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| 立磨機在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展及存在的問題 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2015-07-16 11:00:00 瀏覽次數(shù)： |
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1 立磨機在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
1. 1 立磨在國外的發(fā)展
第一臺立磨是在 1925 年誕生，由德國專家開發(fā)出來的。1935 年立磨首次應(yīng)用到水泥領(lǐng)域中，立磨機在歐洲得到很好的發(fā)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(fā)展和應(yīng)用立磨技術(shù)。美國也逐漸對立磨粉磨設(shè)備的研究感興趣。并在1973年末，第一臺粉磨設(shè)備在美國投入了使用。由于粉磨設(shè)備具有節(jié)約能源和高效率等優(yōu)點，許多國家也相繼引進了立磨技術(shù)，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(jīng)濟巨大發(fā)展，東亞水泥領(lǐng)域也得到了飛速的發(fā)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(chǎn)線如雨后春筍般地在各地區(qū)興建，立磨技術(shù)也有了飛速的發(fā)展。
上個世紀六十年代，立式粉磨機在國外得到了質(zhì)的飛躍，并沿著大型化趨勢發(fā)展。在歐美國家以及中國等國的水泥領(lǐng)域內(nèi)，立磨機廣泛應(yīng)用到水泥原材料加工領(lǐng)域。七十年代立磨技術(shù)得到了迅速發(fā)展，當時出現(xiàn)了500t/h能力的大型立磨機。
到九十年代，粉磨技術(shù)又得到了飛速發(fā)展，主要得益于有限元、參數(shù)優(yōu)化以及流體學等技術(shù)的發(fā)展，另一方面再制造工程的發(fā)展以及耐磨材料的應(yīng)用，直接推動了立磨機的應(yīng)用和推廣，提高了立磨的使用時間，節(jié)約了企業(yè)使用成本，保證了大型干法水泥生產(chǎn)線對立磨能力的要求，在國外立磨在水泥行業(yè)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(jié)能減耗的政策，水泥生產(chǎn)呈現(xiàn)規(guī)模化，立磨機向大型化發(fā)展，該技術(shù)有了新進展，主要表現(xiàn)在如下：
（1）設(shè)計呈現(xiàn)新的思路
LM 型磨機具備了生產(chǎn)能力后，在設(shè)計上致力于結(jié)構(gòu)緊湊、規(guī)格最小以及成本最少。伴隨著磨機向大型化發(fā)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(xiàn)了粉磨機的效率，所以在磨機設(shè)計上有了新的思路，采用大磨盤和小磨輥的設(shè)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(huán)
原磨機中設(shè)有風環(huán)，為保證磨機內(nèi)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(shè)計思路，物料由部分外循環(huán)改為全部外循環(huán)，該循環(huán)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(xiàn)的。
（3）原料適應(yīng)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(nèi)的發(fā)展
1940年立磨在我國開始得到了應(yīng)用，首次運用到白水泥生產(chǎn)領(lǐng)域，之后五十年代，小型立磨機在國內(nèi)水泥企業(yè)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(nèi)專家開始著手開發(fā)與研究立磨粉磨生料的設(shè)備。八十年代初，國內(nèi)已經(jīng)取得了相應(yīng)立磨技術(shù)的研發(fā)成果，天津水泥研究設(shè)計院開發(fā)出了 TKM 系列立磨，合肥水泥工業(yè)設(shè)計研究院也取得了成就，成功開發(fā)了日產(chǎn)2500噸的 HRM型立式磨機，并研制了該型號的其他規(guī)格的磨機。
與此同時，我國開始引進國外大型立磨技術(shù)，在吸收和消化基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計了不同結(jié)構(gòu)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(fā)出了 LGM5024 立式粉磨機，并在吉林水泥生產(chǎn)中得到應(yīng)用，該生產(chǎn)線是日產(chǎn)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(fā)了多型號的 ML 系列的立磨設(shè)備，并將它應(yīng)用到水泥熟料生產(chǎn)線，并且該結(jié)構(gòu)相對于以前有所改善，增加了外循環(huán)、緩沖部分等，另還開發(fā)了應(yīng)用于礦渣生產(chǎn)的MLK系列磨機。
合肥水泥設(shè)計院通過吸收國外技術(shù)，在這些消化的基礎(chǔ)上，該院研發(fā)的日產(chǎn)5000.0噸HRM 型號的立式粉磨機，該型號磨機適應(yīng)于熟料生產(chǎn)線，粉磨結(jié)構(gòu)和 MPS 相同，磨機具有自身的特點，如磨輥可翻轉(zhuǎn)等特點，并由德力機械制造公司制造。投入生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，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(shè)備相比較。該型號的立式磨機能日產(chǎn)五千噸的，因此可以和國外進口設(shè)備相競爭。
天津水泥設(shè)計院也在吸收國內(nèi)外技術(shù)上開發(fā)了TRM53生料設(shè)備，該磨機和MPS結(jié)構(gòu)一樣，也具有自身的結(jié)構(gòu)特點，如生產(chǎn)效率較高、烘干性能好、結(jié)構(gòu)緊湊和適應(yīng)性擴大等特點。運行后系統(tǒng)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(shè)計范圍內(nèi)，可滿足日生產(chǎn)線的相關(guān)要求，這標志磨機技術(shù)達到了同類產(chǎn)品水平。
此外國內(nèi)高校和研究院也對立磨做了許多研究，一方面對立磨機關(guān)鍵件進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)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(shù)優(yōu)化，通過進行系列的試驗分析，來優(yōu)化風速等工藝參數(shù)。
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(tài)特性。首先分析了粉磨機的加載系統(tǒng)，并以簡化模型來表示，建立力學模型，進行了等效質(zhì)量換算和質(zhì)心瞬時速度分析，運用數(shù)學計算分析軟件求解微分方程，解得系統(tǒng)的各階固有頻率。另用 ANSYS 進行模態(tài)分析，經(jīng)后處理得到低階固有頻率，兩種方式得到的結(jié)果相吻合，為研究磨機動態(tài)性能提供了理論依據(jù)。
吉林大學的李強教授對立磨做了相應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變方面的數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力小于其許用應(yīng)力，同時位移量也較小，剛度方面也是合理的。
河北工業(yè)大學的楊洪剛對日產(chǎn) 5000t 的立式磨機進行了研究，主要對關(guān)鍵部件搖臂和基座進行了靜力學分析，研究發(fā)現(xiàn)部件設(shè)計合理，滿足相關(guān)要求。
合肥水泥設(shè)計院的鄧小林針對 HRM4800 的相關(guān)構(gòu)件進行分析，分析主要部件的受力狀況，驗證了結(jié)構(gòu)工作滿足設(shè)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(shù)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(wěn)定性。
武漢理工大學的申祖武教授和中材建設(shè)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(shè)計的合理性，對設(shè)計實踐有指導意義。
中材建設(shè)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(shù)化語言，分析發(fā)現(xiàn)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(yīng)力均在許可范圍內(nèi)部，驗證了該結(jié)構(gòu)滿足運行的相關(guān)要求。
河北工業(yè)大學的候志強以及候書軍等人對磨機內(nèi)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(fā)現(xiàn)了磨機內(nèi)部存在巨大的漩渦，并了解了內(nèi)部空氣流程的具體特征，該漩渦的存在，會消耗系統(tǒng)的能源，也對磨機的穩(wěn)定性產(chǎn)生不好的影響，降低磨機的效率和使用壽命，為磨機內(nèi)部優(yōu)化和再設(shè)計提高了依據(jù)。
四川工程職業(yè)技術(shù)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(fā)現(xiàn)立柱等效應(yīng)力發(fā)生在中部開口附近最大，并為158MPa，應(yīng)力較高，應(yīng)進行結(jié)構(gòu)方面進行相應(yīng)的調(diào)整和改善。
1.4 存在的問題
立磨技術(shù)被國外公司所壟斷，雖然我國從國外引進了技術(shù)，并且吸收和消化了立磨設(shè)計技術(shù)，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(shè)計方面，一種基于經(jīng)驗和類比的傳統(tǒng)設(shè)計方法顯然不夠，缺少了系統(tǒng)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。
（2）在運行控制方面，磨機的適應(yīng)性應(yīng)當進一步改善，當產(chǎn)量變化或材料波動時，整個粉磨系統(tǒng)的穩(wěn)定性能不好。
（3）在參數(shù)優(yōu)化方面，研究各結(jié)構(gòu)的尺寸大小和風速等工藝參數(shù)對結(jié)構(gòu)的靜態(tài)、動態(tài)性能的影響，以及對系統(tǒng)能否實現(xiàn)節(jié)能減耗的影響。
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