φ2500筒輥磨設(shè)計

1、摘要摘要節(jié)能是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展、實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會宏偉目標(biāo)的關(guān)鍵之一。工業(yè)是能源和原材料的主要消耗大戶，水泥工業(yè)又是大量耗能的工業(yè)，因此節(jié)能降耗成為我國水泥工業(yè)長期而重要的任務(wù)，實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于提高粉磨效率，降低粉磨作業(yè)電耗。筒輥磨是新一代節(jié)能、降耗的粉磨設(shè)備。本文綜述了磨機(jī)的發(fā)展歷程、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和存在的問題，提出了筒輥磨機(jī)的優(yōu)越性。建立了并具體以2500筒輥磨作為研究對象，對筒輥磨機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。建立了筒輥磨的力學(xué)模型，探討了筒輥磨主要幾何參數(shù)的選取問題，其中包括：筒體直徑、輥子直徑、筒體長度、輥子長度、筒體轉(zhuǎn)速、料層厚度、輥碾磨比壓、一次通過量，分析了筒輥磨對物

2、料的粉碎力、物料鉗角以及單位質(zhì)量能耗等工藝參數(shù)問題。關(guān)鍵詞筒輥磨 粉磨 水泥 ABSTRACTEnergy saving is a key of promoting continuable development of economic society and duilding a well-to-do society. Industry is the primary part of consuming energy and raw and processed materials, and cement industry consumes a lot of energy , so saving

3、 energy and consumption is becoming an important and long-term task, the key of that is improving grinding efficiency and reducing electricity consumption. The roll horomill belongs a new generation energy saving grinding system.This paper brings forward the superiority of the horomill according to

4、the developing course, the studying status at home and abroad, the level and subsistent questions of the mill, and concretely research the structure of the roll horomill with a size of 2500 which is regarded as the research object of the paper. The dynamic model of horomill is developed. The relatio

5、nship equation between energy consumption and press, and the relationship equation among the diameter of the cylinder, the diameter of roller, the length of the cylinder, the length of the roller and the average particle size are established. Keywordshoromill grinding cement 目錄 目 錄摘要IABSTRACT第1章 緒論1

6、1.1 選題目的和意義11.2粉磨技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀11.3 各種粉磨設(shè)備的比較41.4 課題來源和研究內(nèi)容41.4.1 課題背景41.4.2課題研究內(nèi)容6第2章 筒輥磨工作原理與主要結(jié)構(gòu)72.1 工作原理72.2 筒輥磨結(jié)構(gòu)介紹82.2.1 筒體82.2.2 外罩滑履82.2.3 磨輥102.2.4 傳動部分102.2.5 機(jī)架112.2.6 液壓及潤滑部分112.2.7檢測系統(tǒng)122.3筒輥磨的技術(shù)特點132.3.1中壓142.3.2多次擠壓142.3.3轉(zhuǎn)速高142.3.4壓力角大152.4本章小結(jié)15第3章 筒輥磨關(guān)鍵參數(shù)的確定17 III3.1 力學(xué)模型的建立173.2 鉗角的確定18

7、3.3 單位質(zhì)量能耗的確定193.4 入料平均粒度的計算203.5 筒體直徑Ds和輥子Dr直徑的選擇213.6 筒體長度Ls和棍子工作長度Lr的選擇213.7 筒輥磨筒體轉(zhuǎn)速的計算213.8 筒輥磨料層厚度的確定223.9 筒輥磨輥碾磨比壓的確定223.10 筒輥磨一次通過量的計算223.11 筒輥磨電機(jī)功率的確定233.12 本章小結(jié)23第4章 筒輥磨重要零部件的設(shè)計與校核254.1 筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計254.1.1 筒體材料的選擇254.1.2 筒體厚度的確定254.1.3 筒體結(jié)構(gòu)的初步確定254.1.4 筒體許用應(yīng)力254.1.5 筒體的載荷計算264.1.6 筒體的強(qiáng)度校核264.1.7

8、 筒體襯板材料的選擇284.2 壓輥軸的結(jié)構(gòu)284.2.1 壓輥軸的結(jié)構(gòu)尺寸的初步確定284.2.2 壓輥軸材料的選擇294.2.3 壓輥軸強(qiáng)度校核294.2.4 輥軸用軸承的選用與校核304.3 傳動部件的設(shè)計314.3.1 筒輥磨傳動裝置的布置31 4.3.2 對傳動軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計344.4 本章小結(jié)35結(jié)論36參考文獻(xiàn)37致謝39附錄140附錄245附錄349V第1章 緒論 第1章 緒論1.1 選題目的和意義粉磨是一種粉碎工藝，它是冶金、礦業(yè)、電力、建材、化工、醫(yī)藥等許多工業(yè)企業(yè)中必不可少的重要生產(chǎn)工序1-8。粉磨設(shè)備廣泛用于對水泥、石膏、煤、礦石等多種物料進(jìn)行不同類型的精細(xì)加工和干濕碾

9、磨，是一種能耗高（俗稱“電老虎”）、振動噪聲大、對環(huán)境污染嚴(yán)重的工藝。我國的基礎(chǔ)建設(shè)正處于高速發(fā)展時期，對水泥產(chǎn)量的需求不斷增長，因此在水泥生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降耗及減少污染任務(wù)顯得尤為突出。表1-1為水泥生產(chǎn)各工藝過程電耗分布情況，由表中可見，在整個水泥生產(chǎn)工藝過程中，水泥粉磨電耗占水泥生產(chǎn)總電耗40%左右。因此，研究粉磨作業(yè)過程和機(jī)理，開發(fā)出先進(jìn)的粉磨工藝和設(shè)備，努力提高粉磨效率，降低能耗具有重要的意義。表1-1 水泥生產(chǎn)分步電耗工藝過程占總電耗的百分比礦山及原料的破碎、均化5%生料粉磨24%生料均化6%熟料煅燒及冷卻2024%(其中原煤粉磨占 45%)水泥粉磨3840%包裝及輸送3-5%為克

10、服以上這些問題，世界各國都十分重視粉磨過程的研究9-13，不斷研究生產(chǎn)新型的粉磨工藝設(shè)備14-20。本文將對水泥工業(yè)中先進(jìn)的粉磨設(shè)備筒滾磨的工作原理和設(shè)計方法進(jìn)行研究。1.2粉磨技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 物料粉磨是水泥生產(chǎn)、礦物加工等許多工業(yè)生產(chǎn)的重要工序流程。球磨機(jī)是最常用的物料粉磨設(shè)備，具有粉碎比大、結(jié)構(gòu)堅固、單機(jī)產(chǎn)量高和氣密性好等優(yōu)點，但是它業(yè)具有能量利用率非常低（一般只達(dá)2-3%），噪音很大，體積笨重和鋼耗較高等缺點。一百多年來，人們對這種磨機(jī)的生產(chǎn)工藝和機(jī)械動力學(xué)特性做了大量的研究，不斷取得了一些進(jìn)展和成果。然而時至今日，球磨機(jī)能量利用率非常低這一最大缺點認(rèn)為得到根本解決，尋求一種大幅度節(jié)能

11、降耗的新型磨機(jī)以完全代替球磨機(jī)任然是當(dāng)今所面臨的重大課題。為什么球磨機(jī)的能量利用率非常低呢？人們進(jìn)行了長期不懈的探索，并最終從物料粉碎的角度得到了答案及改進(jìn)的思路。物料的粉碎分為單顆粒粉碎和多顆粒料床粉碎。對于較大的顆粒進(jìn)行單顆粒粉碎是可行的，并且能量的利用率也非常高。但是球磨機(jī)進(jìn)行單顆粒粉碎時，其能量利用率非常低，這是由于球磨機(jī)對物料粉碎是通過物料、研磨體和襯板三者之間的相互作用來實現(xiàn)的。球磨機(jī)的能量主要消耗在以下三個方面：研磨體粉碎物料所消耗的能量；磨機(jī)襯板提升研磨體所消耗的能量；研磨體之間以及研磨體和襯板之間互相碰撞和摩擦所消耗的大量能量。其中后兩種情況所消耗的能量大部分屬于沒有功效的（

12、絕大部分變成聲能和熱能白白浪費了，僅有很小一部分能起到干燥物料的作用），而且占用了球磨機(jī)的大部分能耗份額。第一種情況的能量利用率葉不太高，這是由于球磨機(jī)對物料的粉碎具有很大的隨機(jī)性，在一定的時間間隔內(nèi)不能保證每一顆粒都受到研磨體的粉碎作用，而且同時有的顆粒在達(dá)到成品要求后還重復(fù)受到粉碎作用，這樣無形之中做了無用功?！?】20實際70年代，KSchonert教授提出了“料床粉碎”理論：讓固體物料以料床的形式在粉碎機(jī)械工作面上受到高壓作用而產(chǎn)生壓縮變形，形成內(nèi)部應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到顆粒在某最弱的軸向的破壞應(yīng)力時，顆粒就會在最弱處首先產(chǎn)生裂紋或裂縫而被破裂和粉碎。由于在料床粉碎中每個顆粒都承受著許多

13、方向上的力的作用，粉碎機(jī)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”理論為依據(jù)，現(xiàn)代立式磨和輥壓機(jī)等相繼問世。立式磨的料床形成于磨輥和磨盤的工作面之間，輥壓機(jī)的料床形成于一對相互擠壓的壓輥之間。他們的能量利用率較球磨機(jī)有較大的提高。但是立式磨和輥壓機(jī)有一個共同的最大的缺點：工作時，需要對物料施加很大的壓力。這就對提供壓力的液壓系統(tǒng)提出了很高的設(shè)計要求，并且巨大的工作壓力也對壓輥的機(jī)械支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提出了較高的強(qiáng)度和剛度上的要求。20世紀(jì)90年代初，法國FCB公司、丹麥SMITH公司和德國洪堡公司等都對新一代粉磨設(shè)備筒輥磨進(jìn)行了研究，并于1993年9月在德國DUSAERDF

14、召開的德國水泥協(xié)會第四次國際水泥研討會上展示了他們的產(chǎn)品。法國FCB公司研制的筒輥磨（Horomill）在意大利Buuzi水泥廠試用成功，取得了水泥粉磨電耗18KW·h/t的良好效果。隨后該公司制造的近20臺不同規(guī)格的Horomill均成功的應(yīng)用于意大利、法國和菲律賓等國的水泥廠。筒輥磨的生產(chǎn)工藝巧妙地結(jié)合了現(xiàn)有球磨機(jī)和輥壓機(jī)的基本思想，利用不太高的壓力，是物料一次喂入設(shè)備從而實現(xiàn)多次擠壓粉磨，從而避免了困擾現(xiàn)有立式磨和輥壓機(jī)在生產(chǎn)工藝上和機(jī)械設(shè)備上的各種問題：過大的研磨體損耗，過高的軸承載荷，過多的物料循環(huán)量，水泥質(zhì)量的保證度不太高等問題。筒輥磨被認(rèn)為是一種兼具有球磨機(jī)的操作可靠性

15、、立式磨的結(jié)構(gòu)緊湊性和輥壓機(jī)的節(jié)能性的新一代擠壓粉磨設(shè)備，他大幅度地提高了水泥一次成品率和降低能耗，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著?！?5】國內(nèi)自20世紀(jì)80年代以來，華新水泥股份公司提出了“筒式輥碾磨”的設(shè)想，并很快進(jìn)入實驗階段，并取得了較大的成功。1993年被湖北省科委列為該省重大科技攻關(guān)項目。95年建立了“1×1.2m筒式輥碾磨實驗線”，經(jīng)過幾年的努力，筒式輥碾磨已經(jīng)具備了開發(fā)大中小系列產(chǎn)品的能力和條件。南京水泥工業(yè)設(shè)計院也跟蹤該先進(jìn)技術(shù)，爭取到了國家“九五”攻關(guān)項目的資助，研制臺產(chǎn)量為25t的筒輥磨水泥終端系統(tǒng)的成套設(shè)備。武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院從1993年起，先后協(xié)助華新水泥公司、南京水泥工

16、業(yè)設(shè)計院進(jìn)行理論分析與實驗研究，并運(yùn)用反求設(shè)計技術(shù)，形成了獨特的磨機(jī)結(jié)構(gòu)和自主的知識產(chǎn)權(quán)。此外，國內(nèi)還有許多的水泥設(shè)備制造廠和水泥廠也正在密切關(guān)注著這一新型磨機(jī)的發(fā)展，期望它早日成熟的應(yīng)用于水泥粉磨中，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。由于筒輥磨是一種全新的粉磨設(shè)備，目前還處于日臻完善階段，需要探討和研究的東西很多，如粉磨過程的數(shù)學(xué)模型、力學(xué)特性、操作特性、生產(chǎn)工藝特性及結(jié)構(gòu)有限元分析，顯然這在筒輥磨的機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面是不太可靠和不太經(jīng)濟(jì)的。1.4 課題來源和研究內(nèi)容1.4.1 課題背景為了提高水泥生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，世界范圍內(nèi)均在不斷研究新的粉磨節(jié)能技術(shù)，國外水泥裝備廠商相繼推出新的粉磨技術(shù)及裝備

17、，并紛紛進(jìn)入國內(nèi)市場，但由于過高的設(shè)備價格因素，阻礙了進(jìn)入國內(nèi)市場的步伐。我國在水泥粉磨領(lǐng)域的研究開發(fā)相對滯后，走的幾乎是仿制道路，因此，打破國外技術(shù)壟斷，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)并且適合我國國情的節(jié)能粉磨技術(shù)裝備就顯得十分重要。冀東水泥集團(tuán)一直是我國水泥行業(yè)領(lǐng)軍人物，公司對新工藝、新裝備的應(yīng)用上一直處于行業(yè)的前列。特別是新組建了“冀東水泥集團(tuán)技術(shù)中心”，加大了對技術(shù)進(jìn)步、技術(shù)開發(fā)的投入，其技術(shù)力量、解決問題的能力得到了提升。表1-2 各種水泥粉磨系統(tǒng)的比較粉磨系統(tǒng)輥壓機(jī)終粉磨輥壓機(jī)半終粉磨CKP立磨筒輥磨球磨機(jī)粉磨機(jī)理限制性空間內(nèi)，高壓一次性料層擠壓粉碎非限制性空間內(nèi)，中低壓多次料層擠壓粉碎開

18、放空間，多次隨機(jī)沖擊與研磨磨床幾何形狀柱面+柱面柱面+平面柱面+內(nèi)環(huán)面可靠性與耐用性中等良優(yōu)中等良優(yōu)大型化難易難中等中等中等易較難單機(jī)產(chǎn)量(t/h)120250250250300200粉碎壓力(MPa)150150506075料層厚度(mm)20302030254025100擠壓角(°)61218循環(huán)負(fù)荷率(%)50100500600200250100200700900200300相對粉磨效率160140130145150100系統(tǒng)電耗(kWh/t)2122252626282426232536粉磨系統(tǒng)筒輥磨球磨機(jī)輥壓機(jī)+球磨機(jī)功率(kW)磨機(jī)19903200790/1680提升機(jī)60

19、2080選粉機(jī)903030風(fēng)機(jī)300290290附機(jī)90100110總電耗(kW)253036402980單位電耗(kW·h/t)25.336.429.8土建15 m×12 m15 m×36 m表1-3 生產(chǎn)100 t/h，350 /普通硅酸鹽水泥不同系統(tǒng)的比較1.4.2課題研究內(nèi)容本課題的主要研究工作如下：（1）分析筒輥磨工作時的受力狀態(tài)，推導(dǎo)筒輥磨工藝參數(shù)的理論設(shè)計計算公式。（2）筒輥磨刮料及導(dǎo)料裝置相結(jié)合，實現(xiàn)在有限的空間內(nèi)改變物料在筒體內(nèi)的循環(huán)次數(shù)，從而實現(xiàn)“一次通過，多次粉磨的”目的。（3）筒輥磨滑履裝置采用高低壓稀有潤滑，解決了壓力狀態(tài)下筒體旋轉(zhuǎn)地支撐

20、問題。（4）通過研究分析，得出粉磨比壓、筒體轉(zhuǎn)速、料床厚度、裝機(jī)功率等參數(shù)設(shè)計公式，用來指導(dǎo)筒輥磨系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)計。（5）通過理論研究及同類設(shè)備的相關(guān)參考，獲得磨機(jī)功率、單位產(chǎn)量電耗、臺時產(chǎn)量、料層厚度等工藝參數(shù)。11 第2章 筒輥磨工作原理與主要結(jié)構(gòu)2.1 工作原理 如圖2-1所示，當(dāng)待粉磨的物料依靠重力由進(jìn)料口進(jìn)入水平回轉(zhuǎn)的圓柱形筒體以后，物料在筒體離心力的作用下，平布于由筒體內(nèi)表面構(gòu)成的磨床入口端，即筒輥磨喂料區(qū)。隨著筒體的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)入磨床和壓輥構(gòu)成的擠壓通道內(nèi)的物料在壓輥的壓力作用下受到擠壓。同時，借助擠壓引起的摩擦力的作用，壓輥被動的產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動，物料在擠壓通道內(nèi)完成一次粉磨作業(yè)后被

21、滾筒提升，經(jīng)由導(dǎo)料裝料裝置實現(xiàn)向磨機(jī)出口方向的運(yùn)動，接受下一次擠壓粉磨作業(yè)。經(jīng)由多次粉碎后的物料離開磨床，從卸料口進(jìn)入出料口排除磨機(jī)。要實現(xiàn)上述功能，必須有下列技術(shù)支持：1. 筒體的支撐技術(shù)；2. 碾輥的限位與同步施壓技術(shù)；3. 磨內(nèi)物料的導(dǎo)流技術(shù)；4. 料層厚度與碾輥壓力控制技術(shù)；5. 輥與筒體的制造技術(shù)。具體來說，筒輥磨的工作部分可分為以下三個工序：1）物料進(jìn)入筒體后，由預(yù)壓套進(jìn)行初步預(yù)壓粉碎，使物料顆粒受到預(yù)壓套的剪切和擠壓而粉碎；2）當(dāng)物料隨筒體的旋轉(zhuǎn)和刮料刀的綜合作用下，進(jìn)入到了第二個工序，即物料在壓輥軸與筒體內(nèi)的襯板內(nèi)壁之間被擠壓粉磨的高壓工序部分；3）最后一個工序是離心輥面對物料

22、進(jìn)行沖擊和研磨的成品階段，它是對高壓粉磨后的無聊進(jìn)一步研磨，從而保證了成品的粒度合格。從結(jié)構(gòu)和工作原理上我們看出筒輥磨的粉磨原理與立磨和輥壓機(jī)同為輥壓粉磨，但是筒輥磨巧妙地結(jié)合了現(xiàn)有球磨機(jī)的粉磨思路，利用不太高的擠壓力，使物料由一次喂入設(shè)備并實現(xiàn)多次擠壓粉磨，從而避免了困擾球磨機(jī)，立式磨和輥壓機(jī)的各種問題。2.2 筒輥磨結(jié)構(gòu)介紹筒輥磨主要由筒體、外罩滑履、磨輥、傳動系統(tǒng)、機(jī)架、液壓控制部分和潤滑等部分組成。 圖2-1 筒輥磨工作原理圖2.2.1 筒體筒體是筒輥磨的另一個主要工作部件，它承受交變的動載荷和瞬時沖擊載荷，處于長期高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，是整套設(shè)備的不可更換部件。設(shè)計中要保證它有足夠的強(qiáng)度

23、和剛度，還要考慮由于物料和摩擦件溫升帶給筒體的熱應(yīng)力。在筒體參數(shù)的理論計算中。參照建材機(jī)械中球磨機(jī)的和回轉(zhuǎn)窯筒體，輪帶的計算方法以及化工機(jī)械力學(xué)基礎(chǔ)理論，壓力容器的基本理論和有關(guān)資料，對筒體的軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力、軸線撓度、熱應(yīng)力及軸向膨脹等進(jìn)行了必要的驗算，其中筒體的厚度、強(qiáng)度及剛度計算的安全系數(shù)富于很大，以保證絕對可靠。筒體的材料選用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，可以較好的滿足強(qiáng)度、塑性、可焊性等要求。它可分為布料區(qū)、粉磨區(qū)和卸料區(qū)，由此來實現(xiàn)物料一次通過磨機(jī)而完成多次粉磨的功能。筒體內(nèi)部的刮料裝置將貼壁物料刮離筒體，導(dǎo)料裝置起到物料軸向流速控制作用，此部分為筒輥磨的核心技術(shù)，屬創(chuàng)新技術(shù)。從試驗樣機(jī)

24、的運(yùn)轉(zhuǎn)情況來看，結(jié)構(gòu)設(shè)計是成功的，達(dá)到了倒料的目的。其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。2.2.2 外罩滑履如圖2-3所示。滑履主要起到對筒體的支撐作用，滑履上的軸承直接支撐筒體，同時承受筒體、壓輥和物料的動載荷。它將磨輥通過物料施加于筒體上的壓力由機(jī)架傳向基礎(chǔ)，它是筒輥磨安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，同時還要兼顧維護(hù)方便。設(shè)計中重點考慮到它的可靠性。臥式離心輥碾磨是一種高速旋轉(zhuǎn)的新型磨機(jī)，在載荷相近的情況下，筒體的V值為一般磨機(jī)的23倍，而且存在軸向力。因此，滑履的設(shè)計不能簡單套用球磨機(jī)的模式。在臥式離心輥碾磨機(jī)滑履的理論計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計中，參考了球磨機(jī)及的有關(guān)資料，并充分考慮壓力、速度、溫度等因素的影響，由負(fù)載計算出它的PV值，保證滑履軸瓦有足夠的強(qiáng)度和剛度；瓦襯材料選用巴氏合金，其耐磨性能好且有一定的塑性，與瓦體貼和好、不易脫殼、不易破裂；瓦體內(nèi)開設(shè)冷卻水道，冷卻效果好。圖2-3 滑履結(jié)