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1、引言
    眾所周知，水泥生產(chǎn)能量消耗大，而生料、煤和熟料三個粉磨工序的電耗約占水泥廠總電耗的70%～72et，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n1。臥式行星球磨機是一種新的粉磨設(shè)備，因為行星效應(yīng)鋼球可獲得其自身重力幾倍甚至幾十倍的離心力，而且在工作時磨機還可以利用物料重力使其參與粉磨，同時避免了結(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做了大量的理論研究，得出磨筒轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的80%、填球率在0.4～0.5時粉磨效率最好。國外學(xué)者Hiroshi Mio和JunyaKan0通過計算機模擬技術(shù)，研究了立式行星球磨機結(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中鋼球的沖擊能等。球磨機磨筒內(nèi)部安裝襯板不但可以保護簡體、增強筒體剛度、延長磨筒使用壽命，而且筒內(nèi)研磨體會自動進行分級，實現(xiàn)不同直徑研磨體粉磨對應(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”式的運動軌跡，增加鋼球沖擊能、提高粉磨效率，富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機機械設(shè)備。
    臥式行星球磨機用于水泥熟料粉磨還在試驗研究階段，得到臥式行星球磨機在公轉(zhuǎn)離心加速度為14G時，對水泥熟料的粉磨效果最好：在此離心加速度下，粉磨5分鐘后熟料成品產(chǎn)率達到最優(yōu)值等。為了改善臥式行星球磨機的粉磨環(huán)境，本文在臥式行星球磨機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間、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、自轉(zhuǎn)／公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比對水泥熟料粉的磨影響
2、實驗部分
2.1實驗原料
    所用原料是密度為3. 128g/cm3的水泥熟料，表l為其化學(xué)組成。經(jīng)振動篩篩分10分鐘，選擇粒度為4～5目的用于粉磨實驗。同時把粉磨后190目(粒徑80um)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0mm。
2.2主要設(shè)備
    圖1為試驗所用的臥式行星球磨機。自轉(zhuǎn)電機與公轉(zhuǎn)電機分別控制磨機的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，控制過程通過變頻器實現(xiàn)。實驗所用襯板為鋼質(zhì)平襯板，與磨筒的聯(lián)接方式為無螺栓聯(lián)接即襯扳鑲嵌在磨筒內(nèi)部。襯板厚度分別為3mm、5mm、7mm。
2.3實驗方法
    實驗是在固定的自轉(zhuǎn)半徑、公轉(zhuǎn)半徑下進行：自轉(zhuǎn)半徑44.5mm，公轉(zhuǎn)半徑140mm。所用研磨體是密度為7.78g/cm3的鋼質(zhì)磨球，級配為∮20mm×5、∮10mm×12、∮5mm×12，每只磨簡裝水泥熟料150g，粉磨時間為5min。粉磨后粉體經(jīng)振動篩篩分，篩分后用天平稱量并逐一計算篩上累積百分含量。在公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速300rpm，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。
3、結(jié)果及討論
3.1襯板對熟料粉磨的影響
    圖2是在使用不同厚度襯板時熟料粉磨后所得樣品的篩上累積百分含量曲線。實驗中，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300rpm(離心加速度為14G)、轉(zhuǎn)速比為2.5、粉磨5min．從圖2中可以看出：使用3mm厚度襯板時，粒徑大于∮0.20mm的顆粒含量最少，孔徑為0.08mm即190目篩上累積百分含量最小；使用5mm與7mm厚度襯板粉磨后熟料篩上累積百分含量基本一致。
    表2為粉磨時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2中成品粉體產(chǎn)率大小可知3mm厚度襯板對水泥熟料粉磨是最有利的，進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3mm厚度襯板的作用最為明顯。而5mm與7mm厚度襯板對熟料粉磨后的比表面積影響幾乎是相同的。
    本研究認為：3mm厚度襯板對鋼球有顯著的帶動作用，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度、頻率變高，因此熟料容易磨細，粉磨后熟料比表面積增大，成品粉體產(chǎn)率相應(yīng)變高。繼續(xù)增加襯板厚度對粉磨不利。因為在固定的自轉(zhuǎn)半徑下，襯板厚度過大，鋼球運動空間相對變小，導(dǎo)致鋼球勢能與拋落動能變小，最終引起粉磨效率下降。所以3mm厚度襯板對實驗所用臥式行星球磨機粉磨水泥熟料是最有利的。
3.2時間對水泥熟料粉磨的影響(襯板厚度3mm)
    本實驗是在公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速300rpm、轉(zhuǎn)速比2.5下進行的。圖3、圖4為粉磨時間對水泥熟料粉磨的影響。如圖3所示：隨著粉磨時間的增加，粒徑大于中0.08mm的顆粒逐漸減少，且粉磨時間在1min～5min時產(chǎn)生突變，粉磨時間大于5min后，臥式行星磨粉磨能力開始下降，此時粒徑大于中0.1mm的顆粒含量幾乎不變。由圖4可知：成品粉體產(chǎn)率隨粉磨時間的增加而增加，在粉磨1min～5min內(nèi)尤為明顯，粉磨5min后產(chǎn)率已達66.62%。粉磨時間超過5min，產(chǎn)率增速明顯下降。
    使用3mm厚度襯板時，粉磨3min己達實際生產(chǎn)要求，此時成品粉體產(chǎn)率為52.53%。同時水泥熟料存在最佳粉磨時間，實驗所用熟料粉磨5min效果最好，進一步延長粉磨時間會造成不必要的能量浪費，因為隨著粉磨時間的延長，磨筒內(nèi)細粉含量逐漸增加，細粉越多它對鋼球的緩沖作用越強，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)進出料時，若能及時把成品粉體運出，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粉磨能力。
3.3公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速對水泥熟料粉磨的影響(襯板厚度3mm)
    圖5、圖6為公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速對熟料粉磨的影響。如圖5所示：隨著公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的增加，粒徑大于∮0.1mm的顆粒逐漸減少，當公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加至300rpm后，粉磨已趨近極限，此時粉體篩上累積幾乎不變。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150rpm～300rpm之間尤為明顯，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達到300rpm后增速開始變緩。
    使用3mm厚度襯板時，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的粉磨能力。當離心加速度增大到一定值之后，在進一步增加其大小對粉磨效率的影響不是很大。因為當離心加速度達到一定值之后，鋼球的沖擊力已完全可以滿足熟料破碎、粉磨的要求，進一步增加沖擊力只會導(dǎo)致不必要的能量浪費。對于本實驗所用熟料，當公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300rpm即離心加速度為14G時，粉磨最好，進一步增加離心加速度對成品粉體產(chǎn)率影響不是很大。
3.4轉(zhuǎn)速比對水泥熟料粉磨的影響(襯板厚度3mm)
    圖7、圖8為自轉(zhuǎn)／公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比對水泥熟料粉磨的影響。從圖7中可以看出：隨著轉(zhuǎn)速比的增加，總的趨勢是粉碎成品中粒徑大于中0. 20mm的顆粒逐漸減少，而且在轉(zhuǎn)速比由l增加到1.5時產(chǎn)生突變，轉(zhuǎn)速比大于3.0時，臥式行星球磨機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)速比對產(chǎn)率的影響規(guī)律，從圖中可以看出：轉(zhuǎn)速比為3.0左右時，產(chǎn)率最高。
    使用3mm厚度襯板時，增加自轉(zhuǎn)／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的粉磨能力。因為自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加，磨筒傳遞給鋼球的動能變大，鋼球發(fā)生碰撞時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，致使粉磨效率變高。但不能一味的增加自轉(zhuǎn)／公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比，鋼球存在臨界自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，當自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達到臨界值時，鋼球發(fā)生離心運動，失去對物料的粉磨作用。由實驗結(jié)果可知公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為250rpm，自轉(zhuǎn)／公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比在3.0左右時，鋼球可能出現(xiàn)離心現(xiàn)象。
3.5影響粉磨結(jié)果的原因分析
    圖9為不同襯板存在時轉(zhuǎn)速比對水泥熟料粉磨的影響。如圖9所示：總趨勢是成品粉體產(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3mm、5mm、7mm分別在轉(zhuǎn)速比為3.00、2.50、2.00、2.00時出現(xiàn)拐點，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，3mm厚度襯板的促進作用尤為顯著。轉(zhuǎn)速比在1.5～3.O之間時，同一轉(zhuǎn)速比下使用3mm厚度襯板時的成品粉體產(chǎn)率總是最大，轉(zhuǎn)速比在2.5時出現(xiàn)最大值，為66. 62%。
    綜上所述：影響水泥熟料粉磨的因素不但有襯板厚度、粉磨時間長短、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大小，還包括自轉(zhuǎn)/公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比。公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300rpm時，不加襯板、使用3mm、5mm與7mm厚度襯板時成品粉體產(chǎn)率分別在自轉(zhuǎn)/公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比為3. 00、2.50、2.00、2.00開始下降，這說明當轉(zhuǎn)速比大于此值時，筒內(nèi)鋼球可能開始發(fā)生離心運動。臥式行星球磨機工作時若轉(zhuǎn)速比超過臨界值，鋼球開始貼著筒壁轉(zhuǎn)動，失去對物料的撞擊、研磨作用，導(dǎo)致粉磨效率變差。
4、結(jié)論
(1) 3mm厚度襯板對實驗所用臥式行星球磨機粉磨水泥熟料是最有利的，此時成品粉體產(chǎn)率最高，水泥熟料新增比表面積最大，能量利用最好。
(2)增加公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速對水泥熟料粉磨起到促進作用，高轉(zhuǎn)速可使鋼球?qū)λ�泥熟料產(chǎn)生大的沖擊力與撞擊頻率，熟料在短時間內(nèi)達到疲勞極限進而實現(xiàn)粉碎。但必須控制在臨界自轉(zhuǎn)/公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比以內(nèi)，超過臨界轉(zhuǎn)速比，臥式行星球磨機失去粉磨作用。
(3)使用3mm厚度襯板，離心加速度為14G時，粉磨3min產(chǎn)率已達實際生產(chǎn)要求，粉磨5min效果最好，此時產(chǎn)率可達66.62%。
(4)公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300rpm，不加襯板、加入3mm、5mm、7mm厚度襯板時，鋼球發(fā)生離心運動的臨界轉(zhuǎn)速比分別為3. 00、2.50、2.00、2.00。由此可知襯板對鋼球有顯著的帶動作用，可使鋼球在較低的轉(zhuǎn)速比下發(fā)生離心現(xiàn)象。