φ2500筒辊磨设计

1、摘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2500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

2、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 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 目录 目 录摘要IABSTRACT第1章 绪论1

6、1.1 选题目的和意义11.2粉磨技术的发展及现状11.3 各种粉磨设备的比较41.4 课题来源和研究内容41.4.1 课题背景41.4.2课题研究内容6第2章 筒辊磨工作原理与主要结构72.1 工作原理72.2 筒辊磨结构介绍82.2.1 筒体82.2.2 外罩滑履82.2.3 磨辊102.2.4 传动部分102.2.5 机架112.2.6 液压及润滑部分112.2.7检测系统122.3筒辊磨的技术特点132.3.1中压142.3.2多次挤压142.3.3转速高142.3.4压力角大152.4本章小结15第3章 筒辊磨关键参数的确定17 III3.1 力学模型的建立173.2 钳角的确定18

7、3.3 单位质量能耗的确定193.4 入料平均粒度的计算203.5 筒体直径Ds和辊子Dr直径的选择213.6 筒体长度Ls和棍子工作长度Lr的选择213.7 筒辊磨筒体转速的计算213.8 筒辊磨料层厚度的确定223.9 筒辊磨辊碾磨比压的确定223.10 筒辊磨一次通过量的计算223.11 筒辊磨电机功率的确定233.12 本章小结23第4章 筒辊磨重要零部件的设计与校核254.1 筒体的结构设计254.1.1 筒体材料的选择254.1.2 筒体厚度的确定254.1.3 筒体结构的初步确定254.1.4 筒体许用应力254.1.5 筒体的载荷计算264.1.6 筒体的强度校核264.1.7

8、 筒体衬板材料的选择284.2 压辊轴的结构284.2.1 压辊轴的结构尺寸的初步确定284.2.2 压辊轴材料的选择294.2.3 压辊轴强度校核294.2.4 辊轴用轴承的选用与校核304.3 传动部件的设计314.3.1 筒辊磨传动装置的布置31 4.3.2 对传动轴结构进行设计344.4 本章小结35结论36参考文献37致谢39附录140附录245附录349V第1章 绪论 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

9、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2024%(其中原煤粉磨占 45%)水泥粉磨3840%包装及输送3-5%为克

10、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

11、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（

12、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，KSchonert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

13、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

14、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

15、、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“1×1.2m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

16、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

17、，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

18、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)120250250250300200粉碎压力(MPa)150150506075料层厚度(mm)20302030254025100挤压角(°)61218循环负荷率(%)50100500600200250100200700900200300相对粉磨效率160140130145150100系统电耗(kWh/t)2122252626282426232536粉磨系统筒辊磨球磨机辊压机+球磨机功率(kW)磨机19903200790/1680提升机60

19、2080选粉机903030风机300290290附机90100110总电耗(kW)253036402980单位电耗(kW·h/t)25.336.429.8土建15 m×12 m15 m×36 m表1-3 生产100 t/h，350 /普通硅酸盐水泥不同系统的比较1.4.2课题研究内容本课题的主要研究工作如下：（1）分析筒辊磨工作时的受力状态，推导筒辊磨工艺参数的理论设计计算公式。（2）筒辊磨刮料及导料装置相结合，实现在有限的空间内改变物料在筒体内的循环次数，从而实现“一次通过，多次粉磨的”目的。（3）筒辊磨滑履装置采用高低压稀有润滑，解决了压力状态下筒体旋转地支撑

20、问题。（4）通过研究分析，得出粉磨比压、筒体转速、料床厚度、装机功率等参数设计公式，用来指导筒辊磨系统及设备设计。（5）通过理论研究及同类设备的相关参考，获得磨机功率、单位产量电耗、台时产量、料层厚度等工艺参数。11 第2章 筒辊磨工作原理与主要结构2.1 工作原理 如图2-1所示，当待粉磨的物料依靠重力由进料口进入水平回转的圆柱形筒体以后，物料在筒体离心力的作用下，平布于由筒体内表面构成的磨床入口端，即筒辊磨喂料区。随着筒体的回转运动，进入磨床和压辊构成的挤压通道内的物料在压辊的压力作用下受到挤压。同时，借助挤压引起的摩擦力的作用，压辊被动的产生回转运动，物料在挤压通道内完成一次粉磨作业后被

21、滚筒提升，经由导料装料装置实现向磨机出口方向的运动，接受下一次挤压粉磨作业。经由多次粉碎后的物料离开磨床，从卸料口进入出料口排除磨机。要实现上述功能，必须有下列技术支持：1. 筒体的支撑技术；2. 碾辊的限位与同步施压技术；3. 磨内物料的导流技术；4. 料层厚度与碾辊压力控制技术；5. 辊与筒体的制造技术。具体来说，筒辊磨的工作部分可分为以下三个工序：1）物料进入筒体后，由预压套进行初步预压粉碎，使物料颗粒受到预压套的剪切和挤压而粉碎；2）当物料随筒体的旋转和刮料刀的综合作用下，进入到了第二个工序，即物料在压辊轴与筒体内的衬板内壁之间被挤压粉磨的高压工序部分；3）最后一个工序是离心辊面对物料

22、进行冲击和研磨的成品阶段，它是对高压粉磨后的无聊进一步研磨，从而保证了成品的粒度合格。从结构和工作原理上我们看出筒辊磨的粉磨原理与立磨和辊压机同为辊压粉磨，但是筒辊磨巧妙地结合了现有球磨机的粉磨思路，利用不太高的挤压力，使物料由一次喂入设备并实现多次挤压粉磨，从而避免了困扰球磨机，立式磨和辊压机的各种问题。2.2 筒辊磨结构介绍筒辊磨主要由筒体、外罩滑履、磨辊、传动系统、机架、液压控制部分和润滑等部分组成。 图2-1 筒辊磨工作原理图2.2.1 筒体筒体是筒辊磨的另一个主要工作部件，它承受交变的动载荷和瞬时冲击载荷，处于长期高速连续运转状态，是整套设备的不可更换部件。设计中要保证它有足够的强度

23、和刚度，还要考虑由于物料和摩擦件温升带给筒体的热应力。在筒体参数的理论计算中。参照建材机械中球磨机的和回转窑筒体，轮带的计算方法以及化工机械力学基础理论，压力容器的基本理论和有关资料，对筒体的轴向应力、径向应力、环向应力、轴线挠度、热应力及轴向膨胀等进行了必要的验算，其中筒体的厚度、强度及刚度计算的安全系数富于很大，以保证绝对可靠。筒体的材料选用优质结构钢，可以较好的满足强度、塑性、可焊性等要求。它可分为布料区、粉磨区和卸料区，由此来实现物料一次通过磨机而完成多次粉磨的功能。筒体内部的刮料装置将贴壁物料刮离筒体，导料装置起到物料轴向流速控制作用，此部分为筒辊磨的核心技术，属创新技术。从试验样机

24、的运转情况来看，结构设计是成功的，达到了倒料的目的。其结构如图2-2所示。2.2.2 外罩滑履如图2-3所示。滑履主要起到对筒体的支撑作用，滑履上的轴承直接支撑筒体，同时承受筒体、压辊和物料的动载荷。它将磨辊通过物料施加于筒体上的压力由机架传向基础，它是筒辊磨安全运行的基础，同时还要兼顾维护方便。设计中重点考虑到它的可靠性。卧式离心辊碾磨是一种高速旋转的新型磨机，在载荷相近的情况下，筒体的V值为一般磨机的23倍，而且存在轴向力。因此，滑履的设计不能简单套用球磨机的模式。在卧式离心辊碾磨机滑履的理论计算及结构设计中，参考了球磨机及的有关资料，并充分考虑压力、速度、温度等因素的影响，由负载计算出它的PV值，保证滑履轴瓦有足够的强度和刚度；瓦衬材料选用巴氏合金，其耐磨性能好且有一定的塑性，与瓦体贴和好、不易脱壳、不易破裂；瓦体内开设冷却水道，冷却效果好。图2-3 滑履结