矿渣微粉系统中大型立磨选粉机的研究与设计

李瑞鹏+李绍铭

摘 要：大型立磨是矿渣微粉生产中的主要装置，集细磨、筛选、烘干、物料传送、选粉、收集等工序于一体。选粉机是用来将大型立磨碾碎的粉体进行分选的设备，主要对水泥生料、废料矿渣等进行粉磨和分选，是与大型立磨密切相关的一种分选装置。重点对选粉机系统进行了研究，分析了影响选粉机产品产量和产品细度的因素，并根据颗粒流体力学分级理论知识，推导出了关于选粉机产品产量和产品细度的计算表达式。

关键词：矿渣微粉系统；大型立磨；选粉机；流体力学

中图分类号：TQ172.6+3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.073

目前，我国用于碾磨水泥生料、废料矿渣的大型立磨都依赖进口，虽然有部分配件国内可以自主研发，但磨机的关键部件，比如磨辊、选粉机、电机等仍需进口。国内虽有研究院研发出了粉磨水泥生料、废料等大规格的立磨，但效果并不是很好，所用的选粉机的分选效果也很差，并且成品的细度也不好调节。因此，为了完全摆脱依靠进口的局面，许多研究院所和国企单位在借鉴国外先进技术的基础上正在努力研发具有较高性能的选粉机。

1 立磨工艺流程介绍

矿渣粉磨系统主要由输料站、皮带传送机、选粉机、斗式提升机、收尘器、磨辊和成品库等组成。物料场的废料矿渣经取料机和皮带传送机进入缓冲存储仓；存储仓下面设有定量给料秤，废料矿渣经计量秤由皮带传送机进入锁风阀，然后通过顺流管进入磨辊辊盘中心；在离心力的作用下，旋转磨盘上的物料矿渣向外运动，形成一定的料层厚度，接着进入粉磨区域被磨辊碾碎；未碾碎的物料在离心力作用下被甩到磨盘周边的风环中，碾碎的物料被快速上升的热气流卷入上部的选粉机进行分选，并将其物料烘干；合格的细粉随热气流进入收粉器。收粉器收集的细粉为成品，随提升机进入均化库储存。同时，被选粉机选出的粗粉重新落到磨盘中进行碾压，未被热气流带走的物料经由磨机下面的顺流装置排出立磨，然后经外循环斗式提升机送入专用除铁器。除铁后的矿渣再次跟随新料一起入磨进行碾压。

2 影响产品产量和产品细度的因素

大型立磨选粉机的主要功能是将磨碎后物料中达到一定粒径的粉磨颗粒及时选出。由于选粉机的功能只是选粉，因此，需要将选粉机与立磨系统作为一个整体来研究。选粉机是立磨系统的重要组成部分，是提高系统运转效率、保证产品质量的关键，正确选择和使用选粉机，了解影响选粉机产品产量和产品细度的因素，并在生产过程中对这些影响因素进行合理控制，对提高生产效率具有十分重要的意义。

2.1 喂料浓度和选粉浓度

喂料浓度是指单位通风量内进入选粉机的物料量，而选粉浓度是指单位通风量内进入选粉机的成品量。喂料浓度与选粉浓度是两个不同的概念，但二者密切相关。

2.2 转子转速

对产品产量和产品细度影响最大、最直接的因素是选粉机的转子转速。由于受到许多未知因素的影响，产品细度的理论计算与实际生产差别很大，因此，如何控制产品细度成为企业面临的一个难题。

3 选粉机设计分析和计算

3.1 颗粒流体力学分级的基本概念

颗粒流体力学分级大致有三种，即固体颗粒通过流体的固态化（在重力作用下且水平流动的流体中运动）、固体颗粒通过流体的流态化（在重力作用下且垂直流动的流体中运动）和粉磨状颗粒飘浮于气流中（在重力作用下且旋转的流体中运动）。

3.2 分离粒度的计算和分析

细粉和粗粉数量相等时的粒径即为“分离粒度”。在矿渣微粉生产中，用比表面积来表示粒度，物料越细，比表面积越大。分离粒度与比表面积成反比，在离心力场的作用下，选粉机粉体颗粒主要受到两个力的作用，即粉体颗粒在旋转时产生的剩余离心力Fu和在径向方向上受到的气流阻力Fr。在这两个力的作用下，选粉机完成物料的分级。

从选粉机内分体颗粒的受力情况分析，当转子的回旋颗粒做旋转运动时，切向分速度为Vu，产生的浮力和离心力的差值为Fu，颗粒从切线方向进入转子的高速上升气流中，并由中间管道排出。同时，回旋颗粒在做旋转运动时，保持向心分速度Vr不变，高速气流对粉体产生推力，粉体运动时，高速气体对其产生了一个阻力Fr。相关计算公式为：

3.3 选粉机的产量计算

选粉机自身分选物料的能力即为选粉机的生产能力，它区别于立磨系统的产量，但二者密切相关。比如，当选粉机的选粉能力满足不了系统的产量要求时，就会影响到生产效率，甚至可能导致整个系统停机。通常，选粉机的通风量被认为是高效选粉机的主要参数，其生产能力可按下式计算：

4 总结

根据颗粒流体力学分级的理论知识和粉体颗粒在旋转气流中的受力情况，我们推导出了选粉机产量、粉体颗粒分离粒径的计算表达式。其中，分离粒径是被控变量，其大小与风量、转子转速、旋转所受阻力等参数有关。实际中，我们通常是在分离粒径明确的情况下进行设计的，通过反推求出转子的额定转速，并通过调整分离粒径来调节产品细度。另外，需要注意的是，选粉机的产量和选粉机处理物料的能力是两个不同的概念，处理物料的能力与喂料浓度相关；在计算选粉机产量时，应该用选粉机的选粉浓度来计算。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕