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、運轉(zhuǎn)率高等特點受到廣大用戶的歡迎。但雷蒙磨產(chǎn)品細度一般在325-400目，隨著社會經(jīng)濟的發(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微米的超細產(chǎn)品，如果將這些超細粉分離出來，有可觀的經(jīng)濟效益。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型還用于普通粉體加工外，明顯的發(fā)展是將其進行原理和結(jié)構(gòu)上的改進用做大處理量超細粉碎設(shè)備；在配置上多取與超細分級機組形成超細粉碎／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行改造的方案：用大型分級機替代磨機原的分析器，形成內(nèi)部閉路循環(huán)，合格細粉排出磨機，粗粉留在磨內(nèi)繼續(xù)粉磨。
1、雷蒙磨分析器與分級機離心轉(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�；螂m被葉片擊中但因質(zhì)量較小而繼續(xù)被風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)品細度有明顯效果，但沒有從根本上解決分析器不能嚴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)致強烈震動影響其壽命。在采用上述兩種方法情況下產(chǎn)品細度雖然提高，但分級效率大大降低，造成很多細粉產(chǎn)品沒能進入產(chǎn)品而返回雷蒙磨的粉碎區(qū)域。
改造所采用的分級機是清華大學工程力學系粉體技術(shù)開發(fā)部設(shè)計的三轉(zhuǎn)子超細分級機，將其接在雷蒙磨粉碎部位之上取代原來分析器嚴格控制細粉中的大顆粒。原則上除分級機的轉(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產(chǎn)品，以減輕對周圍環(huán)境的影響。分級機工作部件主要是三個高速轉(zhuǎn)子，當氣固兩相流通過轉(zhuǎn)子間隙由外向內(nèi)運動時，顆粒被強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)部運動，成為產(chǎn)品而由出料口排出。為提高分級機的分級效率，在設(shè)計中采用了二次分散風，其流量可任意調(diào)節(jié)，目的是將粗粉中的細顆粒再次分離。為使氣流在整個分級腔內(nèi)分配均勻，保持分級機工況穩(wěn)定，給風均采用整流裝置。
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：臨界顆粒進入粗粉和細粉的概率相同，由這一點對比發(fā)現(xiàn)，離心轉(zhuǎn)子分級機可以比雷蒙磨分析器能更準確地控制顆粒大小。
用大型分級機來改造雷蒙磨，首先遇到的是大風量的問題。風量的增大與提高產(chǎn)品細度是一對矛盾，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)子保證了在較大風量下，分級機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)品細度進行了標定。雷蒙磨分級器在不同轉(zhuǎn)速時其產(chǎn)品細度如表1：
表1傳統(tǒng)雷蒙磨分析器轉(zhuǎn)速與產(chǎn)品細度的關(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)品細度逐漸增加，-10mm含量也逐漸增加，當分級器轉(zhuǎn)速達到800rpm時，產(chǎn)品中-10 mm含量達到54.92%。再進一步提高分析器轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品的細度影響甚微。各產(chǎn)品中的超細粉的含量大的同時，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粉分離出來，可使其創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟效益，粗粉留在磨內(nèi)繼續(xù)粉磨。
2、系統(tǒng)改造后的流程
將大型分級機替代原雷蒙磨的分析器后，產(chǎn)品的細度將大大提高。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收塵器，并增加一臺小型風機維持除塵器的正常工作。分級機串入雷蒙磨后，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)風量，小風機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)風量與壓力分布
為了明確了解系統(tǒng)運行狀態(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)風量條件下各部位的壓力
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系統(tǒng)風量/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：風機前，P2：風機后，P3：雷蒙磨內(nèi)（分級機前），P4：分級機后的壓力。△P1：風機前后壓差，△P2：分級機前后壓差。 （單位mm水柱）
由上表可以看出：隨著風機壓頭增加，系統(tǒng)風量增加的同時風機前的負壓逐漸增加，強化了風機對雷蒙磨系統(tǒng)的抽吸能力。風機前的壓力是負值，風機后的壓力為較小的正值，由此保證雷蒙磨內(nèi)保持一定的負壓，才能保證系統(tǒng)正常運行。如果發(fā)現(xiàn)風機后正壓過大，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)及時進行調(diào)整使之保持負壓。如果雷蒙磨內(nèi)的負壓過高，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)保持適度負壓。
系統(tǒng)風量增大和風機總壓頭增加，有利于克服串入大型分級機對系統(tǒng)帶來的阻力，使整個系統(tǒng)在串入大型分級機后仍能正常運行，做到產(chǎn)品易于排出，雷蒙磨不易堵塞。由于系繞風量提高，風速增加使分級機的動態(tài)阻力增加，分級機前后的壓差逐漸增大。分級機阻力不到150毫米水柱，達到了大風量、低阻力的分級機設(shè)計原則。
3.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與風量對產(chǎn)品細度的影響
雷蒙磨系統(tǒng)改造的目的是為了生產(chǎn)出超細粉，因此工藝參數(shù)對產(chǎn)品細度得影響是很關(guān)鍵的。在實驗條件下的產(chǎn)品細度情況和產(chǎn)量如表3所示：
表3不同轉(zhuǎn)速條件下產(chǎn)品的細度（D
90，μm）
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系統(tǒng)風量（m3/h） |
分級轉(zhuǎn)子速度（rpm） |
產(chǎn)品1大旋風粉 |
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 |
|
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)風量相同的條件下，產(chǎn)品細度與分級機轉(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。要想得到超細產(chǎn)品，就必須保證分級機在較高的轉(zhuǎn)速下運行。而且要通過轉(zhuǎn)速控制器來使分級機三個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持一致，才能使產(chǎn)品細度的均勻性提高。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，分級機轉(zhuǎn)速過高的狀況下，產(chǎn)品細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)物的精細分級，如果過分地追求高細度，磨機產(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)品細度在325～1000目之間無級可調(diào)。若產(chǎn)品細度定在600目，4R雷蒙磨產(chǎn)量可達到600公斤／小時。
原有大旋風筒收塵器只能用于較粗產(chǎn)品的捕集，且效率也有限。因此部分細產(chǎn)品從大旋風簡頂部排出，經(jīng)風機后又回到雷蒙磨中。為了減小返回磨機的細粉量，在大旋風收塵器后用一級布袋除塵器用于細粉的捕集。
表4不同轉(zhuǎn)速條件下產(chǎn)品的細度（D
95，μm）
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系統(tǒng)風量（m3/h） |
分級轉(zhuǎn)子速度（rpm） |
產(chǎn)品1大旋風粉 |
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為不同風量條件下產(chǎn)品的細度指標。將分級機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速固定在800rpm，調(diào)節(jié)系統(tǒng)風量從10000到16000m
3m，產(chǎn)品的細度隨著風量的加大而變粗。根據(jù)經(jīng)驗，改造后系統(tǒng)的風量應(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。大型超細分級機替代雷蒙磨分析器能使原系統(tǒng)生產(chǎn)800目以上的微細礦粉。新的系統(tǒng)需要重新調(diào)整風量和分級機速，并選用適合于細粉捕集的捕集設(shè)備來回收產(chǎn)品。用雷蒙磨直接生產(chǎn)非金屬礦微細粉體，將使其應(yīng)用范圍大大地擴展。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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