Конструкция вертикальной вальцовой мельницы и основной принцип её работы

Основной принцип работы вертикальной валковой мельницы (VRM, сокращенно — вертикальная мельница) основан на принципе “измельчения в слое материала”: измельчающий валок оказывает определенное гидравлическое давление на вращающийся измельчающий диск, тем самым сжимая и дробя сырье. С точки зрения основной конструкции вертикальная мельница умно объединяет дробление, измельчение, сушку, динамическую сепарацию порошка и транспортировку материала в непрерывной и замкнутой системе. Однако на практике инженеры на многих заводах часто сталкиваются с двумя проблемами: “высоким вибрационным скачком” и “высоким удельным энергопотреблением (SEC)». На самом деле, если скорректировать внутренние конструктивные параметры ножа — в частности, отрегулировать кривую гидравлической нагрузки, оптимизировать расход газа в кольце распыления воздуха и улучшить геометрию сепаратора порошка, — можно напрямую устранить эти эксплуатационные «узкие места».

Основной принцип работы вертикальной мельницы: за пределами базовой механики

Измельчение материалов внутри вертикальной мельницы требует чрезвычайно точного контроля сил выдавливания и сдвига. Следует помнить, что для измельчения частиц данное оборудование не использует прямой “силовой” контакт металла между измельчающим валом и измельчающим диском. Нормальная работа вертикальной мельницы зависит от поддержания стабильного и динамичного “слоя материала” между измельчающими элементами.

T.P.G. Шлифовальный треугольник

Если вы хотите по-настоящему освоить работу с вертикальным фрезерным станком, вам необходимо понять принцип так называемого “треугольника шлифования T.P.G.”: натяжение (Tension), давление (Pressure) и зазор (Gap).

Натяжение (гидравлическое давление): Гидравлический цилиндр обеспечивает давление, прижимающее шлифовальный валок вниз. Чем выше тяговое усилие, тем выше эффективность шлифования, однако это также означает, что энергопотребление главного приводного двигателя резко возрастет. Поэтому оператор должен с предельной точностью подбирать кривую гидравлического давления в соответствии с индексом прочности Бонда (BWI) материала.

Давление (динамика потока газа): горячий воздух, движущийся с высокой скоростью, поступает в мельницу через струйное кольцо, окружающее мельницу. Действие этого воздушного потока заключается в подъёме измельчённых частиц вверх. Если скорость воздушного потока недостаточна, материал будет опускаться обратно на большую площадь, что не только приведёт к перегрузке измельчающего диска, но и вызовет мгновенный скачок тока в двигателе.

Зазор (зазор между валиком и диском): Механическое стопорное кольцо на краю шлифовального диска определяет толщину слоя материала. Зазор между шлифовальным валиком и шлифовальным диском должен быть строго пропорционален максимальному размеру подаваемых частиц. Если зазор установлен слишком узко и слой материала полностью продавливается, это приведет к чрезвычайно сильному трению металла о металл и сильной вибрации оборудования.

Современная архитектура конструкции вертикальных фрезерных станков

Каждый компонент современной конструкции вертикальной мельницы отвечает за выполнение определённых требований, связанных с механическими нагрузками и гидродинамикой. При выборе типа инженер должен определить наиболее точные параметры профиля с учётом абразивности и влажности обрабатываемого материала.

Геометрия поверхности шлифовального диска и шлифовального валика

Форма валика и шлифовального диска напрямую определяет соотношение между силой экструзии и силой сдвига. Выпуклый шлифовальный валик оснащен рифленым шлифовальным диском, который может прочно удерживать материал и формировать ограниченный слой материала. Эта оригинальная конструкция удерживает частицы внутри, заставляя их сжиматься и тереться друг о друга (т. е. самошлифование), а не просто подвергаться сухому измельчению на чугунных элементах. Напротив, конструкция диска с плоским дном позволяет создавать более значительную силу сдвига, что очень подходит для измельчения мягких материалов, таких как уголь, в то время как конструкция с изогнутым протектором лучше справляется с твердым клинкерным шлаком.

Механический принцип действия гидравлической системы натяжения

Гидравлическая пружинная система выполняет в дробилке двойную роль: она одновременно является и “генератором” дробильного усилия, и “амортизатором” механических ударов. Аккумулятор, предварительно заполненный азотом, напрямую соединен с гидравлическим цилиндром. Когда в мельницу попадают посторонние предметы, которые невозможно измельчить (например, металлолом), азотный баллон мгновенно сжимается. Это быстрое сжатие позволяет немедленно поднять измельчающий вал, что позволяет избежать катастрофического повреждения редуктора.

Динамический сепаратор и внутренняя циркуляция

Динамический сепаратор можно назвать “мозгом”, который контролирует степень измельчения конечного продукта (удельную поверхность, индекс Блейна) и скорость внутренней циркуляции. Лопасти ротора с регулируемой скоростью вращаются с высокой скоростью в верхней части корпуса мельницы. Как только крупные частицы попадают на эти лопасти, они теряют кинетическую энергию и падают обратно по возвратной воронке на измельчающий диск. В современных усовершенствованных конструкциях роторов обычно используются наклонные лопасти, которые позволяют минимизировать перепад давления в сепараторе, что значительно снижает энергопотребление главного вентилятора принудительной тяги (вентилятора ID).

Руководство для ветеранов по предотвращению опасных ситуаций: динамические игры в полевых условиях

В учебниках или руководствах по эксплуатации редко затрагивается сложная взаимосвязь между механическим износом и технологическими параметрами. На практике технические специалисты часто попадают в некоторые типичные “эксплуатационные ловушки”, появление которых нередко ошибочно принимают за другие, не связанные с этим сбои в работе системы.

“Невидимая ловушка” давления в азотном аккумуляторе

Сильная вибрация в мельнице зачастую обусловлена не нестабильностью слоя материала, а недостаточным давлением азотной заправки в аккумуляторе. Однако операторы часто ошибочно интерпретируют эту сильную вибрацию как “перегрузку” и, как следствие, сокращают объем производства без надлежащей диагностики. Подача 1 уменьшается, и слой материала становится тоньше. Если в этот момент давление азотной подушки недостаточно для поглощения удара, измельчающий валок проникает непосредственно через тонкий слой материала и с силой ударяется о столик мельницы. Поэтому команда технического обслуживания должна еженедельно отдельно проверять базовое давление предварительного наполнения азотом при отключенном рабочем гидравлическом давлении.

Неверный расчет матрицы износа

Механический износ шлифовального диска и шлифовальных валков может незначительно изменить первоначально рассчитанную динамику воздушного потока. По мере износа удерживающего кольца и его постепенного укорочения слой материала также истончается, что приводит к преждевременному попаданию материала в зону кольца струйного воздуха. Многие руководители предприятий привыкли заменять измельчающие валки, ориентируясь исключительно на “наработку”, пренебрегая при этом точными измерениями геометрического профиля износа. На самом деле, проводя 3D-лазерное сканирование во время плановых остановок на техническое обслуживание, можно получить точные данные о матрице износа. Имея эту информацию, инженеры могут перекалибровать кривую гидравлической нагрузки и компенсировать любые геометрические деформации.

Технические данные с передовой: практическая оптимизация воздушного кольца

Оптимизация внутренней гидродинамики зачастую обеспечивает значительно более высокую рентабельность инвестиций (ROI), чем крупные вложения в модернизацию главного двигателя. В Германии один цементный завод когда-то столкнулся с поразительным удельным энергопотреблением, достигавшим 34 кВт·ч/т при измельчении клинкера. Инженерная команда завода провела небольшую “хирургическую” модификацию внутренней конструкции вертикальной мельницы: в воздушном кольце была установлена перегородка, что позволило увеличить скорость внутреннего воздушного потока напрямую с 35 м/с до 45 м/с.

Уже одно лишь это небольшое аэродинамическое воздействие полностью устраняет хроническую проблему повторяющихся циклов оседания внутренних материалов.

Технические характеристики	До модификации кольца форсунки	После модификации кольца форсунки	Чистое улучшение
Скорость газа в кольце форсунки	35 м/с	45 м/с	+ 28.5%
Нагрузка внутреннего кругового движения	450%	210%	– 53,31 TP3T
Удельное потребление энергии	34,2 кВт·ч/т	26,8 кВт·ч/т	– 21,61 TP3T
Производительность мельницы (т/ч)	145 т/ч	170 т/ч	+ 17.2%

Данные не лгут: эффективность вертикальной мельницы полностью зависит от того, удастся ли достичь идеального резонанса на одной частоте между механической силой дробления и аэродинамической подъемной силой.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Какова оптимальная толщина слоя материала для вертикальной вальцовой мельницы?

Оптимальная толщина слоя материала обычно поддерживается в пределах от 1% до 2% диаметра шлифовального валка. Например, если диаметр шлифовального валка составляет 2 метра, целевая толщина слоя материала должна быть в пределах от 20 до 40 мм. На практике эта толщина в основном регулируется путем изменения высоты механического отклоняющего кольца на шлифовальном диске.

Как вертикальный мельница справляется с сырьем с высоким содержанием влаги?

Ключевой особенностью вертикальной мельницы является подача высокотемпературных отработанных газов через воздушное кольцо в нижней части. Интенсивная турбулентность внутри мельницы в сочетании с чрезвычайно большой площадью поверхности взвешенного порошка обеспечивает быстрый теплообмен. При правильной настройке вертикальная мельница может сушить материалы с содержанием влаги до 20% в процессе измельчения.

Почему мой вертикальный фрезерный станок сильно вибрирует при включении?

Вибрация при запуске, как правило, возникает из-за того, что слой материала ещё не полностью уплотнился, в результате чего шлифовальный валик и шлифовальный диск вступают в прямой контакт. Опытные инженеры следят за тем, чтобы логика работы системы реализовывалась надлежащим образом: до тех пор, пока подаваемый материал полностью не покроет поверхность шлифовального стола, гидравлический цилиндр должен удерживать шлифовальный валик в поднятом положении, что позволяет эффективно предотвратить эту проблему.

В чём именно заключается назначение воздушного кольца в конструкции вертикальной валковой мельницы?

Воздушное распылительное кольцо действует как дефлектор, направляющий высокоскоростной поток воздуха для обдува вверх вдоль края измельчающего диска. Этот мощный воздушный поток поднимает только что измельченный мелкий порошок и транспортирует его в динамический классификатор верхней ступени. Если площадь поперечного сечения распылительного кольца слишком велика, скорость воздушного потока снизится, и более тяжёлые материалы попадут в нижнюю оболочку (то есть произойдёт “выброс шлака”).

Как часто следует проводить капитальный ремонт шлифовального валка методом наплавки?

Цикл наплавки полностью определяется содержанием кремнезема и абразивностью материала. При измельчении клинкерного и шлакового сырья, как правило, требуется останавливать наплавку раз в 3 000–5 000 часов работы. Однако при измельчении относительно мягкого битуминозного угля валок угольной мельницы иногда может проработать до 15 000 часов без необходимости замены.

Может ли вертикальная мельница полностью заменить шаровую мельницу при измельчении цемента?

Безусловно. В современных вертикальных мельницах уже давно интегрирован весь процесс измельчения клинкера, и по сравнению с традиционными системами шаровых мельниц с замкнутым циклом они позволяют снизить удельное энергопотребление на 30%–40%. Однако следует отметить, что кривая гранулометрического состава (PSD) продукции, получаемой на вертикальных мельницах, как правило, более крутая, что напрямую влияет на потребность в воде конечного цементного продукта.