φ2500筒辊磨设计概要.docx
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φ2500筒辊磨设计概要
摘要
节能是促进经济社会可持续发展、实现全面建设小康社会宏伟目标的关键之一。
工业是能源和原材料的主要消耗大户,水泥工业又是大量耗能的工业,因此节能降耗成为我国水泥工业长期而重要的任务,实现这一目标的关键在于提高粉磨效率,降低粉磨作业电耗。
筒辊磨是新一代节能、降耗的粉磨设备。
本文综述了磨机的发展历程、国内外研究现状、水平和存在的问题,提出了筒辊磨机的优越性。
建立了并具体以φ2500筒辊磨作为研究对象,对筒辊磨机的结构进行了设计。
建立了筒辊磨的力学模型,探讨了筒辊磨主要几何参数的选取问题,其中包括:
筒体直径、辊子直径、筒体长度、辊子长度、筒体转速、料层厚度、辊碾磨比压、一次通过量,分析了筒辊磨对物料的粉碎力、物料钳角以及单位质量能耗等工艺参数问题。
关键词 筒辊磨粉磨水泥
ABSTRACT
Energysavingisakeyofpromotingcontinuabledevelopmentofeconomicsocietyandduildingawell-to-dosociety.Industryistheprimarypartofconsumingenergyandrawandprocessedmaterials,andcementindustryconsumesalotofenergy,sosavingenergyandconsumptionisbecominganimportantandlong-termtask,thekeyofthatisimprovinggrindingefficiencyandreducingelectricityconsumption.Therollhoromillbelongsanewgenerationenergysavinggrindingsystem.
Thispaperbringsforwardthesuperiorityofthehoromillaccordingtothedevelopingcourse,thestudyingstatusathomeandabroad,thelevelandsubsistentquestionsofthemill,andconcretelyresearchthestructureoftherollhoromillwithasizeofφ2500whichisregardedastheresearchobjectofthepaper.Thedynamicmodelofhoromillisdeveloped.Therelationshipequationbetweenenergyconsumptionandpress,andtherelationshipequationamongthediameterofthecylinder,thediameterofroller,thelengthofthecylinder,thelengthoftherollerandtheaverageparticlesizeareestablished.
Keywords horomillgrindingcement
第1章绪论
1.1选题目的和意义
粉磨是一种粉碎工艺,它是冶金、矿业、电力、建材、化工、医药等许多工业企业中必不可少的重要生产工序[1-8]。
粉磨设备广泛用于对水泥、石膏、煤、矿石等多种物料进行不同类型的精细加工和干湿碾磨,是一种能耗高(俗称“电老虎”)、振动噪声大、对环境污染严重的工艺。
我国的基础建设正处于高速发展时期,对水泥产量的需求不断增长,因此在水泥生产工艺中的节能降耗及减少污染任务显得尤为突出。
表1-1为水泥生产各工艺过程电耗分布情况,由表中可见,在整个水泥生产工艺过程中,水泥粉磨电耗占水泥生产总电耗40%左右。
因此,研究粉磨作业过程和机理,开发出先进的粉磨工艺和设备,努力提高粉磨效率,降低能耗具有重要的意义。
表1-1水泥生产分步电耗
工艺过程
占总电耗的百分比
矿山及原料的破碎、均化
5%
生料粉磨
24%
生料均化
6%
熟料煅烧及冷却
20—24%(其中原煤粉磨占4—5%)
水泥粉磨
38—40%
包装及输送
3-5%
为克服以上这些问题,世界各国都十分重视粉磨过程的研究[9-13],不断研究生产新型的粉磨工艺设备[14-20]。
本文将对水泥工业中先进的粉磨设备-筒滚磨的工作原理和设计方法进行研究。
1.2粉磨技术的发展及现状
物料粉磨是水泥生产、矿物加工等许多工业生产的重要工序流程。
球磨机是最常用的物料粉磨设备,具有粉碎比大、结构坚固、单机产量高和气密性好等优点,但是它业具有能量利用率非常低(一般只达2-3%),噪音很大,体积笨重和钢耗较高等缺点。
一百多年来,人们对这种磨机的生产工艺和机械动力学特性做了大量的研究,不断取得了一些进展和成果。
然而时至今日,球磨机能量利用率非常低这一最大缺点认为得到根本解决,寻求一种大幅度节能降耗的新型磨机以完全代替球磨机任然是当今所面临的重大课题。
为什么球磨机的能量利用率非常低呢?
人们进行了长期不懈的探索,并最终从物料粉碎的角度得到了答案及改进的思路。
物料的粉碎分为单颗粒粉碎和多颗粒料床粉碎。
对于较大的颗粒进行单颗粒粉碎是可行的,并且能量的利用率也非常高。
但是球磨机进行单颗粒粉碎时,其能量利用率非常低,这是由于球磨机对物料粉碎是通过物料、研磨体和衬板三者之间的相互作用来实现的。
球磨机的能量主要消耗在以下三个方面:
研磨体粉碎物料所消耗的能量;磨机衬板提升研磨体所消耗的能量;研磨体之间以及研磨体和衬板之间互相碰撞和摩擦所消耗的大量能量。
其中后两种情况所消耗的能量大部分属于没有功效的(绝大部分变成声能和热能白白浪费了,仅有很小一部分能起到干燥物料的作用),而且占用了球磨机的大部分能耗份额。
第一种情况的能量利用率叶不太高,这是由于球磨机对物料的粉碎具有很大的随机性,在一定的时间间隔内不能保证每一颗粒都受到研磨体的粉碎作用,而且同时有的颗粒在达到成品要求后还重复受到粉碎作用,这样无形之中做了无用功。
【8】
20实际70年代,K.Schonert教授提出了“料床粉碎”理论:
让固体物料以料床的形式在粉碎机械工作面上受到高压作用而产生压缩变形,形成内部应力集中,当应力达到颗粒在某最弱的轴向的破坏应力时,颗粒就会在最弱处首先产生裂纹或裂缝而被破裂和粉碎。
由于在料床粉碎中每个颗粒都承受着许多方向上的力的作用,粉碎机械的能力基本上都作用在物料上,因此能量利用率大大提高。
以“料床粉碎”理论为依据,现代立式磨和辊压机等相继问世。
立式磨的料床形成于磨辊和磨盘的工作面之间,辊压机的料床形成于一对相互挤压的压辊之间。
他们的能量利用率较球磨机有较大的提高。
但是立式磨和辊压机有一个共同的最大的缺点:
工作时,需要对物料施加很大的压力。
这就对提供压力的液压系统提出了很高的设计要求,并且巨大的工作压力也对压辊的机械支撑系统结构提出了较高的强度和刚度上的要求。
20世纪90年代初,法国FCB公司、丹麦SMITH公司和德国洪堡公司等都对新一代粉磨设备——筒辊磨进行了研究,并于1993年9月在德国DUSAERDF召开的德国水泥协会第四次国际水泥研讨会上展示了他们的产品。
法国FCB公司研制的筒辊磨(Horomill)在意大利Buuzi水泥厂试用成功,取得了水泥粉磨电耗18KW·h/t的良好效果。
随后该公司制造的近20台不同规格的Horomill均成功的应用于意大利、法国和菲律宾等国的水泥厂。
筒辊磨的生产工艺巧妙地结合了现有球磨机和辊压机的基本思想,利用不太高的压力,是物料一次喂入设备从而实现多次挤压粉磨,从而避免了困扰现有立式磨和辊压机在生产工艺上和机械设备上的各种问题:
过大的研磨体损耗,过高的轴承载荷,过多的物料循环量,水泥质量的保证度不太高等问题。
筒辊磨被认为是一种兼具有球磨机的操作可靠性、立式磨的结构紧凑性和辊压机的节能性的新一代挤压粉磨设备,他大幅度地提高了水泥一次成品率和降低能耗,经济效益非常显著。
【15】
国内自20世纪80年代以来,华新水泥股份公司提出了“筒式辊碾磨”的设想,并很快进入实验阶段,并取得了较大的成功。
1993年被湖北省科委列为该省重大科技攻关项目。
95年建立了“φ1×1.2m筒式辊碾磨实验线”,经过几年的努力,筒式辊碾磨已经具备了开发大中小系列产品的能力和条件。
南京水泥工业设计院也跟踪该先进技术,争取到了国家“九五”攻关项目的资助,研制台产量为25t的筒辊磨水泥终端系统的成套设备。
武汉理工大学机电学院从1993年起,先后协助华新水泥公司、南京水泥工业设计院进行理论分析与实验研究,并运用反求设计技术,形成了独特的磨机结构和自主的知识产权。
此外,国内还有许多的水泥设备制造厂和水泥厂也正在密切关注着这一新型磨机的发展,期望它早日成熟的应用于水泥粉磨中,以获得更大的经济效益。
由于筒辊磨是一种全新的粉磨设备,目前还处于日臻完善阶段,需要探讨和研究的东西很多,如粉磨过程的数学模型、力学特性、操作特性、生产工艺特性及结构有限元分析,显然这在筒辊磨的机械结构的优化方面是不太可靠和不太经济的。
1.4课题来源和研究内容
1.4.1课题背景
为了提高水泥生产效率,降低生产成本,世界范围内均在不断研究新
的粉磨节能技术,国外水泥装备厂商相继推出新的粉磨技术及装备,并纷纷进入国内市场,但由于过高的设备价格因素,阻碍了进入国内市场的步伐。
我国在水泥粉磨领域的研究开发相对滞后,走的几乎是仿制道路,因此,打破国外技术垄断,开发出具有自主知识产权并且适合我国国情的节能粉磨技术装备就显得十分重要。
冀东水泥集团一直是我国水泥行业领军人物,公司对新工艺、新装备的应用上一直处于行业的前列。
特别是新组建了“冀东水泥集团技术中心”,加大了对技术进步、技术开发的投入,其技术力量、解决问题的能力得到了提升。
表1-2各种水泥粉磨系统的比较
粉磨系统
辊压机终粉磨
辊压机半终粉磨
CKP
立磨
筒辊磨
球磨机
粉磨机理
限制性空间内,高压一次性料层挤压粉碎
非限制性空间内,中低压多次料层挤压粉碎
开放空间,多次随机冲击与研磨
磨床几何形状
柱面+柱面
柱面+平面
柱面+内环面
可靠性与耐用性
中等
良
优
中等
良
优
大型化难易
难
中等
中等
中等
易
较难
单机产量(t/h)
120
250
250
250
300
200
粉碎压力(MPa)
~150
~150
~50
~60
75
—
料层厚度(mm)
20~30
20~30
25~40
25~100
—
挤压角(°)
6
12
18
—
循环负荷率(%)
50~100
500~600
200~250
100~200
700~900
200~300
相对粉磨效率
160
140
130
145
150
100
系统电耗(kWh/t)
21~22
25~26
26~28
24~26
23~25
36
粉磨系统
筒辊磨
球磨机
辊压机+球磨机
功率(kW)
磨机
1990
3200
790/1680
提升机
60
20
80
选粉机
90
30
30
风机
300
290
290
附机
90
100
110
总电耗(kW)
2530
3640
2980
单位电耗(kW·
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