管磨机的总体和结构设计

1管磨机的总体和结构设计1引言我国是水泥大国,而水泥粉磨技术又直接影响到水泥工业的振兴和发展。显而易见，提高水泥厂粉磨工艺水平对企业综合效益的影响是十分显著的。降低能源消耗、减轻工人劳动强度以及延长球磨机的工作运转时间等问题是目前和今后研究和从事水泥生产工作者的首要任务。显然，全面增强节能意识、优质意识和环保意识已成为广大水泥企业的当务之急。随着体制的改革，企业内部的经济搞活，各部门对水泥的需求量在逐渐增多。由于建材行业起步较晚、历史较晚，无论是水泥的质量，还是水泥的产量，都一时难以满足广大社会的需要。为此，就影响提高水泥的产量、降低能源消耗、减轻工人劳动强度的因素很多，一般可分为工艺因素和机械因素两大类：1影响球磨机产质量的工艺因素a入磨物料粒度b入磨物料水分c入磨物料的特征与易磨性d粉磨工艺流程e对粉磨成品的比表面积要求2影响磨机产质量的机械因素a磨机筒体内的通风b磨内结构c研磨体级配和填充率。同时它存在着下列一些问题：a当磨机结构一定时，转速不变的情况下，同层物料之脱离角不变，物料在磨内被搅动，效果差，粉磨效率受到影响;b磨内增设隔仓板。它不仅减少了粉磨空间，而且隔仓板附近粉磨效率很低，加剧了隔仓板的磨损;2c由于研磨体运动单调性，粉磨效率较低，装载磨体量大，而且球径也大，这样功能大大地增加;d一般开流磨机被广泛地应用而存在欠粉磨现象，不仅降低了粉磨效率，增加电耗，而且产品质量不稳定。本次毕业设计是参照徐州力大集团的生产情况，得到张晓荣老师与其他同学的大力支持，在此一并致谢。32磨机的总体设计21闭路循环系统与开流粉磨系统对于开流系统，其流程简单、投资省、操作简便，但物料必须全部达到成品细度后才能出磨，因此要求产品细度较细时，已被磨细的物料将会产生过粉磨现象，并在磨内形成缓冲层，妨碍粗料进一步磨细。有时甚至出现细粉包球现象，从而降低粉磨效率，提高了电耗，采用闭路系统可以消除过粉磨现象，使磨机的产量提高、电耗降低，同时闭路系统的产品粒度均匀，尤其是生料粉颗粒均匀，对煅烧熟料有利。在闭路系统粉磨时，由于要求出磨物料的细度较粗，一般采用球磨或中长磨与分级设备组成闭路系统，与二台球磨机组成闭路时，称为二级闭路系统。粉磨系统的选择应考虑入磨物料的性能产品种类、产品细度、产量、电耗、投资以及是否便于操作与维修等因素。对长径比L/D=4-6的磨机，根据工厂经验，选用开流水泥磨，我们设计的水泥磨规格为2.613mm,L/D=13/2.6=5,根据经验选用圈流水泥磨。圈流系统流程图如图2-1所示：图2-1圈流系统流程图42.2磨机的通风方式和水冷却2.2.1磨内温升原因及危害对于干法原料磨及水泥磨而言，由于磨机在运转过程中，冲击和研磨物料的同时，大部分的电耗转换为热能，必然要引起磨机本身研磨体及物料温度的升高，一般可使温度升高几十度。对于没有冷却措施的干法磨机内的物料出磨温度可达，其危害如下：a对机械设备来说，由于磨机在运转过程中和停止运转时温差很大，可使磨机产生显著的热变形及热应力，引起机体的损伤，如：衬板的几何变形、衬板螺栓的折断、主轴承维护要求要易烧毁等。b物料的易磨性随温度的升高而降低，因为随着温度的升高,细小微粒的静电作用增强，使之易于凝聚和粘附，造成糊球现象严重，并使水泥质量降低（易造成水泥的速凝）。为了降低磨温，提高粉磨效率减少电耗、提高产品质量，通常采用加强磨内通风或磨内喷水冷却措施，均可提高磨机产量515%。2.2.2磨机通风方式A磨机的通风方式有三种：a自然通风-仅只有磨机卸料端装设拔气筒，磨内风速（常指磨机最后一仓的风速，一般0.3mm/sec）要求入磨物料含水1-1.5%。b强力通风-在磨内卸料端装设排风机，实现磨内的强力通风，以除去磨内的水蒸气，改善粉磨条件，降低磨内温度，提高效率，一般来说其风速v；23该方案可以人为的形成各仓间的料位高差，使之由进料端向出料端递减，以加快料流速度，且不易返料，可避免过粉磨现象，但由于各仓填充率较小，故段与段之间不易滚动，堆积紧密，以引起较大的偏心力矩，故粉磨效率受到一定的影响，7而该方案对于圈流中长管磨机亦是经常采用的。b磨机进料端到出料端，各仓研磨体填充率递减的方案，即；123该方案具有限制磨内物料流速的缺点，且由于后仓料位高于前仓料面，必须带有扬料板的双仓层隔仓板，对于难磨的物料，细度要求较高的产品或磨机长径比较小时（L/D=23.5）这类磨机上比较成熟的经验是：水泥磨二仓比一仓高2-3%，生料磨二仓比一仓高1%或两仓相等。这一方案也使用于强力通风的圈流磨机。本设计磨2.6X13m采用第一种方案，即。查管磨机毕业设计参123考资料,取=0.3,=0.27,=0.24。1232磨内研磨体的装载量GG=DL/4（2-3）20式中：G-磨内研磨体装载量，T；D-磨机有效内径，m；0L-磨机有效长度，m；-磨内研磨体填充率；研磨体容重，一般可取4.5T/m；3G=(2.6-20.03)130.27=27.99(T)3磨内研磨体的级配与补充（1）研磨体的级配在磨机的同一仓中，为了减少研磨体之间的空隙率，增加对物料的粉磨机会，限制物料的流速不致过快，常采用不同规格的研磨体按比例配合使用，几种规格的研磨体的配合比例，叫做研磨体的级配。钢球级配与填充率一样，直接影响到磨机产量，产品的质量和研磨体的磨损，钢球级配的合理选择，主要根据被粉磨物料的物理化学性能，磨机构造以及需求的产品细度等因素来确定。物料在粉磨过程中，一方面受冲击作用，另一方面受研磨作用，在研磨体装载量不变的情况下，小钢球比大钢球的总面积大，与物料的接触机会多，故增加小钢球的数量有助于提高粉磨能力，但从另一方面需要将大块的物料击碎才能进行有效的粉磨，此所以就必须增大钢球的直径，提高破碎效率。所以，钢球的分配从进料端向出料端球径逐渐递减，磨机的最大钢球直径参考建材部水泥工业技校发行的粉磨工艺与设备拉珠费夫经验公式8D=28（2-4）max3axd式中：d进料物料的最大粒径，根据要求d=10mmmaxmax所以D=28=28=60.132mm3ad310圆整取D=70mm.max各级钢球的比例：可按二头小中间大的原则配合。在满足物料粒度要求的前提下，平均球径应该小些，以增加接触面积，提高粉磨效率，前仓的最小球径等于后仓的最大球径。物料经过长期的研磨后，研磨体的级配组合如下图2-2所示：图2-2使用后的钢球级配组合未使用过的研磨体加入球磨机前的形状如下图1-3所示：9图2-3新研磨体级配组合根据研磨体在各仓内的大小组合情况，级配分配如下：第一仓Dmax=70mm一仓:钢球706050级配25%40%35%二仓:钢球504030级配30%40%30%三仓:钢球302010级配30%40%30%磨机有效容积V=DL/4（2-5）20=(2.6-20.03)13/42=65.84(m)3各仓有效容积:一仓:v=65.843.9/13=19.75(m)13二仓:v=65.843.25/13=16.46(m)2三仓:v=65.845.85/13=29.63(m)33一仓钢球重量:G=v=4.519.750.3=26.66(T)（2-6）11各级球重:70:26.6625%=6.67(T)1060:26.6635%=9.33(T)50:26.6640%=10.66(T)一仓平均球径:D=(DG+DG+DG)/(G+G+G)（2-7）123123=(706.67+609.33+5010.66)/(6.67+9.33+10.66)=58.5(mm)二仓钢球重量:G=v=4.516.460.27=20(T)2各级球重:50:2030%=6(T)40:2040%=8(T)30:2030%=6(T)二仓平均球径:D=(DG+DG+DG)/(G+G+G)=(506+408+306)/20123123=40(mm)三仓钢球重量:G=v=4.59.630.24=32(T)3各级球重:30:3230%=9.6(T)20:3240%=12.8(T)10:3230%=9.6(T)三仓平均球径:D=(DG+DG+DG)/(G+G+G)123123=(309.6+2012.8+109.6)/32=20(mm)（2）研磨体的补充磨机中运行的研磨体被逐渐磨损，体积减小，形状变异，研磨体的装载量和级配都发生了变化。为了维持正确合理的级配和装载量，保持较高的粉磨效率，就得定期补充和更换研磨体，清仓和补球时间应视研磨体的机械性能（形状、硬度和韧性、物料的物理机械性能、易磨性、温度水分等）和磨机的运行状况而定。例如，钢球比钢锻消耗快，比钢棒也消耗大些，磨水泥比磨生料消耗快，而磨生料的钢锻消耗却大于磨水泥的钢锻消耗。11按我国经验，对水泥磨来说：第一仓通常5-7天从磨头喂料口补球一次，每次补球量约为该仓球量的1-2%（一般只补入大球），第二仓每隔10-15天补球一次，补充量约为2%，每次补球的数量应结合具体情况而酌情确定。一般每粉磨一吨的物料，研磨体的消耗大致如表（2-1）所示：表2-1粉磨一吨物料研磨体的消耗量同时由于研磨体长期使用磨损，所以必须对钢球进行处理，大体清仓时间可参照下列时间而定：粉磨矿渣水泥：一、二仓钢球每月清理一次生料磨：二仓钢球每两个月清理一次重新配球时，表面被磨光、尺寸变小的研磨体可选作相应规格磨体继续使用。2.5磨内研磨体运动状态分析2.5.1研磨体运动状态的三种基本情况a泻落式运动状态当筒体的转速过低，且研磨体太少时，研磨体顺筒体旋转一定的角度。当研磨体超过自然休止角时，则象雪崩一样泻落下来，这样不断地反复循环，研磨体被提升的高度不高，只有滚动和滑动，基本上没有冲击作用，因而粉磨效果不佳。b抛落式运动状态当筒体的转速适宜时，由于离心力作用的影响，研磨体贴附在筒体内壁上，与筒体作圆弧上升运动，并被带到适宜的高度，然后象抛射体一样降落，研磨体呈瀑布状态以最大冲击力将物料击碎，同时在筒体回转的过程中，研磨体的滚动和滑动也对物料起到研磨作用。c离心力运动状态当筒体转速过高时，由于离心力作用的影响，研磨体贴附在筒体内壁上与筒体一起回转，而不降落则研磨体不发挥冲击和研磨作用，也就不能粉磨物料。122.5.2球磨机中研磨体的运动分析球磨机的粉磨作用主要是研磨体对于物料的冲击和研磨。为了确定磨机的主要工作参数，必须对研磨体的运动状态加以分析。研磨体运动的实际状态是很复杂的，为了使分析问题简化，作如下基本假设：a磨机在正常操作时，研磨体在筒体内按其所在位置是一层一层地进行循环运动。在轴向各个不同的横断面上，研磨体的运动状况完全相似。b研磨体在磨机筒体内在工作轨迹只有两种，一种是一层层地以磨机筒体横断面的几何中心为圆心，按同心圆弧轨迹随着筒体回转作向上运动，另一种是一层层地按抛物线轨迹降落下来。c研磨体与磨机筒壁间及研磨体层与层之间的相对滑动极小，可忽略。d磨机筒体内物料对于研磨体运动的影响略去不计。e略去研磨体直径不计取紧贴筒体衬板内壁的最外层研磨体作为研究对象，研磨体在随筒体作圆弧向上运动过程中，当达到某一位置时，其离心力Pc小于或等于本身重力的径向分力，研磨体就开始离开圆弧轨迹，作抛射体运动，即按抛物线轨迹运动。由此可见，研磨体在脱离点开始脱离应具备的条件为：cosRn/900（2-8）2以上的公式为研磨体运动的基本方程式，研磨体的脱离角与筒体的转速和有效半径有关，而与研磨体的质量无关。2.5.3磨体运动脱离点的轨迹当磨机在一定的转速下进行操作时，研磨体的基本方程式代表任一层脱离点诸因素之间的关系，它有着普遍意义，把上式改写为：R=900cos/n（2-9）2此式即为脱离点轨迹的曲线方程，它是一段圆弧。2.5.4最内层研磨体的半径若要求各层研磨体恒在同一轨迹上做循环回转运动而又不产生互相干涉，就必须确定最内层研磨体的半径R2，否则就会使上升和下落的研磨体在中途相碰而互相13干涉其运动规律，只要降落点处于极限位置，此处即为由降落曲线求得的横坐标X的最小值，根据代数公式解得X为最小值时的脱离角为=7344与此脱离2角相当的最内层研磨体的半径为：R=900cos/n=252/n22因此在确定研磨体的装载量时，务必使最内层研磨体的半径比252/n要大，否2则研磨体在降落时会互相干扰、碰撞，损失其能量，降低粉磨效率。2.5.5研磨体动态作用力：磨机在正常运转时，研磨体所产生的动态作用力有以下三个方面：a与筒体一起回转上升部分研磨体产生的离心力Pcb与筒体一起回转上升的那部分研磨体的重力Gc作抛落运动那部分研磨体产生的冲击力Ps143球磨机主要参数的确定13.1磨机工作转数的确定1磨机的临界转速n0假定钢球与研磨体无滑动时，最外层钢球产生临界运转时的理论临界转数公式:n=42.4/(rpm)（3-1）00D式中：n-磨机的理论临界转数，(rpm)；0D-磨机的净空直径，(m)；故n=42.4/=26.6（rpm）054.22球磨机的理论适宜转数n最外层钢球具有最大降落高度时的理论最适宜转数公式(即为列文松公式)：n=32.2/=32.2/=20.2(rpm)（3-2）0D54.2式中：=n/n=20.2/26.30=0.760n-磨机理论适宜转数，(rpm)；-转数比；3球磨机的实际工作转速ng确定磨机合理的工作转数，它与衬板形状、研磨体的装载量，被磨物料的物理性质磨机的生产工艺流程等均有着密切的关系，且直接影响到提高磨机产量，降低电耗和减少钢球和衬板的损耗磨机的工作转数有三种工作制度：（1）高转数的工作制度-n接近或超过（微超或大些）理论临界转速g磨机可以超过理论临界转数运行而不发生临界现象，即使最外层钢球接近或超过临界运行时，其各层钢球仍能正常运行，且由于转速的提高，研磨体的周转率提高，故粉磨效率提高。（2）低转速工作制度15n=（0.58-0.62）n，它使用于湿法生产溢流卸流的二级磨机g0（3）中等转数的工作制度对中等转数适用范围等二种不同意见：a当球磨机工作转数为0.76n时，磨机效率最高，也就是比生产效率高（每0一马力吨/小时），而工作转数为临界转速的68%，绝对生产率提高，但电耗比前者大2-3倍，从经济观点出发，推荐采用n=0.76ng0b在一定转速范围内，生产率随转数的增加功率并不快，为提高磨机生产率可以采用n=0.88n。g016结论本次毕业设计是参照徐州力大集团以及中天仕名的生产情况，得到张晓荣老师及其他同学的大力支持，在此一并致谢。另外，各厂应根据本厂原有的条件，灵活地取其工艺精髓，因地制宜地改造管磨机内部结构。在设计过程中，我遵循以下几个总体设计的基本原则和要求:a生产使用方面机器的生产效率高，动力消耗少，经久耐用运转安全，操作事业简便灵敏，外行尺寸小而美观、成本低;b制造加工方面结构简单易于加工，机加工量尽量减少，且加工工艺性能良好，材料成本低易购，尽量少用有色金属和稀有金属;c安装运输方面总之，每项技术都有此缺点和优点，所以在使用过程中应扬长避短，因地制宜地使用，发挥它的最佳效果，达到最好的市场效益才是根本。17参考文献1江旭昌管磨机中国建材工业出版社，1992.122金容容水泥厂工艺设计概论武汉工业大学出版社，1995.83倪文龙机械立窑中国矿业大学出版社，1995.84姜煜林水泥热工机械设备武汉工业大学出版社，1996.125许林发建筑材料机械设计(一)武汉工业大学出版，1990.86朱敦群新标准条件下水泥粉磨工艺的相应措施中国建材装备，2002.27机械设计手册（新版）.第一卷、第二卷、第四卷、第五卷.北京：机械工业出版，2004.88汪恺.机械工业基础标准应用手册.北京：机械工业出版社，2001.6。9金属切削加工.P65.焊接、切割与胶接.P66.中国机械工程文摘.机械工业信息研究院.机械工业信息研究院出版社,2004.310郑万才.机械设备装备监测及故障诊断综述.P125.煤矿机械.煤矿机械出版社,2004.311改进球磨机齿轮润滑方式.P38.设备管理与维修.设备管理与维修杂志社,2004-NO.0412刘兴才.磨机料浆缓冲槽的系统改造.P84-85.矿山机械.矿山机械杂志社,2004.313吴宗泽.机械零件设计手册.北京：机械工业出版社，2003.11。14王大康，卢颂峰.机械设计课程设计.北京：北京工业大