雖然是水泥行業(yè)的東西，值得了解一下
振動(dòng)粉磨和振動(dòng)破碎技術(shù)的發(fā)展回顧
摘要:粉磨工藝是水泥生產(chǎn)工藝中最重要、也是最基礎(chǔ)的生產(chǎn)工藝之一。它的粉磨效果直接決定著水泥或者熟料的質(zhì)量。下面就國(guó)內(nèi)外的振動(dòng)粉磨和振動(dòng)破碎技術(shù)的發(fā)展作簡(jiǎn)單的介紹。
1 振動(dòng)粉磨技術(shù)
振動(dòng)磨的最早雛形是一種同心圓的多室磨，由德國(guó)FASTING公司1910年發(fā)明。但真正意義上的第一臺(tái)振動(dòng)磨直到1949年才由SIEBTE-CHNIK公司制造，為單筒體結(jié)構(gòu)，容積0.6L，采用間歇式粉磨。50~60年代，振動(dòng)磨發(fā)展為多筒式，其結(jié)構(gòu)幾乎包括2~6筒體的所有布置形式，設(shè)備最大容積也突破1000L。1962年，德國(guó)KHD、WEUAG公司研制的65U型以偏心體作激振器的振動(dòng)磨，是當(dāng)時(shí)生產(chǎn)能力較大的機(jī)型，有效容積達(dá)到2000L，以產(chǎn)品細(xì)度43μm（325目）計(jì)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)2.5 t/h，功率130kW，依賴產(chǎn)量和細(xì)度的優(yōu)勢(shì)，其市場(chǎng)覆蓋面在十年中即達(dá)50多個(gè)國(guó)家。這種由電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心體飛速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)磨體振動(dòng)的激振方式，為各國(guó)后來所仿效。受其啟發(fā)，德國(guó)Lurgi公司與南非合作也采用激振方法研制出離心式振動(dòng)磨，粉磨細(xì)度可＜40μm。同期進(jìn)行研制的還有強(qiáng)制通入壓縮空氣的氣流式振動(dòng)磨、雙腔式振動(dòng)磨等等。自此，以細(xì)磨為目的的振動(dòng)粉磨技術(shù)，不僅在德國(guó)迅速發(fā)展，尤其以Humboldt公司的Palla型和KHD公司的50U、65U型等產(chǎn)品最為著名，而且也成為歐美國(guó)家的重要研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用形式。
美國(guó)Ails-CHAIMERS公司在50年代中期研制的CHLMERS單筒振動(dòng)磨，筒體直徑突破了通常的0.5m，達(dá)到Φ1.03m，采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最大容積為880L，其他型式多從德國(guó)引進(jìn)。英國(guó)的振動(dòng)磨大部分為引進(jìn)德國(guó)Palla型、VAR10型和AUBEMA型等技術(shù)生產(chǎn)，其應(yīng)用基本分割了國(guó)內(nèi)超細(xì)粉體加工的主要市場(chǎng)。
前蘇聯(lián)對(duì)振動(dòng)磨的研究重點(diǎn)傾向于設(shè)備的大型化，從1952年~1968年相繼研制的2700L、4000L甚至15000L等大容積振動(dòng)磨均見諸報(bào)導(dǎo)，有效容積大幅度突破了國(guó)際當(dāng)時(shí)最大不足2000L的局限。但見于文字的工業(yè)應(yīng)用仍只介于2000L以內(nèi)，例如M1000-1.0單筒型，功率70kW；M1000-1.5雙筒型，功率150kW。近幾年我國(guó)一些設(shè)備制造企業(yè)引進(jìn)的技術(shù)即是容積為1000L的2筒體機(jī)型。
日本從20世紀(jì)60年代開始在引進(jìn)德、美等國(guó)技術(shù)的基礎(chǔ)上才進(jìn)行本國(guó)振動(dòng)磨技術(shù)的研究，但發(fā)展速度極為迅速，質(zhì)量和市場(chǎng)至今仍處于領(lǐng)先地位。其中以中央化工機(jī)械、安川電機(jī)、川崎重工等制造商的生產(chǎn)規(guī)模最大，產(chǎn)品最為著名，如CKC型、CH型、RSM型、VAMT、YASR、YAT型和引進(jìn)的Palla型等振動(dòng)磨在國(guó)際上都享有較高的聲譽(yù)。一般多為250~1200l，但從設(shè)備性能、加工質(zhì)量、降噪防塵和系統(tǒng)配套等各個(gè)環(huán)節(jié)都體現(xiàn)了技術(shù)的先進(jìn)性和工藝完整性，因而市場(chǎng)應(yīng)用率極高，范圍涉及粉磨行業(yè)的各種固體物料。國(guó)內(nèi)如寶鋼、開灤煤礦等大型企業(yè)早期引進(jìn)的成套細(xì)磨設(shè)備均以此為主。
我國(guó)于1965年由原建材部北京建材研究院錢汝中、胡惠中、王炤等人通過建立數(shù)學(xué)模型研制的國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)振動(dòng)磨，首創(chuàng)了3筒體串聯(lián)結(jié)構(gòu)，容積為30L，功率3kW。以此為基礎(chǔ)，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)制造出第一臺(tái)用于工業(yè)生產(chǎn)的3筒體SM型1000L振動(dòng)磨，1980年通過部級(jí)技術(shù)鑒定。并以其結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性和對(duì)難磨物料的適應(yīng)性，在自應(yīng)力混凝土水泥、帶酸木屑以及云母、剛玉、碳化硅等各種粉體的生產(chǎn)中廣為應(yīng)用，受到業(yè)內(nèi)普遍歡迎。寶鋼、唐山碳化硅廠等大中型企業(yè)以其替代國(guó)外設(shè)備進(jìn)行剛玉、碳化硅等高硬物料的粉磨都展示出超強(qiáng)的細(xì)磨能力。這一時(shí)期的市場(chǎng)空前，在國(guó)內(nèi)享有較高的知名度。至今，其3筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和撓性聯(lián)軸器型式仍是國(guó)內(nèi)同類型振動(dòng)磨的參照標(biāo)準(zhǔn)。
國(guó)內(nèi)振動(dòng)磨的制造和應(yīng)用在1985年前后進(jìn)入高潮。據(jù)簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)的振動(dòng)磨制造企業(yè)達(dá)20多家，最大容積達(dá)到1500L，2筒體并聯(lián)和3筒體串聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)并存，浙江溫州、安徽安慶、河南新鄉(xiāng)、鶴壁、陜西西安等地的振動(dòng)磨都占據(jù)了各自的市場(chǎng)份額。2000年，由冶金部主持的振動(dòng)磨產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開始制定，一些企業(yè)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)制造的振動(dòng)磨也陸續(xù)進(jìn)入市場(chǎng)，振動(dòng)磨的設(shè)備形式和市場(chǎng)結(jié)構(gòu)更加多元化。
縱觀國(guó)內(nèi)外振動(dòng)粉磨技術(shù)的發(fā)展，在外型特征上表現(xiàn)為設(shè)備有效容積愈來愈大，結(jié)構(gòu)傾向多筒體和單電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但實(shí)質(zhì)上的進(jìn)步卻在于研制者對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度即重力加速度的重新認(rèn)識(shí)和實(shí)踐，使現(xiàn)在可以作到一臺(tái)大振幅振動(dòng)磨的產(chǎn)量能夠達(dá)到以前十?dāng)?shù)倍容積的振動(dòng)磨生產(chǎn)能力。
關(guān)于振動(dòng)強(qiáng)度的理論依據(jù)，上述各國(guó)振動(dòng)磨都是根據(jù)德國(guó)巴赫曼D.Bachmann1940年提出的“磨介共振”學(xué)說為基礎(chǔ)，其取值均在60~90m/s2之間，最大振幅8mm。這種工作狀態(tài)使磨機(jī)水平方向的振動(dòng)干擾了鉛垂方向運(yùn)動(dòng)，故而生產(chǎn)能力有限，較大規(guī)格的1000L振動(dòng)磨粉磨到300 m2/kg左右比表面積的最大產(chǎn)量也不過1.5t/h。此后十多年間，英國(guó)羅茲H.E.Rose和Bate、我國(guó)錢汝中、胡惠中、王炤等人均著文對(duì)這一學(xué)說提出不同的觀點(diǎn)，H.E.Rose認(rèn)為振動(dòng)強(qiáng)度在50~70m/s2為宜；Bate認(rèn)為振動(dòng)磨的松散介質(zhì)群運(yùn)動(dòng)不能簡(jiǎn)化為非彈性質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，增大振幅的粉磨效率更明顯；錢汝中等人認(rèn)為振動(dòng)強(qiáng)度必須是包括物料性質(zhì)在內(nèi)的各種因數(shù)的函數(shù)，例如粉磨帶酸木屑的最佳振動(dòng)強(qiáng)度為110m/s2。這些觀點(diǎn)雖然都在各自的研究中得到應(yīng)用，但工業(yè)磨的振動(dòng)強(qiáng)度均未突破100m/s2的局限，粉磨效率仍基本停留于原先水平。
一些研究者試圖從改變磨機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)或者從改善磨機(jī)外部工藝條件來提高振動(dòng)磨的粉磨效率。德國(guó)M.Bayer、Mulish和K.Gemesi等人曾進(jìn)行磨內(nèi)通入壓縮氣體的試驗(yàn)，以借助于氣流推力使物料在磨內(nèi)充分?jǐn)噭?dòng)中得到充分研磨和迅速排出，從而縮短物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間，獲得單位時(shí)間下的最大產(chǎn)量，但試驗(yàn)效果不明顯，氣流量較小時(shí)，對(duì)物料的流速改變不大，而氣流量過大則使粉磨產(chǎn)品的粒度變粗，很難找到兩者的最佳結(jié)合點(diǎn)。德國(guó)Gock等人在1979 ~1986年間，曾發(fā)明一種雙區(qū)振動(dòng)磨和轉(zhuǎn)腔振動(dòng)磨，前者是在磨腔內(nèi)增設(shè)一個(gè)隔倉(cāng)板，使之成為兩個(gè)粉磨區(qū)；后者是在磨腔中加設(shè)一個(gè)可隨介質(zhì)旋轉(zhuǎn)的葉輪裝置，其作用均在于活化研磨體，消除磨腔中心部位的乏能區(qū)，以達(dá)到強(qiáng)化粉磨的目的。類似的研究國(guó)內(nèi)也有所報(bào)導(dǎo)，北京光華木材廠、林科院和同濟(jì)大學(xué)分別于1968年和1981年在SM型振動(dòng)磨磨腔中心沿筒體長(zhǎng)度方向加入一根Φ61mm圓管作強(qiáng)化器，其試驗(yàn)結(jié)果使產(chǎn)量提高1倍，但圓管磨損嚴(yán)重，連續(xù)運(yùn)行對(duì)材質(zhì)要求較高。可見這些改進(jìn)對(duì)于設(shè)備的整體應(yīng)用效果并未得到根本改變。
圍繞振動(dòng)磨理論和實(shí)踐的探索，國(guó)內(nèi)外幾十年來從未停止。直到90年代初期才形成一個(gè)廣泛共識(shí)，這就是增大振動(dòng)強(qiáng)度，提高振幅，才是獲得高效率粉磨的最簡(jiǎn)捷有效的途徑。這一理論，最早可追溯到1959年前蘇聯(lián)M.Л.莫爾古利斯提出的“振動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)取200 m/s2”的觀點(diǎn)，而發(fā)展和實(shí)踐者則始于Bernotat和WangShulin等人。他們主張按低頻率大振幅設(shè)計(jì)振動(dòng)磨，因?yàn)榻档驼耦l有利于延長(zhǎng)軸承的使用壽命，增大振幅則可有效提高介質(zhì)的能量傳遞接觸面積和正向擠壓碰撞能力，從而大幅度提高振動(dòng)粉磨的效率。表1的實(shí)踐為他們的觀點(diǎn)提供了有力的支持，并在生產(chǎn)中不斷驗(yàn)證其巨大的實(shí)用價(jià)值。
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