前言
雷蒙磨主要用于非金屬礦等物料的大批量粉碎，并以其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)率高等特點受到廣大用戶的歡迎。但雷蒙磨產(chǎn)品細(xì)度一般在325-400目，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，只生產(chǎn)單一的粗粉產(chǎn)品不能滿足其下游用戶的需要，也不利于非礦加工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，雷蒙磨加工重鈣類礦粉時325目粉中含有大量的-10微米的超細(xì)產(chǎn)品，如果將這些超細(xì)粉分離出來，有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。雷蒙磨這一古老的設(shè)備有待于借助于新技術(shù)的改造。
針對雷蒙磨改造這一課題，我們現(xiàn)場了國內(nèi)近十臺雷蒙磨的使用情況，并參觀考察日本和美國類似設(shè)備的用戶和設(shè)備生產(chǎn)廠家。在歐美國家除老式機(jī)型還用于普通粉體加工外，明顯的發(fā)展是將其進(jìn)行原理和結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)用做大處理量超細(xì)粉碎設(shè)備；在配置上多取與超細(xì)分級機(jī)組形成超細(xì)粉碎／分級的閉路系統(tǒng)。根據(jù)國外雷蒙磨發(fā)展的現(xiàn)狀和國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)條件，我們確定對雷蒙磨原有分析器進(jìn)行改造的方案：用大型分級機(jī)替代磨機(jī)原的分析器，形成內(nèi)部閉路循環(huán)，合格細(xì)粉排出磨機(jī)，粗粉留在磨內(nèi)繼續(xù)粉磨。
1、雷蒙磨分析器與分級機(jī)離心轉(zhuǎn)子工作原理分析
本項目以國內(nèi)大量使用的4R雷蒙磨為對象展開工作。該雷蒙磨分析器由60只水平安裝的刀狀葉片組成，在主軸的帶動下做水平轉(zhuǎn)動。當(dāng)粉碎形成的粉體產(chǎn)品被氣體夾帶通過該旋轉(zhuǎn)葉片時，質(zhì)量大的顆粒被葉片擊中失去上升的動能而被拋向四壁，返回雷蒙磨的粉碎區(qū)域接受再次粉碎：沒有被葉片擊中的顆粒或雖被葉片擊中但因質(zhì)量較小而繼續(xù)被風(fēng)帶走的那一部分小顆粒則作為產(chǎn)品通過葉片控制區(qū)進(jìn)入收集系統(tǒng)。
傳統(tǒng)雷蒙磨分析器控制大顆粒的途徑是(1)提高分析器轉(zhuǎn)速，(2)增加葉片的數(shù)量。我們曾在普通雷蒙磨分析器上作過增加葉片數(shù)量的實驗，對提高產(chǎn)品細(xì)度有明顯效果，但沒有從根本上解決分析器不能嚴(yán)格控制大顆粒這一問題。同樣，過高地增加分析器轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致強(qiáng)烈震動影響其壽命。在采用上述兩種方法情況下產(chǎn)品細(xì)度雖然提高，但分級效率大大降低，造成很多細(xì)粉產(chǎn)品沒能進(jìn)入產(chǎn)品而返回雷蒙磨的粉碎區(qū)域。
改造所采用的分級機(jī)是清華大學(xué)工程力學(xué)系粉體技術(shù)開發(fā)部設(shè)計的三轉(zhuǎn)子超細(xì)分級機(jī)，將其接在雷蒙磨粉碎部位之上取代原來分析器嚴(yán)格控制細(xì)粉中的大顆粒。原則上除分級機(jī)的轉(zhuǎn)子動力外不再增加系統(tǒng)動力，并采用布袋除塵器捕集超細(xì)產(chǎn)品，以減輕對周圍環(huán)境的影響。分級機(jī)工作部件主要是三個高速轉(zhuǎn)子，當(dāng)氣固兩相流通過轉(zhuǎn)子間隙由外向內(nèi)運(yùn)動時，顆粒被強(qiáng)制在離心力場中作高速旋轉(zhuǎn)，大顆粒在離心力作用下甩向外殼，并在重力作用下落入雷蒙磨的粉碎部位；小顆粒則在氣體粘滯力的作用下，隨氣流向轉(zhuǎn)予內(nèi)部運(yùn)動，成為產(chǎn)品而由出料口排出。為提高分級機(jī)的分級效率，在設(shè)計中采用了二次分散風(fēng)，其流量可任意調(diào)節(jié)，目的是將粗粉中的細(xì)顆粒再次分離。為使氣流在整個分級腔內(nèi)分配均勻，保持分級機(jī)工況穩(wěn)定，給風(fēng)均采用整流裝置。
分級切割粒徑取決于顆粒所受高速轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的離心力和在氣體的夾帶的粘滯力作用的大小。當(dāng)兩個力相等時計算出的顆粒粒徑為分級切割粒徑：臨界顆粒進(jìn)入粗粉和細(xì)粉的概率相同，由這一點對比發(fā)現(xiàn)，離心轉(zhuǎn)子分級機(jī)可以比雷蒙磨分析器能更準(zhǔn)確地控制顆粒大小。
用大型分級機(jī)來改造雷蒙磨，首先遇到的是大風(fēng)量的問題。風(fēng)量的增大與提高產(chǎn)品細(xì)度是一對矛盾，除增大轉(zhuǎn)子直徑和高度等設(shè)備結(jié)構(gòu)因素外增加轉(zhuǎn)子數(shù)量也是一條好出路。多轉(zhuǎn)子保證了在較大風(fēng)量下，分級機(jī)有較高的處理能力和分級精度。
在分析了雷蒙磨分析器和分級機(jī)的現(xiàn)狀后，明確方案，以一臺4R雷蒙磨為對象，首先對產(chǎn)品細(xì)度進(jìn)行了標(biāo)定。雷蒙磨分級器在不同轉(zhuǎn)速時其產(chǎn)品細(xì)度如表1：
表1傳統(tǒng)雷蒙磨分析器轉(zhuǎn)速與產(chǎn)品細(xì)度的關(guān)系
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轉(zhuǎn)速（rpm） |
600 |
750 |
800 |
900 |
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D10（μm） |
4.15 |
2.43 |
2.45 |
2.45 |
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D50（μm） |
16.13 |
11.64 |
9.03 |
8.25 |
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D90（μm） |
35.34 |
44.55 |
21.69 |
21.84 |
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D97（μm） |
55.21 |
52.36 |
48.53 |
46.29 |
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-10μm含量（10%） |
38.53 |
47.08 |
54.92 |
53.75 |
從表1可以看出，隨著轉(zhuǎn)速提高，產(chǎn)品細(xì)度逐漸增加，-10mm含量也逐漸增加，當(dāng)分級器轉(zhuǎn)速達(dá)到800rpm時，產(chǎn)品中-10 mm含量達(dá)到54.92%。再進(jìn)一步提高分析器轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品的細(xì)度影響甚微。各產(chǎn)品中的超細(xì)粉的含量大的同時，大顆粒的含量仍然很高。如果能將這些大顆粒提出并將超細(xì)粉分離出來，可使其創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)效益，粗粉留在磨內(nèi)繼續(xù)粉磨。
2、系統(tǒng)改造后的流程
將大型分級機(jī)替代原雷蒙磨的分析器后，產(chǎn)品的細(xì)度將大大提高。原來的產(chǎn)品收集設(shè)備已不再適應(yīng)，為此用特制的布袋收塵器替代原來小旋風(fēng)收塵器，并增加一臺小型風(fēng)機(jī)維持除塵器的正常工作。分級機(jī)串入雷蒙磨后，使系統(tǒng)阻力增加，因此要想使該系統(tǒng)能正常生產(chǎn)，必須增加系統(tǒng)風(fēng)量，小風(fēng)機(jī)也可以起到這一作用。
改造后的流程圖如圖1所示：
3、改造后系統(tǒng)的調(diào)試
3.1系統(tǒng)風(fēng)量與壓力分布
為了明確了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，改造調(diào)試過程中對系統(tǒng)主要設(shè)備的壓差和主要工藝點對大氣的壓力進(jìn)行了檢測。通過對壓差的測量，可以掌握整個系統(tǒng)的工作狀況，以便及時地調(diào)整系統(tǒng)工藝條件。不同的調(diào)試條件下各點的壓力數(shù)據(jù)如表2。
表2不同系統(tǒng)風(fēng)量條件下各部位的壓力
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系統(tǒng)風(fēng)量/m3/h） |
P 1 |
P2 |
P3 |
P4 |
△P1 |
△P2 |
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10000 |
-480 |
+55 |
-190 |
-250 |
535 |
60 |
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13000 |
-590 |
+80 |
-205 |
-310 |
670 |
105 |
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16000 |
-620 |
+110 |
-270 |
-390 |
730 |
120 |
表中P1：風(fēng)機(jī)前，P2：風(fēng)機(jī)后，P3：雷蒙磨內(nèi)（分級機(jī)前），P4：分級機(jī)后的壓力。△P1：風(fēng)機(jī)前后壓差，△P2：分級機(jī)前后壓差。 （單位mm水柱）
由上表可以看出：隨著風(fēng)機(jī)壓頭增加，系統(tǒng)風(fēng)量增加的同時風(fēng)機(jī)前的負(fù)壓逐漸增加，強(qiáng)化了風(fēng)機(jī)對雷蒙磨系統(tǒng)的抽吸能力。風(fēng)機(jī)前的壓力是負(fù)值，風(fēng)機(jī)后的壓力為較小的正值，由此保證雷蒙磨內(nèi)保持一定的負(fù)壓，才能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。如果發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)后正壓過大，就說明雷蒙磨內(nèi)堵塞，應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整。如果雷蒙磨內(nèi)壓力變?yōu)檎担到y(tǒng)將不能正常排粉，而向外噴粉，應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整使之保持負(fù)壓。如果雷蒙磨內(nèi)的負(fù)壓過高，其產(chǎn)品粒度將增大，也不利于系統(tǒng)正常生產(chǎn)，因此磨內(nèi)應(yīng)保持適度負(fù)壓。
系統(tǒng)風(fēng)量增大和風(fēng)機(jī)總壓頭增加，有利于克服串入大型分級機(jī)對系統(tǒng)帶來的阻力，使整個系統(tǒng)在串入大型分級機(jī)后仍能正常運(yùn)行，做到產(chǎn)品易于排出，雷蒙磨不易堵塞。由于系繞風(fēng)量提高，風(fēng)速增加使分級機(jī)的動態(tài)阻力增加，分級機(jī)前后的壓差逐漸增大。分級機(jī)阻力不到150毫米水柱，達(dá)到了大風(fēng)量、低阻力的分級機(jī)設(shè)計原則。
3.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與風(fēng)量對產(chǎn)品細(xì)度的影響
雷蒙磨系統(tǒng)改造的目的是為了生產(chǎn)出超細(xì)粉，因此工藝參數(shù)對產(chǎn)品細(xì)度得影響是很關(guān)鍵的。在實驗條件下的產(chǎn)品細(xì)度情況和產(chǎn)量如表3所示：
表3不同轉(zhuǎn)速條件下產(chǎn)品的細(xì)度（D
90，μm）
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系統(tǒng)風(fēng)量（m3/h） |
分級轉(zhuǎn)子速度（rpm） |
產(chǎn)品1大旋風(fēng)粉 |
產(chǎn)品2收塵器粉 |
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10000 |
600 |
16.0 |
11.4 |
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10000 |
800 |
14.5 |
10.1 |
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10000 |
900 |
13.3 |
9.2 |
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10000 |
1000 |
12.1 |
8.5 |
從表3可以看出，在系統(tǒng)風(fēng)量相同的條件下，產(chǎn)品細(xì)度與分級機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)。轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，產(chǎn)品粒度也就越細(xì)。要想得到超細(xì)產(chǎn)品，就必須保證分級機(jī)在較高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。而且要通過轉(zhuǎn)速控制器來使分級機(jī)三個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持一致，才能使產(chǎn)品細(xì)度的均勻性提高。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，分級機(jī)轉(zhuǎn)速過高的狀況下，產(chǎn)品細(xì)度提高的同時返回雷蒙磨的粗粉量增大，磨內(nèi)物料滯留量過多。雷蒙磨的粉碎能力是一定的，改造只是完成了對粉碎產(chǎn)物的精細(xì)分級，如果過分地追求高細(xì)度，磨機(jī)產(chǎn)量會大大降低。根據(jù)我們的經(jīng)驗，改造后的雷蒙磨產(chǎn)品細(xì)度應(yīng)該定位在600～800目為宜。4R雷蒙磨改造后的800目產(chǎn)量（方解石）為400公斤／小時，產(chǎn)品細(xì)度在325～1000目之間無級可調(diào)。若產(chǎn)品細(xì)度定在600目，4R雷蒙磨產(chǎn)量可達(dá)到600公斤／小時。
原有大旋風(fēng)筒收塵器只能用于較粗產(chǎn)品的捕集，且效率也有限。因此部分細(xì)產(chǎn)品從大旋風(fēng)簡頂部排出，經(jīng)風(fēng)機(jī)后又回到雷蒙磨中。為了減小返回磨機(jī)的細(xì)粉量，在大旋風(fēng)收塵器后用一級布袋除塵器用于細(xì)粉的捕集。
表4不同轉(zhuǎn)速條件下產(chǎn)品的細(xì)度（D
95，μm）
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系統(tǒng)風(fēng)量（m3/h） |
分級轉(zhuǎn)子速度（rpm） |
產(chǎn)品1大旋風(fēng)粉 |
產(chǎn)品2收塵器粉 |
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10000 |
800 |
14.0 |
10.2 |
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12000 |
800 |
15.9 |
11.5 |
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14000 |
800 |
17.6 |
12.7 |
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16000 |
800 |
20.2 |
15.6 |
表4為不同風(fēng)量條件下產(chǎn)品的細(xì)度指標(biāo)。將分級機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速固定在800rpm，調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量從10000到16000m
3m，產(chǎn)品的細(xì)度隨著風(fēng)量的加大而變粗。根據(jù)經(jīng)驗，改造后系統(tǒng)的風(fēng)量應(yīng)控制在12000m
3／h左右。
4、結(jié)論
通過對雷蒙磨傳統(tǒng)的分析器和離心轉(zhuǎn)子式分級機(jī)工作原理的分析，找到了雷蒙磨系統(tǒng)改造的關(guān)鍵所在。大型超細(xì)分級機(jī)替代雷蒙磨分析器能使原系統(tǒng)生產(chǎn)800目以上的微細(xì)礦粉。新的系統(tǒng)需要重新調(diào)整風(fēng)量和分級機(jī)速，并選用適合于細(xì)粉捕集的捕集設(shè)備來回收產(chǎn)品。用雷蒙磨直接生產(chǎn)非金屬礦微細(xì)粉體，將使其應(yīng)用范圍大大地擴(kuò)展。該技術(shù)改造方案，已向國家有關(guān)部門提出了專利申請，它將為全國眾多的雷蒙磨使用廠家提供了一條通過技術(shù)改造挖潛增效的捷徑。
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