球磨机粉磨系统研究及球磨机结构设计-开题报告

开题报告课题名称球磨机粉磨系统研究及球磨机结构设计学生姓名专业班级课题类型指导教师职称课题来源1.综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义球磨机1876年问世，1891年能够连续生产的球磨机投入工业中使用。球磨机作为传统的粉磨设备，已经有了100多年的历史。它作为将固体物料细化制粉的重要设备，广泛应用在冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、电力、医药以及国防工业等部门。尤其是水泥工业中的粉磨部门，粉磨作业更是具有十分重要的地位。由于球磨机处理能力和粉磨后的粒度对后续作业的效率和整体生产流程技术经济指标影响显著，所以，有关球磨机的研究在国内外一直受到广泛关注和高度重视。近几年来，由于能源费用的增长、矿石品位的下降，降低建设投资和生产费用是世界各国矿山工业面临的一个最严峻的问题，采用高效大型节能设备，提高粉磨系统效率是现代选矿厂建设的主要倾向，球磨机大型系统优化节能已成为技术发展的方向。1.1、我国球磨机应用行业能耗现状球磨机是目前水泥行业主要的粉磨设备之一，据不完全统计全球水泥行业运行的球磨机多达4.4万台，仅中国运行的球磨机粉磨系统就达到2.4万套。在水泥生产过程中用在粉磨方面的电耗占65-75%，由此可见水泥行业球磨机系统节能的研究，对行业节能就显得尤为重要。然而水泥行业对球磨机技术的认识还远远不够。同样规格及同样粉磨工艺的系统，有些企业电耗高产量，有些企业磨机产量却很低，且高产量与低产量的比例几乎接近一倍。而人们解释球磨机粉磨系统产量低的原因往往是入磨物料的水分、入磨物料的粒度、物料的易磨性等因素。通过我们大量研究证明，这些因素对磨机的影响并不是主要的，甚至可以忽略这些因素对磨机产量的影响，因为这些因素往往是无法回避和选择的。比如物料的易磨性，一旦确定了生产企业的地域，物料的易磨性就基本确定了，企业不可能为了易磨性舍近求远去选择易磨性好的原料。实际上影响球磨机产量的因素开流磨多达60多个，而一个挤压联合粉磨系统影响产量的因素则多达110多个。专家经过多年的分析罗列，试图将其根据影响大小排出主次，结果证明几乎无法实现，因为球磨机系统的影响因素根本就没有主次之分。任何一个因素不合理，都会影响系统产量；而一个能耗高、产量低的球磨机粉磨系统，必然在工艺上存在很多问题使系统无法达到理想状态。由“十一五”建材行业做出突出贡献的张朝发教授带领的球磨机工艺优化课题组，经过十多年研究取得显著成果，该技术可以让运行的磨机产量提高20%-40%，投资低、时间短、见效快。1.2、国内外球磨机的研究概况近10年来，磨矿设备仍然广泛应用普通卧式简型球磨机，但是围绕提高磨矿效率、降低能耗钢耗方面国内外的研究者作了大量工作。（1）、研磨介质研究：球磨机是靠介质对物料的冲击和研磨作用来完成对物料的破碎作用的，在介质对物料的这一破碎力学过程中，介质作为能量的媒介体将外界能量转变为对物料的破碎功而对物料实施破碎作用。同济大学的戴少生在总结国内外试验和生产应用得出结论：形状、尺寸和级配合理的新型研磨体柱球(段球)，对于提高粉磨效益、降低球耗是适宜的研磨介质。并对石英砂粉磨进行生产试验，达到了较好的试验结果，对国内若干新型轻质“砂加气”混凝土制品砌块、板材厂的球磨机，粉磨坚硬矿石的干法球磨机及水泥行业均有一定价值。（2）、介质运动规律理论研究：磨机转动时，带动介质群运动，在运动过程中，介质会与邻接的其它介质以及磨机内壁之间发生碰撞，这些碰撞将决定介质在磨机内的运动规律。由于粉磨过程的复杂性，以及运动过程中与邻接介质相互作用的复杂性，使得充分了解这些碰撞特性非常困难，也就导致介质运动研究的困难。目前二维DEM和三维DEM在介质运动研究中己经被逐步推广应用。（3）、高效节能球磨机（a）、中心传动球磨机：其传动是通过电机带动行星齿轮减速器直接驱动筒体，电机、减速器传动系统和筒体位于同一中心轴线上，筒体由调心滚子轴承支承，磨机中空轴径与主轴承间为滚动摩擦,阻力减小，实现了节能。液力耦合器传动可吸收和隔离扭振，从而实现缓和冲击、平稳启动，减少了对电网的冲击。双级行星齿轮减速器，传动比大，效率高，重量轻，降低制造成本。（b）、静动压轴承球磨机：该机采用静动压轴承，在启动时采用高压液压系统润滑，用高压油将球磨机筒体顶起，待启动后采用低压液压系统润滑，保证了球磨机中空轴径始终处于良好的润滑状态，摩擦阻力小，启动电流低，降低了磨矿功耗。电机轴和小齿轮轴间采用气动离合器，实现分段启动，降低了启动电流和功率，减少了对电网的冲击。齿轮采用喷雾润滑，定时定量将润滑剂喷射到齿轮工作表面以改善润滑，减少机械损失，降低运转能耗；采用圆角方型衬板，提高磨机处理能力和磨矿效率，显著降低磨矿电耗和钢耗。（c）、圆锥形球磨机：主轴承为调心滚子轴承，摩擦阻力小，降低了能耗。在出料端增加了一段圆锥形筒体，增加了磨机生产能力，磨矿介质布置合理，充分发挥了各类钢球的作用，磨矿产品粒度小。大齿轮装于直筒体与锥体连接处，减小筒体扭曲应力，使轮直径减少，磨机自重减轻30%，降低了制造成本。（d）、其他类型球磨机：超临速球磨机、细磨和超细磨球磨机等。由昆明理工大学文书明等发明研制的超临速球磨机克服了常规球磨机不能在临界转速以上有效磨矿的不足；日本细川密特朗公司生产的CM高速冲击式超细粉磨机是一种先进的设备，已广泛地应用在非金属超细粉碎；龚姚腾等研制的微型双筒行星式球磨机；张克仁等研制的TCMJ-1型超细球磨机也是一种行星式球磨机；振动磨国外主要有西德KHDHumboldtWedag生产的Palla型振动磨、美国SWECO公司立式旋振动磨。国内主要有温州矿山机械厂、江阴机器厂及青岛矿山机械厂。其中青岛矿山机械厂的ZMF内分式旋振磨是一种很有发展前途的设备，有望拓宽振动磨的应用领域等；虽然球磨机能量利用率很低仅有3%左右。但球磨机的耐用性还是许多行业的钟爱。近年来有人倡导“无球磨机”水泥生产工艺，利用立磨以及挤压机终粉磨替代能耗高的球磨机工艺实现水泥生产过程的节能对于新建工艺生产线是可行的。但运行系统全部用立磨和挤压机终粉磨工艺来替代几乎在短期内是不可能的。因此在已运行的各种球磨机粉磨系统节能技术的研究与开发显得非常迫切。2.研究的基本内容，拟解决的主要问题2.1、几种典型球磨机粉磨系统对比研究图1、辊压机与球磨机组成图2、立磨与球磨机组成的的开流系统联合粉磨系统图3、辊压机与球磨机（带组合式选粉机）组成的联合粉磨系统图1系统特点：流程简单，设备及土建投资较少，但粉磨后颗粒级配中细粉较多，单位产品装机功耗较高，特别是物料粉磨温度高，部分产品存在脱水现象；图2系统特点：流程相对复杂，设备投资大，但土建费用相对较少，因立磨可以露天布置；另外立磨的维修量比辊压机要少，所以运转率高；图3系统特点：流程复杂，设备及土建投资较高，特别是组合式选粉机外形体积较大，占用厂房面积较多，其选粉效率也不高；另外风机数量较多，增加了系统的电耗；但成品颗粒级配比开流合理，产量也比开流系统高，特别是成品温度较低，产品质量好；但是如果把组合式选粉机换成O-sepa选粉机性能更优，因为其外形小，选粉效率高。2.2、球磨机系统优化节能技术和结构设计如果要探讨球磨机系统的高能耗的原因，我认为很多情况还是我们对球磨机粉磨系统的认识还很不全面。比如国内很多企业，换了磨内结构没增加多少产量，加了选粉机也没有提高多少！近几年又增加挤压预粉磨系统，结果产量增加幅度也不大。为什么呢？这是因为球磨机粉磨过程是一个“系统”，就最简单的开流磨工艺来说，影响这个系统产量和电耗的因素多达上百个，只改造一个环节往往效果不大，甚至没有效果，有些改造后反而产量下降。通过对国内上千台不同规格，不同工艺系统磨机的观察分析、研究，我们认为大部分水泥企业粉磨工艺均有系统缺陷，由于这些系统缺陷，导致球磨机工艺的产量低、高能耗。因此研究球磨机粉末系统优化节能技术以及球磨机结构合理设计至关重要。球磨机粉磨工艺高能耗缺陷，并不是无法解决，近年来，我们通过理论研究、措施创新、控制技术开发、以及管理方法指导，在国内外多套系统进行理论分析并结合实际，取得了一系列成功，在此基础上总结了“球磨机系统优化节能技术”。特别是对已经运行的各种球磨机工艺，应用“球磨机系统优化节能技术”，可实现系统增产,并且不需要很大的投入。我们的研究的球磨机系统优化节能技术和结构设计有以下两个方面：（1）了解球磨机的粉磨系统的发展前沿及应用，对球磨机的工作原理、特点等进行分析和掌握，选取几套典型系统对比研究，最终选取一套优化节能系统进行研究；（2）完成球磨机中心传动球磨机滑履轴承支撑设计；.413.研究步骤、方法及措施（1）了解课题的发展前沿及应用，分析和掌握设备的工作原理、特点等；（2）审阅资料，选取几种典型球磨机粉磨系统对比研究提出初步设计方案，最终确定并绘制草图，进行多方案（至少两个）论证、比较，写出论证报告，确定最终方案；（3）完成球磨机回转部分，传动部分系统设计以及支撑部分设计，并进行分析论证；（4）设计计算（工作参数、结构参数、主要零件的强度计算与较核），确定各部分具体尺寸，及相关工艺数据；（5）详细设计、根据设计计算尺寸绘制球磨机装配图，部分零件图，绘图总量不少于三张0号图；（6）撰写设计说明书；4.研究工作进度2012年2月27-3月18（1-3周）资料查阅，调研、撰写开题报告；2012年3月19-4月8（4-6周）资料分析、方案论证与设计计算；2012年4月9-5月6（7-10周）结构设计、绘制装配图及零件图；2012年5月7-5月13（11周）撰写设计说明书；2012年5月14-5月20（12周）整理资料，准备答辩；2012年5月21-6月审核、互审、评阅、答辩、成绩评定。5.主要参考文献5.主要参考文献1刘建寿、赵红霞水泥生产粉碎过程设备M武汉：武汉理工大学出版社，200852尹青山、夏大全、赵从旭水泥工业节能技术M北京：中国建材工业出版社，199373张祥珍建材机械与设备M.武汉：武汉武汉工业大学出版社，1991.54郭俊才.水泥厂实用技改新技术.北京：中国建材上业出版社2000.65褚瑞卿.建材通用机械与设备M.武汉：武汉上业大学出版社19956段希祥、曹亦俊球磨机介质工作理论与实践M北京：冶金工业出版社，19997戴少生，王旦容，陆洁研磨体的形状、材质对粉磨效率的影响水泥工程，2005(2)：66-688欧阳秀兰球磨机介质运动分析与应用研究：硕士学位论文广州：华南理工大学，20039Fu21490X.圆锥柱形介质与球形磨矿介质的比较.国外金属矿选矿，2005，42(8)：18-2510赵艳几种典型水泥粉磨系统的比较水泥工程，2010(3)：24-2711赵显东高效节能磨矿设备综述矿山机械，1999(10)12周祥辉.提高磨矿效率的途径综述.金川科技，2005(3)：11-1313汪超群.采用ZQM型节能球磨机技术对传统式磨矿机的改造.金属矿山，1997(3):41