超高比表面积矿渣立磨研发与海外应用

王 军

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

矿 渣是炼铁过程中产生的废渣，原作丢弃处理。但由于将其粉磨至一定细度后即具有水泥的特性，可作为水泥混合材的优质掺合料，因此，可将矿渣用于生产矿渣水泥，变废为宝。矿渣立磨集破碎、粉磨、烘干、选粉和气流输送等多种功能为一体[1]，相比球磨机，具有能耗低、噪声小等优势，已替代球磨机广泛应用于矿渣粉磨领域。

1 矿渣立磨设计要求

行业内矿渣微粉遵循 GB/T 18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的要求，生产的粒化高炉矿渣粉质量一般应达到 S95 级，要求的矿渣微粉比表面积应 ≥400 m2/kg，一般按 420 m2/kg 进行控制。

某项目用户为国外某钢铁公司，要求矿渣立磨年产量为 90 万 t，小时产量为 140 t 矿渣微粉，且生产的矿渣微粉比表面积为 520 m2/kg。与我国国标 S95级要求的 400 m2/kg 相比，该项目要求的比表面积提高了 30%。矿渣立磨应用于 520 m2/kg 比表面积的矿渣微粉项目，国内尚属首次，且为出口项目。

2 LGMS5527 矿渣立磨主要特点

该项目采用 LGMS5527 矿渣立磨，主要技术参数如表 1 所列，结构如图 1 所示。

图1 LGMS5527 矿渣立磨结构Fig.1 Profile of LGMS5527 slag mill

表1 立磨主要技术参数Tab.1 Major technical parameters of vertical mill

LGMS5527 矿渣立磨采用平盘锥辊、曲臂加载的结构。该设备的主要部件为 3 个 120°均布的主辊，同时配置了 3 个 120°均布的摊铺板，固定在磨体上，用于摊平物料、压实料床，以稳定立磨的运行。立磨正常工作时，摊铺板距离磨辊衬板的高度固定，现场可以根据需要适当进行调节，保证摊铺板始终压在料层上，更好地摊平物料，准备料床。

早期立磨采用辅辊摊平物料，相比之下，采用摊铺板不仅能够大幅降低成本，而且调节控制简单，不容易造成料层扰动，摊铺效果更好。

LGMS5527 矿渣立磨采用螺旋输送机中心进料。一方面，早期的回转喂料阀+溜槽的侧进料形式容易在回转喂料阀叶轮和腔体及溜槽内壁形成大的结块，需频繁清理。相比之下，螺旋输送机输送矿渣具有不易堵料、密封效果好的优点[2]。另一方面，侧进料方式使物料沿倾斜的溜槽落到磨盘上，很难保证物料恰好落在磨盘中心位置，导致在 3 个磨辊下分布的物料不均匀，3 个磨辊的粉磨状态不均匀，不能达到理想的运行状态，出现个别辊子磨损严重的情况。而螺旋输送机可水平安装，出料口布置在立磨选粉机返料斗内部，入磨矿渣自由落体落在磨盘中心位置，不易阻塞下料管，且物料在 3 个磨辊下分布均匀，3 个磨辊粉磨状态和出力可以基本保持一致，立磨运行更加平稳。

3 研发关键

为满足该项目矿渣微粉超高比表面积 520 m2/kg的要求，针对与比表面积相关的直接因素和间接因素，在立磨研发中采取以下优化措施。

(1) 立磨设计时，采用加大的双液压缸加载，提供足够的拉力，使辊压力比常规提高约 20%。同时对磨辊轴承寿命进行校核，并对磨盘、磨辊、加载系统等关键件的强度进行校核。

(2) 磨盘部件设计时，适当增加挡料圈的高度，使磨盘上的物料不易从挡料环处越过，延长物料在磨盘上停留的时间，增加物料的粉磨次数，以获得高比表面积。

(3) 喷吹环设计时，适当增加风环的过流面积，以降低磨内风速，减少随气流输送至选粉机处的大粒径物料，增加小粒径物料，有利于选粉机分选，并减少跑粗，以提高矿渣微粉的比表面积。

(4) 增加主电动机功率，以适应主辊辊压力的增加对功率的需求。

(5) 采用低速重载大功率立式减速器，采用一级伞齿、两级行星的结构形式，提高主减速器的动载承受能力，并采用美国 AGMA 标准进行齿轮强度校核，其接触强度 CSF≥2.5，弯曲强度 KSF≥2.5。

(6) 按照产量和超高比表面积的要求，为选粉机确定合适的转子高度和直径、叶片数量、叶片角度、转子转速及电动机功率。适当增加转子叶片的数量，提高转子转速，并增加定子叶片角度调节规板的种类，增加现场调节手段。

(7) 改变增加物料含水率的方式，用独立的磨内喷水系统代替输送带喷淋，配备电动调节阀和电磁流量计，克服输送带喷水调节速度慢、水量不精确、反应滞后的缺点，喷水量可以通过中控实时、定量、迅速进行调节，喷水量精确，立磨控制灵活，操作更加容易。

4 安装调试注意事项

研发是保证产品质量的前提条件，现场立磨的安装、调试则是产品最终能够达产、达标的重要保证。

(1) 安装基础框架时，必须按照图纸测量各处的标高及水平度，特别是中框架减速器底板上平面的标高及水平度和主电动机基础框架的标高，保证主电动机在未加调整垫片时的轴伸中心高度低于主减速器轴伸中心高度，使主电动机预留一定的向上调整量，以满足主电动机与主减速器的同轴度调整需要。

(2) 项目实际应用时，主减速器到货较晚，为了不影响现场安装进度，使用主减速器假体代替，将磨盘临时安放于假体上，作为临时支撑，再继续后续的部件安装。主减速器到现场后，用磨盘同步顶升系统及磨盘支撑工具，顶起磨盘，将假体从磨盘下方移出磨外，再将主减速器拖拉至磨盘正下方。需要注意的是，拖动时应在减速器和专用轨道之间垫上聚四氟乙烯板或涂油，以防划伤减速器[3]。主减速器定位销对准磨盘销孔后，将磨盘缓慢下落至主减速器上并固定。

(3) 翻辊时，应将翻辊液压缸上下腔的空气排空，使液压缸上腔和下腔充满油，以防止液压缸腔体中存有空气导致磨辊速度突然加快而发生危险。

(4) 安装选粉机时，注意检查转子与顶部及左、右密封体的密封间隙，间隙太大矿渣微粉容易跑粗，间隙太小容易剐蹭。

(5) 适当增加加载液压缸的工作压力，提高粉磨辊压力，并使用较高高度的挡料圈组合，增加料层厚度，延长粉磨时间，增加粉磨次数。同时，减少喷吹环处的盖板数量，以增大过流面积，降低磨内风速。

(6) 通过尝试采用不同的定子叶片规板尺寸 (见表2)，最终确定适合现场的定子叶片角度。

表2 规板系列尺寸Tab.2 Dimension of gauge board series mm

通过定子叶片静态分选，再结合选粉机转子的变频调速动态分选，提高频率，增加选粉机转子转速，从而提高矿渣微粉成品的比表面积。

(7) 物料含水率偏低或磨内温度过高导致立磨运行不稳定时，适当向磨内喷水，降低磨内温度，以稳定料层。

安装完成的 LGMS5527 矿渣立磨现场如图 2 所示。

图2 LGMS5527 矿渣立磨现场示意Fig.2 Site of LGMS5527 slag mill

5 结语

LGMS5527 矿渣立磨经优化设计和安装调试后，顺利通过达产达标验收，获得了客户的高度认可。

该设备是国内首台套超高比表面积矿渣立磨，也是首次用于海外项目。通过超高比表面积矿渣立磨的研发及海外应用，为设计、制造、安装、调试此类设备积累了丰富的经验，为后续研发其他规格的超高比表面积矿渣立磨打下了坚实的基础。该立磨的研发成功，对于国内矿渣立磨产品在“一带一路”国家的推广具有重要而深远的意义。