水泥生產(chǎn)能量消耗大，生料、煤和熟料3個(gè)粉磨工序的電耗約占水泥廠總電耗的70%~72%，所以降低水泥生產(chǎn)電耗的關(guān)鍵在于降低粉磨電耗。普通球磨機(jī)由于存在臨界轉(zhuǎn)速的限制，使得水泥粉磨能量利用率很低。臥式行星球磨機(jī)是一種新的粉磨設(shè)備，因?yàn)樾行切��?yīng)，鋼球可獲得其自身重力幾倍甚至幾十倍的離心力，而且磨機(jī)在工作時(shí)物料重力參與粉磨，同時(shí)也避免了物料結(jié)底現(xiàn)象，充分利用磨筒內(nèi)表面積。顏景平等對行星球磨機(jī)進(jìn)行大量的理論研究，得出磨筒轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的80%、填球率在0.4~0,5時(shí)粉磨效率最高等。國外學(xué)者通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，研究了立式行星球磨機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對研磨體的影響以及沖擊能與行星磨放大系數(shù)的關(guān)系，得到增大公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、公轉(zhuǎn)直徑可提高立式行星球磨機(jī)中鋼球的沖擊能等結(jié)論。臥式行星球磨機(jī)用于水泥熟料粉磨還在試驗(yàn)研究階段，得到臥式行星球磨機(jī)在公轉(zhuǎn)離心加速度為14G時(shí)，對水泥熟料的粉磨效果最好；在此離心加速度下，粉磨5 min后熟料成品產(chǎn)率達(dá)到最優(yōu)值等。
    球磨機(jī)磨筒內(nèi)部安裝襯板不但可以保護(hù)簡體，增強(qiáng)筒體剛度，延長磨筒使用壽命，而且筒內(nèi)研磨體會(huì)自動(dòng)進(jìn)行分級，實(shí)現(xiàn)不同直徑的研磨體粉磨對應(yīng)粒徑的物料，發(fā)揮研磨體最大的破碎、粉磨作用。最重要的是傳遞能量，使鋼球獲得“圓弧一拋物線”式的運(yùn)動(dòng)軌跡，增加鋼球沖擊能、提高粉磨效率。本文中在臥式行星球磨機(jī)上研究了襯板厚度對水泥熟料粉磨的影響，并在3mm厚度襯板條件下研究了粉磨時(shí)間、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比對水泥熟料粉磨的影響，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)原料
    原料是密度為3.128 g/cm3的水泥熟料，表1為其化學(xué)組成。經(jīng)振動(dòng)篩篩分10 min，選擇粒度為4～5 mm的熟料用于粉磨實(shí)驗(yàn)。同時(shí)把粉磨后粒徑80um(過190目篩)以下熟料定義為成品粉體，為方便作圖分析，把190目下的篩子孔徑設(shè)為0。
1.2主要設(shè)備
    圖1為試驗(yàn)所用的臥式行星球磨機(jī)。自轉(zhuǎn)電機(jī)與公轉(zhuǎn)電機(jī)分別控制磨機(jī)的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，控制過程通過變頻器實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)所用襯板為碳鋼平襯板，與磨筒的聯(lián)接方式為無螺栓聯(lián)接即襯板鑲嵌在磨筒內(nèi)部，襯板厚度分別為3、5、7mm。
1.3實(shí)驗(yàn)方法
    實(shí)驗(yàn)是在固定的自轉(zhuǎn)半徑、公轉(zhuǎn)半徑下進(jìn)行：自轉(zhuǎn)半徑44.5 mm，公轉(zhuǎn)半徑140 mm。所用研磨體是密度為7.78g/cm3的鋼質(zhì)磨球，級配為：直徑20 mm球5個(gè)、直徑10 mm球12個(gè)、直徑5 mm球12個(gè)，每只磨簡裝水泥熟料150 g，粉磨時(shí)間為5 min。粉磨后粉體經(jīng)振動(dòng)篩篩分，篩分后用天平稱量并逐一計(jì)算篩上累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300 r/nun、自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比為2.5下粉磨后熟料通過吸附法測定其比表面積。
2、結(jié)果與討論
2.1襯板對熟料粉磨的影響
    圖2是使用不同厚度襯板時(shí)熟料粉磨后所得樣品的篩上累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線。設(shè)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300 r/min(離心加速度為14G)、自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比為2.5、粉磨5 min。從圖中可以看出：使用3mm厚度襯板時(shí)，粒徑大于200um的顆粒含量最少，孔徑為80um即190目篩上累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小。使用5、7 mm厚度襯板粉磨后熟料篩上累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本一致。
    表2為粉磨時(shí)使用不同厚度襯板對應(yīng)成品粉體產(chǎn)率與比表面積。由表中成品粉體產(chǎn)率大小可知：3 mm厚度襯板對水泥熟料粉磨是最有利的，迸一步增加襯板厚度對粉磨不利。使用襯板可以顯著提高粉磨后熟料的比表面積，其中3 mm厚度襯板的作用最為明顯。而5、7 mm厚度襯板對熟料粉磨后的比表面積影響幾乎是相同的。由于3 mm厚度襯板對鋼球有顯著的帶動(dòng)作用，它使鋼球獲得比較理想的拋落軌跡，導(dǎo)致球與球、球與熟料、球與筒壁之間的撞擊強(qiáng)度、頻率變大，因此熟料容易磨細(xì)，粉磨后熟料比表面積增大，成品粉體產(chǎn)率相應(yīng)提高。繼續(xù)增加襯板厚度對粉磨不利，因?yàn)樵诠潭ǖ淖赞D(zhuǎn)半徑下，襯板厚度過大，鋼球運(yùn)動(dòng)空間相對變小，導(dǎo)致鋼球勢能與拋落動(dòng)能變小，最終引起粉磨效率下降。所以3 mm厚度襯板對實(shí)驗(yàn)所用臥式行星球磨機(jī)粉磨水泥熟料是最有利的。
2.2時(shí)間對水泥熟料粉磨的影響（襯板厚度3mm)
    圖3、4為在公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速300 r/min、自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比2.5條件下粉磨時(shí)間對水泥熟料粉磨效果的影響。從圖3可以看出：隨著粉磨時(shí)間的增加，粒徑大于80um的顆粒逐漸減少，且粉磨時(shí)間在1~5.min時(shí)產(chǎn)生突變，粉磨時(shí)間大于5 min后，臥式行星磨粉磨能力開始下降，此時(shí)粒徑大于100um的顆粒含量幾乎不變。由圖4可知：成品粉體產(chǎn)率隨粉磨時(shí)間的增加而增加，在粉磨1～5 min內(nèi)尤為明顯，粉磨5min成品粉體后產(chǎn)率已達(dá)66.62%。粉磨時(shí)間超過5min，產(chǎn)率增速明顯下降。
    使用3 mm厚度襯板時(shí)，粉磨3 min已達(dá)實(shí)際生產(chǎn)要求，此時(shí)成品粉體產(chǎn)率為52.53%。同時(shí)水泥熟料存在最佳粉磨時(shí)間，實(shí)驗(yàn)所用熟料粉磨5 min效果最好，進(jìn)一步延長粉磨時(shí)間會(huì)造成不必要的能量浪費(fèi)，因?yàn)殡S著粉磨時(shí)間的延長，磨筒內(nèi)細(xì)粉含量逐漸增加，細(xì)粉越多它對鋼球的緩沖作用越強(qiáng)，使得鋼球?qū)κ炝系臎_擊力下降，導(dǎo)致粉磨效率降低。連續(xù)進(jìn)出料時(shí)，若能及時(shí)把成品粉體運(yùn)出，不但可以有效避免糊球現(xiàn)象，還可以大大提高臥式行星球磨機(jī)粉磨能力。
2.3公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速對水泥熟料粉磨的影響（襯板厚度3mm）
    圖5、6分別為設(shè)定自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比為2.5時(shí)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速對水泥熟料粉磨效果的影響。從圖5可見：隨著公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的增加，粒徑大于100um的顆粒逐漸減少，當(dāng)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加至300 r/min后，粉磨已趨近極限，此時(shí)粉體篩上累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)幾乎不變。從圖6中可知：成品粉體產(chǎn)率隨著公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的增加而增加，這一增長趨勢在150—300 r/min之間尤為明顯，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到300 r/min后增速開始變緩。
    使用3 mm厚度襯板時(shí)，增加公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速即增加離心加速度能顯著提高臥式行星球磨機(jī)的粉磨能力。當(dāng)離心加速度增大到一定值之后，在進(jìn)一步增加其大小對粉磨效率的影響不是很大。因?yàn)楫?dāng)離心加速度達(dá)到一定值之后，鋼球的沖擊力已完全可以滿足熟料破碎、粉磨的要求，進(jìn)一步增加沖擊力只會(huì)導(dǎo)致不必要的能量浪費(fèi)。對于本實(shí)驗(yàn)所用熟料，當(dāng)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300 r/min即離心加速度為14G時(shí)，粉磨最好，進(jìn)一步增加離心加速度對成品粉體產(chǎn)率影響不是很大。
2.4轉(zhuǎn)速比對水泥熟料粉磨的影響（襯板厚度3 mm）
圖7、8分別為設(shè)定公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為250 r/min時(shí)，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比對水泥熟料粉磨效果的影響。從圖7可以看出：隨著自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比的增加，總的趨勢是粉碎成品中粒徑大于200um的顆粒逐漸減少，而且在轉(zhuǎn)速比由l增加到1.5時(shí)產(chǎn)生突變，轉(zhuǎn)速比大于3.0時(shí)，臥式行星球磨機(jī)的粉磨能力又開始下降，即粉磨后成品中大顆粒變多。圖8是轉(zhuǎn)速比對水泥熟料粉體成品產(chǎn)率的影響規(guī)律。從圖中可以看出：自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比為3.0左右時(shí)，成品粉體產(chǎn)率最高。
    使用3咖厚度襯板時(shí)，增加自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比即增加自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速能顯著提高臥式行星球磨機(jī)的粉磨能力。因?yàn)樽赞D(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加，磨筒傳遞給鋼球的動(dòng)能變大，鋼球發(fā)生碰撞時(shí)的沖擊力與撞擊頻率顯著增加，對熟料的撞擊與摩擦作用變強(qiáng)，致使粉磨效率提高。但不能一味地增加自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比，鋼球存在臨界自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，當(dāng)自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界值時(shí)，鋼球發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，失去對物料的粉磨作用。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為250 r/min，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比在3.0左右時(shí)，鋼球可能出現(xiàn)離心現(xiàn)象。
2.5影響粉磨結(jié)果的原因分析
    圖9為設(shè)定公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300 r/min，采用不同襯板時(shí)轉(zhuǎn)速比對水泥熟料粉磨的影響�？梢钥闯觯嚎傏厔菔浅善贩垠w產(chǎn)率隨著轉(zhuǎn)速比的增加而增高。隨著轉(zhuǎn)速比的增加，不加襯板，加3、5、7 mm分別在自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比為3.0、2.5、2．O、2.0時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，產(chǎn)率開始下降，襯板越厚，下降趨勢越明顯；使用襯板可以顯著提高成品粉體產(chǎn)率，3 mm厚度襯板的促進(jìn)作用尤為顯著。轉(zhuǎn)速比在1.5～3.0之間時(shí)，同一轉(zhuǎn)速比下使用3 mm厚度襯板時(shí)的成品粉體產(chǎn)率總是最大，轉(zhuǎn)速比在2.5時(shí)出最大值，為66.62%。
    綜上所述，影響水泥熟料粉磨效果的因素不但有襯板厚度、粉磨時(shí)間、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，還包括自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比。公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300 r/min時(shí)，不加襯板、使用3、5、7 mm厚度襯板時(shí)成品粉體產(chǎn)率分別在自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比為3.0、2.5、2.0、2.0開始下降，這說明當(dāng)轉(zhuǎn)速比大于此值時(shí)，筒內(nèi)鋼球可能開始發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)。臥式行星球磨機(jī)工作時(shí)若轉(zhuǎn)速比超過臨界值，鋼球開始貼著筒壁轉(zhuǎn)動(dòng)，失去對物料的撞擊、研磨作用，導(dǎo)致粉磨效率變差。
3、結(jié)論
    1)3 mm厚度襯板對實(shí)驗(yàn)所用臥式行星球磨機(jī)粉磨水泥熟料是最有利的，此時(shí)成品粉體產(chǎn)率最高，水泥熟料新增比表面積最大，能量利用最好；
    2)使用3 mm厚度襯板，離心加速度為14C時(shí)，粉磨3min產(chǎn)率已達(dá)實(shí)際生產(chǎn)要求，粉磨5min時(shí)成品粉體產(chǎn)率可達(dá)66.62%；
    3)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300r/min，不加襯板、加3、5、7 mm厚度襯板時(shí)，鋼球發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速比分別為3.0、2.5、2.0、2.0。