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钛白粉超细粉碎加工厂高压辊磨机设备应用研究

发布时间:2019-07-18 09:53:22

钛白粉主要应用于涂料、油漆、油墨、造纸和化妆品等行业。高压辊磨是钛白粉超细粉碎加工厂一种粉末加工设备。其破碎后的物料还具有一定的微裂纹,有利于进一步的研磨及浸出,可以降低能耗。本文对钛白粉超细粉碎加工厂高压辊磨机应用研究。

金红石钛白粉是一种次的钛白粉,被认为是目前世界上性能的一种白色无机颜料和重要的精细化工材料,主要应用于涂料、油漆、油墨、造纸和化妆品等行业。近十年来,随着我国国民经济的持续发展,人民生活水平的不断提高,次的金红石钛白粉需求量急剧增加,年平均增长率达 18.1%。

为了生产出具有较强市场竞争力的钛白粉产品,各化工企业开展了一系列的研发和技术引进工作。高压辊磨是在这种情况下应运而生的。它作为一种钛白粉的超细粉碎设备,其破碎后的物料还具有一定的微裂纹,有利于进一步的研磨及浸出,可以降低能耗,提高金红石钛白粉的产量。

1 高压辊磨超细粉碎原理

钛白粉颗粒通过料仓进入辊压磨进料装置内,形成一定的料压,两个相向旋转的挤压辊之间的辊缝远远小于钛白粉的粒径。在料压的作用以及辊面与钛白粉的摩擦力的作用下,单颗粒钛白粉在通过两个挤压辊间时受到辊面的挤压而破碎。破碎后的钛白粉颗粒分成许多更小的细碎粉状颗粒,通过调节压力的大小,可以改变破碎后粒度的大小及级配。破碎原理如图 1 所示。

与传统的高压辊磨层压破碎原理相比,这种单颗粒破碎是一种为节能的破碎方式。在单颗粒上施加压力,破坏物料结构,可使以热和噪声形式损失的能量降到。这种物料破碎后的粒度与使用层压破碎后的粒度相同,且破碎后的物料颗粒同样产生了细微裂纹。这种超细粉碎的优势在于降低能耗,减少物料在磨机中的过粉碎现象,同时还具有增加产量和产能及提高物料的可磨性等特点。

2 高压辊磨的工作和结构特点

2.1 采用高耐磨精加工的光滑辊面

根据破碎物料的硬度及耐磨性的不同,高压辊磨有不同的辊面。粉碎易磨的脆性物料,如水泥熟料、石灰石、煤炭和化工原料等,常用网状、条状焊接堆焊辊面;辊压硬度较高的金属矿石,如铁精矿等,则采用柱钉堆焊辊面。以上辊面结构在运行时,对辊面的耐磨性要求较高。两辊间距较大时,辊面形状对破碎物料的粒度影响几乎可以忽略。在超细粉碎时,尤其是在一次性全部破碎及对破碎粒度要求较高的时候,两辊间距较小,此时辊面结构会对破碎粒度有较大影响。光滑

的辊面有利于使挤压物料均匀受力,破碎后的物料粒度较为均匀。

2.2 进料装置具有耐腐蚀的特点

钛白粉由于在高温破碎时具有一定的腐蚀特性,因此与钛白粉接触的进料装置及侧挡板全部采用不锈钢耐磨钢板焊接后精加工而成,具有很好的抗腐蚀及耐磨性能。

2.3 能有效防止边缘效应

侧挡板与辊面保持极小间距,且侧挡板深入辊面,有利于减少挤压边缘效应的发生。辊压机及高压辊磨在不同程度上均具有一定的边缘效应。边缘效应是指在辊子端面与侧挡板中间有物料不经辊压而直接通过,以及在辊子两端面附近挤压效果明显减弱。超细粉碎的特点在于侧挡板和辊子端面的间距极小 (只有 0.25 mm),而且侧挡板具有明显的阻止物料从辊子端面脱离的效果,可有效阻止物料不经辊压直接从辊子端面离开。物料在辊子表面均匀受压,各处受力几乎一致,所以辊子端面及中间挤压效果相同,不存在所谓的边缘效应。

2.4 具有单颗粒破碎的特征

高压辊磨在刚开始启动时,初始辊缝很小 (0.5mm),而钛白粉的颗粒大于初始辊缝。当高压辊磨运行,辊缝没有超出钛白粉颗粒的直径时,钛白粉颗粒在受到辊面挤压、重力及别的颗粒挤压等多重挤压作用下,具有单颗粒破碎的特征。

2.5 电控系统采用 PLC 控制

具有自动卸荷的高压保护功能,自动化程度较高。采用变频电动机,在负荷状态下能完全实现无极变速启动。采用西门子操作面板,可以显示辊磨机的工作状况,以及辊缝压力和各点温度测量值。工作人员可以根据物料情况随时修改高压辊磨的各种参数,并且通过网络与中控联系在一起,实行联锁控制。

3 高压辊磨辊压钛白粉工艺流程

高压辊磨辊压钛白粉工艺流程如图 2 所示。

在辊压钛白粉的工艺系统中,-2 mm 的钛白粉经高压辊磨辊压后,-325 目的物料占 55% ~ 60%,而且辊压后物料颗粒形成了微裂纹,方便砂磨机进一步研磨及浸出,同时可以避免过粉碎现象的发生。辊压后的物料进入砂磨机,将原矿细磨 -325 目占 70% 以上,然后进入分解槽浸出,进行制粒-晶型转变,终得到高品位的人造金红石。

4 工业试验

在实验室用 500 kg 的钛白粉进行辊压试验,得到高压辊磨在不同转速下的频率、电流及物料辊压情况。

试验机型号为 GM52-25,辊子直径为 520 mm,宽度为 250 mm,电动机功率为 90 kW,额定电流为 160 A。由于钛白粉有限,在实验室只做了 5 组试验,如表 1 所列。从表 1 可以看出:

(1) 电流的大小与转速、下料口、压力及钛白粉颗粒的大小均有关系。下料口越大,电流越高;压力越高,电流越大。

(2) 当钛白粉粒度较大时 (90% > 0.25 mm),单次破碎具有明显的效果;当钛白粉粒度小于 0.25 mm 时,电流会急剧升高。由此说明在物料粒度达到一定时,高压辊磨的破碎效果会减弱,耗电量会急剧增加。

(3) 为了达到破碎效果,高压辊磨电动机的实际电流应控制在额定电流的 0.8 倍左右。从表 1 可以看出,在 7 ~ 8 MPa 压力作用下,适当改变下料口的大小,完全有可能使高压辊磨工作电流控制在 130A 左右,使之保持正常工作状态。

(4) 当压力超过 10 MPa 时,设备运行将会变得极不稳定,所以该试验机压力将会控制在 10 MPa以内。

为了进一步验证该设备的整体性能以及今后的应用推广,在广西金龙钛业有限责任公司进行了设备的工业化生产。在设备运行过程中,对不同压力下钛白粉的 325 目筛余进行分析,终确定了高压辊磨的生产工艺参数,如表 2 所列。

由表 2 可知,高压辊磨辊压钛白粉的运行参数为:压力为 8 MPa,转速在 1 200 r/ min,电流在130 A 时趋于稳定,325 目干法筛余量达到 42.7%。当压力大于 8 MPa 时,随着压力的继续升高,筛余比率不减反增。这说明钛白粉颗粒在 8 MPa 压力下,颗粒分离效果较好;随着压力的升高,钛白粉颗粒有聚合的趋势。压力与辊压后 325 目筛余比率的关系如图 3所示。

高压辊磨工业化生产运行时,液压压力为 7.5 ~ 7.8MPa,辊子间隙为 3 ~ 4 mm,其他具体数据如表 3 所列。

由表 3 数据可以看出,高压辊磨电动机的实际转速为 1 200 r/ min 时,电流为 130 A,产量为 5.5-6.0t,干法筛余量比率 42.5%,与砂磨机配合粉磨,能够满足实际生产金红石钛白粉的需要。

5 结语

(1) 当钛白粉进料粒度小于 2 mm 时,经高压辊磨辊压后,钛白粉粒度达到 -325 目 占 55% ~ 60%,减少了砂磨机的工作量和钢耗,可提高钛白粉生产率30% ~ 50%,有利于降低生产成本和提高企业的经济效益。

(2) 在粉碎工艺方面,当高压辊磨进行一次压碎后,其比表面积平均增加约 300 cm2/ g (Blaine 值)。但重复多次辊压后,其挤压效果将会明显下降,耗电量也会有所上升,不利于节能降耗。但是当高压辊磨与砂磨机等磨碎机配套使用时,可有效提高细磨物料的比表面积,从而达到节能降耗的目的。

(3) 由试验机辊压钛白粉得到的运行参数,可为设备重新设计提供可靠的依据,对高压辊磨的选型以及工艺流程的设计具有重要的指导意义。

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