浅议R型摆式磨粉机的技术创新

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　　摘要：R型摆式磨粉机(雷蒙磨)是粉体加工业中应用最广最普及的粉磨设备之一。雷蒙磨能这么普及而且经久不衰，是因为有许多优点。尽管优点众多，传统雷蒙磨的缺点和不足也越来越显露出来。
　　关键词：R型摆式磨粉机，不足，改进创新
　　
　　1、传统R型摆式磨粉机存在问题
　　 (1)产品细度较低(≤400目)市场上产品附加值往往与产品细度直接关联，低附加值的产品已经难以满足用户的要求，因此不少用户仅把雷蒙磨作为粗加工设备，而用气流磨、搅拌磨、振动磨等来进行超细加工；
　　(2)产量较低、能耗较高随着一些高效节能新型粉磨设备的出现，拉大了与传统雷蒙磨的综合性能的差距；
　　(3)粉尘外泄污染环境，恶化操作条件，而且产成品损耗较大。
　　
　　2、R型摆式磨粉机改造的策略
　　2.1分级机改造
　　从雷蒙主机磨出粉体的粒径分布中可知，其中有一定的细粉含量，所以获得超细粉的关键就是改进分级系统。传统雷蒙磨的产成品设计定位在80~325目(通筛率95%)的范围内。采用的分析器是轴流风扇的结构，叶片少、转速低。至少直观上存在在直径方向线速度不一致(分级范围较宽)，而且在外沿上与罩盘间隙较大容易漏粉等缺陷。因此分级粒径较大，容易有大颗粒污染。当初原设计鼓风机风压风量参数也是依据加工细度和分析器、管道阻力来选定的，大流量低风压显然对适应高细分级机的改造不利，必须全面改造。
　　根据离心式叶轮分级机的分级理论：分级机的分离粒径在相同叶轮圆周速度的前提下与叶轮的直径成反比，即为了减少分离粒径必须使用直径小的分级机。但小直径分级机，通过面积小，处理量也小，为获得小分离粒径和大处理量则通过多个叶轮组合的办法，有2、3、4、6甚至8个轮组合。20世纪90年代中期，国内一些大专院校科研单位首先在4R雷蒙机上成功地进行分级改造，采用φ400×3组合式涡轮分级机来取代原有的扇叶式分析器，使分级细度提高到600~800目。目前国内外广泛采用的ATP型涡轮式超细分级机，在确保分级细度的前提下为提高产量而采用多轮组合，最大的做到φ500×6。这种设计不但结构复杂，而且还要保证各叶轮间同步运行，成本很高还不易维护。对于改造4R、5R这样普及型低成本的粉磨设备显然必须另寻出路。
　　2.2风送系统改造
　　分级机能否良好地实现分级功能，除了其本身的结构参数外还取决于与之相匹配的风送系统。从叶轮分级机的分离粒径公式可看出：分离粒径的大小与叶轮转速成反比而与通过叶轮的风量的平方根成正比。传统雷蒙磨的鼓风机与风扇状分析器相匹配，其额定风量很大而风压较低，满足分级80~325目的范围。对于我们设定的目标100~1 250目的分级范围而言，分级范围有了很大的变化，因此为了实现超细分级必须大幅度降低鼓风机的风量。而其风压应大幅度增加，以便克服引入高速大叶轮分级机后所产的阻力的增加(根据我们测试，上述4R、5R超细分级机在分级1 250目时其反风压可达到1 800~2 200 Pa)。从分离粒径公式可得出要获得较小的分级粒径必须增加叶轮转速并减小风量，同时还必须使通过叶轮的气流处于层流状态。较小的风量和流速不易把磨腔内的大颗粒带上去进入分级区，可减小分级轮外围的压力，更重要的是容易使通过叶轮的气粉流形成层流状态，有利于分级效率和精度的提高。大量实验证明：为了获得较小的分级粒径，减小流量的效果往往比增加叶轮转速的效果更好。当然过小的流量也会降低产量，所以必须反复试验、合理选择以寻求最佳的工艺参数(叶轮转速与风量的匹配)。
　　2.3给料量的控制
　　良好的分级还要求气体中含粉浓度不能太大，应尽量减小颗粒间在输送分级过程中的相互干扰。如果气流中含粉浓度过大，则分级效率降低，成品中还易造成大颗粒污染。但如浓度过小则产量太低。气流中粉体浓度的大小是由给料量、磨粉能力以及鼓风机风量等因素决定。我们在分级机的调速电机电路上串联了电流表和电流继电器，分级机电机的负载电流与分级机叶轮转速，通过叶轮的气体流量及所带的粉体浓度有关。在转速、流量一定的前提下，粉体浓度越大，负载电流也越大，用此法来对给料量进行控制。我们在电流继电器上设置了上限值和下限值，并引入了时间继电器延时值为t(s)。当给料量过大，造成气粉二相流中的浓度超标，以致使负载电流超过上限值并连续超过t(s)(瞬间超限无效)，此时时间继电器、电流细继电器动作，切断给料机电源，使其停止给料。在不加料的情况下磨机继续工作，磨内原料不断减少，粉体浓度也相应减少，致使负载电流下降，当连续t(s)都低于下限值时，继电器恢复给料机供电，磨机恢复供料。正常运行情况下，分级机电机的负载电流值正好介于上限值和下限值之间，可发挥磨机的最佳效能，不但细度合格，而且产量最高。只要参数选择稳定合适，可使设备长时间在正常区域内运行。此控制法，对于加工800目以上超细粉时具有重要意义，此时分级机叶轮高速旋转，调速电机的负载电流接近额定电流，粉体浓度对负载电流的影响十分敏感，因此对于控制给料量的要求就比较严格，有利于实现自动调控。
　　2.4改进收粉系统
　　传统雷蒙磨机用大直径短锥体的单筒旋风收尘器来实现固气分离，用小直径的旋风收尘器来回收余气中的细粉。这种又粗又短的旋风收尘器对于回收325目以上的细粉效率较低，当粉体细到1 250目时，收粉效率只有50%~55%，这显然不能满足加工超细粉的要求。我们改进设计，采用小直径长锥体的组合式高效旋风收尘器，它对1 250目超细粉的回收效率高达95%以上，而对325目粉体的回收率可达99%。余粉的收集采用脉冲式滤袋收尘器，用引风机使风送循环系统处于负压状态，避免超细粉外泄。
　　2.5改进磨粉机主机
　　要提高磨粉机的细度产量，磨粉机的磨粉能力无疑起主导作用。只有磨得出来，才能选分出来。几十年来，传统磨粉机的主要结构参数如磨辊的直径和厚度、磨圈的直径、主轴的转速都保持不变，成了传统的技术禁区。从磨粉原理看，摆式磨粉机通过悬挂在梅花架上的磨辊装置在主轴带动下作旋转运动。在离心力的作用下磨辊压向磨圈，在摩擦力作用下辊子作自转运动。这种磨辊在磨圈上的碾压转动形成磨粉的主要机理。由此分析，要提高磨粉能力必须要：
　　(1)提高碾压力；
　　(2)旋转一周的碾粉面积(辊子的高度×磨圈内径)；
　　(3)增加磨辊与磨圈的接触几率；
　　(4)增加主轴的转速。
　　目前一些厂家多在提高碾压力上下功夫，如采取压力弹簧和液压油缸施力的办法，但这种办法有利有弊。传统雷蒙磨悬辊装置能自由摆动，在旋转碾磨过程中能自行躲开一些较大较硬难以一次粉碎的物料，既保护了磨辊装置免受损害，产生的弹跳作用又有利于粉碎，所以利弊得失要从最终的细度产量来衡量其改进的效果。我们采取了：
　　(1)增大磨辊和磨圈直径；
　　(2)精加工辊子表面使辊子与磨圈一开始就进入精磨状态，接触良好，磨损均匀；
　　(3)增加主轴转速7%~8%，在主机功率不变的前提下提高了磨粉效率，尤其是提高加工超细粉的能力。
　　2.6强化结构，隔离振动，增加可靠性和耐久性
　　摆式磨粉机存在一种致命的隐患，即所谓磨辊与磨圈之间的“敲缸”现象。所谓“敲缸”就是指在粉磨过程中，磨辊与磨圈之间钢与钢直接接触、弹跳而产生的强烈的振动和噪声。传统雷蒙磨由于加工细度范围在100~325目之间，粒度粗，给料多，在铲刀大量喂料下形成一层缓冲填层，减少了两者之间的直接接触，但是当磨超细粉时，尤其在加工超过800目的细粉时，由于磨内喂料量小，粉体又特别细，所以这种缓冲填层就很薄，极易造成磨辊与磨圈直接接触，“敲缸”现象十分严重，形成频率很高的振动与噪声，对部件的疲劳破坏十分严重。最易造成风箱、罩筒等焊接结构部件的开裂、振断联接螺栓以及磨辊轴。我们采取了一系列的强化结构及隔振措施，效果显著：
　　(1)大底座采用铸钢件，增加壁厚和筋厚，中心轴架、梅花架也同样得到加强；
　　(2)风箱壁厚加大，过风通径减小(鼓风机流量减小)，并加厚减振垫；
　　(3)主机地脚螺栓采取可更换式的地基结构；
　　(4)磨辊装置采用滑动轴承，强化辊轮与轴套的装配钢性和强度；
　　(5)采取隔振结构，将罩筒与分级机安装在另外的机架上直接支承在地基上，与磨机振动最激烈的大底座部件彻底隔离，改用帆布软联接，极大地保护了这些部件免受振动之害，增加可靠性及延长寿命。
　　
　　参考文献：
　　[1] 黄秋雁：雷蒙磨粉机出粉结构的设计，无机盐工业，2008年，第4期。.
　　[2] 曹慧琴：雷蒙磨的磨碎机理研究，现代制造工程，2003年，第8期。.
　　[3] 黄秋雁：雷蒙磨粉机出粉结构的设计，无机盐工业， 2007年，第8期。.
　　
　　

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