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立磨機在國內外的研究現狀、發展及存在的問題 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-07-16 11:00:00 瀏覽次數: |
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1 立磨機在國內外的研究現狀
1. 1 立磨在國外的發展
第一臺立磨是在 1925 年誕生,由德國專家開發出來的。1935 年立磨首次應用到水泥領域中,立磨機在歐洲得到很好的發展,并早于美國和加拿大使用。由于當時燃料費用等成本比較高,歐洲和加拿大也大力發展和應用立磨技術。美國也逐漸對立磨粉磨設備的研究感興趣。并在1973年末,第一臺粉磨設備在美國投入了使用。由于粉磨設備具有節約能源和高效率等優點,許多國家也相繼引進了立磨技術,這些國家有阿根廷、剛果、日本、埃及、黑西哥、新西蘭等。在上個世紀末,伴隨著東亞各國的經濟巨大發展,東亞水泥領域也得到了飛速的發展。國際上的大公司紛紛在東南亞各國進行投資,使得大型水泥生產線如雨后春筍般地在各地區興建,立磨技術也有了飛速的發展。
上個世紀六十年代,立式粉磨機在國外得到了質的飛躍,并沿著大型化趨勢發展。在歐美國家以及中國等國的水泥領域內,立磨機廣泛應用到水泥原材料加工領域。七十年代立磨技術得到了迅速發展,當時出現了500t/h能力的大型立磨機。
到九十年代,粉磨技術又得到了飛速發展,主要得益于有限元、參數優化以及流體學等技術的發展,另一方面再制造工程的發展以及耐磨材料的應用,直接推動了立磨機的應用和推廣,提高了立磨的使用時間,節約了企業使用成本,保證了大型干法水泥生產線對立磨能力的要求,在國外立磨在水泥行業的市場占有率達到了百分之九十以上。
總體來看,近年來各國大力倡導節能減耗的政策,水泥生產呈現規?;⒛C向大型化發展,該技術有了新進展,主要表現在如下:
(1)設計呈現新的思路
LM 型磨機具備了生產能力后,在設計上致力于結構緊湊、規格最小以及成本最少。伴隨著磨機向大型化發展,磨機料床厚度過高,磨機烘干成品的能力與粉磨原料的能力不太匹配,一些性能有所下降,比如出現了粉磨機的效率,所以在磨機設計上有了新的思路,采用大磨盤和小磨輥的設計思路,為了能達到立磨和窯同步運行,也基于成本上的考慮,采用了6個輥磨,其中 4個輥磨工作,2個輥維修的新思路。
(2)物料全部外循環
原磨機中設有風環,為保證磨機內部壓力恒定,需要通入大量的風,消耗電能巨大,為此提出了新的設計思路,物料由部分外循環改為全部外循環,該循環將全部物料送到外部的選粉機外。這個過程是由提升機來實現的。
(3)原料適應性增強
為滿足其烘干要求,含水量高達12%~25%的物料,需要通入600度左右的高溫氣體。為了能粉磨高磨蝕性物料,磨輥采用了新型的方案:磨輥寬度減小,而磨輥的直徑增大,輥套厚度有所增加,該方案使得摩擦磨損有所減少,磨輥與磨盤間的速度配合的較好,而且每次允許的粉磨原料的量有所增加。
1.2 立磨在國內的發展
1940年立磨在我國開始得到了應用,首次運用到白水泥生產領域,之后五十年代,小型立磨機在國內水泥企業里開始使用。七十年代末開始,水泥廠開始采用了窯外分解新型干法工藝,國內專家開始著手開發與研究立磨粉磨生料的設備。八十年代初,國內已經取得了相應立磨技術的研發成果,天津水泥研究設計院開發出了 TKM 系列立磨,合肥水泥工業設計研究院也取得了成就,成功開發了日產2500噸的 HRM型立式磨機,并研制了該型號的其他規格的磨機。
與此同時,我國開始引進國外大型立磨技術,在吸收和消化基礎上開發設計了不同結構的磨機。如中信重型機械公司和史密斯公司一起合作,并開發出了 LGM5024 立式粉磨機,并在吉林水泥生產中得到應用,該生產線是日產5000噸,能粉磨水份含量小于百分之十二的物料。
此外沈陽重型機器廠開發了多型號的 ML 系列的立磨設備,并將它應用到水泥熟料生產線,并且該結構相對于以前有所改善,增加了外循環、緩沖部分等,另還開發了應用于礦渣生產的MLK系列磨機。
合肥水泥設計院通過吸收國外技術,在這些消化的基礎上,該院研發的日產5000.0噸HRM 型號的立式粉磨機,該型號磨機適應于熟料生產線,粉磨結構和 MPS 相同,磨機具有自身的特點,如磨輥可翻轉等特點,并由德力機械制造公司制造。投入生產發現,該磨機和管磨機相比較,具有運行成本低、電能消耗更少、效率較高等特點,和國外其他同類型設備相比較。該型號的立式磨機能日產五千噸的,因此可以和國外進口設備相競爭。
天津水泥設計院也在吸收國內外技術上開發了TRM53生料設備,該磨機和MPS結構一樣,也具有自身的結構特點,如生產效率較高、烘干性能好、結構緊湊和適應性擴大等特點。運行后系統消耗電能大約在每小時15 度,利用廢氣烘干水份效果較好,對原材料的入磨粒度到達了120mm,各個磨損件壽命都在設計范圍內,可滿足日生產線的相關要求,這標志磨機技術達到了同類產品水平。
此外國內高校和研究院也對立磨做了許多研究,一方面對立磨機關鍵件進行了結構優化,以提高立磨的粉磨能力和細度,并有所成果;另一方面對工藝參數優化,通過進行系列的試驗分析,來優化風速等工藝參數。
重慶大學的陳世教和楊方霞對 TRM 磨機進行了動力學研究,從理論和有限元軟件兩方面來研究該磨機的動態特性。首先分析了粉磨機的加載系統,并以簡化模型來表示,建立力學模型,進行了等效質量換算和質心瞬時速度分析,運用數學計算分析軟件求解微分方程,解得系統的各階固有頻率。另用 ANSYS 進行模態分析,經后處理得到低階固有頻率,兩種方式得到的結果相吻合,為研究磨機動態性能提供了理論依據。
吉林大學的李強教授對立磨做了相應的研究,尤其針對 MLS453 磨機,并對磨盤進行了在兩種工況下的有限元分析,分析得到了磨盤的應力應變方面的數據,研究發現結構的最大等效應力小于其許用應力,同時位移量也較小,剛度方面也是合理的。
河北工業大學的楊洪剛對日產 5000t 的立式磨機進行了研究,主要對關鍵部件搖臂和基座進行了靜力學分析,研究發現部件設計合理,滿足相關要求。
合肥水泥設計院的鄧小林針對 HRM4800 的相關構件進行分析,分析主要部件的受力狀況,驗證了結構工作滿足設計要求,可靠性較好。
西安建筑科技大學的張曉鐘和董立明教授運用了 ADAMS 軟件建立了磨機的參數化模型,在這過程中存在大量的物理樣機,課題用并用虛擬樣機來取代,著重研究了立磨在啟動階段的穩定性。
武漢理工大學的申祖武教授和中材建設公司的黃繼全對磨機傳遞裝置進行了有元分析,建立有限元模型,從靜力學角度,驗證了設計的合理性,對設計實踐有指導意義。
中材建設公司的張書廣和武漢理工的陳做炳對磨盤進行了溫度場方面的分析,該分析過程采用了 APDL參數化語言,分析發現了磨盤溫度場在31.3攝氏度到179.5攝氏度變化,并磨盤底部溫度最小,在磨盤邊緣處溫度最大,其最大變形量和耦合場熱應力均在許可范圍內部,驗證了該結構滿足運行的相關要求。
河北工業大學的候志強以及候書軍等人對磨機內部空氣流程進行了分析研究。運用了流體動力學分析軟件,研究發現了磨機內部存在巨大的漩渦,并了解了內部空氣流程的具體特征,該漩渦的存在,會消耗系統的能源,也對磨機的穩定性產生不好的影響,降低磨機的效率和使用壽命,為磨機內部優化和再設計提高了依據。
四川工程職業技術學院的楊林建和中國二重研究的李劍對立柱進行了靜力學分析。該研究首先在 UG 中建好模型,在有限元分析軟件中分析,研究發現立柱等效應力發生在中部開口附近最大,并為158MPa,應力較高,應進行結構方面進行相應的調整和改善。
1.4 存在的問題
立磨技術被國外公司所壟斷,雖然我國從國外引進了技術,并且吸收和消化了立磨設計技術,但與國外相比能量消耗至少高于國外百分之五,主要有以下原因:
(1)在立磨設計方面,一種基于經驗和類比的傳統設計方法顯然不夠,缺少了系統和基礎數據支撐。
(2)在運行控制方面,磨機的適應性應當進一步改善,當產量變化或材料波動時,整個粉磨系統的穩定性能不好。
(3)在參數優化方面,研究各結構的尺寸大小和風速等工藝參數對結構的靜態、動態性能的影響,以及對系統能否實現節能減耗的影響。
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