新型臥式超細(xì)攪拌磨機(jī)的研制

新型臥式超細(xì)攪拌磨機(jī)的研制

攪拌機(jī)是一種高效、節(jié)能的超細(xì)粉碎機(jī)。廣泛應(yīng)用于煤炭、化工、醫(yī)藥、食品、陶瓷、顏料等行業(yè)。隨著油價(jià)的不斷升高以及石油資源的消耗加大,煤代油工程發(fā)展迅速,我國的水煤漿生產(chǎn)規(guī)模在不斷擴(kuò)大。球磨機(jī)是生產(chǎn)制備水煤漿的關(guān)鍵設(shè)備,是保證水煤漿質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)水煤漿生產(chǎn)大型化的必要條件,它生產(chǎn)出的超細(xì)煤粒經(jīng)過后序工藝的處理,制備出水煤漿和油煤漿。為了獲得最理想的制漿粒度,必須要求制漿的煤樣粒度達(dá)到微米、亞微米級(jí)。為了適應(yīng)這一需要,目前超細(xì)微粒的工業(yè)化制備和生產(chǎn)被推到首要解決的日程。為此,中國礦業(yè)大學(xué)(北京)研制出了一種最新的水煤漿生產(chǎn)設(shè)備——WJM-80新型臥式超細(xì)攪拌磨機(jī),該機(jī)是采用獨(dú)特的內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、連續(xù)性給料與排料以及濕法磨礦工藝的新型超細(xì)攪拌磨機(jī)。1攪拌磨機(jī)通常攪拌磨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)主要由攪拌裝置、動(dòng)力裝置、筒體、傳動(dòng)裝置及機(jī)架五部分組成。磨機(jī)根據(jù)與地面的關(guān)系分為立式和臥式;根據(jù)攪拌器的不同又分為棒式攪拌磨、盤式攪拌磨和螺旋式攪拌磨等。不同的攪拌裝置可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。攪拌磨機(jī)通過動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)提供的動(dòng)能帶動(dòng)攪拌器旋轉(zhuǎn),研磨介質(zhì)、磨料、攪拌器、筒壁之間產(chǎn)生碰撞、沖擊、剪切和摩擦作用,對(duì)物料進(jìn)行超細(xì)粉碎。攪拌器的半徑和轉(zhuǎn)速與離心力有很大的關(guān)系,一般攪拌磨機(jī)攪拌器外緣線速度大約為10~20m/s。設(shè)計(jì)的攪拌磨采用低轉(zhuǎn)速、線速度小的原則,既可以有效利用能量做有用功,又減小了額外功和無用功,使非有用功能耗降到最小,能量得到最大化利用。攪拌磨機(jī)的磨介一般選用球形介質(zhì),這里選取了直徑2.5mm的軸承鋼鋼球,硬度大于3,從而有效地提高了粉碎效率。2采用低頻旋轉(zhuǎn)研磨法1928年Klein與Szegvari提出攪拌磨機(jī)的基本原理,從而拉開了攪拌磨的序幕,之后眾多企業(yè)和研究單位對(duì)攪拌磨機(jī)開展研究并推廣應(yīng)用。WJM-80新型臥式超細(xì)攪拌磨機(jī)由筒體、組合式攪拌器、傳動(dòng)裝置、動(dòng)力裝置和機(jī)架組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。筒體內(nèi)充滿一定的磨礦介質(zhì),傳動(dòng)裝置在動(dòng)力系統(tǒng)的帶動(dòng)下,帶動(dòng)攪拌軸以低速旋轉(zhuǎn),通過改進(jìn)優(yōu)化攪拌器的結(jié)構(gòu),強(qiáng)制帶動(dòng)介質(zhì)球和物料在筒內(nèi)做無規(guī)則的自由運(yùn)動(dòng),物料在磨礦介質(zhì)的壓力和攪拌器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的擠壓力的綜合作用下被有效粉碎。攪拌器采用傳統(tǒng)的盤式、棒式和螺旋式的組合,包括撥片、螺旋葉片和攪拌棒等,能夠有效利用攪拌系統(tǒng)的綜合作用,解決了跑粗、耗能和產(chǎn)量小等問題。另外,設(shè)計(jì)撥片和葉片的位置與數(shù)量要有一定的方向和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),這樣不僅可以減小啟動(dòng)阻力,也可有效利用能量。攪拌器的設(shè)計(jì)原則是:攪拌器的外徑和筒壁之間應(yīng)保持一定的距離,確保不卡球,有效利用筒壁和其他結(jié)構(gòu)的沖擊作用。撥片和攪拌棒的數(shù)量需考慮到能量輸送頻率、單位時(shí)間磨介的被攪拌次數(shù)、介質(zhì)填充率、功率輸送、給料量、磨礦時(shí)間和結(jié)構(gòu)受力分析等因素。當(dāng)前攪拌磨攪拌器的線速度一般在5~20m/s,選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速,既可有效研磨,生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品,又能節(jié)省能耗,提高生產(chǎn)效率。WJM-80新型臥式超細(xì)攪拌磨機(jī)經(jīng)中試模型試驗(yàn),磨煤產(chǎn)品平均粒度接近10μm,處理能力達(dá)到400kg/h以上,產(chǎn)品濃度為35%左右,能耗40~50kW·h/t。3研磨工程的改進(jìn)3.1工程簡化原則遵循受力相等、輸入能量相等和綜合放大的原則。3.2濕法研磨煤料WJM-80新型臥式大型超細(xì)攪拌磨機(jī)主要針對(duì)水煤漿的制備工藝中濕法磨煤而設(shè)計(jì),具體要求如下:(1)濕法超細(xì)研磨,產(chǎn)品細(xì)度要求≤10μm的最少占50%,濃度35%;(2)處理能力要求達(dá)到最少4t/h;(3)磨損小,能耗低,有效功率利用率高。3.3設(shè)備處理的能力(1)確保磨機(jī)筒體內(nèi)軸向流場分布合理,磨礦區(qū)域能量分布均勻,磨機(jī)筒體受力均勻,減小設(shè)備的振動(dòng)。(2)單位容積處理能力大。(3)粉磨死區(qū)、跑粗現(xiàn)象得到有效解決。(4)單位能耗低,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),安全可靠。4參數(shù)研究新型臥式攪拌磨機(jī)采用直徑為2.5mm的軸承鋼鋼球?yàn)檠心ソ橘|(zhì),原料為寧煤集團(tuán)太西選煤廠純煤。4.1提高研磨劑的速度當(dāng)磨機(jī)的容積一定時(shí),研磨作用所需要的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)量正比于攪拌器轉(zhuǎn)速,增加攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以增加攪拌過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,提高研磨產(chǎn)品的細(xì)度,并增加所需能耗。當(dāng)攪拌器的速度過大時(shí),會(huì)造成磨介和攪拌器的磨損、熱損失和能耗損失等。設(shè)計(jì)的新型攪拌磨機(jī)選用低轉(zhuǎn)速(<4m/s),通過筒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn),利用一定的研磨路徑,不僅可以有效地研磨出合格的產(chǎn)品,還可以降低磨損,減小能耗,使能量得到有效利用。通過2次速度改變得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示。從圖2可以看出,磨機(jī)轉(zhuǎn)速為92r/min時(shí),磨礦效果更佳。4.2測量研磨路徑對(duì)研磨粒徑的影響由以前的經(jīng)驗(yàn)可知,不同形狀、不同容積、不同結(jié)構(gòu)的臥式攪拌磨機(jī)與生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品的粒度及所需能耗都有一定的關(guān)系。所以通過設(shè)計(jì)一定形狀和容積的攪拌磨,可以通過工程放大,得到與模型效果相似或相同的結(jié)果。通過試驗(yàn)可知,臥式攪拌磨機(jī)的筒體長度可以影響礦漿在筒體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡,運(yùn)動(dòng)軌跡不僅可以影響產(chǎn)品的研磨粒度,還影響礦漿研磨時(shí)間。產(chǎn)品粒度隨著研磨路徑的增加而減小,研磨時(shí)間也隨著研磨路徑的增加而增加;另外,磨機(jī)容量增大,也能增加產(chǎn)品的處理量。4.3受拉壓鋼球的壓油在攪拌磨機(jī)的超細(xì)研磨中,研磨介質(zhì)的填充率是研磨的主要參數(shù)。選用的磨介是直徑為2.5mm左右的軸承鋼鋼球,這種鋼球可以承受很大的壓力和摩擦力,具有高而均勻的硬度和耐磨性,以及高的彈性極限。研究表明,產(chǎn)品細(xì)度和能耗隨著填充率的增加而增加,磨介的數(shù)量和在筒體內(nèi)所占的容積成正比,一般攪拌磨的磨介填充率在50%~95%。圖3為試驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)。從圖3可以看出,在處理量要求為5t/h的情況下,填充率85%左右磨礦效果最佳。4.4棒式和螺旋式攪拌磨工藝分類傳統(tǒng)的攪拌磨機(jī)按照攪拌器結(jié)構(gòu)分為盤式、棒式和螺旋式。盤式大部分為臥式攪拌磨;而棒式和螺旋式大部分為立式攪拌磨。根據(jù)工藝又分為干式攪拌磨和濕式攪拌磨兩類。這里研究的是濕式、臥式復(fù)合攪拌器的超細(xì)攪拌磨機(jī),攪拌棒和攪拌撥片的數(shù)目及位置經(jīng)過分析計(jì)算可以確定,它們也是攪拌磨的主要機(jī)械參數(shù)之一。4.5出料、加工過程磨礦礦漿濃度是決定磨機(jī)處理量的重要因素之一。濃度高,磨損小,但礦漿流動(dòng)性能差,容易造成管道堵塞,影響研磨效果;濃度低,黏度小,礦漿流動(dòng)性好,但是處理量降低,出料粒度增大,能耗增大,磨損嚴(yán)重。本試驗(yàn)在85%的磨礦介質(zhì)填充率下,對(duì)3種不同濃度的礦漿研磨效果進(jìn)行對(duì)比分析,從數(shù)據(jù)圖(見圖4)可以看出,濃度40%的磨礦效果最好,粒度分布均勻,在滿足處理量的情況下產(chǎn)品合格率高。4.6研磨法結(jié)果分析給料量是決定磨礦效果和處理量的最重要因素,給料量大,處理量大,但是研磨效果差,產(chǎn)品合格率低;給料量小,處理量小,研磨效果好,產(chǎn)品合格率高。恰當(dāng)?shù)慕o料量不僅決定處理量,在一定程度上還影響產(chǎn)品的粒度,因此,適當(dāng)?shù)慕o料量至關(guān)重要。本試驗(yàn)給料量主要由單桿螺旋給料泵的轉(zhuǎn)速控制,泵的轉(zhuǎn)速在150~200r/min。5純煤磨礦試驗(yàn)中試應(yīng)用結(jié)果該新型臥式攪拌磨機(jī)的半工業(yè)試驗(yàn)是在神華集團(tuán)投資的水煤漿制備中試廠內(nèi)進(jìn)行。采用寧煤太西選煤廠純煤進(jìn)行超細(xì)磨礦試驗(yàn)。其礦漿條件:純煤100kg,水185.7kg,能耗23kW,破碎時(shí)間23′56″,出礦時(shí)間2′10″。入料條件:體積平均粒度D=73.60μm,粒度負(fù)累積50%的粒度D[0,0.5]=52.48μm,給料粒度平均比表面積為0.3246m2/g。濃度35%、填充率85.5%的純煤磨礦試驗(yàn)中試應(yīng)用結(jié)果如表1所列。在工程放大理論原則下,此設(shè)備可根據(jù)不同需求進(jìn)行設(shè)計(jì),從而滿足工業(yè)化需求。6最佳工藝條件的確定從圖2~4各種試驗(yàn)條件下改變參數(shù)的研磨效果曲線能夠清楚地看出,在每個(gè)變量的變化過程中,選擇最佳操作參數(shù),能得到最佳研磨效果。(1)由攪拌磨的轉(zhuǎn)速分析可知,轉(zhuǎn)速92r/min的研磨效果比46r/min的研磨效果好,按照理論計(jì)算,總結(jié)磨機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),110r/min為此磨機(jī)的最佳理論轉(zhuǎn)速。(2)隨著磨機(jī)的筒體變長,同樣條件下研磨細(xì)度增加,處理量變大。(3)填充率在85%左右研磨效果最好。(4)礦漿濃度選取30%、35%和40%,由試驗(yàn)結(jié)果可以看出,高濃度研磨效果最好,35%~40%之間研磨充分,40%容易