立式懸輥磨的研究進(jìn)展綜述

熊艷紅　朱志強(qiáng)

【摘 要】針對國內(nèi)利用現(xiàn)代粉碎理論大膽創(chuàng)新到自主研發(fā)設(shè)計(jì)的立式懸輥磨很少的現(xiàn)狀，對立式懸輥磨的研究背景、研究目的和意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜述。因國內(nèi)對立式懸輥磨研制開發(fā)較晚，為縮小和發(fā)達(dá)國家的差距，總結(jié)出立式懸輥磨在今后的研究過程中的主要研究內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)，以及應(yīng)采取的主要研究方法和實(shí)施步驟。

【關(guān)鍵詞】立式；懸輥磨；綜述

【Abstract】For the domestic use of modern theory of bold innovation to crush independent R & D of small vertical suspension mill situation，for vertical roller mill suspended research background，purpose and significance，research status， levels and trends are reviewed.Because domestic vertical suspension mill developed late，and to narrow the gap between developed countries，summed vertical suspension mill in the future course of the study the main contents and key points， and the main research methods should be taken and implementation steps.

【Key words】Vertical；Hanging roller mill；Review

0 研究背景

粉碎是脆性物料等礦物質(zhì)加工中最初的必不可少的重要階段，物料粉碎以后，比表面積增加，不僅可提高化學(xué)反應(yīng)的速度和物理作用效果，而且有利于幾種不同固體物料的混合，在細(xì)粉狀態(tài)下易達(dá)到均勻的效果[1]。粉碎機(jī)械設(shè)備可以將粉粒物料磨碎與分級到粒徑為微米級，物料的粉碎是許多生產(chǎn)行業(yè)不可缺少的工藝過程[2]，粉碎機(jī)械已廣泛應(yīng)用于化工、軍工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、冶金、建材、電子、 航空航天等諸多領(lǐng)域，發(fā)揮著舉足輕重的作用。

1 研究目的和意義

目前中國的非金屬礦物和金屬礦物工業(yè)已具有相當(dāng)大的規(guī)模，產(chǎn)量和出口量呈現(xiàn)增長趨勢。但國產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和檔次較低，滿足不了現(xiàn)代的高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，許多非金屬礦物和金屬礦物深加工產(chǎn)品還要依賴進(jìn)口，如國內(nèi)高中檔玻璃原料及電子級球形硅微粉完全依賴進(jìn)口[3]。況且非金屬礦物許多都是白色礦物，對其進(jìn)行深加工作業(yè)的第一基本要求就是提高其白度， 其次就是保護(hù)石墨類鱗片和帶有纖維類礦物的礦物纖維，這就給國內(nèi)礦物制造工藝和制造設(shè)備提出了更高的要求，目前國內(nèi)粉碎設(shè)備研制上起步晚 ，基礎(chǔ)差、起點(diǎn)低，再加上制造企業(yè)各方面的因素，設(shè)備制造的總體水平與國外有一定差距，再加上國內(nèi)輥磨廠家仿制、引進(jìn)國外技術(shù)和改進(jìn)的較多，針對礦物的特性和對其深加工的要求和根據(jù)現(xiàn)代粉碎理論大膽創(chuàng)新到自主研發(fā)設(shè)計(jì)的卻很少，在此背景下，如何根據(jù)加工礦物的特性和對其深加工的要求，結(jié)合現(xiàn)代粉碎理論和工藝流程研發(fā)一種能夠改善粉碎操作，簡化粉碎流程，達(dá)到環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的粉碎機(jī)械具有重要的理論意義和使用價(jià)值。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢

我國超細(xì)粉碎技術(shù)開始于上世紀(jì)60年代，在引進(jìn)、消化、吸收、研制一系列運(yùn)作下，到上世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)國產(chǎn)粉碎機(jī)，如指狀粉碎機(jī)、塔式磨機(jī)、氣流磨等；到上世紀(jì) 90年代中期，我國已基本形成自己的超細(xì)粉碎機(jī)的生產(chǎn)序列。超細(xì)攪拌磨始于1928年，1952年美國杜邦公司推出立式砂磨機(jī)，上世紀(jì)80年代Drais公司開發(fā)成功DCP環(huán)隙式攪拌磨， 使粉碎分散效率大大提高。近年來，德國和日本正在研發(fā)亞微米、納米超細(xì)攪拌磨，如S型、C型和ZR120型離心式超細(xì)攪拌磨[5]。長沙礦冶研究院研制的LXJM大型超細(xì)攪拌磨機(jī)[6]，從筒體、攪拌器和傳動裝置等方面優(yōu)化了攪拌磨的設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于造紙涂布用亞微米重質(zhì)碳酸鈣的濕法超細(xì)加工中，其產(chǎn)品滿足造紙工業(yè)的要求。邱益等[7]推出的一種CGM60-B錐擺式攪拌磨，其特點(diǎn)是：提高每個(gè)循環(huán)對物料注入的載荷強(qiáng)度，即提高單位工作容器注入能量密度；改變磨球和物料運(yùn)行的軌跡，增加物料流的紊亂運(yùn)動，造成多維性的運(yùn)動方向；解決了磨機(jī)內(nèi)部能量轉(zhuǎn)移問題。丁浩開發(fā)了一種改進(jìn)型的懸輥式粉磨設(shè)備—DHM型磨機(jī)，它是單一粉磨設(shè)備，可與分級機(jī)組成配套工藝使用[8]。該機(jī)與傳統(tǒng)的懸輥磨（雷蒙磨）相比，磨輥為多層，并因其高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了碾磨的連續(xù)化。金振中等[9]認(rèn)為：氣流粉碎機(jī)以熱壓縮空氣為工作介質(zhì)，一方面能夠提供較大的粉碎力，有利于產(chǎn)品的細(xì)化；另一方面，在所得產(chǎn)品粒度基本相同的前提下，使用熱壓縮空氣比使用過熱蒸汽更經(jīng)濟(jì)。因而金振中等為此提出了一種簡單易行的熱壓縮空氣加料器噴嘴設(shè)計(jì)方案。據(jù)此設(shè)計(jì)制造的以熱壓縮空氣與工作介質(zhì)的強(qiáng)力氣流粉碎機(jī)已應(yīng)用于超細(xì)粉體的實(shí)際生產(chǎn)中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。段江濤[10]對以硅、錳、鉻、銅為主要合金元素，加入少量釩、鈦、硼、氮和稀土元素進(jìn)行微合金化和變質(zhì)處理，在空冷淬火條件下， 獲得了綜合性能優(yōu)良的貝氏體組織。該低合金空冷貝氏體鋼生產(chǎn)工藝簡單、貴金屬元素加入量少，生產(chǎn)成本與高錳鋼相當(dāng)，且該材料具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性和耐磨性， 若應(yīng)用于超細(xì)粉碎機(jī)械中，經(jīng)濟(jì)效益顯著， 值得推廣應(yīng)用[4]。

雖然我國對粉碎機(jī)械已經(jīng)開始重視，但由于研制開發(fā)比較晚，與發(fā)達(dá)國家相比技術(shù)上還存在不小差距，主要表現(xiàn)在（1）自主創(chuàng)新研發(fā)的機(jī)型偏少，多數(shù)生產(chǎn)廠家仍停留在開發(fā)國外同類產(chǎn)品的階段；（2）專業(yè)化、大型化（超細(xì)粉體產(chǎn)量100 t/h以上），可以生產(chǎn)高純度、高細(xì)度的產(chǎn)品還比較少；（3）超細(xì)分級設(shè)備與工藝的開發(fā)較晚；（4）工作效率低、能耗較高等。

3 主要研究方法

因國內(nèi)對立式懸輥磨研制開發(fā)較晚，為縮小和發(fā)達(dá)國家的差距，在今后的研究過程中可采取的主要研究方法。

（1）文獻(xiàn)研究法。根據(jù)數(shù)據(jù)庫資源查閱有關(guān)粉碎機(jī)械的研究現(xiàn)狀，對省內(nèi)外相關(guān)課題研究的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用前景有一個(gè)全面而正確地了解，并從中發(fā)現(xiàn)存在的問題和不足，為最終確定可行性方案提供理論參考。

（2）調(diào)查法。通過對立式懸輥磨的材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)合原有懸輥磨工序的工藝方案，確定出立式懸輥磨的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

（3）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法。采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法用工程制圖軟件AUTOCAD對立式懸輥磨的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用數(shù)值分析軟件ansys對立式懸輥磨進(jìn)行優(yōu)化，并用以工程通用語言圖紙表達(dá)出來，并用ansys。

（4）案例法：選擇以前設(shè)計(jì)的相關(guān)項(xiàng)目的典型成功案例，進(jìn)行歸納和總結(jié)。

4 主要研究內(nèi)容

因國內(nèi)對立式懸輥磨研制開發(fā)較晚， 為縮小和發(fā)達(dá)國家的差距，在今后的研究過程中應(yīng)重點(diǎn)研究如下內(nèi)容。

（1）對料層現(xiàn)代粉碎原理和理論進(jìn)行分析和研究，探索出目前粉碎設(shè)備的缺點(diǎn)和不足；

（2） 根據(jù)加工礦物的特性和對其深加工的要求，通過分析和研究總結(jié)出粉碎設(shè)備懸輥磨對應(yīng)的礦物制造工藝；

（3）在現(xiàn)代粉碎理論的基礎(chǔ)上和特定的礦物制造工藝，確定懸輥磨最終設(shè)計(jì)方案；

（4）根據(jù)輥磨機(jī)產(chǎn)量對懸輥磨進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定各部分結(jié)構(gòu)；

（5）根據(jù)確定的各部分結(jié)構(gòu)，繪制設(shè)備的工程圖紙；

（6）在上述5點(diǎn)基礎(chǔ)上，優(yōu)化和研發(fā)一種粉碎機(jī)械懸輥磨，該設(shè)備能夠改善粉碎操作，簡化粉碎流程，從而達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、環(huán)保、低消耗的特點(diǎn)。

重點(diǎn)：優(yōu)化和研發(fā)一種粉碎機(jī)械懸輥磨，該設(shè)備能夠改善粉碎操作，簡化粉碎流程，從而達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、環(huán)保、低消耗的特點(diǎn)。

難點(diǎn)：優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，如何達(dá)到優(yōu)質(zhì)、低消耗、高產(chǎn)的功能。

5 研究的實(shí)施步驟

因國內(nèi)對立式懸輥磨研制開發(fā)較晚，為縮小和發(fā)達(dá)國家的差距，在今后的研究過程中可采取的以下實(shí)施步驟。

在課題立項(xiàng)之前課題組應(yīng)做大量的前期研究工作，立項(xiàng)前應(yīng)初步完成了項(xiàng)目調(diào)研、查閱文獻(xiàn)資料、立項(xiàng)之后應(yīng)分別進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案的制定、以及工程圖的繪制和圖紙會審等工作，具體時(shí)間和實(shí)施步驟如下：

第一階段完成項(xiàng)目調(diào)研和立項(xiàng)工作。

第二階段查閱文獻(xiàn)資料、制定設(shè)計(jì)方案。課題組先后在學(xué)校圖書館，四川省冶金設(shè)計(jì)研究院，孝感科技局以及湖北省科學(xué)信息研究院查閱了大量的機(jī)械設(shè)計(jì)的資料，并確定本項(xiàng)目的方案。

第三階段根據(jù)設(shè)計(jì)方案，完成工程圖的繪制和圖紙會審等工作。并在該期間發(fā)表論文和繪制工程圖紙一套。

第四階段完成項(xiàng)目總報(bào)告和課題總結(jié)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]孫成林，連欽明，王清發(fā).我國超細(xì)粉碎機(jī)械現(xiàn)狀及發(fā)展[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2007，05：14-18+51.

[3]鄒琳，邵建敏，李立偉，李吉河.立式懸輥磨主軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，05：41-42.

[4]劉佳欣.雷蒙磨粉機(jī)：歷史與未來發(fā)展趨勢展望[J].中國粉體工業(yè)，2011，01：4-6.

[責(zé)任編輯：李書培]