锤式烘干破碎机及箱式喂料机的开发

锤式烘干破碎机及箱式喂料机的开发 陈　雷 摘　要　在对引进的ET250×225锤式烘干机及B1600箱式喂料机的原理、参数进行研究的基础上，开发出不同规格、型号的锤式烘干破碎机及箱式喂料机。关键词　湿磨干烧　锤式烘干破碎机　箱式喂料机　原理　参数　规格　开发 渠江水泥厂湿磨干烧预分解窑生产线获得了建材行业第七次优秀 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 设计奖，它的建设成功，为我国众多的湿法厂进行技术改造提供了技术保障和建设经验。该湿磨干烧工艺过程为：料浆经真空吸滤脱水，滤饼由烘干破碎机破碎烘干，再经二级旋风预分解窑进行煅烧。在该系统中，引进的丹麦史密斯ET250×225锤式烘干破碎机及箱式喂料机起着举足轻重的作用，为了适应我国众多湿法厂改造的需要和实现不同规模锤式烘干破碎机及箱式喂料机的国产化，我院进行了该专题的开发工作。 1　对烘干破碎系统的研究 1.1　工作原理如图1为丹麦史密斯公司开发的烘干破碎系统，是为粉碎和烘干水份含量高、软而非磨蚀性水泥原料，如粘土、白垩和料浆滤饼而特别设计的。 图1　烘干破碎系统 (1)锤式烘干破碎机的组成及工作过程烘干破碎机主要由可通热气流的反击式破碎机构成。具体由物料入口、混合腔、热气流入口、分离室、烘干物料出口、反击板、涡旋室、锤头及转子、机腔底部等9个部分组成。原料由箱式迭板输送喂料机喂入烘干破碎机入料口，破碎机底部密封，并由热气流连续风扫(进入烘干破碎机温度500～600 ℃)，当热气流与物料相遇时，即进行强烈的热交换，使物料表面干燥，消除了粘结趋向，热气流在混合腔内把物料预先烘干，当物料进入由转子、锤头及反击板、涡旋室等构成的粉碎腔时，受到反击式粉碎并在热的涡旋气流里进一步被烘干，块状物料通过锤头的打击，物料的相互碰撞及反击板上的冲击完成粉碎，大部分物料通过粉碎腔后已被粉碎成合适的粒度，这些粉碎后的原料粒径很小，由气流带出粉碎系统并被风扫走，在分离室中，较粗的颗粒回落到粉碎腔进一步粉碎。转子的转速、气流的流速和反击板的尺寸与位置保证了物料得以充分地破碎，继而随气流一起流入分离室进一步烘干破碎。为使物料达到一定的粒径，气流速度是可调的。(2)箱式喂料机的组成及工作过程由于烘干破碎机进料端呈负压，为了防止外界空气(冷空气)进入破碎机，喂料装置的结构应是锁风结构。并采用了料封的方式来完成锁风功能。具体由料封仓、迭板式喂料机、物料平整机构、拨料切割器、荷重传感器、刮料输送器等部分组成。如图1所示。物料(料饼)在料封仓中堆积并延伸在迭板输送机上，通过迭板输送机运送，经光面辊平整并在迭板斗宽度方向均布开来，料层厚度均匀一致，物料离开板喂机时，拨料切割器将物料切割成小块并拨送入烘干破碎机入料口。荷重传感器重要作用之一是通过测试箱式喂料机迭板中的物料重量来保证料层厚度并使得料封仓中的物料充足，从而保证箱式喂料机的料封功能。作用之二是控制物料量以满足烘干破碎机的要求。1.2　设备的主要参数及分析1.2.1　ET系列锤式烘干破碎机①烘干破碎能力及热耗史密斯公司的ET型系列烘干破碎机的烘干破碎能力均以干物料标定(含水量约1%)，主要取决于锤头直径(D)，锤头在转子部件宽度(L)即取决于破碎腔的容积，故采用锤头直径D和破碎转子宽度L来确定不同的型号。同时，烘干破碎能力还与物料的含水量密切相关，物料含水量不同，热耗亦不同。参见图2，3。 图2　烘干破碎机结构简图 图3　锤头及转子 ET型系列烘干破碎机处理能力曲线图如图4，此曲线亦提供选型依据。由图4可知：同一型号的烘干破碎机，被处理物料的含水量不同，热耗不同。不同型号的烘干破碎机对应着不同的处理量。在作选型时，首先确定了干物料的需求量，从而选定机型，根据物料的初、终水份确定热耗。 图4　型号选择 例如：每小时处理110 t干粉料时，其原料平均含水量23%，处理后干粉料含水量3%，对应曲线机型为：355×250，对应热耗为28×109 cal/h左右。②烘干破碎机功耗烘干破碎机的电耗大约为3～6 kWh/t干料，粉碎过程的电耗基本取决于原料特性，韧性高及含水量高的物料较之脆性原料在粉碎时电耗要高，根据史密斯公司应用经验，干燥非粘性原料的平均电耗为3 kWh/t，而粘性很高的原料电耗大约高一倍。图5曲线表示ET型系列烘干破碎机处理能力(干物料)与功耗、物料性质的关系。 图5　功率—能力 例如：处理110 t/h(干物料)，原料为滤饼则对应的烘干破碎机功率为约650 kW。③其它参数研究烘干破碎机一般调节到可使成品在1.0 mm筛子的筛余量很小，水份含量可达1%，破碎比1∶100甚至更大。锤头的线速度为25～35 m/s。热源供应：对给定的烘干破碎机，在气流区域里适合于烘干的热气量的上下限是事先确定的，在分离室内的压力降与烟气流速是最后确定上述热量的决定性重要因素，具体应用尚需进行热工计算。在许多工程中，利用预热器回转窑废气作烘干热源，废气温度亦随预热器及窑的不同而有差异，如渠江水泥厂该温度为600 ℃，烘干原料是滤饼，在大多数情况下，能满足烘干原料要求。但很潮粘的原料，所需烘干温度甚至高达800 ℃，在此情况下，烘干破碎机就得配备辅助的热风炉。④关键结构烘干破碎机是处在高温条件下工作，史密斯公司采用了以下的结构来适应设备在这种条件下运行。a.采用填充隔热材料分隔主轴避免直接受热；b.采用冷却盘，避免轴承座受高温影响；c.考虑了轴受热膨胀的消除措施；d.对锤头耐高温及耐磨损要求进行合理选材。1.2.2　箱式喂料机箱式喂料机主要用于烘干破碎机的原料输送，输送能力取决于烘干破碎机的处理能力，与烘干破碎机合理匹配。①输送能力及调节如图6形成板式喂料机的迭板斗，图中阴影部分为理论容积断面积S，对于每一迭板斗而言，其容积为S×B。 图6　构成箱式喂料机输送部分的迭板斗 如图7为迭板斗组合的断面图。 图7　迭板斗组合 输送能力：Q＝q.S.B.γ，t/hq—每小时运行的斗数S×B—迭板斗的容积，m3γ—原料的容重，t/m3 V—运行速度，m/h 史密斯公司的B1600箱式喂料机v的速度范围在1∶10范围内调节(注：该机上的变频调速范围在1∶10范围内)。由 可知调节V、S、B值可满足不同的Q要求量。②结构关键如图8中所示：迭板斗及相互形成的板式输送机是箱式喂料机的关键结构，由于迭板斗结构的特殊设计使其在平行输送时相邻两迭板间突起，起推动物料作用，而在围绕链轮转动处，即出料口处，每一块斗的底板又形成圆滑弧形状(如图中箭头示)，一方面有利于使每一片板可将前面一块斗型板中的积料剥落，另一方面使旋转拔料器正常工作，因δ是一个定值，不允许底板在此处有结构上的起伏。 图8　箱式喂料机迭板斗结构图 由于迭板斗设计的特殊性，其变化会引起形成的圆弧半径变化，由此导致链轮节距及齿数变化。故输送能力的扩充可以调节B及V值进行，S值视为定值，即断面结构不变。1.2.3　箱式喂料机与烘干破碎机的匹配从表1可以看出：所采用的配套方式，尽量增大零部件的通用性。 表1　史密斯公司这两种设备的配套   箱式喂料机 锤式烘干破碎机 B D L 1600 250 125 250 175 2000 250 225 355 200 2500 355 250 355 315       2　开发设备的型号、规格选择 这套设备的开发本着适应我国现有的湿法生产厂将来改造为湿磨干烧工艺的原则，实现用户的需求为目的。因此，为了适应市场经济要求，尽量使得开发的设备系列化以满足不同用户要求。在不同型号规格的设备上做到：①采用尽量多的通用件，②采用尽量少的规格覆盖不同规模产量的要求。2.1　规模适应我国现有状况的规模为：1 000 t/d和2 000 t/d。开发设备主要针对这两种规模开展工作：规模 干粉处理量1 000 t/d 　 62～80 t/h2 000 t/d 　 124～160 t/h2.2　烘干破碎机根据对史密斯公司ET250×225型烘干破碎机的现场测验及部分使用情况资料(其它用户资料)的研究，我们拟采用相似的系列及主参数开发出系列国产化的HFP烘干破碎机(表2)。HFP为烘干反击破碎机拼音缩写。最终的确定，有待样机的运行及分析研究。 表2　烘干破碎机有关参数   型号 干粉产量(t/h) 尺寸(mm) 箱式喂料机的匹配规格 A B C D E F G H1 H2 L HFP250×125 50 1000 1800 1280 2500 1120 550 1650 6800 5000 1250 16 HFP250×175 62 1000 1800 1280 2500 1120 550 1650 6800 5000 1750 HFP250×225 80 1000 1800 1280 2500 1120 550 2150 6800 5000 2250 20 HFP355×200 100 1400 2300 1830 3550 1600 800 2150 9400 7100 2000 HFP355×250 125 1400 2300 1830 3550 1600 800 2550 9400 7100 2500 25 HFP355×315 155 1400 2300 1830 3550 1600 800 3150 9400 7100 3150                           注：表中A，B，C…参见图2、3。 2.3　箱式喂料机我们采用相似的与ET型烘干破碎机相匹配的箱式喂料机，开发出系列国产化的XW系列(箱式喂料机汉语拼音缩写)，以宽度参数表示，如表3。 表3　箱式喂料机有关参数   型号 烘干破碎机的匹配规格 链板斗宽B(mm) 链板斗容积(m3) 速度(m/min) 处理量γ＝1.7t/m3时(t/h) XW1600 HFP250×125HFP250×175 1600 0.092 3.8～38 68～680 XW2000 HFP250×225HFP355×200 2000 0.115 3.8～38 84～840 XW2500 HFP355×250HFP355×315 2500 0.144 3.8～38 105～1050             说明：原料含水量为20%时的计算量。 3　箱式喂料机的设计 3.1　输送量的确定设定输送物料条件：含水量20%左右的滤饼，容重以1.7 t/m3计，则输送至Q为：Q＝q.S.B.γ 因S断面积拟定为定值，即斗的断面形状不变，γ亦为定值， S—料斗横断面积，m2γ—输送物料容重，t/m3V—输送速度，m/minB—迭板斗宽度，mm经理论计算S＝0.0575 m2，γ以1.7 t/m3计Q＝16.76.V.BV＝πDon，经对B1 600初步计算得V＝3.8～38 (m/min)Q＝(64～640)B　(t/h)由于速度调节在1～10倍范围，故改变B的有限组数可满足不同型号烘干破碎机对输送量的要求。计算是理论上的，实际运行中迭板斗是不可能完全充满，有一个充满度系数φ＜1，且物料不同容重是不同的，要在实际应用中修正确定。初步取值φ＝0.65，γ＝1.7 t/m3。Q＝(42～420).B (t/h)从表3中可知，速度覆盖范围太大，实际使用的Vmax及Vmin尚需在生产实际中研究确定，而后再修正表3。3.2　功率的确定箱式喂料机有三个动力分别供①迭板输送机；②旋转拨料器；③刮运装置。迭板输送机可以根据类似的链板机进行动力核算，在设计时进行详细计算。旋转拨料器可以与史密斯提供的设备类比计算，并在使用中实测后进行核定。刮运装置由于负荷很小，可以直接类比和实测推算出。 4　烘干破碎机的设计 4.1　烘干破碎能力(图9) 图9　烘干破碎能力 说明：①—HFP250×125　④—HFP355×200②—HFP250×175　⑤—HFP250×250③—HFP250×225　⑥—HFP355×315 4.2　功率(图10) 图10　烘干机功率A—粘土　B—白墨　C—滤饼 4.3　结构结构设计时，必须保证烘干破碎机在高温条件下能正常工作。(1)主要零、部件选材①锤头、销轴主要选用耐热、耐磨材料以适应在550～620 ℃环境下正常工作，考虑到使用环境及安全系数，我们选材原则定在能在800 ℃正常工作的材质。同时锤头是主要磨损件，对其材质的耐磨性有一定要求，应综合选材。②轮盘、隔热板不象锤头、销轴有耐磨要求，工作时仅考虑耐热，选材时须考虑其耐热性。(2)采用原机的填充隔热材料结构，避免主轴直接受热。(3)对主轴受热情况下，轴的膨胀采取措施消除，主要措施是把轴的非动力端设计为轴向自由端。(4)轴承座在高温下，润滑条件变差极易损坏，故仍在轴上设计有冷却盘，利用冷却散热盘减少轴承座受高温冲击。(5)为控制破碎腔的温度不能过高，在出烟口设置一套测温点，确保废气温度不高于700 ℃，当高于700 ℃时，在混合腔处喷水，可降低腔内温度。(6)采用长连轴节，以防动力源(电机、减速箱)受到高温侵害。(7)锤头，销轴是易损件，所以它们的装卸要方便。采用的具体措施为①设置一套液压检修门；②侧板任意装卸，以便可在不动上、下机体的情况下方便装卸主轴。(8)由于烘干破碎机的机体较大、笨重，且电机、减速箱也较大，在安装时有一定困难，精度难以保证，因此在考虑联轴节的时候，具体采用六边柔性连轴节(国外是一个标准件，我国目前没有标准产品，但可作非标设计)。 作者单位：国家建材局成都建材工业设计研究院　(610051)