立磨又稱立式磨、輥磨、立式輥磨。立磨廣泛應用于水泥、電力、化工、冶金、非金屬礦等行業(yè)。它集破碎、干燥、粉磨、分級輸送于一體，生產(chǎn)效率高，可將塊狀、顆粒狀及粉狀原料磨成所要求的粉狀物料。立磨在我國的應用始于上世紀四十年代末，當時用于白水泥廠的生料粉磨。五十年代起，在一些小水泥廠開始使用小型立磨粉磨生料，也有用于濕法水泥廠磨煤粉。從七十年代末開始，國內(nèi)在干法水泥廠開始發(fā)展窯外分解新型干法工藝時，才重視立磨粉磨生料的研究開發(fā)工作。
在水泥生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的生粉料磨系統(tǒng)是球磨機粉磨系統(tǒng)。而當立磨出現(xiàn)，由于它以其獨特的粉磨原理克服了球磨機粉磨機理的諸多缺陷，逐漸引起人們的重視。特別是經(jīng)過技術改進后的立磨與球磨系統(tǒng)相比，它有著顯著的優(yōu)越性，其工藝特點尤其適宜于大型預分解窯干法水泥生產(chǎn)線，因為它能夠大量利用來自預熱器的余熱廢氣，能高效綜合地完成物料的中碎、粉磨、烘干、選粉及氣力輸送過程，集多功能于一體。由于它是利用料床原理進行粉磨，避免了金屬間的撞擊與磨損，金屬磨損量很小、噪音低;又因它是風掃式粉磨，帶有內(nèi)部選粉功能，避免了過粉磨現(xiàn)象，因此減少了無用功的消耗，粉磨效率高，與球磨系統(tǒng)相比，粉磨電耗僅為后者的50%～60%，還具有工藝流程簡單、單機產(chǎn)量大、入料粒度大、烘干能力強、密閉性能好、負壓操作無揚塵、對成品質(zhì)量控制快捷、更換產(chǎn)品靈活、易實現(xiàn)智能化、自動化控制等優(yōu)點，故在世界各國得到廣泛應用[3]。目前已成為當今國際上生料粉磨和煤粉磨的首選設備。
立磨由分離器1、殼體2、磨輥3、翻輥裝置4、液壓加壓裝置5、搖臂6、風環(huán)7、磨盤8、傳動裝置9、機座10等部分組成(圖1示)。
圖1.1立磨的結構簡圖
立磨的特點
與其他粉磨設備相比，立磨有以下特點：
（1）粉磨效率高，采用料床擠壓粉碎原理，粉磨方式合理。故粉磨效率高、油耗低，。粉磨電耗為球磨機的50%~60%,而整個系統(tǒng)電耗為球磨系統(tǒng)的75%~90%，其中原料水分越大，系統(tǒng)電耗節(jié)省越多。
?。?）烘干效率高，熱風從環(huán)形縫噴入，風速可高達80m/s以上，磨內(nèi)通風截面大，阻力小，利用窯尾預熱器廢氣可烘干含水6%~8%的物料，若有熱風爐可烘干含水15%-20%的物料。
（3）入磨物料粒度大。一般可達磨輥直徑的5%，大型磨入料粒度可達150-200mm，可省掉二級破碎，節(jié)省投資，設備工藝性能優(yōu)越，單機產(chǎn)量大，設備運轉率高，金屬磨損比球磨機低。
（4）對粉磨物料適應性強，可用于粉磨各種原燃料，如石灰石、砂巖、煤、水泥熟料、高爐礦渣等。無論其易磨性、磨蝕性有多大差異，通過對立磨內(nèi)部結構調(diào)整和合理操作，均能生產(chǎn)出不同細度、不同表面積的合格產(chǎn)品。
?。?）工藝流程簡單、布置緊湊，占地面積為球磨系統(tǒng)的50%~70%，占用空間小，日常維護費用低，可露天設置，基建投資約為球磨機的70%。
?。?）整體密封性較好、揚塵小、噪聲低，有利于保護環(huán)境。立磨在工作中沒有球磨機中鋼球互相碰撞、撞擊襯板的金屬撞擊聲，因此噪音小，比球磨機低20-25dB。另外，立磨采用全密封系統(tǒng)，系統(tǒng)在負壓下操作，無揚塵。
?。?）成品質(zhì)量控制快捷，生產(chǎn)調(diào)節(jié)反應快，便于實現(xiàn)操作智能化、自動化。
?。?）磨耗小，利用率高。用立式磨粉磨水泥原料時，零件磨損消耗一般為5到7克，輥套和磨盤襯板壽命可達8000h以上，設備運轉率可達90%以上[5]。
立磨的傳動方案
首先滿足機器的功能要求，如所傳遞的功率大小、轉速和運動形式，此外還應滿足工作可靠、傳動效率高、結構簡單、尺寸緊湊、工藝性好、使用維護方便。
常用傳動方案有3種：
?。?）帶—圓錐齒輪傳動：特點是帶在高速轉動時會打滑，但整體尺寸不大，制造成本也不高;
（3）圓錐—圓柱齒輪傳動：特點是工作可靠、傳動效率高、維護方便、環(huán)境適應性強，但總體尺寸較大;
（3）螺旋傘齒-行星齒輪傳動：特點是傳動裝置結構緊湊、體積小、重量輕、減速比大、傳遞功率大、箱體受力合理，既便于加工制造，又有利于維護保養(yǎng)，造價也較低[6]。
根據(jù)立磨的工作環(huán)境及其自身的特點，結合現(xiàn)在制造技術的提高，選用螺旋傘齒-行星齒輪傳動方案。
立磨的粉磨方案
通過功能分析，初步確定各個功能單元的結構及應用原理。粉磨系統(tǒng)由磨盤、磨輥等組成。采用料床擠壓粉碎原理，物料通過鎖風喂料裝置經(jīng)下料溜子落到磨盤中央，在離心力的作用下被甩向磨盤邊緣并受到磨輥受碾壓、剪切、沖擊作用，粉碎后的物料從磨盤的邊緣溢出，被來自風環(huán)處高速向上的熱氣流帶起烘干，根據(jù)氣流速度的不同，部分物料被氣流帶到分離器內(nèi)，粗粉經(jīng)分離后返回到磨盤上，重新粉磨;細粉則隨氣流出磨，在系統(tǒng)收塵裝置中收集下來，即為產(chǎn)品。萊歇磨外形尺寸比同等生產(chǎn)能力的MPS型輥式磨小，磨盤襯板可以翻面使用，磨內(nèi)設有磨輥與磨盤間隙限位
裝置，啟動時可抬起磨輥空載啟動，且無需進行磨盤布料，磨輥可以翻出機外，檢查、維修和更換輥套方便，可節(jié)省時間。
分離器的結構方案
分離器是保證產(chǎn)品細度的重要部件，立磨的分離器主要有靜態(tài)分離器、動態(tài)分離器以及組合式分離器。
靜態(tài)分離器利用導風葉使氣流旋轉，在旋轉氣流中物料產(chǎn)生離心力，在離心力的作用下將大顆粒物料分離下來，粒徑小的物料隨氣流一起出磨，在收塵器中收集下來的即為產(chǎn)品。通過調(diào)節(jié)導風葉的角度可調(diào)節(jié)產(chǎn)品細度。
動態(tài)分離器轉子高速旋轉，葉片與物料撞擊，給物料較大的圓周速度，從而產(chǎn)生較大的離心力，使粗顆粒分離下來。這種分離器結構簡單，產(chǎn)品細度可通過調(diào)節(jié)轉子轉速迅速改變，調(diào)節(jié)方便，分離器葉片磨損后更換方便。
動靜態(tài)組合式分離器將上述兩種分離器相結合，能進一步提高分離效率，同時又可將粗粉直接送到磨盤中央重新粉磨，減少了粗粉在磨內(nèi)循環(huán)的次數(shù)，降低磨機的壓力損失。但這種分離器結構復雜，造價較高，葉片磨損后更換不便，但由于分離效率高、又能提高磨機產(chǎn)量、降低運行費用，是目前立磨分離器的發(fā)展方向。
分離器的傳動有機械和液壓兩種傳動方式。
以前的立磨分離器為減輕傳動系統(tǒng)的重量，多數(shù)采用液壓傳動。隨著硬齒面減速機及變頻調(diào)速電動機的應用，大大降低了傳動系統(tǒng)的重量，目前大多數(shù)立磨都采用機械傳動。
綜上所述，故選擇機械傳動式動靜態(tài)組合式分離器。
立磨的加壓方案
除擺輥磨外，所有型號的立磨根據(jù)規(guī)格的不同，可采用彈簧加壓或液壓加壓。彈簧加壓有四個較嚴重的缺點：第一，由于輥套和襯板逐漸磨損，彈簧加壓系統(tǒng)對物料的壓力逐漸減小，至使粉磨能力下降;第二，采用彈簧加壓的立磨必須在滿負荷狀態(tài)下啟動，要求電機啟動力矩大，啟動困難;第三，彈簧壓力不能自動調(diào)節(jié)，當磨內(nèi)進入較大的物料或鐵塊等雜物時，磨機會嚴重過載，不利于安全運行;第四，彈簧壓力有限，不能滿足大型立磨的需要。
液壓技術不斷發(fā)展，采用液壓加壓方式，使碾磨壓力穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，并可在運行中進行調(diào)節(jié)。當立磨內(nèi)進入鐵塊等雜物時，加壓系統(tǒng)蓄能器中的氣體被壓縮，磨輥可以越過雜物，由蓄能器緩沖吸振作用使磨機不會過載，也可很方便地抬起磨輥，使磨機能輕載或空載啟動。
通過上述分析該加壓方式采用液壓加壓。
磨機分離器的選擇
分離器安裝在磨機的頂部與上殼體相連，當已被粉磨且烘干的物料與上升的氣流一起從殼體下不進入分離器，在經(jīng)過導向葉片和轉子葉片兩次分選后將不合格的顆粒剔除。并被收集后，使之返回磨盤進行在粉磨，合格顆粒與氣體混合物則從分離器的出風口被排出磨外。分離器的傳動裝置由電動機、減速機、聯(lián)軸器組成。減速機的出軸通過聯(lián)軸器與轉子主軸相連，從而帶動籠形轉子的旋轉。電動機的轉速可調(diào)，通過調(diào)節(jié)轉子的轉速和結合調(diào)整導向葉片的角度來達到對產(chǎn)品控制細度控制控制，轉子轉速越快產(chǎn)品的細度越細。上述參數(shù)必須在磨機調(diào)試中摸索，最終可找出最佳轉速[11]。
分離器的主要部件件有上蓋、主軸、籠形轉子、張緊裝置、下料溜子、料斗等組成。分離器的上蓋設有出風口，并支撐傳動裝置。在主軸上套有分別承受徑向力和軸向力的軸承，軸承采用集中潤滑，并設有測溫裝置?；\形轉子安裝時可靠張緊裝置調(diào)整主軸的垂直度。在下料溜子上設有熱風通氣管，如果來料水分較大，容易粘在溜子上，通入熱風后可使物料與溜子脫離，并及時進入磨內(nèi)。料斗將被分選出來的粗顆粒收集下來送到磨盤上進行再粉磨。
通過查詢多種資料，網(wǎng)上了解目前國內(nèi)各立磨生產(chǎn)廠家的選粉設備，最終選擇由沈陽重型機械有限責任公司生產(chǎn)的與5000t水泥熟料生產(chǎn)線配套的400t/h的SLS型動靜態(tài)組合式高效選粉機，該選粉機選用YCTD系列電磁調(diào)速電動機，功率為180KW。
磨機減速機的選擇
立磨的減速機安裝在磨機下部，既要帶動磨盤轉動又要承受磨盤、磨輥、物料的重量以及加壓裝置所施加的研磨壓力，是立磨的重要部件之一。由于要承受很大的垂直壓力及碾磨物料的沖擊載荷所以傳動裝置有承受垂直力的止推軸承(小型立磨)和滑塊止推軸瓦[12]。
由于螺旋傘齒與直齒錐齒輪相比具有以下優(yōu)點：
1、增大接觸比，也就是增加了重迭系數(shù)，減輕了沖擊，使傳動穩(wěn)，降低了噪音。2、負荷比壓降低，磨損較均勻，相應增大了齒輪的負載能力，使用壽命長。
3、可以實行大的傳動比，小輪的齒數(shù)可以少至5齒。
4、可以進行齒面的研磨，以降低噪音，改善接觸區(qū)和提高齒面光潔度。如進行磨齒精度可達到5級。
故立磨所選用的減速機采用螺旋傘齒一行星齒輪傳動，第一級螺旋傘齒減速并改變轉動方向，再通過行星齒輪減速到所要求的轉速。行星級齒輪傳動主要由太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈等組成。工作時太陽輪浮動，以便使其輪齒同時和三個行星輪均勻接觸，達到均載目的;行星輪安裝在行星架上，在繞自身軸線傳動的同時，也隨行星架一齊轉動。內(nèi)齒輪安裝在殼體中固定不動。輸出端用法蘭和磨盤相連。磨盤和磨內(nèi)物料的重量及磨輥對物料的碾磨壓力由推力軸瓦承受。這種傳動裝置結構緊湊、體積小、重量輕、減速比大、傳遞功率大、箱體受力合理，既便于加工制造，又有利于維護保養(yǎng)，造價也較低，目前已經(jīng)廣泛用作各種立磨的傳動裝置。
由于立磨所需減速機為大功率大體積的減速機，使用工況惡劣，減速機需要承受高強度負荷震動、沖擊等高難度使用要求結構復雜，且需有較長的使用壽命零件的熱處理及加工技術要求很高，技術難度大。因此，過去凡大型立磨減速機主要依靠進口。近幾年來隨著立磨在國內(nèi)普遍使用，在引進國外機生產(chǎn)技術的基礎上使我國減速機設計生產(chǎn)有了大幅提高。最終選擇由南京捷力齒輪箱技術有限公司公司研發(fā)的型號為JLM180的大型4200KW立磨減速機。
該減速機設計新穎，先進可靠。本產(chǎn)品充分吸取了德國、日本、瑞士、丹麥等國外同類立磨減速機的特點，博采眾長，又結合了我國自己設備的特點和長期設計經(jīng)驗。不同于目前使用的國內(nèi)外任何減速機，是目前國內(nèi)外最先進的減速機之一，是經(jīng)過數(shù)十年研究，是我國自主研發(fā)并具有知識產(chǎn)權的大型立磨減速機。該減速機能承受1000噸的靜負荷和2500噸的沖擊負荷，減速機的箱體在設計上使磨機的巨大載荷直接通過推力軸承傳入地下，減速機箱體采用焊接結構，筒體的厚度比國外的要厚10mm，推力軸承的中心與筒體重和，為了增加箱體的剛度，有內(nèi)外主加強筋17塊和12塊軸承撐板。因此，同其他減速機相比都要更加堅固。本機采用靜動壓相結合的潤滑系統(tǒng)，保證減速機各個潤滑點充分有效的潤滑，是減速機正常運轉的必要條件。本減速機的潤滑設計十分理想，打開側蓋，會看到潤滑油像瀑布一樣流向所有齒面，包括內(nèi)齒圈齒面。所有軸承都設有進油孔。推力軸承在工作時保持潤滑油始終高出推力瓦20mm以上，推力瓦一直浸泡在油液中，在任何情況下都能保證推力瓦的動壓潤滑。高速軸軸承和推力瓦的進油量在現(xiàn)場是可以調(diào)節(jié)的，從而達到理想的狀態(tài)。