立式辊磨机用于碳酸锰矿磨粉的工艺设计董鹏，郑子恩，赵婷（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙410系统进行碳酸锰矿石磨粉的工艺，产品90%的粒度<150 m，水分含量<0.5%.对比传统的碳酸锰矿石磨粉工艺，该工艺具有能耗低、生产效率高、自动化程度高、占地面积小等特点，在电解金属锰行业中起到了推动技术进步、节能降耗的重要作用，具有先进的技术指标和良好的经济效益。
通讯作者：董鹏（1982-），男，硕士，工程师，主要从事有色冶金设计及咨询工作，E-mail95474453QQ.com锰作为自然界中分布较广的元素之，在地壳中以碳酸盐、氧化物及硅酸盐等矿物形式存在。作为一种重要的工业原料，在当今社会发展中，锰及其化合物在冶金、化工、轻工、医药、机械、国防、通信、农业等行业应用越来越广泛。
我国采用碳酸锰矿生产电解金属锰的技术经过多年的发展，现已形成比较成熟的生产工艺，即碳酸锰矿磨粉、制液、浸出、净化、电解、钝化洗涤、烘干剥离和包装。但该生产工艺中的碳酸锰矿磨粉工序所采用的传统磨粉设备存在着生产成本高，生产能力小，劳动效率低，工作环境差，机械化、自动化程度低等缺点，阻碍着电解金属锰行业的发展。本文综合国内外先进成熟的经验和设计项目的自身特点，在碳酸锰矿磨粉工序中选用了生产成本低，生产能力大，污染较小的立式辊磨机进行工艺设计。
1原料及产品1.1原料用于生产电解金属锰的原料为碳酸锰矿（菱锰矿）三方晶系，晶体呈菱面体，通常为粒状、块状或结核状，莫氏硬度为3.54.5，质量密度为3.33.7g/cm3，其主要化学成分见表1.表1碳酸锰矿主要化学成分其他1.2生产过程及产品本工艺设计的碳酸锰矿石处理能力为120 150t/h.其生产过程为：将碳酸锰矿石用反击式破碎机破碎至粒度<50mm的块矿，其水分含量<5%，硬度系数/=1011；然后由胶带运输机送入立式辊磨机进行破碎研磨，磨碎及烘干的碳酸锰矿粉经选粉机选粉，细粉随热风进入气箱式脉冲袋收尘器进行气粉分离，所得碳酸锰矿粉送制液工序；其工艺流程如附图所示。碳酸锰矿磨粉工序的产品90%的粒度<150pm，水分含量<0.5%.碳酸1猛矿热风炉热风1粗'碎立式辊磨机磨粉含尘热风粗粉收'尘净化热风碳酸锰矿粉2工艺方案比较2.1湿法磨矿与干法磨矿对比碳酸锰矿石磨粉工艺有湿法磨矿和干法磨矿两种。湿法磨矿是选用湿式球磨机，其优点是：对物料适应性强，产量高，适合大型粉末加工项目，设备稳定性好、流程最短、无需进步浆化；缺点是：能耗较大，且设备笨重，噪声较大，产品粒度难以精确控制，对物料进行精确计量较困难，使后续的连续浸出工序难以保持稳定；且电解金属锰产业政策对新水单耗的规定使得湿法磨矿生产受到局限。干法磨矿的优点是：工艺成熟，流程较短，配置简单，易于后续连续浸出工艺的控制；缺点是生产过程会产生粉尘污染；在物料含水较高的情况下，需增加热风系统来保证正常产量。目前电解金属锰行业的磨粉工序一般都采用干法磨矿工艺。
2.2采用不同干法磨矿工艺的比较随着科学技术的进步，在传统干法磨矿工艺的基础上发展出了多种改进型干法磨矿工艺。传统的干法磨矿工艺要求入磨的矿石含水量在1%以下，当物料的含水量增加时，干式球磨机的产量明显降低，且生产的连续性受到影响，因此要求碳酸锰矿在入磨前进行干燥，且对干燥后的矿石水分含量要求较高。传统的干式磨矿工艺主要选用雷蒙磨和纵摆式磨粉机，前者存在设备生产能力较低，产品分级精度较低，粉尘外泄，污染环境等问题；后者存在生产能力较低，且设备耐磨件检修频繁，密封性能有待加强等问题。
自20世纪20年代德国研制出第台立式辊磨机以来，它以采用料床粉磨物料的独特粉磨原理克服了球磨机的诸多机理缺陷，是种集破碎、干燥、粉磨、分级输送于体的制粉设备，具有粉磨效率高、电耗低、允许入磨物料粒度大、烘干能力大、工艺简单、占地面积小、投资费用低、噪音低、磨损小、寿命长、操作方便等优点，广泛应用于建材、化工、啕瓷、冶金、电力等行业。
3立式辊磨机的工作原理及特点3.1工作原理立式辊磨机的工作原理是：利用24个磨辊紧贴在磨盘上以中速旋转将物料磨碎。物料在磨机中主要受磨辊的碾压作用，同时由于磨辊与磨盘旋转之间的速度差，对物料产生剪切研磨作用；喂入磨盘中心的物料在回转盘离心力的作用下，向磨盘周边移动而进入磨辊和磨盘之间的辊道内，磨辊在液压装置和加压机构的作用下，对辊道内的物料进行碾压，经碾压后的物料继续向磨盘边缘移动，从磨盘边缘的挡料圈溢出；同时热风从磨盘周围的环形喷咀中高速向上喷出，对物料进行悬浮烘干，使粗颗粒物料吹回磨盘重新粉碎，而细粉随热风进入上部选粉机进行分离，最后达到一定颗粒直径的合格细粉随气流从立式辊磨机上部溢出进入收尘器进行气粉分离，得到合格的矿石粉；粗粉返回磨机与喂入的物料―起重新粉磨。通过调节热风温度、风量，可干燥不同湿度的物料；利用选粉机电机的变频调速，可调节出磨物料粒度。
3.2特点与传统球磨机相比立式辊磨机具有以下特点：（1）产能大、能耗低、粉磨效率高。立式辊磨机采用料床粉磨原理进行物料的破碎研磨，系统能耗比球磨机低20%30%.（2）占地面积小。立式辊磨机内有选粉装置，故不需单独设立选粉机和提升机，出磨含尘气体可直接进入收尘器进行气粉分离而收集成品，故工艺简单，布局紧凑，建筑面积及建筑空间都要比传统球磨机小30%以上。（3）烘干能力大。与立式辊磨机配套的热风炉及热风循环系统提供生产所需热风，入磨的风量、风温经过动态调节，能使出磨产品的粒度、含水量得到控制，立式辊磨机产生的自热和入磨热风可烘干水份篼达12%的物料，故可省去单独配置原料烘干系统。（4）立式辊磨机的磨辊与磨盘不直接接触。在负荷运转时的噪声值不大于85dB（A），故噪声比干式球磨机低约2025dB（A）。（5）壳体各密封处采用密封圈处理，并且采用密封风机锁风处理，防止粉尘泄漏。
4工艺设计经比较，设计采用立式辊磨机配套热风炉及热风循环系统、收尘系统进行碳酸锰矿磨粉的方案，经过风量、风温、磨辊加压选粉的动态调节，完全可以实现生产全自动化控制，出磨矿粉90%的粒度<150pm，水分含量<0.5%.由收尘系统的气箱式脉冲袋收尘器收尘后的大部分热风通过离心风机返回立式辊磨机重新利用，收下的矿粉由埋刮板输送机送至浆化制液，进行下一工序的生产。
该工艺主要设备包括：立式辊磨机、气厢式脉冲袋收尘器、收尘器引风机、热风炉及热风循环系统，附属设备包括提升机、定量给料机、皮带输送机、埋刮板输送机等。设计处理碳酸锰矿石能力为120 4.1立式辊磨机设计选用三辊立式辊磨机，在结构上容易平衡稳定，磨辊可以翻转180°，检修时方便翻出，磨盘有效直径为3 600mm.立式辊磨机在结构上可分为传动、研磨、分离、润滑等四大部分m.传动部分由主电机、主减速器、辅助传动减速器和辅助传动电机组成。润滑及加压系统包括主电机润滑油站、主减速机润滑油站、磨辊润滑系统、磨辊加压系统、三道锁风阀液压系统；高效选粉机选粉效率达到80%.4.2气厢式脉冲袋收尘器设计选用气厢式脉冲袋收尘器，袋式收尘器是种过滤式收尘设备，气体中大于滤布网孔的尘粒被滤布阻留，气体中小于滤布孔径的尘粒沿着曲折的织物毛孔通过时也能被捕集下来，气体穿过滤袋经排风口排出。气体含尘浓度增加或过滤风速过大时，过滤阻力相应增大，通过实时监测、压差控制的方法在适当的间隔时间内依次对滤室进行脉冲清灰，以实现气厢式脉冲袋收尘器的正常运行。
4.3收尘器引风机该风机轴承采用油润滑水冷轴承箱的冷却方式，配带的高压软启动装置保证设备启停运行安全。
该风机还配有高压变频器，可在一定范围内调节引风量和风压，在排风口末端和循环风管入口都加装百叶阀，可对整个系统的循环风量进行调节，从而保证立式辊磨机循环风的供应及生产的正常运行。
4.4热风炉热风炉系统和循环风系统的热风经过混风后送入立式辊磨机，立式辊磨机的热平衡计算充分考虑到物料含水高、返风温度低等极端因素，故采用供热能力33488X103k/h的热风炉系统。该系统的主要设备有：胶带输送机、提升机、圆盘喂料机、离心通风机、热风炉、原煤仓、碎煤仓及阀门等。热风炉的供热负荷调节范围达30%100%，间断压火最长时间1624h. 5主要技术指标采用立式辊磨机进行碳酸锰矿磨粉的主要技术指标如表2所示。由表可见，本工艺产能高，生产效率高，对比传统磨粉工艺优势明显。
表2立式辊磨机磨粉工艺的主要技术指标矿石处理量粒度<60mm入磨物料含量允许入磨物料最大水分含量（千基）产出矿粉水分含量粒度<150pm产出矿粉含量负荷运转噪声值6结语采用立式辊磨机配套热风炉及热风循环系统、收尘系统进行碳酸锰矿磨粉的工艺能够有效提高生产效率，目前该工艺已应用于国内某企业，对比传统磨粉工艺，具有产能高、能耗低、磨粉效率高、自动化程度高、占地面积小等特点。该工艺实现了节能、清洁、环保生产，具有先进的技术指标，而且有良好的经济性，在电解金属锰行业中起到了推动技术进步、节能降耗的重要作用，具有广阔的市场前景。