LGMS4521 矿渣立磨喷水系统的改进

宋建林，吴小强

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

LGMS4521 矿渣立磨用于铁厂高炉矿渣的粉磨，将水淬后的矿渣粉磨至合适粒度，掺入普通水泥，用于制作矿渣水泥，矿渣立磨参数适当调整后也可粉磨水泥熟料。该立磨配有喷水系统，喷水系统的主要作用是稳定磨内料层厚度，降低立磨振动，提高立磨稳定性，降低立磨出口气体温度。正确使用喷水系统并控制其喷水量，可以稳定料层，提高研磨效率，使磨内流体顺畅，合格产品及时从磨内分离出去，在一定程度上提高了立磨的产量[1]。喷水系统的正确使用和维护对于立磨的正常运转及产量的提高有重要意义。在实际生产过程中，喷水系统末端常出现喷头堵塞，或者喷水不均匀的情况，因此需要经常对喷水系统末端进行检修和更换。检修时立磨停机，会造成生产损失。针对以上问题，笔者对立磨的喷水系统进行了改进。

1 喷水系统的原理和功能

LGMS4521 矿渣立磨喷水系统包括水箱、水泵、控制阀、电磁流量计、管路和喷头等。喷水管路从立磨筒体伸入磨内，布置在磨辊之间的空腔，喷水端位于磨辊与磨盘碾磨工作区域的上方，距磨盘高度约500 mm。这样的布局有利于均匀喷水，使物料在磨盘上形成稳定的料床，提高立磨粉磨的稳定性。喷水装置的使用效果，取决于操作人员对喷水系统开闭时机的把握以及喷水量的控制。

在立磨的实际生产应用中发现，当入磨物料过于干燥，含水率低于 7%～8% 时，立磨的烘干能力过大，物料在磨盘上的流动性会加快，磨辊研磨效率降低，出磨风温度过高，立磨产量下降。此时需要开启喷水系统，给磨盘上的物料加入适量的水分，改善磨内工况，从而提高立磨的产量。但是如果喷水量过大，超过了立磨的烘干能力，物料则会在磨盘的碾磨区黏结，影响粉磨效率，形成厚料层，物料分离难度增加，从而导致电耗增加。如果处理不及时，还会造成物料堆积、磨机功率过大以及系统振动跳停的后果[2]。

假设喷入磨内的水和入磨物料中含有的水分全部在磨内吸热蒸发，不计立磨通过筒体的散热，则水分的吸热等于磨辊粉磨物料产生的热量、出入磨的热风的热量差和出入磨物料的热量差三者之和。据此可以建立热平衡方程：

式中：S为含水量，m3；ΔT1为出磨水 (水蒸气)与入磨水 (入磨水温大致为环境温度)的温度差，℃；C1为水的比热，J/(m2·℃)；F为风量，m3；Q粉磨为磨辊粉磨物料产生的热量；ΔT2为出磨风与入磨风的温度差，℃；C2为空气的比热，J/(m3·℃)；W为物料量，m3；ΔT3为出磨物料与入磨物料的温度差，℃；C3为物料的比热，J/(m3·℃)。

由上式可知，喷水系统的使用，需要考虑立磨烘干能力与粉磨能力的动态平衡。由于物料粉磨后由出磨风带出磨机，认为出磨时热风和物料温度相同。而入磨物料温度为环境温度，入磨风温度为热风炉出口温度，基本稳定。在立磨稳定运行时，入磨物料量基本稳定，因此喷水量、入磨风量与出磨风温度三者间存在动态平衡的关系[3]。出磨风温度对保证产品水分合格具有重要作用，一般情况下，出磨风温度能够反映物料在磨内烘干的程度，因此出磨风温过高也可反映出物料干燥，含水量较低。但值得注意的是，如果此时立磨运行状态稳定，不建议用加大喷水量的方法来控制出磨温度，而应采用调整入磨风的方法调节出磨温度。因为喷水量的突然变化会影响已形成的料床，使料床厚度发生变化，引起磨辊的振动，破坏磨机工况的稳定性。当出磨风温度过高时，表明立磨烘干能力大于磨内的水分，此时适当减少入磨风量，就可以重新建立动态平衡，使磨机保持稳定的运行状态。因此要根据工况，及时调整热风，满足立磨对物料的烘干要求；必要时再通过喷水稳定料层，使立磨运行稳定。

2 喷水系统的改进

2.1 喷水系统喷头经常堵塞问题的解决

喷水系统喷头位于磨辊破碎研磨物料区域的正上方，工作环境非常恶劣。该喷水系统只在需要时开启，并非连续工作。当喷水系统不工作时，如果立磨系统正常运行，磨内被粉磨的物料产生的粉尘很容易进入喷头的喷水孔，堵塞喷头。

据此对喷水系统进行了改进，在喷水系统末端的进口增加了压缩空气管路，当喷水系统不喷水时，向喷水管路中通入压缩空气，对末端喷头起到空气密封的作用，磨内的粉尘无法进入喷头的喷水孔，从而防止喷头堵塞现象的发生。改进方案如图 1 所示。

图1 增加压缩空气管路

由图 1 可知，物料不需要喷水时，喷水系统始端的蝶阀关闭，喷水管路停止喷水。压缩空气管路的电磁阀开启，压缩空气通过单向阀进入喷水管路，从喷水系统末端的喷头喷出，从而阻挡磨内粉尘进入喷水管路，防止喷头堵塞。

2.2 喷水不均匀问题的解决

图2 所示为喷水系统末端未改进的结构，喷管通过三通接头与喷水管路连接，喷管两侧堵死，喷管下方有喷水孔，喷管位于磨辊与物料研磨区域的正上方，水从喷水孔喷到物料上。该结构的喷水孔容易堵塞，且堵塞后不易清理和更换；水流经过各个喷水孔后由于压力下降，导致末端的喷水孔水压不足，无法实现均匀喷水。针对以上问题改进了喷水管路末端喷管的结构，改进后的方案如图 3 所示。

图2 改进前的喷水管路末端喷管

图3 改进后的喷水管路末端喷管

如图 3 所示，在喷水系统末端水平管路下方，焊接了竖直的喷管，喷嘴通过螺纹安装在喷管末端。

改进后的结构有以下 3 个优点：

(1)当喷嘴发生堵塞时，只需更换或清理喷嘴，螺纹结构使得喷嘴的安装和更换都非常方便，缩短了检修的时间。

(2)改进前，水流经过水平喷管的各个喷水孔后水压下降，无法保证均匀喷水。改进后，焊接的竖直喷管使得喷水管路中的水流能到达各个喷嘴，从而保证了各个末端喷嘴水压的一致性。

(3)喷嘴的雾化作用使得水覆盖的范围更大，喷水更均匀，使物料形成稳定料床的过程更加平稳，减少立磨的振动。

2.3 喷水系统末端检修立磨停机问题的解决

改进方案如图 4 所示。由图 4 可知，喷水管路与末端喷管之间由软管连接。当发现喷水系统末端有堵塞或损坏的情况需要检修时，可以拆掉接头螺母，将末端的管路从磨机筒体内整体取出，在磨外进行检修，避免检修时停机。

图4 磨外可拆式喷水管

3 结语

喷水系统的正确使用和维护对于立磨的正常运转及产量的提高有重要意义。针对立磨实际生产过程中喷水系统出现的问题，进行了改进，提高了喷水系统维护的便捷性，避免了喷头堵塞，解决了喷水不均的问题。