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The design and application of the frame-style premill    

Wang Qiu-zhen    

(Hubei university of education , Mechanical and Electrical Deparfment, Wuhan 430205)    

Abotract : The thesis illustrates work principle and main parameters and frature of the frame

style premill , analyses the result of test

production , This machine has great ability of premill for bittleness lump material , for example ,  lump coal , 

ore and clinker etc , and can conserve energy and reduce consumption The equiipment has abtained nati-

onal patent    

Key words : frame-style , premill , application , conserve energy   

引言   

     在粉體工程中，原料的入磨粒度對球磨機的產量和產品的細度以及單位產品電耗有著十分重要的影響。傳統的制粉過程，是物料經顎式破碎機或反擊式破碎機等破碎后，直接進入球磨機粉碎系統。但這些破碎塊狀物料的設備，能量利用率低。而且，經它們破碎后的物料粒度仍較大，進磨粒度一般在15～40mm。使球磨機的第一倉仍以細破碎為主，不但使磨機的產量難以提高，且能量利用率極低（僅為３％左右）［1］。如何提高磨機臺時產量，增加產品的細度，降低粉磨系統的電能消耗，延長易損件的使用壽命，是整個粉體工程中的一個重要課題。“磨前預粉磨”目前已是共識。基于此點，我們設計了框式預磨機，并且成功的實現了實際   

應用。使用框式預磨機后，可使后續入磨粒度小于1mm，球磨機產量提高40%以上，噸產  產量節電5-10kwh。   

1． 框式預磨機的工作原理設計    

     框式預磨機是作者在其原有的專利“內篩分雙轉子破碎機”(專利號ZL200420017744.6 ) 基礎上的一次提高.該機配有兩臺電機，分別置于頂部一側和底部一側。頂部電機通過皮帶輪經三角帶帶動內轉子。底部電機通過螺旋傘齒輪帶動外轉子。工作時，內外轉子以相反方向分別高速旋轉。當塊狀物料（如塊煤、石灰石、熟料或其它脆性物料）通過進料口下落，經預篩分后進入內轉子區，物料即在該區受到沖擊并獲得高速而被拋向外轉子內壁，此時物料受到與高速旋轉方向相反的外轉子反擊板的強烈沖擊，使物料被急劇破碎。同時，在內外轉子間隙處物料被剪切或被反彈，與后續高速石料相遇，而發生高速碰撞破碎。在破碎腔內，塊料受到多次強烈沖擊、剪切、互相碰撞、擠碾等作用而被粉磨成粉料。通過內置旋轉篩對粗細粉進行分離，細粉排出，粗粉經翻轉后再次進入拋撒過程。   

1． 框式預磨機設計的主要參數   

2．1幾種型號的框式預磨機設計的主要參數如表1   

2．2內外轉子轉速的參數選擇：   

     內外轉子轉速設計是否正確，是框式預磨機使用效果的重要因素。因在外轉子上設有一個倒錐形旋轉篩，細料排出，粗料沿錐形爬升，經翻轉機構再次進入沖擊腔內參與沖擊。   
外轉子的轉速既要大于物料在錐形面上因離心力而上升的速度，又要小于物料因離心力而緊貼在外轉子上的“附壁速度”

［2］   

即： v1＜v＜v2   式中，v1是使物料在錐形面上因離心力而上升的速度，v2是使物料因離心力而緊貼在外轉子上的“度”。 V是外轉子的選擇速度.內轉子的轉速既要保持足夠大的線速度，以確保物料獲得破碎動能，又要保證設備避開共振區的臨界轉速。   

即： n1＜n＜1.2n2      

且滿足0.7n2＜n   

或1.2 n2＜n      

式中，n1是能確保物料獲得足夠破碎動能的線速度的轉速; n2是設備共振區的臨界轉速。因考慮到軸承的溫升和耐磨材料的使用壽命,不考慮1.2 n2＜n.  

1． 框式預磨機結構特點的設計  

框式預磨機的典型結構示意圖如圖1，其特點如下：  

圖1框式預磨機的典型結構示意圖  

1中心立柱   2頂部支撐  3內轉子  4外轉子  5上部電機   6旋轉篩   7機架立柱   8出料口  9下部電機   10機架底座  

3．1框式預磨機采用穩定的四邊框型結構。機身主體是由1中心立柱、2頂部支撐、7機架立柱、10機架底座一起構成一個立體的穩定的四邊形。頂部支撐2是一個三角形的桁架；機架立柱7上設有三角帶張緊裝置，以便對三角帶的松緊進行調整。其結構緊湊，安裝方便，十分適合老廠改造。 

3．2框式預磨機內腔采用兩相向高速運動的轉子，把進入腔內的物料以極高的速度拋撒和迎面反擊，使物料在強烈的碰撞、沖擊、剪切等過程中成為細粉。其中，由于內轉子將物料高速向外轉子拋撒，外轉子高速反向運轉，使物料受到近于900角度的力反擊，剪切力特別巨大，物料被細化的效果十分顯著。 

3．3框式預磨機采用多層反復拋撒，使物料受沖擊的幾率大幅提高，產出物料中有12%以上的粒度在200目以下。 

3．4框式預磨機采用內置旋轉篩對粗細粉進行自動分離，經分離后的細粉通過下料口排出。 

3．5框式預磨機采用粗粉翻轉機構，使自動分離后的粗粉再次進入拋撒過程。粗粉經過多次反復拋撒沖擊，成為合格細粉通過下料口排出。 

3．6框式預磨機采用了新型的非金屬強韌耐磨材料和強韌粉末冶金材料，使易損件的使用壽命大幅提高。 

     采用的強韌化陶瓷有增韌氧化鋯（Y2O3+ZrO2）、增韌三氧化二鋁（Al2O3/ZrO2）等結構性陶瓷。他們具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、高強度、高硬度等優點。可適應金屬和高分子材料難以承受的環境和工況條件。具體指標如下： 

強韌氧化鋯(Y2O3+ZrO2)： 

密度（g/cm3）:   6—6.05 ； 

硬度（CHRA）：89； 

抗彎強度（MPa）：1000—1200； 

斷裂韌性（MPam1/2）：12—14； 

強韌三氧化二鋁（Al2O3/ZrO2）： 

密度（g/cm3）：3-4.5； 

硬度（CHRA）85—88； 

抗彎強度（MPa）：300—500； 

斷裂韌性（MPam1/2）：5—7 

熱壓燒結氮化硅（Si3N4）： 

密度（g/cm3）：3.2    硬度（CHRA）:93; 

抗彎強度（MPa）:900 

斷裂韌性（MPam1/2）8.5。 

采用的強韌化錘用硬質合金具有高的硬度和耐磨性。 

型號：Y 

密度:14.58（g/cm3）；硬度（CHRA）: 87.5； 

斷裂韌性: 12——16（MPam1/2）； 

抗彎強度: 2650（MPa）；［4］ 

3．7框式預磨機采用了集中自動潤滑供油，保證了設備不間斷供油潤滑。 

4. 應用效果 

4．1試生產結果 

     2007年初,武漢鑫達科技有限公司生產的KM18框式預磨機在四川某廠投入了試生產運行。基本情況和運行效果如下： 

圖2    四川某廠安裝KM18框 式預磨機工藝布置圖 

1 膠帶輸送機   2 、6  斗式提升機   3 篩分   4 框式預磨機    5  球磨機    7 選粉機   8 除鐵器        9  金屬探測儀  

運行場地：四川某水泥廠成品車間； 

粉磨物料：旋窯熟料； 

試生產運行產量：60～70噸/小時； 

運行方式：連續自動生產。

出料粒度：95%小于1mm。耗電量：2kwh/t。出料粒徑分析見表2

4．2結果分析

4．2．1預磨能力分析


在生產過程中，進入框式預磨機內的熟料的最大粒徑有130mm，平均進料粒徑在40mm。出料粒徑如表2，產量穩定在60噸/小時。粉碎比大大超過其他預磨設備。

4．2．2電耗分析 

     KM18框式預磨機裝機容量為130kw（75kw+55kw），運轉中的電流強度是額定電流的80%左右。出料粒徑控制在1mm以下時，噸產量電耗2kwh左右。

4．2．3粒徑分析

     根據表2，其出料粒徑基本控制在1mm以下，對于提高后續球磨機的產量有著十分重大的意義。德國R·阿斯穆斯等人作過模擬計算，若將物料預磨到勃氏比表面積150～200m2/kg，則球磨機系統的產量可提高100%，能耗減低24%～30%。［3］框式預磨機的出料粒徑大部分分布在0.9mm附近，20目以下占到了56.28%，因此，框式預磨機能較好地發揮球磨機的研磨功能, 提高球磨機產量的潛力大。

4．2．4形狀分析  

     在顯微鏡下,細粉顆粒的形狀多為不規則多邊形和短拄狀，且裂隙多，極利于后續球磨機研磨。

4．2．5存在的問題的分析

     沒有腔內自動動態顯示，無法對腔內沖擊進行實時控制，需完善；對軸承溫升應有實時監測；對啟動和停機時的內腔風壓過高應予改進。

5．結論

    經實踐應用證明框式預磨機粉碎比高，預磨效果好，能大幅度增加球磨機的產量,節能效果顯著。出料粒度小，可減少后續設備的易損件的磨損，延長使用壽命，減少備品備件的數量，節約資金。若用于煤粉制備、筑路或磷石破碎，可直接替代風掃煤磨、圓錐破或雷蒙磨；該設備經過進一步完善后，將會成為粉體工程中廣泛使用的主力設備。

參考文獻

［1］ 陶天全.  水泥工業粉磨工藝及設備［M］. 武漢： 武漢工業大學出版社.1992

［2］ 黃之初,張登峰,李源. 內篩份雙轉子破碎機的主要工藝轉速的設計［J］.國外建材科技.2005.(3):4-5

［3］ 蔣澤全 關于水泥預磨設備生產規格選型的探討［J］.水泥.2005,(11):35-37

［4］ 王秋珍.幾種耐磨材料在不同工況下的應用選擇［J］.煤礦機械.2006.7

作者簡介：

     王秋珍(1963-),女,武漢人,副教授，畢業于武漢理工大學建材機械專業,現主要從事機械設計及機電一體化的教學與研究