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黃河科技學院畢業(yè)設計(文獻綜述) 第 7 頁
溢流型球磨機
摘要:球磨機規(guī)格存在大型化發(fā)展趨勢,本文介紹了球磨機的發(fā)展、制造現(xiàn)狀,主要生產(chǎn)企業(yè)及其產(chǎn)品的技術參數(shù)、結構工藝特點等,闡述了球磨機的齒輪驅(qū)動系統(tǒng)、國內(nèi)外溢流型球磨機的傳動方式等,并且對無齒輪磨機驅(qū)動作了重點介紹。
關鍵詞:球磨機,齒輪驅(qū)動,傳動方式
引言:
溢流型球磨機廣泛應用于水泥,硅酸鹽制品,新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè),特別是在選礦行業(yè)中應用最為普遍的粉磨機械。
溢流型球磨機由給料部、出料部、回轉部、傳動部(減速機,小傳動齒輪,電機,電控)等主要部分組成。中空軸采用鑄鋼件,內(nèi)襯可拆換,回轉大齒輪采用鑄件滾齒加工,筒體內(nèi)鑲有耐磨襯板,具有良好的耐磨性。本機運轉平穩(wěn),工作可靠。
溢流型球磨機為臥式筒形旋轉裝置,外沿齒輪傳動,兩倉,格子型溢流型球磨機。物料由進料裝置經(jīng)入料中空軸螺旋均勻地進入磨機第一倉,該倉內(nèi)有階梯襯板或波紋襯板,內(nèi)裝不同規(guī)格鋼球,筒體轉動產(chǎn)生離心力將鋼球帶到一定高度后落下,對物料產(chǎn)生重擊和研磨作用。物料在第一倉達到粗磨后,經(jīng)單層隔倉板進入第二倉,該倉內(nèi)鑲有平襯板,內(nèi)有鋼球,將物料進一步研磨。粉狀物通過卸料箅板排出,完成粉磨作業(yè)。
溢流型球磨機是在物料濕水狀態(tài)下工作的磨機,與干式球磨機最大區(qū)別在于端蓋為錐形,端蓋上只有一個波峰襯板,采用優(yōu)質(zhì)的高錳鋼作襯板,耐磨,噪音小,工作效率高。最大優(yōu)點是可以高精度選取低品位磁性鐵礦石,可以選取任一粒度,隨時可以丟棄粗粒尾礦。該設備投資低,見效快。
近20多年來發(fā)展最快的碎磨工藝是半自磨—球磨工藝,目前,有很多大中型選礦廠采用此種碎磨工藝 (粗碎除外)。球磨機是利用鋼球作為磨礦介質(zhì)進行磨礦的設備,其結構簡單、性能穩(wěn)定、破碎比大(3~100),既可濕磨又可干磨,可用于處理各種礦物原料,適應性強,易于實現(xiàn)自動化控制。所以,在選礦、建材、化工、冶金及材料等工業(yè)部門中,球磨機都是最普遍、最通用的粉磨設備,在礦物粉碎和超細粉碎加工中占有重要地位,倍受人們青睞。因為球磨機處理能力和產(chǎn)物粒度對后續(xù)作業(yè)的效率和整體生產(chǎn)流程的技術經(jīng)濟指標影響顯著,所以,有關球磨機的研究在國內(nèi)外一直受到廣泛關注和高度重視。近年來,隨著礦山規(guī)模的擴大,在開采大規(guī)模、低品位礦床時短工廠流程配置、提高處理能力以減少基本投資和生產(chǎn)成本,一直是眾多礦廠追求的目標。
1. 球磨機的發(fā)展
我國于1965年研制的第一臺球磨機,首創(chuàng)了三筒體串聯(lián)結構,容積為30L,功率3kw。國內(nèi)球磨機的制造和應用在1985年前后進人高潮,球磨機制造企業(yè)已達20多家,最大容積達到1500L,兩筒體并聯(lián)和三筒體串聯(lián)兩種結構并存。浙江溫州礦山機械廠、洛陽礦山機械研究所、河南新鄉(xiāng)、陜西西安等地的球磨機都占據(jù)了各自的市場份額。
河南金昌礦山設備廠生產(chǎn)的球磨機廣泛應用于硅咳鹽、耐火材料、建樹、藥物、化工、無線電、粉末冶金、鎢業(yè)、磁性材料、輕工等工業(yè)部門粉磨石英、石墨、蠟石、高嶺土、涂料、玻璃料及其他礦物料和非金屬材料等,是一種高效率細磨和超細磨設備。它不僅能用于粉磨物料,而且還能杏效地做混合機使用。特別是MZ—200、MZ—840球磨機對物料的超細粉磨與易氧化物料采用惰性氣體保護尤能顯示優(yōu)點。單簡式球磨機為間歇式球磨機,可用于濕法和干法粉磨。雙簡式扳動磨主要用于連續(xù)粉磨場合,可用于濕法和干法粉磨。筒體內(nèi)壁可直接襯貼橡膠,也可以加襯金屬或其他材質(zhì)材扳。根據(jù)需要可采用合金鋼質(zhì)、瓷質(zhì)或其他襯質(zhì)的磨介。
粉磨能力特性根據(jù)進、出料粒度的要求不同,粉磨工藝過程區(qū)分為細磨與超細磨段。所謂細磨是指進料粒度為1—2mm,以處理得到200-300目料體為目的的粉磨過程。超細粉磨是指進料粒度小于0.85mm,以處理得到小于28μm酚體產(chǎn)物為目的的粉磨過程。
河南省鞏義市金昌礦山設備廠是國內(nèi)領先的選礦設備制造、供應商,我們專業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營高品質(zhì)的選礦設備、破碎設備、回轉窯設備以及烘干機設備。選礦設備主要產(chǎn)品包括:球磨機、節(jié)能球磨機、圓錐球磨機、溢流型球磨機、格子型球磨機、水泥球磨機、棒球磨機、破碎機、顎式破碎機,復合破碎機,反擊式破碎機,新型破碎機,烘干機、新型烘干機、煤泥烘干機、粉煤灰烘干機、褐煤烘干機、脫硫石膏烘干機、蒙煤烘干機、洗礦機,螺旋洗礦機,分級機、浮選機、磁選機等。回轉窯設備有,炭素回轉窯,陶粒砂回轉窯,褐鐵礦回轉窯,赤鐵礦回轉窯,高嶺土回轉窯,水泥回轉窯,還原鐵回轉窯。這些產(chǎn)品被廣泛應用于礦山、冶金、電力、公路、鐵路、水利、建材等領域。
2. 主要生產(chǎn)企業(yè)和技術參數(shù)
目前,世界上生產(chǎn)大型球磨機的主要生產(chǎn)廠家有丹麥F.L.Smidth集團旗下的FFE Minerals公司(由其子公司FLS Minerals和原美國 Fuller公司重組形成的)、澳大利亞 Outokumpu公司和ANI公司、芬蘭Metso Minerals公司(1988 年并購了原美國AC公司)、德國Krupp公司和日本的川崎重工等。磨機驅(qū)動系統(tǒng)的主要制造商有瑞士ABB公司,其在無齒輪磨機驅(qū)動(GMD-Gearless Mill Drive) 方面尤為擅長。
下面簡要介紹一些公司的產(chǎn)品及主要技術參數(shù)。
1998 年末,澳大利亞Outokumpu公司為本國的Cadia Hill銅金礦選礦廠制造的二臺f 6.71×11.13m、裝機容量2×4500 kW/ 臺的球磨機(鋼球介質(zhì)直徑為65mm,采用雙邊齒輪嚙合傳動) 投入運行。它們與一臺f 12.2 m×6.71m、裝機容量20000kW的當時世界上最大的半自磨機配套,處理能力為2065t/ h,碎磨礦物粒度可達0.1mm。FFE Minerals公司和瑞士ABB公司合作,為秘魯?shù)腁ntamina銅鋅礦制造的三臺f 7.32×11.0m球磨機(GMD-Gearless Mill Drive,以下所提到的磨機驅(qū)動方式均采用GMD)于2001年6月投入運行,其裝機容量11200 kW/臺,筒體轉速為11.8r/ min 。
智利 Esc-dida 銅礦制造的3臺f 7.62×11.58m球磨機于2002年12月投運行,其裝機容量 13430kW/ 臺,筒體轉速為11.5r/ min,該系統(tǒng)處理能力為4583t/ h。其為世界第四大銅礦——智利的Collahuasi銅礦制造的兩臺f 7.9211.58 m、裝機容量為15500 kW/ 臺、筒體轉速為11.42 r/ min 的球磨機,已在2004 年11月交工試運轉,它們與一臺f 12.2×7.31 m、裝機容量21000kW的迄今世界上最大的半自磨機配套,處理能力達65000t/d。據(jù)報道,Metso Minerals公司將向西澳大利亞Boddington金礦公司(BGM) 提供破碎和研磨設備,該訂單包括提供4臺14500kW的球磨機,將于2007年第四季度交貨。FFE Minerals 公司為世界最大的鉑礦——南非的Anglo Platinum 鉑礦制造的兩臺f 7.92×12.2 m、裝機容量為17500kW/ 臺的球磨機預計于2007年底交付使用,這是迄今世界上裝機容量最大的球磨機。
3. 結構工藝及關鍵技術
球磨機規(guī)格的不斷增大,一方面對磨機結構 (中空軸、端蓋、磨機筒體斷面和這些部分之間的聯(lián)接)及軸承和驅(qū)動系統(tǒng) (包括動力源和傳動系統(tǒng)) 中的部分組件結構形式提出了新的要求,以提高設備的機械強度和局部結構的應力特性。另一方面也增大了制造強度,同時,由于其基本投資很大,要求的利潤率高和工廠多余設施少,這又對其使用壽命、精確性和可靠性等方面都提出了更高的要求。下面對大型球磨機部分組件的結構工藝特點及其關鍵技術作一簡要介紹。
3.1 磨機驅(qū)動系統(tǒng)
3.1.1 齒輪傳動
目前,大型磨機很多是通過斜齒輪嚙合驅(qū)動的,即通過由螺栓固聯(lián)在其筒體上的大齒圈與一個或兩個(雙邊齒輪傳動)小齒輪嚙合,而小齒輪則由低速同步電機驅(qū)動,這樣就將動力由電機傳到筒體上,從而帶動筒體旋轉。系統(tǒng)采用油脂潤滑系統(tǒng)保證潤滑,大小齒輪均被密封在齒輪防護罩內(nèi),以防止外界粉塵顆粒對齒輪的磨損,采用雙邊齒輪傳動是為了在采用同種電機的情況下能使系統(tǒng)的輸出功率提高一倍,從而滿足更大規(guī)格磨機的功率需求。以齒輪驅(qū)動的球磨機大齒圈的輸入載荷非常大,其對磨機主體結構應力影響明顯,因此,齒輪設計需要作為磨機主體分析的一部分來處理要詳細地了解齒輪及其負荷對磨機主體結構的影響。同時,對齒輪也要單獨進行分析。
隨著球磨機規(guī)格的增大,其齒輪尺寸也在增加,為了保證在滿載運轉條件下小齒輪與大齒輪能正確嚙合,有些公司開發(fā)了在線齒輪非接觸監(jiān)測系統(tǒng),將三個或更多個紅外線測溫儀準確地安裝在齒輪罩觀察門上,監(jiān)測齒面接觸壓力變化引起的齒溫變化,提供早期位置偏差問題和潤滑問題報警。
3.1.2 無齒輪磨機驅(qū)動 (GMD-Gearless Mill Drive)
上世紀 60 年代,世界各地都掀起了一股建筑熱潮,對水泥的需求量驟增,市場需要水泥制造商迅速提高生產(chǎn)能力,考慮到自身的經(jīng)濟利益,各水泥制造商對大功率的磨機系統(tǒng)需求尤為迫切,但憑當時的制造水平無法制造出適應更大功率磨機的驅(qū)動齒輪。在這種情況下,當時的瑞士ABB公司創(chuàng)造性地提出了無齒輪磨機驅(qū)動的概念,并于1969年為法國拉法基集團制造的世界上第一臺GMD(裝機容量6400kW/ 臺)投入運轉,直今仍在使用中。1985年,該公司制造的世界上一臺礦用GMD在巴布亞新幾內(nèi)亞投入運行。
一方面,實踐證明現(xiàn)在的技術水平制造出來的一對嚙合齒輪,其所能傳遞的最大負荷為7500kW左右,即使磨機采用雙邊齒輪嚙合傳動,其功率極限也被限制在15000kW/ 臺。另一方面,雖然采用 GMD前期的一次性投入很大,但長期的使用經(jīng)驗表明GMD的使用維護成本是非常低的,并且在運轉過程中呈現(xiàn)出良好的可控性和可靠性;因為GMD屬于非接觸傳動,其磨損量接近于0,使用壽命很長,所以其綜合經(jīng)濟性明顯優(yōu)于齒輪嚙合傳動磨機。綜合上述兩方面原因,為了提高磨機生產(chǎn)效率,現(xiàn)在制造的裝機容量超過10000kW/ 臺的大型球磨機多采用GMD,并且其裝機容量可以滿足目前任何功率需求。
下面簡要介紹GMD的結構:
GMD 是采用同步電機的原理,將轉子鐵心、線繞式轉子繞組等壓裝在轉子支撐法蘭上,再用螺栓將轉子支撐法蘭固結在筒體法蘭上。將整個轉子單元嵌套在固定在磨機基座上的定子內(nèi),兩者之間留有一定的空氣隙,這樣就構成了電機基本結構,磨機筒體即成為其轉子單元的一部分。通過一頻率轉換器將通往電機的電流頻率從50Hz轉換為1Hz左右,磨機轉速變化即通過調(diào)節(jié)電流頻率來實現(xiàn)??諝庀洞笮〉倪x擇對電機性能及電機制造的工藝影響非常大,可以說是GMD中最重要的尺寸。設計時其值可以先根據(jù)下面的經(jīng)驗公式初步估算一下,之后再根據(jù)相關標準、要求作精確確定。
轉子和定子的圓度和同心度對空氣隙大小有很大的影響,而由于受加工精度、發(fā)熱、載荷影響產(chǎn)生的空氣隙偏差和偏心,會引起電機系統(tǒng)的磁力不平衡和動態(tài)不穩(wěn)定。所以對 GMD 來說,設計時需要注意以下兩點:
(1) 分析整個系統(tǒng)的剛度。必須確保轉子/ 磨機/軸承系統(tǒng)相對于定子/ 軸承座/ 基礎系統(tǒng)有足夠大的剛度,能有效防止由于電機空氣隙偏差和偏心造成的動態(tài)不穩(wěn)定;
(2) 磨機本身結構必須能承受由裝在磨機上的轉子電極重量和空氣隙偏差產(chǎn)生的徑向負荷所引起的驅(qū)動系統(tǒng)高負荷。GMD結構中,螺栓與兩段分別固裝在轉子支撐法蘭和筒體法蘭上的套筒間隙配合,可以通過其相互間的左右擺動和上下錯動來校正電機的空氣隙偏差和偏心。為了保證GMD的工作狀態(tài),提供早期的問題報警,有些公司開發(fā)了在線GMD非接觸監(jiān)測系統(tǒng),其原理是在定子內(nèi)側裝有多個電容式傳感器,輸入值經(jīng)相應的轉換后從電路的另一端輸出,通過觀察其輸出值,可以監(jiān)測空氣隙的大小有無變化
3.2 軸承系統(tǒng)
隨著球磨機規(guī)格的增大,磨機負荷及軸頸直徑隨之增大,其共同產(chǎn)生的軸頸變形也增大,從而要求必須研制可承受極高負荷和大軸頸變形的經(jīng)濟有效而可靠的軸承系統(tǒng)。實踐證明,液體靜壓軸承或靜動壓混合軸承可以滿足此需求。這些軸承的液壓系統(tǒng)必須是高可靠性的、易于維護的, 具有向軸承提供充足以便在發(fā)生電源故障時使磨機安全停車。為了保證加工和裝配精度,提高軸承系統(tǒng)的可靠性,現(xiàn)在大型磨機多采用多軸瓦軸承支撐。隨著磨機規(guī)格的增大,每端可分別采用2塊、4塊或6塊軸瓦進行支撐。同時,為了校正球磨機軸承支承處的軸線偏轉和熱變形,保證軸瓦和軸頸間的完全液體潤滑狀態(tài),對每塊軸瓦又采用輥子座或球型座與液壓千斤頂組合進行支撐。這樣做也可以方便對軸瓦進行維護及更換。軸瓦支撐座上還可以裝配負荷傳感器,以測得磨機、介質(zhì)及物料的重量。潤滑油供油系統(tǒng)可采用等壓力或等流量供給,業(yè)內(nèi)多采用同軸多聯(lián)泵進行等流供油。
3.3 磨礦過程的模擬分析技術
磨機規(guī)格的增大,使其造價十分昂貴,要求其設計方案具有足夠的準確性和可靠性,以在制造過程中減少成本損失。磨礦過程的模擬研究是磨礦過程優(yōu)化控制的基礎,也是磨礦從實驗研究走向理論研究的關鍵步驟。磨機結構分析的關鍵是要有一個明確的設計思想,這就需要將磨機設計負荷和設計標準與可能的磨機操作設計條件緊密結合起來。同時還要考慮實際上能夠達到的分析精度和制造質(zhì)量。
實踐經(jīng)驗表明,有限單元法是20世紀中葉在電子計算機誕生之后,在計算數(shù)學、計算力學和計算工程科學領域里誕生的最有效的計算方法。隨著有限元分析軟件的功能不斷增強和完善,使得其能對球磨機應力和結構進行準確而可靠的分析,并且利用有限元分析軟件豐富的前、后處理功能,特別是有限元后處理中的計算結果可視化,可直觀觀察變圖,各種相關應力的彩色云圖等。而且模型一旦建立,可比較方便地修改局部結構,使結構逐步達到最優(yōu),從而保證設計方案的準確性和可靠性。在對磨機進行有限元模擬分析過程中,需要注意區(qū)分工況及確定相應工況的載荷,并且必須以簡化方法,對整個運動負荷的作用建立模型。同時,由于襯板之間和襯板與磨機間存在大量的不連續(xù)性,建模過程中需對其進行簡化在施加重力載荷時,再將其按等效密度加到相應部位上。有限元法等數(shù)值方法適合于解決連續(xù)介質(zhì)問題,而為了提高球磨機的性能,對球磨機中多相混合材料介質(zhì)在復雜物理場作用下的動力學行為的研究成了必然。而自1990年Mishra和 Rajamani 創(chuàng)造性地將離散單元法用于此領域的研究后,其就在此應用領域中發(fā)揮了其它數(shù)值算法不可替代的作用。離散單元法的本思想是把不連續(xù)體分離為剛性元素的集合,使各個剛性元素滿足運動方程,用時步迭代的方法求解各剛性元素的運動方程,繼而求得不連續(xù)體的整體運動形態(tài)。其對計算和模擬材料具體的破壞形式和破壞的整個過程等方面具有十分科學的應用價值。最后,磨機試運轉階段,還必須對其進行詳細的現(xiàn)場監(jiān)測,以確保將現(xiàn)場測得的實際應力范圍與分析模型預測值對比,從而證實負荷影響和襯板影響假設的合理性和準確性。
4. 國內(nèi)溢流型球磨機的傳動方式
國內(nèi)球磨機的傳動方式根據(jù)磨機規(guī)格不同有如下幾種:(1)同步電動機傳動。大型球磨機采用低速同步電動機直接帶動球磨機的小齒輪,小齒輪再帶動大齒圈使球磨機轉動。優(yōu)點是傳動效率高、占地面積小、維修方便和改善電網(wǎng)的功率因數(shù), 但同步電動機售價較高,而且需直流電源。(2)異步電機齒輪減速器傳動。大、中型球磨機采用異步傳動,齒輪減速器帶動小齒輪、大齒圈而驅(qū)動球磨機。優(yōu)點是異步電動機價格便宜,但多用了一大套大型減速器。(3)異步電機三角皮帶傳動。小型球磨機采用異步電動機通過三角皮帶帶動小齒輪,大齒圈而驅(qū)動球磨機。其缺點是傳動效率低,占地面積大,維修復雜。
5.國外溢流型球磨機的傳動方式
國外生產(chǎn)的球磨機傳動方式有下述三種
(1)電動機通過小齒輪和大齒圈傳動。
(2)中心傳動,即電動機通過減速器帶動中空軸頸的延長部分。
(3)電動機的轉子直接裝在筒體或中空軸頸的延長部分上,定子固定于地基上,構成所謂“無齒輪傳動”。此時,采用超低速同步電動機,其轉速等于球磨機的轉速,適用于傳動功率7500kw以上。球磨機的給料是由給礦器完成的。給礦器固定于球磨機的中空軸頸上并隨中空軸頸一起傳動。常用的給礦器有鼓形、蝸形和聯(lián)合給礦器三種。球磨機的筒體、端蓋、中空軸頸等處都敷有襯板。筒體襯板除保護筒體外,還對磨礦介質(zhì)的運動規(guī)律和磨礦效率有影響,當襯板較平滑時,對磨礦介質(zhì)的提升作用較弱,沖擊作用較小,而研磨作用較強。襯板還要求耐磨損。由于介質(zhì)和礦漿的沖擊、研磨和沖刷腐蝕造成了襯板的磨損,除了襯板的材質(zhì)和形狀外,磨損還與給礦粒度、礦石可磨性、鋼球大小、筒體直徑、球磨機的轉速以及礦漿的腐蝕性等因素有關。襯板的材質(zhì)有高錳鋼、高鉻(白口)鑄鐵、橡膠等。中錳球墨鑄鐵(含Mn7%-9%,Si3.4%-4%,C3.2%-3.6%)的壽命不低于高錳鋼,但成本低得多。襯板厚度一般為50-130mm,與筒殼之間有10-14mm的間隙,用膠合板、石棉墊、塑料板或橡膠鋪在其中,用來緩沖鋼球?qū)ν搀w的沖擊。襯板用螺栓固定在筒體上,螺帽下面有橡膠環(huán)和金屬墊圈,以防止礦漿漏出。襯板的形狀多種多樣。按其表面形狀可分為平滑和不平滑兩類。不平滑襯板可使磨礦介質(zhì)提升到較高的高度再落下,并且對鋼球和礦石較強的攪動,因而適用于粗磨。平滑襯板由于鋼球與襯板之間的相對滑動較大,因而產(chǎn)生較多的研磨作用而適用于細磨。 當電動機通過小齒輪和大齒輪將筒體帶動時,物料經(jīng)給料器通過中空軸頸從左端給入筒體。筒體內(nèi)裝有一定質(zhì)量的鋼球作為磨礦介質(zhì)。物料受到鋼球的作用而磨碎,然后經(jīng)排礦端的中空軸頸排出機外。由于磨碎產(chǎn)品經(jīng)中空軸頸溢流排出,故這種球磨機稱為溢流型球磨機,是一種廣泛應用的球磨機。
6. 球磨機的安裝與維護
機器的維護保養(yǎng)是一項極其重要的經(jīng)常性的工作,它應與極其的操作和檢修等密切配合,應有專職人員進行值班檢查。
1、軸承擔負機器的全部負荷,所以良好的潤滑對軸承壽命有很大的關系,它直接影響到機器的使用壽命和運轉率,因而要求注入的潤滑油必須清潔,密封必須良好,本機器的主要注油處(1)轉動軸承(2)軋輥軸承(3)所有齒輪(4)活動軸承、滑動平面。
2、新安裝的輪箍容易發(fā)生松動必須經(jīng)常進行檢查。
3、注意機器各部位的工作是否正常。
4、注意檢查易磨損件的磨損程度,隨時注意更換被磨損的零件。
5、放活動裝置的底架平面,應出去灰塵等物以免機器遇到不能破碎的物料時活動。
6、軸承不能在底架上移動,以致發(fā)生嚴重事故。
7、軸承油溫升高,應立即停車檢查原因加以消除。
8、轉動齒輪在運轉時若有沖擊聲應立即停車檢查,并消除。
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