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立磨的最新创新技术：拥有模块化传动系统的模块化磨机和多功能磨的解决方案

Caroline Woywadt

Head of Process Engineering

Gebr. Pfeiffer SE

Barbarossastrasse 50一54

67655 Kaiserslautern, Germany

caroline.woywadt@gpse.de

摘 要

目前在水泥行业的发展趋势是不断的增加独立的粉磨工厂的粉磨能力因此，工厂的可用性和优化维护的概念变得越来越重要。模块化磨机概念保证了磨机的连续运转和设备的可用性即使一个磨辊已经失效。新开发的配备了装机功率达12000千瓦的用于粉磨水泥原料，水泥熟料的磨机是专门设计来满足这些需求的。大型的水泥厂现在可以设计一种磨同时用于原料和水泥粉磨。

投资者计划建造小型工厂，因此需要保持其初始投资成本最低，这可以通过购买只是一个磨来实现。对于这种设计用来研磨不同类型的原材料和熟料的磨，显然根据市场的需要是合适的解决方案。

关键字：水泥磨、驱动模块、冗余、多功能磨、立磨

1.简介

磨机的模块化设计包括4到6个磨辊允许其连续运转即使其中一个磨辊模块是不可用的，该理念同样适用于由6个功率为2000千瓦相同的驱动单元所组成的新的模块化驱动器。这些功能大大减少停机时间并允许工厂继续运营当一个驱动单元正在被维修。安装一个直径为5.6米的模块化驱动器的立磨的结果将会被选择。本文还将详细介绍多功能磨如何允许一个新成立的哥伦比亚水泥公司只购买只一个磨机以保持他们的初始投资成本最低。多功能磨的好处是它能根据不断变化的市场需求来处理不同类型的原料和熟料，这允许工厂通过购买第二个磨来扩大产能，当然只有在市场需求支持该投资的时候。熟料磨机的安装指明了这一点。

2.模块化磨机和模块化驱动系统——设计特点

模块化磨机采用4个或6个磨辊和平面研磨台衬。一个磨辊模块由圆柱滚子、滚子轴、滚子臂、支撑座和液压动力输入组成。与平面台衬的几何形状相结合，这种类型的磨辊悬挂系统实现了磨辊与平面台衬在任何时间的相互平行。这对磨矿振动能级和能量输入有着积极的影响。图1显示了一个有6个辊的模块化磨机的三维剖视图。研磨零件的几何形状如图2所示，一个带耐磨部件的磨辊单元的重量约为46吨。

图1 模块化立磨的三维剖视图

每一个相邻的滚子模块通过一个或两个支撑连接到基座。在改善热煤气管道的布置、外部物料再循环以及辅助设备安装的情况下，这给了可获得的好处。使用符合磨削力的相同的液压系统的时候，这种模块化磨辊可被单独分离出来维修。当台衬通过行星齿轮装置被驱动的时候，生产只能保持为减少吞吐量在2个相反的滚筒已被甩出或取消后。只有一个研磨辊已被甩出或取消后，几个驱动模块才允许连续运行。

图2 磨削零件的几何形状

与流体力学有关的所有机械部件，如热气体通道、喷嘴环、高效率的分类和材料的进料都与正常立磨相同。

传统的驱动器使用行星齿轮一个单元完成两个功能——转矩转换和通过外壳转移磨削力。大的立磨的趋势是较大的齿轮装置和较低的磨机转速，这就需要更大的齿数比，并且立磨的性能更多的由扭矩的大小来决定。这个问题不仅包括制造大锥齿轮的困难，也使得齿轮变得更大。这意味着齿轮箱外壳变得更弱，并可能导致啮合故障，因为磨削力通过齿轮箱的齿轮传动机构可以引起弹性变形。

利用模块化驱动的概念，一种解决大型立磨的方案已经被开发出来。2至6个驱动模块通过一个位于台衬下的周长齿轮驱动研磨台，每个模块包括一个电动马达，一个耦合，一个位于基础框架的锥齿轮/直齿轮形成一个传送单元（参见图3）。通过控制每个驱动模块的频率转换器来确定单个电机的负载分布，因此，研磨台的速度可以被调整为一个参数来进行优化。

图3 模块化驱动系统单元

从2200千瓦到12000千瓦的功率范围是由只有三个标准化的齿轮模块的尺寸，大齿圈通过磨机驱动上的自对准齿轮单元进行驱动，该研磨台推力轴承是由一种用于常规行星齿轮的装置，被证明的轴承段和由一个径向轴承构成的一个滑动轴承的轴向轴承。

这种新的磨机布局能达到的产量是不可能依赖传统的行星齿轮传动实现的，当磨台通过行星齿轮装置进行驱动时，在两个相反的滚筒被甩出或被吊起来后，产量只能被削减到原来的60%左右。当使用一个带有几个驱动模块的磨机时，它能正常运转即使一个磨辊已被解除或转出。有了这一原理的主动冗余的模块化辊磨能够维持在约85%的额定容量，即使磨辊或传动系统需要进行维护。

3.模块化辊磨的操作经验

对一个直径为400mm的半工业磨机和新的模块化设计的广泛测试已经开始进行。如水泥原料，水泥熟料，高炉渣和其它添加剂已基本确定评级数据。其他现有的两个测试磨机，一个模块化的试验工厂的操作模式已经和工业工厂非常的相似了，这样的试验工厂可用于测定原料特性和项目相关数据，如特定的功率消耗，气体量的要求，具体的磨损率等。

第一个模块化立磨（磨台直径为1800mm）已经安装在德国西南部的一个工厂里。本厂岩石和泥粘合剂的地面细度可达6000 布莱恩。传统的米立磨和模块化的立磨的性能是在相同的水平的吞吐量和特定的能量消耗下进行比较的。

为粉磨水泥的原料，一个模块化的辊磨机于2008年安装在东欧。安装功率为1600千瓦，该厂的产量为160t/h，一个特定的功率为8.7KW/h的动力、在90um的12%个残基的细度。这家工厂在短短75天的时间里就建立起来了。

另一个例子是安装在法国生产硅酸盐水泥和磨细高炉矿渣的立磨。该模块化立磨有三个功率为1450KW的驱动，该厂生产能力为120t/h硅酸盐水泥和130t/h矿渣，在各自使用5000布莱恩的时候。减速器输入中的负荷分布差异2%可以被认为是非常低的，并且在测量误差范围内。该磨机是从一个单元中取出来的用于测试操作行为，径向力的影响中心的记录位移的程度和方向如预期。

从2012年5月开始，一个模块化磨机已经投入运营，用于生产硅酸盐水泥和火山灰硅酸盐水泥。该磨机配备有4个磨辊和一个直径5.6m的工作台，其技术细节如表1：

表1 模块式立式磨辊机的技术细节

作为熟料，石膏和湿粉煤灰是通过一个加热的旋转空气锁进入立磨的。加热后的空气锁避免了在干燥和潮湿的部件组合时堵塞。有别于其他原料，干粉煤灰是通过旋转阀的法兰下料点进入的，进料点位于分离器壳体的上部。

该磨机配备有一个外部的物料循环回路和一个助磨剂注入系统。助磨剂可以与水混合，以稳定研磨床。成品被收集在一个喷射脉冲过滤器中，并通过空气输送斜槽和斗式升降机进行运输。图4显示了完整的研磨厂和磨机的视图。

图4 研磨厂（上图）和四辊磨机（下图）的外观

对设备的优化过程中，对含有31%干粉煤灰的硅酸盐火山灰水泥，其产量可以达到350t/h当使用4300布莱恩的时候。表2给出的运营数据为硅酸盐粉煤灰水泥，23%的湿粉煤灰的比例不是碾磨干燥系统的限制，它的产量是由提供湿粉煤灰的设备所限制的。它是由客户计划，以提高立磨运转时进料设备中湿飞灰的含量。

表2 硅酸盐水泥业务数据

4.模块化立磨--正在进行的项目

在巴西的一个模块化的用于生产不同硅酸盐高炉矿渣水泥的立磨可以达到450t/h的产出率，以高达4500布莱恩的比表面积。该立磨代表了一个可以实现最低的每吨水泥的投资成本的解决方案，这种单独立磨的决定避免了一个二排料箱和2套外围系统的安装。操作的可靠性预计将高于一个单一的大型行星齿轮装置。总安装功率为11700千瓦，其中包括六个驱动模块1920千瓦。

最近几个模块化立磨将要建立在澳大利亚和印度。澳大利亚的立磨用于粒化高炉矿渣和硅酸盐水泥。计划年生产能力110万吨。该厂配备了三个模块的1840千瓦每，将于第一季度投入2014。

几个用于水泥粉磨和水泥原料研磨的模块化立磨已经在印度被预定了，原材料立磨的产量为500t/h，在小于15%的残余物在90um相当于小于2%的残留物在212um。为立磨主传动和传动轴驱动所需要的功率为12.4KWh/t。相比其他原材料，原料的混合性被评为很差。该立磨被设计用来生产硅酸盐水泥，硅酸盐火山灰水泥和粒化高炉矿渣。图5显示了一个模块化的立磨与六个磨辊的安装情形。

图5 正在组装的6辊模块化磨机

5.多功能磨解决方案

多功能磨的好处是它能处理不同类型的原料和熟料，这取决于市场需求的变化。这允许一个工厂来投资第二个工厂来扩大产能。该解决方案允许一个新成立的哥伦比亚水泥公司在保持最低投资的同时来只购买一个立磨。

磨机上的磨辊是通过液压气动来磨削磨台上的物料。液压气动张力系统允许磨辊力去适应待研磨的材料，并且保证磨床的厚度在窄的公差范围内。每一个液压张力缸都装有一个充满氮气的袋子型压力储存器，以吸收在磨煤机运行过程中发生的冲击。通过将液压工作压力与蓄能器的氮气压力相适应，可以选择悬架的特性。

用于水泥原料和水泥粉磨的立磨有以下几个特点：研磨压力可以根据材料的的硬度通过PLC进行远程控制，氮气压力也可以根据材料的硬度通过PLC进行远程控制，蓄能器通过阀和加注系统可以自动跟随变化的压力进行调节。

在一个磨机的摇摆模式下粉磨水泥和原材料时，应考虑以下问题：对于水泥粉磨，堰环高度要高于原材料粉磨；堰环不能被修改当水泥粉磨改为原料粉磨以及其他相类似的方式的时候；堰环高度将由水泥质量来决定，因此对原粉磨的要求不那么重要；一个折中的堰环高度需要在对两种材料的调试过程中来确定。优化后的堰环高度将高于纯原材料研磨所需的高度，这将导致在多功能磨磨上研磨原材料而不是在专有磨上时，会有一个更高的功率消耗。原材料和能源的消耗性之间的差异必须加以考虑。

表3中所给的是安装在哥伦比亚的立磨的操作数据。从采石场硬材料的基础上，原材料和熟料都消耗了比预期更多的电力，然而，该厂仍能履行性能保证。安全因素的建立允许客户以所需的性能来运行立磨，即使在研磨原材料时有困难

表3 用于原材料和水泥粉磨的回转磨机技术及运行数据