CN103056001B - 超高细粉煤灰管磨机应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业粉磨设备的应用方法。1)用调整管磨机转速的方法，改变研磨体在磨内运动的几何轨迹；2)管磨机采用无蓖孔“T”形块组成环形拦料堤坝；3)管磨机衬板设计为波形面衬板；4)研磨体内只采用柱形研磨体，对研磨体级配；5)管磨机筒体两端焊装纯银或紫铜导线直接接入地下。本发明成功的将粉煤灰粉磨到600m²/kg以上比表面积，这样在水泥里面掺入量可以提高到国家标准规定的40％水平，可使水泥工业每年吸纳利用粉煤灰的能力达到5～6亿吨/年的水平，使水泥工业成为电厂固体废弃物资源化最大用户，每年对空减排CO₂达到5亿吨左右的水平。当管磨机降低转速运行时，降低了噪音污染。

Description

超高细粉煤灰管磨机应用方法

技术领域

本发明涉及一种工业粉磨设备的应用方法。 

背景技术

国内外现有工业在对水泥生料、煤粉、矿渣、火山灰，粉煤灰，钢渣，水泥熟料等以及对生产水泥的其他混合材料进行粉磨作业时，只要选用的粉磨设备是工业用球、管磨机，几乎全都是一种通用型。特别是球、管磨机运行的主要参数基本一致。具体体现在以下几个方面： 

1、遵循的工作机理是完全一致的： 

继一八八三年世界上第一台球、管磨机问世后，戴维斯于一九一九年创立了粉磨理论(一直沿用至今)。如图1所示为研磨体运动轨迹。从图中看到，研磨体在磨内随磨筒体旋转提升至35°20′(从C点至A点)以后按照抛物瀑落式运动轨迹向下冲击，产生对物料的粉磨作用从而达到物料被粉磨的效果(ABC段)。在研磨体运动中如图1表示C、A段随磨筒体旋转上升的研磨体占总量的54％。ABC段抛物瀑落式空中飞行的研磨体占总量的46％。 

在这样的运动系统中，研磨体抛物降落时，虽然大研磨体有足够的冲击粉碎功，但极大程度都为点接触，小研磨体虽然群体数量多，接触点多，但冲击功很小。总之，其效率很低。因此，众所周知其球、管磨机的能源利用率极低，只有2～3％的水平，95％以上的能源都转化为热能和声能浪费了。 

2、球、管磨机的转速水平相当： 

国内外现行使用的球、管磨机，根据戴维斯粉磨理论，工艺条件基本上确定为： 

${\mathrm{\γ}}_2=\frac{32}{\sqrt{D}}$ 转/分   (工作转速) 

转/分   (临界转速) 

   (转速率) 

1)临界转速γ_临： 

理论上当磨机转速≥临界转速时，磨内研磨体将随磨筒体一道进行旋转，不再以其它运动形态做各种有用功。而且无论磨机尺寸大小皆为转/分(D为磨内有效直径M)。 

2)工作转速γ₂： 

为了使研磨体获得戴维斯运动几何轨迹所创造的粉磨工艺条件，至今球、管磨机的工作转速为转/分。恰恰磨机转速决定了研磨体运动的几何轨迹，不同的运动轨迹有不同的工艺性能。 

3)转速率： 

所谓转速率是工作转速除以临界转速的百分比即： 

$\frac{32}{\sqrt{D}}\÷\frac{42}{\sqrt{D}}=\frac{32}{42}=0.76=76\%$

由于在实际应用中临界转速和工作转速都是固定的，所以转速率也是固定的，在球、管磨机的涉及和制造及应用中从未见转速率有较大幅度的变化，因为0.76的转速率是将研磨体可以在磨内被带到最高点获得最大冲击粉碎功的保证。 

3、挡料啳(亦称挡球啳)： 

在多仓管磨机的细磨仓中都装有多道扇形大空洞(其空洞尺寸为60×300mm呈辐射状分布)挡料啳。其本意是防止物料在细磨仓中流速过快，尚未粉磨到一定细度就被卸出磨外；同时也防止研磨体大距离移动位置。 

4、磨内现有衬板的设置： 

水泥工业用球、管磨机在球仓使用阶梯衬板，锻仓为波纹衬板。这样的配置准则是正确的，但如何更优化尚有研究的余地。 

5、研磨体级配： 

管磨机在粉磨作业中最适宜的研磨体级配，是很值得研究的课题。它应该根据物料的物理性能、易磨性、粒度大小、粉磨的细度要求等因素进行优化组合配置。国内外学者有很多有益的研究成果。当前普遍是，磨机生产制造厂在供货的同时，提供一套该磨机的配球方案，用于正式生产中。 

综上所述，现有球、管磨机在这样的设备技术水平基础上，对各种物料的粉磨一般只能达到350～400²/kg比表面积的细度水平。虽也能粉磨到400～450m²/kg的水平，但能耗直线上升，极不经济。要求达到450m²/kg以上的比表面积水平就相当困难了。 

试验已经表明电厂粉煤灰当被粉磨到600m²/kg以上比表面积时其活性才能被充分激发出来，才能在水泥中掺入量达到标准规定的水平40％。只有这样才能真正将粉煤灰这一工业废弃物变为水泥生产的宝贵资源。才能实现低碳经济和大环保的战略目标。因此，现有普通球、管磨机是不能担此重任的。 

在上个世纪八十年代一些发达国家在利用磨细矿渣和磨细粉煤灰替代大量水泥熟料生产水泥获得了很大的成功。国内有识之士于上世纪末也做了大量试验证明将粉煤灰磨细至600m²/kg以上比表面积，可以在水泥中实现大掺量。 

在生产水泥的物料中粉煤灰最为特殊，其它物料如：矿渣、火山灰、石膏、钢渣、煤粉，水泥生料和水泥熟料等物料在进行破碎和粉磨后其颗粒形貌皆为多边、多角形态，粉体的内磨擦系数大，容易进行进一步粉磨。 

而粉煤灰是：将原煤磨成煤粉后送入电厂燃煤锅炉内，在1000～1400℃左右的高温中燃烧后以硅、铝为主的剩余物在熔融态受表面张力的收缩作用凝结为球形玻璃体为主。图2是在2000倍电子显微镜下的原灰图形。在亚微观状态有的呈葡萄串状，有的呈大球包裹的球状，其粉体内摩擦系数极小，极易溃散，极易流态化。所以现有球、管磨机只能将粉煤灰最高粉磨到400～450m²/kg的水平。见图2所示，是原灰在2000倍电子显微镜下的构造。突破450m²/kg而达到600m²/kg以上比表面积，现已成为研究机构和高校共同努力实现的课题。 

一项上好的技术，其经济技术效果需要先进的装备予以实现。 

现在做试验的超细设备主要是振动磨。由于震动磨的规模很小，不能连续大工业生产，故障率高，运转率低，是无法担此重任的。 

发明内容

本发明的目的是： 

1、将现行管磨机改造为可以将电厂粉煤灰在低能耗条件下(25～35KWH/T)粉磨到600m²/kg以上比表面积的特种粉磨装备。 

2、将电厂粉煤灰这一工业废弃物变为宝贵资源，实现电厂粉煤灰资源化的伟大目标。 

3、逐步最终实现火电厂无粉煤灰堆场，让现有粉煤灰堆场占用的60万公顷良田逐步解放出来，恢复建设和粮食生产。 

4、将水泥工业对粉煤灰的掺和能力从现有一亿吨/年左右的水平提高到五亿吨/年以上的水平。 

5、进一步扩大超细粉煤灰的应用范围，例如：逐步替代高性能混凝土中对人体极其有害的硅灰的应用等。 

本发明是超高细粉煤灰专用管磨机技术及其应用。管磨机专门粉磨的物料是火电厂的工业废渣(统称工业废弃物)粉煤灰。并将其粉磨到600m²/kg比表面积，可实现在水泥中掺入量达到40％的水平，使粉煤灰在水泥中成为一种新的重要组份。从而将粉煤灰转化为宝贵的财富资源。 

本发明的技术方案是： 

1)用调整管磨机转速的方法，改变研磨体在磨内运动的几何轨迹，从而达到强化研磨功能的作用； 

2)采用无蓖孔“T”形块组成环形堤坝； 

3)衬板设计为波形面衬板； 

4)研磨体只采用柱形研磨体，对研磨体级配； 

5)管磨机筒体两端焊装纯银或紫铜导线直接接入地下。 

发明的效果： 

1、成功的将粉煤灰粉磨到600m²/kg以上比表面积，实际单机电耗≤30HKW/T。这样在水泥里面掺入量可以提高到国家标准规定的40％水平。 

2、使水泥工业每年吸纳利用粉煤灰的能力达到5～6亿吨/年的水平，对粉煤灰的处理和利用可大见成效。使水泥工业成为电厂固体废弃物资源化最大用户。 

3、是水泥工业每年对空减排CO₂达到5亿吨左右的水平。 

4、电厂粉煤灰经机械活化后，其潜在活性被激活，由于粉煤灰自身特性的优点，磨细粉煤灰已成为生产高性能混凝土的重要组份。其自身价值提升每年约500亿元。 

5、当管磨机降低转速运行时，其工作噪音可从120dB(分贝)降低到80～90dB(分贝)的水平，降低了噪音污染。使得现场在距筒体2.5m以内，人与人之间可以对话。 

附图说明

图1所示为研磨体运动轨迹图； 

图2所示是原灰在2000倍电子显微镜下的构造； 

图3所示是管磨机内运动方式图； 

图4所示是管磨机内无蓖孔“T”形拦料堤坝图； 

图5所示波形面衬板图(衬板紧贴磨机筒体)； 

图6为消除静电装置图； 

图7-1为南京工业大学检测定颗粒为粗粉进料研磨检测图表； 

图7-2为南京工业大学检测定颗粒为细粉出料研磨检测图表。 

图中：1管磨机筒体，2拦料堤坝，3波形面衬板，4导线，5紫铜环，6支架。 

具体实施方式

本发明涉及一种粉磨设备以及其应用方法。其应用方法是： 

1)用调整管磨机转速的方法，改变研磨体在磨内运动的几何轨迹，从而达到强化研磨功能的作用： 

将转速率φ的范围确定在0.55～0.80之间。则转速为：转/分。 

a、在研磨体填充系数降低时，磨机提高转速运行： 

研磨体填充系数降低时，在磨内的提升高度降低，虽有利于滑落研磨，但下降到一定程度以后这种滑落研磨将显得有气无力，为了强化翻滚滑落烈度，此时磨机提高转速运行，有助于改善运动状态。 

b、在研磨体填充系数提高时，磨机减速运行： 

研磨体填充系数提高，势必提升高度增加，其运动轨迹向抛物瀑落式运动转化，粉碎能力增加，研磨能力下降，不利于粉煤灰的超细粉磨。 

c、反之磨机提高转速时对应降低填充系数。磨机降低转速时，提高研磨体填充系 数 

填充系数设定为：0.20～0.35。 

由于电厂粉煤灰原煤产地不同，同一煤矿由于矿层不同，电厂制备煤粉细度不同及各电厂燃烧温度差异，产生的粉煤灰颗粒形貌、粒径有很大差异，加上粉煤灰化学成分变化很大，如CaO从0-15％，Fe₂O₃从0-13.5％，产生的玻璃体及矿物含量等也不等，粉煤灰属不均质矿物，在粉磨过程中所需能量有差异，拉起的角度也有差异等，如用均质体有关磨机计算公式，把磨机固定转速和填充系数，对不同粉煤灰磨机就较难适应。为了解决不均匀性的特点，磨机采用调速的办法，调整转速，实现产质量最优化。为适应粉煤灰的特点，本发明采用对应数据不固定，用磨机调速来适应粉煤灰的变化。 

本发明管磨机采用柱形研磨体，以调速方法进行主传动，来改变管磨机内研磨体以抛物瀑落式运动为翻滚滑落式运动，这样大幅度减少运动中空中飞行的比例量，拉近研磨体之间的距离，增强柱形研磨体相互之间滚、搓、滑等运动的作用，不但增强了研磨功能，而且提高了能源利用率，使之从瀑落冲击粉碎作用为主的粉磨方式转变为滑落研磨作用为主的粉磨方式。这种粉磨方式是将粉煤灰粉磨到600m²/kg以上比表面积关键的技术之一。 

2)拦料堤坝： 

为了克服溃散性和流态化性能极强的粉煤灰在磨内快速流动，“逃避”粉磨的现象。必须在磨内分段构筑一定数量的拦料坝，亦称留料坝。图4所示磨机内无蓖孔“T”形拦料堤坝图。 

本发明采用无蓖孔“T”形块组成环形的拦料堤坝2，拦料堤坝2数量为2～4道。 

拦料堤坝2的高度H＝(0.2～0.25)D，其中D为管磨机筒体1有效直径(m)。 

以此阻断料流使之在磨内各长度带具有最适宜的停留时间，受到最适宜的高效研磨作用。只有这样才能真正碾碎粉煤灰葡萄串状和大小球包裹状亚微观结构，极大限度的激发出自身的活性，创造可将粉煤灰粉磨到600m²/kg以上比表面积的机械装备条件。 

3)适宜曲率半径的波形面衬板： 

由于社会上普通管磨机的小波纹衬板圆弧半径五花八门，我们将衬板设计为波形面衬板3，波形面曲率半径R_波等于最大钢锻直径(mm)(参见图5所示)。这样不但有更好的研磨拉入角条件，而且依靠研磨体层的质量在衬板波形面上跳跃式滚碾，产生较强的研磨作用，获得优质、高产的超细粉磨效果。 

在Φ1.5×6.2m及Φ3.2×13m磨机上使用后效果良好，达到预期的效果。 

4)研磨体级配： 

粉煤灰专用管磨机的研磨体级配的确定与粉煤灰的物性和原灰粒径有密不可分的关系。首先应确定最大研磨体粒径，这是级配的灵魂。 

由于粉煤灰的原始状态就已经很细，一般其比表面积就已经达到250～400m²/kg的水平，所以对粉煤灰的粉磨不用球形研磨体(钢球)，只用柱形研磨体(钢锻)。 

各规格的配量原则上均等。运行一段时间后根据全磨的筛析曲线进行调整。同时，我们通过多年研究、实验、生产实践表明，由于各地粉煤灰理化性能差异较大，最后应通过对粉煤灰磨细加工试验后才能确定最佳缎径。 

a、本发明多次试验证明确定最大锻径与在电子显微镜下测出的粉煤灰中最大颗粒度的关系如下： 

最大研磨体锻径

式中Fe为粉煤灰中最大颗粒粒度mm 

b、最小研磨体锻径mm的确定： 

最小研磨体锻径的确定是根据对粉磨产品细度的要求确定的，比表面积要求越高配入的最小锻径愈小，一般为φ18×18～φ8×8mm。 

c、其它规格锻径确定的原则： 

最大和最小研磨体锻径mm确定后，因为粉磨是一个连续作业的过程。因此，其它规格研磨体的配置也应要求连续不断档。 

对于最大和最小研磨体锻径的确定：根据最大研磨体锻径计算出最大锻径，在粉磨过程中确定最大锻径是关键，最大锻径确定后，按产品(钢锻制造厂)规格选购即可。我国与欧美日等国规格基本相同，即最小研磨体φ18×18，φ16×16，φ14×14，φ12×12，φ10×10或φ8×8mm。如果磨细灰仅要求600m²/kg时最小锻径选用φ8×8即可，各规格数量基本相等，装研磨体时大规格放在磨头，小规格放在磨尾，总数据磨机要求装载量定，因最大锻径为本发明多年积累经验中引成，其他在一般粉磨专著中有论述，因而在本发明中没有叙述。 

5)简易、可行且可靠的静电消除法： 

将粉煤灰粉磨到600m²/kg以上比表面积时，粉体的特征粒径已达8～10um(所谓特征粒径是指：粉体可以50％通过的筛孔尺寸um)。若生产超细粉煤灰微粒时，此时大量新生表面产生静电电荷。 

由于管磨机筒体是在绝缘甚好的充分润滑的滑动轴承上旋转，其电荷无法被接地释放。而磨内粉体物料表面不断聚集大量电荷，致使研磨体和衬板表面吸附一层粉料，造成糊锻，糊板现象，从而粉磨效率大大降低，直至无法粉磨。严重影响产质量指标。 

有效消除粉磨静电的技术手段是粉煤灰获得超高细粉磨的重要保证。目前国内外尚未有有效措施。 

参见图6，本发明是在管磨机筒体1两端焊装φ10～15mm纯银或紫铜导线4直接接入地下，这样实现粉磨静电电荷的即时释放，保证粉煤灰的超细粉磨作业的顺利进行。 

在管磨机筒体1两端处各焊接有8～12根径向的支架6，它们均匀排列在端口处同一圆周上。在支架6的最外端再焊接紫铜环5。支架6和紫铜环5不但使管磨机安全牢固，而且进一步增加了管磨机的消除静电性能， 

综上所述，本发明的技术内涵，构成了粉煤灰专用管磨机能对粉煤灰进行超高细粉 磨的技术保证。 

本发明的相关说明： 

1)转速问题： 

迄今为止，国内外所有的球、管磨机采用的磨机转速大部分是转/分。转速率都在76％左右。而且钢球和钢锻都是同磨多仓使用，球仓在前，锻仓在后。 

的转速追求的是所有研磨体部分球、锻在随磨筒体旋转时可以带到最大高度，使整个研磨体层具有最大功能以抛物瀑落式运动轨迹冲向被粉磨物料，达到粉磨的效果。 

在这样的工序中钢球的粉碎作用尚可，因为钢球的质量比较大(100～400克)，对付的物料是较大的颗粒。而后仓的钢锻由于质量小(3～160克)即使有很大的提升高度，抛物瀑落式运动冲向小粒状物料其粉碎作用是极其有限的。 

冲击粉碎物料不是钢锻的优势，其优势在于适当的提升高度形成的翻滚滑落式运动产生的滚动、搓动、滑动所形成的研磨作用，才能充分发挥钢锻的粉磨效能。 

粉煤灰的原始粒度是很小的，完全可以不用球形研磨体(钢球)。在单一形状研磨体的管磨机中改变磨机转速实现改变研磨体运动轨迹。 

球形研磨体(钢球)、和柱形研磨体(钢锻)运动几何轨迹不一样，工作机理不同。由于电厂粉煤灰因原煤产地、磨细情况、锅炉型号不同，形成的粉煤灰形貌差异很大，磨机调速能更好适应这些变化，生产出优质超高细粉煤灰。 

本发明就是采用改变研磨机转速的方法，为柱形研磨体(钢锻)创造一个具有最佳研磨功能的翻滚滑落式轨迹运动，从而实现对粉煤灰超高细粉磨。 

本发明的试验证明，粉煤灰专用管磨机可以调速传动，主参数优先选用如下： 

填充系数：   30％ 

转    速：   转/分 

转速率：     64.29％ 

在此条件下运行，可以得到理想的研磨功能，而且比节电，根据生产用不同转速测得节电效果约15％。由于磨内研磨体提升高度降低，管磨机运行工作噪音可以从现行的120dB，下降到80～90dB。也降低了工作场所的噪音污染。 

2)拦料堤坝的设计： 

现有管磨机的档球啳(又称挡料啳)在锻仓中都有大数量的安装使用，一般都有4～8道，该啳的扇形面上都开有大型孔洞。但是，至今却无人怀疑过它的真正功能，殊不知，实际上料、锻在仓内挡球啳大型孔洞存在条件下都可随时快速串通一气。可以肯定 的说，对流动性好的物料是很难挡住的。 

本发明是逆向思维，将其无孔无洞处理，给予适当高度的修正，赋予它拦料堤坝的功能，作为粉煤灰专用磨上最重要的拦料坝构件，发挥其阻拦料流快速流串的作用。 

3)本发明在衬板波形的合理匹配，科学合理的研磨体级配，以及消除静电的技巧等都是无先例而切实可行的，它们之间都相辅相成，缺一不可。 

本发明效果试验数据如下： 

(1)2003年3月1日在Φ1.5×6.2m超细粉煤灰磨上的试验 

其中2003年10月15日南京工业大学的检测结果为： 

(2)2011年2月26日在Φ3.2×13m超细粉煤灰磨上的试验结果 

工厂实际生产中不同喂料量的45um筛筛余： 

根据与南京工业大学颗粒级配数据对比，45um筛筛余3～5％时其 

d(0.5) 为 8um 

d(0.9) 为 28um 

比表面积：≥600m²/kg 。

Claims (3)

1.一种超高细粉煤灰管磨机应用方法，其步骤为：

1)根据研磨体填充系数的大小，调整管磨机转速；在研磨体填充系数降低时，磨机提高转速运行；在研磨体填充系数提高时，磨机减速运行；反之磨机提高转速时对应降低填充系数；磨机降低转速时，提高研磨体填充系数；填充系数设定为：0.20～0.35，转速率的范围确定在0.55～0.80之间，则转速为：转/分；用调整管磨机转速的方法，改变研磨体在磨内运动的几何轨迹，从而达到强化研磨功能的作用；其中，D为磨内有效直径；

2)管磨机采用无蓖孔“T”形块组成环形拦料堤坝；无蓖孔“T”形块组成环形拦料堤坝数量为2～4道，拦料堤坝的高度H＝(0.2～0.25)D；其中，D为管磨机筒体有效直径；

3)管磨机衬板设计为波形面衬板；波形面曲率半径R_波等于最大钢锻直径；

4)研磨体只采用柱形研磨体，对研磨体级配；最大研磨体锻径其中Fe为粉煤灰中最大颗粒粒度；最小研磨体锻径的确定是根据对粉磨产品细度的要求确定的，比表面积要求越高配入的最小锻径愈小，为φ18×18，φ16×16，φ14×14，φ12×12，φ10×10或φ8×8mm；

5)管磨机筒体两端焊装纯银或紫铜导线直接接入地下。

2.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于：装研磨体时大规格放在磨头，小规格放在磨尾。

3.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于：在管磨机筒体两端处各焊接有8～12根径向的支架，它们均匀排列在端口处同一圆周上；在支架的最外端再焊接紫铜环。