谷德明，石珍明，姜志勇

1 前言

球磨機(jī)作為水泥生產(chǎn)中的主機(jī)設(shè)備之一，在生料、煤粉、水泥制備中都發(fā)揮著重要作用，因各家水泥廠的物料情況不同，采用的工藝流程也不盡相同，具體到每臺球磨機(jī)所要求的進(jìn)風(fēng)量和進(jìn)料量也不同。如果進(jìn)料裝置均采用相同的設(shè)計(jì)，勢必不能滿足每個現(xiàn)場實(shí)際的生產(chǎn)需要，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況對喂料裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整。

2 進(jìn)料裝置的設(shè)計(jì)

進(jìn)料裝置的設(shè)計(jì)主要包括進(jìn)料溜管的設(shè)計(jì)、進(jìn)風(fēng)管的設(shè)計(jì)和進(jìn)料筒的設(shè)計(jì)等方面。

2.1 進(jìn)料溜管的設(shè)計(jì)

進(jìn)料溜管的布置方式主要有中心布置和偏心布置兩種（見圖1 和圖2），中心布置的進(jìn)料溜子可以做成矩形的，這樣可使物料摩擦溜子的一個面而不是一條線，延長溜子的使用壽命，不足之處是減少了通風(fēng)面積，導(dǎo)致通風(fēng)阻力增加；偏心布置的進(jìn)料溜管偏離磨機(jī)軸線中心一定距離，具有對進(jìn)料裝置通風(fēng)影響小、入磨物料不會被風(fēng)吹離進(jìn)料端、烘干效率高等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 中心布置

圖2 偏心布置

設(shè)計(jì)進(jìn)料溜管時要考慮溜管的傾斜角度及有效截面積，溜管的傾斜角度要大于物料的自然休止角（見表1），以避免積料。但傾角也不宜過大，否則會導(dǎo)致溜管下部距磨機(jī)太遠(yuǎn)，易漏料，一般取傾角為60°。

進(jìn)料溜管的有效截面積可按式（1）計(jì)算：

式中：

F——溜子的橫截面積，m2

QM——物料流通量，m3/h

VM——物料流速，1m/s

ψM——溜子填充率，50%～90%

2.2 進(jìn)風(fēng)管的設(shè)計(jì)

進(jìn)風(fēng)管主要用于冷熱風(fēng)及粉塵的輸送，設(shè)計(jì)時應(yīng)確保氣流流通通暢，阻力損失最小，氣流流過風(fēng)管后，應(yīng)盡量減少粉塵沉積；進(jìn)風(fēng)管應(yīng)有一定的角度，避免物料從進(jìn)風(fēng)管漏出。

進(jìn)風(fēng)管管道外徑可按式（2）計(jì)算：

式中：

D1——管道外徑，m

Q1——風(fēng)管風(fēng)量，m3/h

V1——風(fēng)管風(fēng)速，18～20m/s

風(fēng)管風(fēng)量與磨內(nèi)風(fēng)量相同，可用式（3）計(jì)算：

式中：

ψA——填充率，%

VA——磨內(nèi)風(fēng)速，m/s

DA——磨內(nèi)有效內(nèi)徑，m

另外，進(jìn)風(fēng)管直徑應(yīng)盡量與工藝風(fēng)管直徑相同，避免由于變徑而導(dǎo)致壓力損失，工藝優(yōu)選管徑如表2所示。

2.3 進(jìn)料筒的設(shè)計(jì)

進(jìn)料筒作為進(jìn)料裝置的一部分，連接著進(jìn)料溜管和磨機(jī)本體，主要起到進(jìn)料和密封作用，有螺旋筒和錐套兩種設(shè)計(jì)類型，如圖3和圖4所示。

圖3 螺旋筒

圖4 錐套

表1 幾種常用物料的自然休止角

其中螺旋筒屬強(qiáng)制進(jìn)料，不易漏料，但是易磨損，維護(hù)成本較高，且螺旋筒的輸送能力較錐套有一定差距；錐套成本較低，使用壽命長，但使用錐套進(jìn)料，物料由于慣性會沖出一定距離，導(dǎo)致磨機(jī)進(jìn)料口有一段物料比較少，產(chǎn)生無料磨損，浪費(fèi)一段研磨空間。因此設(shè)計(jì)時應(yīng)綜合考慮。

2.3.1 螺旋筒

螺旋筒的外徑D3需與磨機(jī)進(jìn)口腹板配合，內(nèi)徑D2需與進(jìn)風(fēng)管配合，為避免安裝及運(yùn)行時的干涉，設(shè)計(jì)時D2需比進(jìn)風(fēng)管大10～15mm，D3需比腹板內(nèi)徑小10～15mm。

螺旋筒的輸送能力為：

式中：

D2——螺旋筒的內(nèi)徑，m

ψ——螺旋筒的填充率，%

γ——物料容重，t/m3，可按表3選取

n——磨機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min

β——螺旋葉片的傾角，°

S——螺旋筒葉片的導(dǎo)程，m

由式（4）可知，螺旋筒的輸送能力與螺旋葉片傾角β及螺旋筒的填充率ψ有關(guān)。傾角越小，螺旋筒輸送能力越大，但傾角不能小于物料休止角，否則起不到輸送物料的作用，一般取β=60°。易知，螺旋葉片的高度H越大，填充率ψ越大，進(jìn)料量越多，但通風(fēng)面積越小，設(shè)計(jì)時應(yīng)平衡螺旋筒的進(jìn)料能力與通風(fēng)量的關(guān)系。一般H取60～120mm。

螺旋筒的長度L 與輸送能力無關(guān)，螺旋筒過長，不僅增加了制造成本，還將增加螺旋筒與筒體聯(lián)結(jié)螺栓所受的應(yīng)力，因此在保證密封的情況下，應(yīng)盡量縮短螺旋筒的長度。

雖然螺旋葉片的頭數(shù)與輸送能力不直接相關(guān)，但增加頭數(shù)可增加物料的實(shí)際填充率，也可使剛送入螺旋筒的物料盡快輸送出去，避免漏料，所以采取多頭數(shù)葉片有一定的必要性，頭數(shù)一般取4～8。

2.3.2 錐套

錐套的小端需與進(jìn)風(fēng)管配合，大端需與滑環(huán)腹板配合，如圖4 所示。為避免安裝及運(yùn)行時的干涉，設(shè)計(jì)時小端直徑D4需比進(jìn)風(fēng)管大10～15mm，大端直徑D5須比腹板內(nèi)徑小10～15mm。

錐套的長度L1越小越好，長度越小，傾斜β1越大，下料越順暢，但長度L1也不能太小，否則會導(dǎo)致進(jìn)料溜管伸入錐套的尺寸過小，容易導(dǎo)致漏料，一般情況下，β1≥15°。

錐套內(nèi)部可增加耐磨襯套，磨損時僅更換襯套即可，可延長使用壽命，降低成本。

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

表3 物料的容重

表4 4.2m×13m水泥磨不同工藝流程喂料量*

接下來以?4.2m×13m 水泥磨進(jìn)料裝置的設(shè)計(jì)為例來簡述一下進(jìn)料裝置的設(shè)計(jì)過程。

磨機(jī)的進(jìn)料裝置應(yīng)滿足其最大喂料量，不同生產(chǎn)工藝，磨機(jī)的喂料量也不同，由表4可知，在配輥壓機(jī)圈流的情況下，?4.2m球磨機(jī)的最大喂料量為770t。

根據(jù)式（1），ψM溜子填充率選85%，溜子的有效截面積應(yīng)為：

溜子的角度選60°。

根據(jù)公式（3），球磨機(jī)填充率ψA取30%，磨內(nèi)風(fēng)速VA取1m/s，磨機(jī)有效內(nèi)徑DA=4.05m。

則磨機(jī)所需風(fēng)量為：

根據(jù)式（2），取風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速V1=18m/s，可求出風(fēng)管的最小直徑為：

考慮到一定的富余量，取風(fēng)管外徑為D1=900mm。

再根據(jù)球磨機(jī)的填充率ψA=30%，磨機(jī)有效內(nèi)徑DA=4.05m，由繪圖軟件可算出，腹板的內(nèi)徑應(yīng)為1 270mm。

若進(jìn)料筒采用螺旋筒方式，考慮到螺旋筒厚度及安裝間隙，螺旋筒的內(nèi)徑取1 190mm，葉片高度取120mm。可知，在物料不高于葉片高度時，肯定不會漏料，由繪圖軟件可算出此時螺旋筒的填充率ψ=5.3%。取葉片傾角β=60°，熟料容重γ=1.45t/m3，磨機(jī)轉(zhuǎn)速n=15.60r/min，根據(jù)式（4），可求出螺旋筒的輸送量：

高于螺旋筒葉片的物料，有一部分被風(fēng)吹入磨機(jī)，這部分的物料量可用式（5）估算：

式中：

Q——螺旋筒的風(fēng)量，與磨機(jī)風(fēng)量Q1相同

ρ——?dú)怏w含塵濃度，取0.002t/m3

故螺旋筒的輸送能力為：

結(jié)合表4可知，配輥壓機(jī)圈流的生產(chǎn)工藝需要770t/h 的喂料量，螺旋筒的輸送能力237.49t/h＜770t/h，不能滿足使用要求；錐套可視為進(jìn)料溜管的延長部分，其輸送能力等同于進(jìn)料溜管的輸送能力，因此在配輥壓機(jī)圈流生產(chǎn)工藝下，應(yīng)該選擇錐套進(jìn)料。

4 結(jié)語

進(jìn)料裝置是磨機(jī)與工藝管道連接的裝置，既要順利地把物料喂入磨機(jī)，還要保證不漏料不漏風(fēng)。本文對進(jìn)料裝置各部分的設(shè)計(jì)要求做了簡單說明，同時又對?4.2m×13m球磨機(jī)配輥壓機(jī)圈流生產(chǎn)工藝下的進(jìn)料裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，供從事球磨機(jī)設(shè)計(jì)和改造工作的同行參考。