1 石英微粉簡介
(中國粉體技術網/班建偉)石英粉(同石英砂)又稱硅微粉。 石英砂是一種堅硬、耐磨、化學性能穩定的硅酸鹽礦物,其主要礦物成分是SiO2,石英砂的顏色為乳白色、或無色半透明狀,硬度7,性脆無解理,貝殼狀斷口,油脂光澤,密度為2.65,堆積密度(20~200 目為1.5),其化學、熱學和機械性能具有明顯的異向性,不溶于酸,微溶于KOH 溶液,熔點1650℃。 從礦山開采出的石英石經加工后,一般細度在120 目以上(小于120 目)的產品稱石英砂,超過120 目的產品稱為石英粉。
高品質的石英微粉作為一種基礎工業原料在玻璃、玻璃纖維、 陶瓷及耐火材料、冶金、建筑、化工、鑄造、研磨材料、電子、光纖等行業得到廣泛應用。
2 石英微粉加工中粉磨設備的使用現狀
從石英砂變成高品質的石英微粉是一個艱難的過程,目前國內粉磨石英的主要設備為雷蒙磨和棒磨機,用雷蒙磨粉磨時產量只有1 噸左右,效率低、能耗高、產品粒度難于控制。用棒磨機時以上各項參數還不如雷蒙磨。另外一個問題是:隨著微粉中細度的增高,含鐵量也在增高,特別是棒磨機由于存在耐磨材料之間自身的無效碰撞,造成含鐵量巨高,并且雷蒙磨的耐磨材料采用高錳鋼材質,高錳鋼屬于弱磁性,在這種情況下,很難去其中的機械鐵(石英粉中含有的鐵屬于有害雜質,這一行業對此有相關的要求,詳見表1)。如何大幅度提高石英微粉磨的產能的同時又降低其中鐵的含量,節能降耗是成為這一行業大規模生產必須要解決的技術難題。
3 立磨的簡介和在石英微粉制粉行業的特殊適用性
針對上述問題,我們研制開發的LM 型立式磨有可能為大量粉磨石英降低單位產品能耗提供幫助。LM型立式磨是黎明重工在廣泛吸收國外先進技術,總結國內外立式磨應用經驗的基礎上研發出的一種烘干兼粉磨的高效節能設備。它既有萊歇磨可翻輥檢修的優點,又具有MPS 磨輥套可翻面使用、壽命長的特點,集細碎、烘干、粉磨、選粉、輸送為一體,具有粉磨效率高、電耗低、烘干能力大、產品細度易于調節、工藝流程簡單、占地面積小、噪音低、無粉塵污染、磨耗低、檢修方便、運行可靠等優點。
3.1 立磨的簡介
(1)LM 型立磨的結構立式磨基本有減速機、機體、磨輥磨盤、分離器、傳動臂、機架、液壓缸、限位器等幾部分組成。設備結構詳見圖1。
(2)LM 型立磨的工作原理
主電機通過減速機帶動磨盤轉動,同時熱風從進風口進入立磨機體內,物料從下料口落在磨盤中央,在離心力的作用下,物料從磨盤中央向邊緣均勻移動,經過磨盤上的粉磨輥道區域時,受到磨輥的碾壓,大塊物料直接被壓碎,細粒物料受擠壓后形成料床進行粒間粉碎。被粉碎的物料繼續向磨盤邊緣移動,直到被風環處的強氣流帶走,而較大的顆粒物料又重新掉落到磨盤上繼續粉碎,氣流中的物料經過上部的分離器時,在轉子葉片的作用下,粗顆粒重新回到磨盤上粉磨,合格的細粉隨氣流一起出磨,被系統的集粉器收集,被收集到的粉料即為立磨磨出的產品?;烊胛锪系蔫F塊等雜物隨物料運動到磨盤邊緣時,由于自身重量大而不能被風吹起,跌落至磨機下腔被安裝在磨盤底部的刮料板刮入排渣口排出機外。
(3 )技術參數(以LM170 型為例)
粉磨物料: 石英;磨盤中徑: 1700mm;磨輥直徑:1400mm;寬度:460mm;磨輥數量: 2 個;傳動功率:400kW;保證產量:10~15t/h;產品細度:100 目100% 通過,200目99% 通過,325 目(45 μ m)99.9%通過。
3.2 石英微粉制粉的特殊適用性和針對這一問題做的設計
(1)動力系統
立磨的動力系統是指磨盤、主減速機、主電動機等三大部分,磨盤的轉速將是我們設計的重點之一。立式磨采用料床粉磨原理粉磨物料,是由磨輥多次滾壓和磨削落在磨盤上的物料,磨盤轉動的同時,物料受離心力的作用而外移,磨盤的轉速決定了物料在磨盤上的運動速度和停留時間,磨盤轉動愈快,物料外移的速度也愈快,難磨的物料可能因尚未磨到合理的細度而移送出磨盤外,從而使產品達不到要求的細度和粉磨效率低下;反之,過粉磨也會使粉磨效率低下。磨盤轉速不同亦同樣會造成磨盤上物料間相互磨擦力和運動軌跡的不相同。要提高粉磨產品的細度和磨機的粉磨效率,磨盤轉速必須和物料的被粉磨速度相平衡和匹配,因此不同的磨機結構和粉磨不同的物料的磨機磨盤轉速是不相同的。
礦渣和石英在化學成分及易磨功指數上相差不大,都在20~25kW/t范圍內,石英微粉的成品細度要比礦渣要求略高。因此我們設計的石英立式磨的K 值也要象磨礦渣那樣采用比生料磨的K值小20%,石英立磨的磨盤轉速比同類型同規格的生料磨要低20%左右,確定用于這類物料在此細度要求的情況下,磨盤轉速為38 轉/ 分。
( 2 ) 磨盤襯板和磨輥輥套的設計
石英超細粉磨時磨盤上物料中含有很細的1 μm~40μm微細顆粒,生產時由于氣流原因導致料床的物料充滿了大量氣體,即料床已有流態化的趨勢,容易使立磨不能有效地嚙入大量的顆粒群, 造成輥輪的滑動或輥前堆積。
石英立磨的磨輥采用輪胎型,磨盤襯板采用碗型,一方面是為了避免磨輥工作面的邊緣磨損效應,可翻面再使用,延長了使用壽命,輪胎型磨輥的弧面趨于陡,利用鼓輥-碗盤結構自行排氣,實現單輥自行準備料床的原理控制料床減少振動。磨輥內側, 輥盤間隙大, 形成料床準備區, 料床松散,磨輥外側,輥盤間隙小, 料床進一步密實,形成高效粉磨區。在整個粉磨過程中, 即使成品比表面積很大, 也能做到平穩操作,振動小。
另一方面磨盤邊緣上具有一定高度的擋料環結構,它可以有效地阻滯物料,降低磨盤上物料的運動速度,達到磨機穩定運行。磨輥與襯板合理配合如圖2。
解決此問題, 一方面要求磨盤上的物料在在進入碾磨區域前必須進行部分排氣, 從而使磨輥、磨盤可較順利有效的碾磨物料。
石英微粉的應用行業對微粉的含鐵量有著嚴格的要求,因此立式磨磨輥、磨盤上的耐磨材料均均采用高鉻鑄鐵。高鉻鑄鐵是世界范圍內幾乎是鋼鐵材料中最耐磨的材料之一,而且其經濟性也是相當好的,因此在重工、立磨行業中有著廣泛的應用。而且這種材料不像雷蒙磨所用的高錳鋼那是弱磁性的,相反因磨損混入石英微粉中的高鉻鑄鐵很容易被磁鐵吸引,這樣即便微粉中有少量的機械鐵也很方便除掉。
由以上原理可知,立磨在工作時粉磨區域根本沒有耐磨件的直接接觸,物料和耐磨件之間屬于滾動摩擦,因此其粉磨的鐵耗是相當的小的。立磨應用到水泥生料的粉磨情況下,行業內公認的對磨輥輥套及磨盤襯板的磨耗數據為5~6g/t。根據我公司在粉磨行業多年的經驗,理論上粉磨石英微粉的磨耗將在50~60g/t 之間,我們LM170 耐磨件的總質量在6500Kg 左右,一般情況下耐磨件在磨損了重量的1/3 后就不宜再使用了,用以上數據計算一套耐磨件可以磨這種石英微粉的總量為39400 噸,預計壽命在3800小時左右。不難根據以上數據進行含鐵量計算,結果為0.006%,假設磨機系統摩擦的鐵耗為粉磨的兩倍為0.012(實際上是不可能達到兩倍的),計算其總鐵耗也不會超過0.02%,這一結果是相當可觀的,因此耐磨件的實際使用壽命就成了驗證這一設計的關鍵。
( 3 ) 分離器的新結構
分離器的主要功能是將合格的物料及時分離出來。傳統磨機生產200目以下較粗的石英粉的時候,所用的是普通的動態選粉機,這種選粉機雖然效率比較高,但是不適合更細的石英微粉產品的分級。我們認真仔細地研究分析了當今先進的高效組合式選粉機,如LV 選粉機、O-sepa選粉機、SLS 選粉機等,結合我公司多年超細微粉磨的設計生產經驗,最終設計出適合石英立式磨分離器(動靜態組合式選粉機),重點考慮選粉區域部分以及顆粒運動的控制,調整了動態轉子與導向葉片的間距、動態轉子轉速、導向葉片片數和幾何尺寸、并且對轉子采用氣密封結構,能有效地避免大顆粒進入成品,從而降低循環負荷,提高研磨效率。物料在分離器中分離示意見圖4 和圖5。
4 工藝系統和運行效果
4.1 工藝流程
石英粉磨工藝系統流程如圖6,簡述如下:經過破碎的粒狀石英儲存在原料倉中,倉下裝有閥門,經斗式提升機提到工藝系統需要的高度后落到皮機上,經最終除鐵后,落入中間料倉,在料倉下部與封閉式定量給料機封閉相連接。且封閉是定量給料機與立磨也是封閉式連接,這樣中間料倉中的物料,就很好的起到了鎖風的介質。封閉式定量給料機具有皮帶秤、輸送物料、配合鎖風、定量給料的四大功能,在封閉式定盤的壽命。收塵器收集的石英粉成品經輸送裝置送入石英粉倉,以備使用。
4.2 運行效果
第一臺LM170 石英立式磨安裝完畢后,經過了設備試運行,系統配套設備調整及系統參數調整后順利投產,設備運行初期,系統平穩正常運行,產量穩定在10t/h 以上,系統平均電耗低于65kWh/t,其余參數,均在設計范圍之內,產品機械鐵容易除去,含鐵量符合客戶的需方要求。后期經反饋,耐磨件的壽命平均在3000~3500 小時之間。
5 結論
LM170 石英立式細磨的運行效果說明,與雷蒙磨相比,單機生產能力提高了10 倍,滿足了需要石英微粉行業大規模工業化生產的需要,同時,單位產品能降和設備消耗比雷蒙磨粉磨系統降低40% 以上。立磨用于粉磨硬度較高、細度較高的石英微粉尚且有這么好的適應性,相信必將促進其它種類非金屬礦生產企業迅速提高企業規模,并且實現低碳排放。
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