采购)。 3 改造效果   经过我公司与厂方对运行参数的摸索,在控制合理的V型选粉机风量下,将入球磨机物料细度控制为:80μm筛余≤30%,0.3mm筛余≤10%,1mm筛余基本为0%。在保证入磨物料细度的前提下,调节立磨压力和挡料圈高度,以稳定立磨运行。经过近半个月的摸索和测定,使得KVM22.3-P预粉磨立磨运行稳定,振动值控制在1.2mm/s以下。改造后,系统产量稳定在100t/h以上,磨制P·O42.5水泥时台时产量最高可达115t/h,磨制P·C32.5水泥时台时产量最高可达125t/h。   由于将入磨物料控制得较细,V型选粉机控制用风较小,风机风门开度只有30%~38%,风机运行电流只有额定电流的40%~50%。立磨的运行压力在8.5~12MPa时,物料细粉量较多,实际消耗功率较为合理,一般运行功率在980~1 120kW,占装机功率的61%~70%;球磨机研磨体装载量在133t的情况下,运行功率在1 350~1 420kW左右,约占装机功率的84%~89%,系统在此工况下运行,立磨与球磨机均有富余能力,系统还有提产的可能,照顾到水泥细度与少掺熟料,产量没有继续提升运行。       考核运行期间,生产P·O42.5水泥时台时产量一直稳定在100t/h以上,平均台时产量104.7t/h,吨水泥电耗为26.9kWh/t,磨制的水泥比表面积在353m2/kg;生产P·C32.5水泥时台时产量一直稳定在110t/h以上,平均台时产量116.0t/h,吨水泥电耗为25.9kWh/t,磨制的水泥比表面积在390m2/kg。由于混合材中有10%以上的难磨物料(易磨性指数在45kWh/t以上),出磨水泥80μm筛余在3%~4%。   根据GB16780—2012《水泥单位产品能源消耗限额》,改造后的粉磨系统磨制P·C32.5水泥和P·O42.5水泥时,系统电耗均达到能耗先进值。技改后系统磨制P·C32.5水泥(配比与改造前基本一致)。比改造前台时产量提高56t/h,电耗降低9.1kWh/t,达到了提产降耗、节能减排的目的。 4 需要说明的问题   对于易磨性较差的物料,开路球磨机很难控制出磨水泥细度,这是出磨水泥成品筛余偏大的主要原因,取易磨性较差的物料做小磨试验,粉磨120min,80μm筛余仍在15%以上;而熟料用试验小磨粉磨35min,80μm筛余就可到达1.5%以下。按P·C32.5水泥配料,取出立磨物料进行小磨试验,粉磨35min,80μm筛余仍在3.0%以上;将混合材中的难磨物料去掉,用煤矸石、废石、水渣和粉煤灰作为混合材来生产P·C32.5水泥,水泥产量稳定在100t/h以上,细度明显下降,80μm筛余在1.2%~2.0%之间,从侧面反映出易磨性相差较大的物料一起粉磨不合适,最好采取单独粉磨的方式。  
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