球磨机进料装置的设计

谷德明，石珍明，姜志勇

1 前言

球磨机作为水泥生产中的主机设备之一，在生料、煤粉、水泥制备中都发挥着重要作用，因各家水泥厂的物料情况不同，采用的工艺流程也不尽相同，具体到每台球磨机所要求的进风量和进料量也不同。如果进料装置均采用相同的设计，势必不能满足每个现场实际的生产需要，所以应根据实际生产情况对喂料装置进行设计和调整。

2 进料装置的设计

进料装置的设计主要包括进料溜管的设计、进风管的设计和进料筒的设计等方面。

2.1 进料溜管的设计

进料溜管的布置方式主要有中心布置和偏心布置两种（见图1 和图2），中心布置的进料溜子可以做成矩形的，这样可使物料摩擦溜子的一个面而不是一条线，延长溜子的使用寿命，不足之处是减少了通风面积，导致通风阻力增加；偏心布置的进料溜管偏离磨机轴线中心一定距离，具有对进料装置通风影响小、入磨物料不会被风吹离进料端、烘干效率高等优点。

图1 中心布置

图2 偏心布置

设计进料溜管时要考虑溜管的倾斜角度及有效截面积，溜管的倾斜角度要大于物料的自然休止角（见表1），以避免积料。但倾角也不宜过大，否则会导致溜管下部距磨机太远，易漏料，一般取倾角为60°。

进料溜管的有效截面积可按式（1）计算：

式中：

F——溜子的横截面积，m2

QM——物料流通量，m3/h

VM——物料流速，1m/s

ψM——溜子填充率，50%～90%

2.2 进风管的设计

进风管主要用于冷热风及粉尘的输送，设计时应确保气流流通通畅，阻力损失最小，气流流过风管后，应尽量减少粉尘沉积；进风管应有一定的角度，避免物料从进风管漏出。

进风管管道外径可按式（2）计算：

式中：

D1——管道外径，m

Q1——风管风量，m3/h

V1——风管风速，18～20m/s

风管风量与磨内风量相同，可用式（3）计算：

式中：

ψA——填充率，%

VA——磨内风速，m/s

DA——磨内有效内径，m

另外，进风管直径应尽量与工艺风管直径相同，避免由于变径而导致压力损失，工艺优选管径如表2所示。

2.3 进料筒的设计

进料筒作为进料装置的一部分，连接着进料溜管和磨机本体，主要起到进料和密封作用，有螺旋筒和锥套两种设计类型，如图3和图4所示。

图3 螺旋筒

图4 锥套

表1 几种常用物料的自然休止角

其中螺旋筒属强制进料，不易漏料，但是易磨损，维护成本较高，且螺旋筒的输送能力较锥套有一定差距；锥套成本较低，使用寿命长，但使用锥套进料，物料由于惯性会冲出一定距离，导致磨机进料口有一段物料比较少，产生无料磨损，浪费一段研磨空间。因此设计时应综合考虑。

2.3.1 螺旋筒

螺旋筒的外径D3需与磨机进口腹板配合，内径D2需与进风管配合，为避免安装及运行时的干涉，设计时D2需比进风管大10～15mm，D3需比腹板内径小10～15mm。

螺旋筒的输送能力为：

式中：

D2——螺旋筒的内径，m

ψ——螺旋筒的填充率，%

γ——物料容重，t/m3，可按表3选取

n——磨机转速，r/min

β——螺旋叶片的倾角，°

S——螺旋筒叶片的导程，m

由式（4）可知，螺旋筒的输送能力与螺旋叶片倾角β及螺旋筒的填充率ψ有关。倾角越小，螺旋筒输送能力越大，但倾角不能小于物料休止角，否则起不到输送物料的作用，一般取β=60°。易知，螺旋叶片的高度H越大，填充率ψ越大，进料量越多，但通风面积越小，设计时应平衡螺旋筒的进料能力与通风量的关系。一般H取60～120mm。

螺旋筒的长度L 与输送能力无关，螺旋筒过长，不仅增加了制造成本，还将增加螺旋筒与筒体联结螺栓所受的应力，因此在保证密封的情况下，应尽量缩短螺旋筒的长度。

虽然螺旋叶片的头数与输送能力不直接相关，但增加头数可增加物料的实际填充率，也可使刚送入螺旋筒的物料尽快输送出去，避免漏料，所以采取多头数叶片有一定的必要性，头数一般取4～8。

2.3.2 锥套

锥套的小端需与进风管配合，大端需与滑环腹板配合，如图4 所示。为避免安装及运行时的干涉，设计时小端直径D4需比进风管大10～15mm，大端直径D5须比腹板内径小10～15mm。

锥套的长度L1越小越好，长度越小，倾斜β1越大，下料越顺畅，但长度L1也不能太小，否则会导致进料溜管伸入锥套的尺寸过小，容易导致漏料，一般情况下，β1≥15°。

锥套内部可增加耐磨衬套，磨损时仅更换衬套即可，可延长使用寿命，降低成本。

3 设计实例

表3 物料的容重

表4 4.2m×13m水泥磨不同工艺流程喂料量*

接下来以ϕ4.2m×13m 水泥磨进料装置的设计为例来简述一下进料装置的设计过程。

磨机的进料装置应满足其最大喂料量，不同生产工艺，磨机的喂料量也不同，由表4可知，在配辊压机圈流的情况下，ϕ4.2m球磨机的最大喂料量为770t。

根据式（1），ψM溜子填充率选85%，溜子的有效截面积应为：

溜子的角度选60°。

根据公式（3），球磨机填充率ψA取30%，磨内风速VA取1m/s，磨机有效内径DA=4.05m。

则磨机所需风量为：

根据式（2），取风管内风速V1=18m/s，可求出风管的最小直径为：

考虑到一定的富余量，取风管外径为D1=900mm。

再根据球磨机的填充率ψA=30%，磨机有效内径DA=4.05m，由绘图软件可算出，腹板的内径应为1 270mm。

若进料筒采用螺旋筒方式，考虑到螺旋筒厚度及安装间隙，螺旋筒的内径取1 190mm，叶片高度取120mm。可知，在物料不高于叶片高度时，肯定不会漏料，由绘图软件可算出此时螺旋筒的填充率ψ=5.3%。取叶片倾角β=60°，熟料容重γ=1.45t/m3，磨机转速n=15.60r/min，根据式（4），可求出螺旋筒的输送量：

高于螺旋筒叶片的物料，有一部分被风吹入磨机，这部分的物料量可用式（5）估算：

式中：

Q——螺旋筒的风量，与磨机风量Q1相同

ρ——气体含尘浓度，取0.002t/m3

故螺旋筒的输送能力为：

结合表4可知，配辊压机圈流的生产工艺需要770t/h 的喂料量，螺旋筒的输送能力237.49t/h＜770t/h，不能满足使用要求；锥套可视为进料溜管的延长部分，其输送能力等同于进料溜管的输送能力，因此在配辊压机圈流生产工艺下，应该选择锥套进料。

4 结语

进料装置是磨机与工艺管道连接的装置，既要顺利地把物料喂入磨机，还要保证不漏料不漏风。本文对进料装置各部分的设计要求做了简单说明，同时又对ϕ4.2m×13m球磨机配辊压机圈流生产工艺下的进料装置进行了设计计算，供从事球磨机设计和改造工作的同行参考。