立式磨_非金屬礦粉體用立式磨的應用與研究

隨著國內非金屬礦產品應用領域的發展，雷蒙磨、環輥磨、球磨機等粉磨裝備及其技術在一定程度上適應了Bond功指數＜15.0的非金屬礦物產品加工的需求。但是，對于Bond功指數＞15.0的非金屬礦物產品加工，上述裝備技術還存在以下問題：①物料硬度高，造成裝備的易損件磨損嚴重；②物料磨蝕性大、磨耗高，造成產品污染嚴重；③易損件更換頻繁，造成裝備運行效率低、檢修維護率高，嚴重影響企業的經濟效益。

針對上述問題，國內非金屬礦物產品生產企業的目光開始轉向高效、節能型的立式磨裝備與技術。立式磨裝備技術作為近年來非金屬礦物干法粉磨與分級技術的主要進展之一，其特點是單機生產能力大、噸產品平均電耗低，生產的產品純度高、粒度分布窄，一次成品細度d97=10～44μm。合肥水泥研究設計院針對Bond功指數較高或高硅含量的非金屬礦物料粉磨，分別從非金屬礦物加工裝備與技術、原料理化組成、產品要求、裝備易損件的耐磨材料選擇等角度，探索了HRM立式磨在葉蠟石、高嶺土等非金屬礦粉體產品加工中的應用情況。

1 各類磨機技術特點對比

非金屬礦行業的代表生產裝備主要有雷蒙磨、環輥磨機、球磨機和立式磨等，分別從適應原料的Bond功指數、適應產品細度、易損件使用壽命、較佳入料粒度、單機產能等角度分析了幾種常見裝備技術的特點，具體參數如表1所示。

表1 常見的非金屬礦物生產裝備及其分析

1.1 雷蒙磨

適用于Bond功指數＜15.0的非金屬礦物，多以生產d97≥28μm的粗粉產品為主，單機規模小。粉磨莫氏硬度≤3.0的非金屬礦物時，易損件使用壽命可以達到120天；但是粉磨石英砂、葉蠟石、高嶺土等Bond功指數＞15.0的非金屬礦物時，其易損件使用壽命只能達到20天左右，磨損嚴重、磨耗高、且污染產品，影響裝備的運行效率和企業的經濟效益。

1.2 環輥磨

適用于Bond功指數＜15.0的非金屬礦物，以生產d97=8～22μm的(超)細粉產品為主，單機規模小。易損件使用壽命可以達到300天；但是粉磨石英砂、葉蠟石、高嶺土等Bond功指數＞15.0的非金屬礦物時，其易損件使用壽命只能達到30～60天，磨損嚴重、磨耗高、且污染產品，同樣也會影響裝備的運行效率和企業的經濟效益。

1.3 球磨機與分級機

適用于Bond功指數＜26.0的非金屬礦物粉磨分級，與分級機配套后可以生產d 97=5～45μm的粗粉和細粉產品，單機規模較大。其襯板及研磨介質等易損件的使用壽命可以達到1 000天；但是對于Bond功指數=26.0的非金屬礦物，其使用壽命有時只能達到10 0天，而且襯板及研磨介質磨損的部分進入產品中，對產品的純度及其使用性能產生一定影響。為了不影響裝備的運行效率，需定期進行檢查、補充研磨介質；缺點是能耗較高。

1.4 立式磨

對原料的適應性強，適用于Bond功指數＜26.0的非金屬礦物粉磨分級，產品細度可以在d 97=10～80μm之間任意調節，單機規模大。對于方解石、滑石等Bond功指數＜15.0的非金屬礦物，其襯板和輥套等易損件的使用壽命可以達到1 000天；但是對于Bond功指數=26.0的非金屬礦物，其易損件使用壽命只能達到80天，輥套和襯板磨損的部分也會進入產品中，對產品的純度產生一定影響，為了不影響裝備的運行效率，應定期進行檢查輥套和磨盤襯板，易損件易于檢修更換。與上述其他設備相比，立式磨具有物料適應性強、產品細度可調、規模化效益明顯、運行效率高、噸產品能耗低等特點。

根據上述分析可見，雷蒙磨、環輥磨受易損件使用壽命低、單機規模小等影響，在非金屬礦物粉體加工中受到限制；球磨機與分級機組合雖能滿足規模化生產，但是噸產品能耗高嚴重制約了該裝備技術在非金屬礦物粉體加工中的應用。非金屬礦企業的目光開始關注高效節能型的立式磨裝備及其技術，立式磨作為近年來粉體加工裝備技術的主要設備，其既符合了非金屬礦產業規模化升級的要求，又符合了國家節能減排政策的要求。

2 非金屬礦用立式磨研究

早期立式磨裝備技術在國內非金屬礦物粉體加工行業很少應用，而歐美、馬來西亞、印尼和日本等國早在20世紀就開始采用立式磨裝備技術進行非金屬礦物加工，其應用領域不僅涉及方解石、白云石，還應用到高嶺土、石英砂、葉蠟石等非金屬礦物料加工。隨著國產立式磨在水泥和礦渣行業的成功應用，立式磨裝備技術在國內非金屬礦物加工行業開始興起。下面以HRM立式磨為例，分別從磨損機理分析、易損件材料選擇及其抗耐磨處理等角度具體研究了HRM立式磨裝備技術粉磨非金屬礦物的可行性。

2.1 磨損機理

根據立式磨的工作原理及構造分析，其磨損主要表現為擠壓磨損和噴射(風掃)磨損，以及粘著性磨損、疲勞剝蝕類磨損和化學反應腐蝕磨損等。擠壓磨損表現為：工況下研磨裝置與物料接觸面間的磨損，立式磨的磨輥加壓系統多為液壓氣動彈簧系統(剛度達1.5～3.2kN/mm)，工作壓力大，可達400～800kN，粉磨組件在工作中受到很高的擠壓力作用，且輥套與粉磨物料接觸面間存在差速滑移，在輥套和磨盤表面表現為擠壓和剪切磨損；噴射(風掃)磨損表現為：工況下磨內帶料氣流與風道接觸面間的磨損，如磨內風環和分離器殼體、轉子葉片及灰斗等處。

2.2 易損件耐磨研究

2.2.1 輥套

輥套作為立式磨較重要的研磨裝置部件，其耐磨性能和可靠性至關重要，直接影響裝備的運行效率。輥套在承受高壓下與物料發生擠壓和剪切作用，造成接觸面擠壓剪切磨損，磨輥磨損嚴重后，不僅產量會急劇下降引起電耗偏高，還會導致磨機振動加劇引起相關零部件的損壞。

(1) 高鉻基材堆焊：傳統立式磨的輥套基材通常采用高鉻鑄鐵，外部堆焊8～30mm的耐磨焊材，磨損后可進行多次堆焊修復使用。關鍵是輥套基材的選擇，有的高鉻基材在堆焊前就存在未探測出的內部缺陷，在堆焊過程中就容易放大內部缺陷，研磨過程中造成基材乃至堆焊層爆裂；有的高鉻基材在堆焊前沒有缺陷，但是基材的可焊性不佳，堆焊后出現缺陷，只能作報廢處理，造成較大的經濟損失。因此，合適的高鉻基材選擇至關重要。

(2) 碳鋼基材堆焊：由于受高鉻基材可堆焊性能的影響，越來越多的立式磨制造企業開始探索采用焊接能好的碳鋼作基材，外部堆焊耐磨焊材，形成內韌外硬的結構。相對于高鉻鑄鐵其具有更高的耐磨性和耐沖擊能力，而且磨損后可以通過再生堆焊反復多次使用。此種方式較大的風險就是耐磨層的剝離，為盡量避免剝落，需要從母材、堆焊、焊絲及施工工藝幾個方面進行合理搭配。同時，為確保堆焊修復的經濟性和效果，應確保每次再生堆焊前檢查磨損情況不要傷及過渡層及基材。隨著立式磨的大型化以及在線堆焊技術的發展，該技術發展迅速也更加實用。

(3) 耐磨陶瓷及涂層：關于耐磨陶瓷及其涂料的使用，已經在一些特定的非金屬礦物粉體加工中應用。相比其他材料更加容易施工，降低了成本。隨著材料技術的發展，該技術將會在有些特定行業得到快速發展。

2.2.2 分離器轉子及其葉片

分離器轉子是分級裝置的核心部件，起到阻斷粗顆粒、分離出細粉產品的作用。在分離過程中，轉子要承受一定量的物料沖擊，克服較大的系統阻力，工況下還受離心力和振動等因素的影響，所以磨損較大。目前較適宜的材料是耐磨鋼板(比如羅奇中國和耐鋼的產品)，其加工性和可焊性都較好，并且是全厚度同等硬度，使轉子的動靜平衡效果好，可以抵御兩面磨損，抗磨效果好。據采用合肥HRM1700立式磨的葉蠟石企業反饋，采用該技術的轉子使用兩年以后轉子結構依然完整。至于耐磨涂料的使用，需考察脫落的涂層會不會影響產品的用途。

另外，分離器殼體受到的磨損比較單一，主要是含塵氣流沖刷造成的風蝕磨損，且此處風速僅為3～6mm/s，建議根據所分離物料的磨蝕性及其用途要求，采用16Mn鋼、復合耐磨鋼板等。必要時也可采用耐磨涂料，效果較好，但是價格較高。

2.2.3 導向風環

導向風環的作用是確保磨內通風流暢、淘洗粗顆粒排出進入外循環，揚起細顆粒進入分離器分選。通過強制變向提高氣流速度，此處流速達到30～60m/s，氣流中含有大量粗粉和細粉，磨損情況比較嚴重，由于葉片間距小厚度薄，且存在氣流沖擊引起的振動，因此耐磨陶瓷片和耐磨陶瓷涂料都不適宜，耐磨鋼板使用效果也不是很好。根據經驗，我們選擇了復合耐磨鋼板，將耐磨面朝向氣流，效果較好，可以使用2年以上。至于復合耐磨鋼板的焊接問題，建議將焊接位置的耐磨材料刨掉，露出底層，先用普通焊條將鋼板之間焊牢，然后再次堆焊耐磨焊條，這樣的焊接件才是牢固的，不會脫焊。

3 非金屬礦用立式磨應用分析

近年來，由于能源成本的節節攀升，下游使用行業對產品品質要求又在不斷提高，以及非金屬礦加工中的高能耗等問題，激起行業對研發新型節能磨機的需求。立式磨由于其獨特的節能效果、單機產能大的優勢而被行業廣泛認可。下面以研制的非金屬礦用立式磨在葉蠟石、高嶺土等產品加工中的應用為例，進行簡要說明。

3.1 葉蠟石

葉蠟石[Al2(Si4O10)(OH)2]被廣泛用作耐火材料、陶瓷、建筑材料、玻璃纖維、分子篩的原料和輔料，此外在人造金剛石、石油、電氣等方面也有應用。以葉蠟石類礦物為主要原料生產的玻璃纖維是一種新型無機非金屬材料，具有質輕、高強耐腐蝕、絕緣、隔熱、吸音等優異性能，有“第二鋼材”之譽稱。是亞洲葉蠟石規模化生產企業之一，所采用的葉蠟石原料的理化特征如表2所示。

表2 葉蠟石理化性能分析

主要用葉蠟石粉作為玻纖行業的原料，該行業對產品粒度分布要求高、d99.9指標控制嚴格。立式磨生產的葉蠟石粉體產品特性及能耗效果如表3所示。

表3 HRM1700X立式磨生產的葉蠟石粉體產品及電耗分析

對使用立式磨與雷蒙磨生產的同類葉蠟石產品進行運行對比，結果如表4所示。由表4可見，生產同類產品，立式磨的噸產品平均電耗比雷蒙磨節省18.7%；單機產能是雷蒙磨的6倍；易損件使用壽命是雷蒙磨的5～7倍。同等生產規模的情況下，立式磨的投資額度比雷蒙磨略高6%，但是其運行維護費用比雷蒙磨低56%。經過上述分析，后期生產線陸續采用19臺套HRM1700X立式磨生產葉蠟石微粉。

表4 立式磨與雷蒙磨生產的葉蠟石粉體運行投資對比

3.2 高嶺土

高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O)具有良好的可塑性和耐火性等理化性質。其礦物成分主要由高嶺石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脫石以及石英、長石等礦物組成。主要用于造紙、陶瓷和耐火材料、涂料、橡膠填料、搪瓷釉料和白水泥原料等工業部門。在考察了HRM1700X立式磨在葉蠟石行業的運行情況后，采用2臺套該型號設備用于煅燒高嶺土的粉磨生產。其原料理化指標如表5所示，立式磨生產的高嶺土粉體產品特性及能耗效果如表6所示。

表5 高嶺土理化性能分析

表6 HRM1700X立式磨生產的高嶺土粉體產品及電耗分析

該行業對產品粒度分布要求高、d99.9指標控制嚴格。

根據業主提供的表6數據分析，HRM1700X立式磨生產高嶺土微粉表現出：產品粒度分布窄、純度高、流動性好、單機生產能力大、噸產品平均電耗低的特點。再者裝備運行效率高、維護成本低，明顯提升了企業的生產線自動化水平和經濟效益，節省了用工成本，增強了企業的市場競爭力。