1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

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1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述：

文献综述

1研究背景

新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来的，到目前为止，日本德国等发达国家，以悬浮预热和预分解为核心的新型干法水泥熟料生产设备率占95%，我国第一套悬浮预热和预分解窑1976年投产。该技术的优点有：传热迅速，热效率高，单位容积较湿法水泥产量大，热耗低。它集中了当代水泥工业最先进的科学技术，代表了当今水泥工业发展的基本方向和主流，是世界水泥生产方法的发展趋势，也是中国水泥工业实现由大变强、走向现代化的基本方向。新型干法水泥工业的发展一是工艺和自动化更完善，二是趋向大型化，此外，还得益于高科技对各种高温、耐磨、耐腐蚀材料性能的改进，提高了设备的可靠性、耐用性，提高了利用率，并降低了原材料的消耗和能耗，降低生产成本和对环境的污染。在产品质量方面，1992年德国水泥协会年会上预计，水泥和混凝土仍是21世纪的主要建筑材料。这说明对于水泥的研究还是有很大的现实意义

1.1、生料粉磨作业的功能和意义

生料粉磨是水泥生产的重要工序，其主要功能在于为熟料煅烧提供性能优良的粉状生料。对粉磨生料要求：一是要达到规定的颗粒大小（可以细度、比面积等表示）；二是不同化学成分的原料颗粒混合均匀；三是粉磨效率高、耗能少、工艺简单、易于大型化、形成规模化生产能力。由于生料粉磨设备、土建等建设投资高，消耗能量大（一般占水泥综合电耗的1/4以上），因此采用高新技术，优化生料粉磨工艺，对水泥工业现代化建设有着十分重要的作用和意义。

1.2、粉磨的基本原理

物料的粉磨是在外力作用下，通过冲击、挤压、研磨克服物料晶体内部各质点及晶体之间的内聚力，使大块物料变成小块以至细粉的过程。粉磨功一部分用于物料生成新的表面积，变成固体的自由表面能；大部分则转变为热量散失于空间。

三个著名的基本原理

① 第一粉碎原理：（粉碎表面积原理）粉碎物料时，所消耗的能量与物料形成的新表面积成正比。

② 第二粉碎原理：粉碎容积或重量原理。 ③第三粉碎原理：邦得粉磨工作指数原理。

为提高粉磨效率，近百年来许多学者从各个不同角度对粉碎理论进行了研究，提出了不少有价值的学说，在一定程度上近似地反映了粉碎过程的客观现实。其中，最著名的有三个基本原理：第一粉碎原理即雷廷格的粉碎表面积原理；第二粉碎原理即克尔皮切夫和基克的粉碎容积或重量原理；第三粉碎原理即邦德的粉碎工作指数原理。但是由于破碎和细磨过程本身受着很多因素的影响，而这些因素在不同的具体条件下又有着不同的变化。诸如，物料的性质、形状、粒度、产品的细度、设备类型、操作方法等。

1.3、现代生料粉磨技术发展的特点

随着新型干法水泥技术日趋势完善，生料粉磨工艺取得了重大进展，其发展历程历经两大阶段：第一阶段，20世纪50年代至70年代，烘干兼粉碎钢球磨机发展阶段（包括：风扫磨及尾卸、中卸提升循环磨）；第二阶段，20世纪70年代至今，辊式磨及辊压机粉磨工艺发展阶段。其发展特点如下：

1）、原料的烘干和粉磨作业一体化，烘干兼粉碎磨机系统得到了广泛的应用。并且由于结构及材质方面的改进，辊式磨获得新的发展。20世纪90年代中期以来，辊式磨及辊压机终粉磨已成为首选技术装备。

2）、磨机与新型高效的选分、输送设备相匹配，组成各种新型干法闭路粉磨系统，以提高粉磨效率，增加粉磨功的有效利用率。

3）、设备日趋大型化，以简化设备和工艺流程，同窑的大型化相匹配。钢球磨机直径已达5.5m以上，电机功率达6500kw以上，台时产量300t以上；辊式磨系列中磨盘直径已达5m以上，电机功率达5000kw以上，台时产量500t以上。

4）、采用电子定量喂料秤、X荧光分析仪或γ-射线分析仪、电子计算机自动调节系统，控制原料配料，为入窑生料成分均齐稳定创造条件。

5）、磨机系统操作自动化，应用自动调节回路及电子计算机控制生产，代替人工操作，力求生产稳定。

1.4、中卸提升循环磨系统

中卸提升循环磨保持了风扫磨的优点，从烘干作用来说，它是风扫磨和尾卸提升循环磨的结合；从粉磨作用来说，又相当于二级圈流系统。磨机构造如图

中卸提升循环磨有如下特点：

1）、热风从两端进磨，通风量较大，又设有烘干仓，有良好的烘干效果。 由于大部分热风从磨头进入，少部分从磨尾进入，故粗磨仓风速大，细磨仓风速小不致产生磨内料面过低的现象，同时有利于除去物料中的残余水分和提高细磨仓温度，防止冷凝。这种磨机系统，利用窑尾废气可烘干含水分8%以下的原料，如另设高温热源，则可烘干含水分14%的原料。

2）、磨机粗、细磨分开，有利于最佳配球，对原料的硬度及粒度的适应性较好。

3）、循环负荷大，磨内过粉碎少，粉磨效率较高。

4）、缺点是密封困难，系统漏风较多，生产流程也比较复杂。

1.5、生料粉磨系统的调节控制

为实现最优控制，使粉磨作业经常处于良好状态，在烘干粉磨系统生产中，越来越广泛地采用电子计算机和自动化仪表，实行生产过程的自动调节控制。生料粉磨系统是水泥工厂生产中实行自动控制最为成功、并且得到普遍应用的一个工序。自动控制主要有以下五个方面的内容：

1）、调节入磨原料配比，保证磨机产品达到规定的化学成分；

2）、调节喂入磨机物料总量，使粉磨过程经常处于最佳的稳定状态，提高粉磨效率；

3）、调节磨机系统温度，保证良好的烘干及粉磨作业条件，并使产品达到规定的水分；

4）、调节磨机系统压力，保证磨机系统的正常通风，满足烘干及粉磨作业需要；

5）、控制磨机系统的开车喂料程序，实行磨机系统生产全过程的自动控制。

2国内生料终粉磨系统的介绍和现状

目前生料制备采用的终粉磨系统主要有3种类型：管磨机、立磨和辊压机系统，3种类型的生料工序电耗分别为25～27kWh/t、19～22kWh/t和12～15kWh/t。管磨机因电耗高，已逐渐被水泥企业淘汰不用，以往辊压机作生料终粉磨因辊面处理技术不过关和对生料水分要求严也没有被大量推广使用，2500t/d以上生产线主要采用立磨技术[1-2]。近年来，辊压机作生料终粉磨技术有了技术性突破，因其具有不需喷水、料床压力高、电耗低、维护方便等特点，越来越受水泥企业青睐。

2.1管磨系统

生料粉磨采用粉磨兼烘干中卸管磨。配料经过长皮带输送机喂入生料磨，然后从磨机中部卸出，通过提升机将物料送入选粉机，选出合格细粉，即为成品，直接入生料库。 粗粉中的少部分进入磨头，大部分进入磨尾细磨仓，再次粉磨。 工艺流程见图 1

2.2 立磨系统

生料粉磨采用立磨。配料经过带式输送机喂入生料立磨，物料经磨辊碾压、粉碎后随热气流带至高效选粉机内， 粗粉经分选后返回到磨盘上重新粉磨；细粉则随气流出磨，在系统的除尘器中收集下来，即为成品。未被热气流带起的粗颗粒物料经外循环提升机喂入磨内再次粉磨。立磨采用料床粉磨原理粉磨物料，具有粉磨工艺流程简单、粉磨效率高、烘干能力大、允许入磨物料粒度大、磨耗小和操作容易等优点，是目前水泥生产线特别是 5000t/d 生产线普遍采用的工艺。 工艺流程见图 2。

2.3 辊压机终粉磨系统

辊压机终粉磨系统的主要特点是：充分利用了辊压机的料床粉碎压力高和挤压后物料全部机械外循环的方式输送，减少了系统风机的装机功率，系统电耗较低，辊压机生料终粉磨系统的原理决定了比生料立磨更节能。 工艺流程见图 3

生料粉磨采用辊压机。配料经过带式输送机首先喂入 V 型选粉机预烘干， 然后通过提升机进入稳流仓，物料从稳流仓过饱和喂入辊压机中进行料床粉碎的挤压过程，挤压后料饼通过提升机送入 V 型选粉机中打散、烘干、分级，细小颗粒被热风分选出来，粗颗粒与新喂入的混合料一同进入提升机、辊压机组成的循环挤压过程。 V 型选粉机中被打散分选出来的细颗粒被热风带至热风管道内继续烘干后进入动态选粉机通过笼型转子进行分选，粗粉卸出至稳流仓后继续

2.4三种粉磨系统的对比

1） 装机功率：管磨系统＞立磨系统＞辊压机终粉磨系统。 辊压机与立磨本体的主电动机功率相当，但辊压机终粉磨系统阻力低，循环风机和废气风机配套所需的电动机功率就比较低，使得整个系统装机功率较低，系统比较节能

2） 系统投资：进口立磨系统＞辊压机终粉磨系统＞国产立磨与管磨系统，其中国产立磨与管磨系统的投资基本相当。 3 种生料粉磨系统的土建、安装和待摊等费用基本相当，主要差别就在于主机设备投资。

生料粉磨采用辊压机。配料经过带式输送机首先喂入 V 型选粉机预烘干， 然后通过提升机进入稳流仓，物料从稳流仓过饱和喂入辊压机中进行料床粉碎的挤压过程，挤压后料饼通过提升机送入 V 型选粉机中打散、烘干、分级，细小颗粒被热风分选出来，粗颗粒与新喂入的混合料一同进入提升机、辊压机组成的循环挤压过程。 V 型选粉机中被打散分选出来的细颗粒被热风带至热风管道内继续烘干后进入动态选粉机通过笼型转子进行分选，粗粉卸出至稳流仓后继续

表1 生料粉磨及废气处理系统主机配置和投资对比

项目	管磨系统	立磨Ⅰ（进口）	立磨Ⅱ（进口）	立磨Ⅲ（国产）	立磨Ⅳ（国产）	辊压机终粉磨
主机型号	Φ4.6#215;（10 3.5）m	MPS5000B	UM50.4	MLS4531A	LGM5024	CLF180-100
功率/kW	2#215;3550	3900	3600	4000	4000	4#215;900
产能/（t/h）	2#215;190	400	390	390	400	540～670
磨盘和磨辊规格/mm 及研磨体装载量/t	研磨体装载量 2#215;190	磨盘Φ5000 磨辊Φ2800#215;850	磨盘Φ5000 磨辊Φ2240#215;800	磨盘Φ4500 磨辊Φ3150#215;1100	磨盘Φ5000 磨辊 2360	辊直径 1800 辊宽度 1000
选粉机	组合式选粉机 ZX3000#215;2	Sls4250b	磨机选粉机 UKS80	磨机选粉机	磨机选粉机	VX9620F 动态选粉机 XR3200
循环风机	风量/（m3/h）	2#215;320000	850000	无	860000	860000	2#215;400000
功率/kW	2#215;1000	3800	无	3550	3550	2#215;1000
废气风机	风量/（m3/h）	965000	850000	858000	950000	965000	950000
功率/kW	1400	900	3800	710	1400	710
系统主机设备功率/kW	11028	8835	7675	8475	9255	6640
粉磨 废气处理系统总投资/万元	5200	6300	5300	5700

注：①系统主机设备功率是指磨机、选粉机、循环提升机、循环风机和废气风机等主机的电动机功率之和。 ②总投资中废气处理采用的是电除尘器

表2 系统运行指标和吨生料费用对比

项目	辊压机	立磨Ⅰ	立磨Ⅱ	立磨Ⅲ	立磨Ⅳ	管磨
系统台时产量/（t/h）	423.5	397.3	419.7	390.3	380.0	396.9
生料电耗/（kWh/t）	12.6	21.0	17.7	18.1	19.7	21.7
主机电耗/（kWh/t）	8.1		7.4	9.2	8.9	16.4
入磨物料综合水分/%	1.24	3.70	2.72	2.50	0.96	2.32
出磨生料水分/%	0.4	0.2	0.5	0.14	0.16	0.5
生料细度/%	0.08mm 筛余	15.2	19	20	19.3	17	16
0.2mm 筛余	3.0	0.9	1.3	1.36	0.7	1.0
吨生料维修费/（元/t）	0.4	0.3	1.0	0.5	0.5	0.6
吨生料电费/（元/t）	7.6	12.6	10.6	10.9	11.8	13.0
吨生料折旧费/（元/t）	1.7	1.0	1.9	1.5	1.8	1.4
吨生料费用合计/（元/t）	9.7	13.9	13.5	12.9	14.1	15.0

注：①吨生料电费中，电价按 0.6 元/kWh 计算，未考虑峰谷电价；②系统维修费和电费不包括废气处理系统，折旧费包括生料粉磨和废气处理系统；③吨生料折旧费=（系统总投资-残值）/使用年限/年生料产量。设备使用年限统一规定为 12 年，残值率为 5%。

1） 采用国产立磨的系统台时产量在 380～390t/h，与管磨系统台时产量相当。采用进口立磨的系统台时产量最低 397.3t/h，最高达到 419.7t/h，均高于国产立磨系统和管磨系统。辊压机终粉磨系统台时产量平均423.5t/h，与进口立磨系统最好水平相当。

2） 辊压机终粉磨系统生料细度 0.08mm 筛余稳定在 15%～l6%，0.2mm 筛余在 3%～4%之间， 筛余偏粗，而立磨和管磨系统的生料细度 0.2mm 筛余能控制在 1.5%以下。 生料细度对易烧性和熟料产质量的影响，关键是＞0.2mm 的粗颗粒，通常其应＜2.0%。另外，生料均匀性系数：立磨系统＞辊压机系统＞管磨系统^[1]。

但与立磨相比，辊压机系统物料在高压作用下受挤压形成密实的料床，其颗粒表面裂纹较多，细粉形状均为针状或片状，而立磨是借助磨辊与磨盘的速度差产生的剪切研磨力来粉碎研磨，产生的细粉多为球状，表面有其特有的裂痕。相比较下，辊压机系统粉磨的生料易烧性更好^[1]。

3)生产线均处于北方干旱地区，入磨物料综合水分均在 4%以下， 辊压机终粉磨系统因物料水分大易黏堵的问题并不突出，出磨生料水分虽较部分立磨系统偏高，但也在控制指标（≤0.5%）范围内，烘干能力并未制约辊压机系统的应用。但据有关资料介绍，辊压机终粉磨系统最不适应的是雨水多且原材料含土多的情况，容易导致辊压机黏堵而影响系统的台时产量，所以在南方一些雨水多空气潮湿的地区，并且原料中含土多时，要慎重考虑采用，或者采取必要的防湿、防堵措施

4） 辊压机终粉磨系统装机设备少，工艺简单，开停机方便， 单位产品电耗比立磨和管磨系统低 29%～40%，在节能降耗方面优势明显。辊压机终粉磨系统吨生料费用明显低于立磨系统和管磨系统。 按照年消耗生料 270 万吨计算，与运行情况最好的立磨相比， 吨生料费用节约 3.2 元，年节约费用 861 万元；与管磨系统相比，吨生料费用节约 5.3 元，年节约费用 1431 万元。

5） 立磨系统吨生料费用在 12.9～14.1 元，与管磨系统相比，按照年消耗生料 270 万吨，吨生料费用节约 0.9～2.1 元，年节约费用 243～567 万元。

6） 管磨系统设备多，装机功率高，工艺相对复杂，能耗高，吨生料电耗、维修费用均高于立磨和辊压机终粉磨系统。

3 结论

目前我国水泥行业产能严重过剩，在外部残酷的竞争环境下，水泥企业主机设备的先进性，内部管理的精细化程度决定了企业的盈利能力甚至生存能力。

1） 从投资角度看，管磨系统和国产立磨系统无疑是最低的，进口立磨系统投资最高，辊压机终粉磨系统介于两者之间。 但从长远运行角度看，管磨系统设备多，装机功率高，工艺相对复杂，台时产量相对较低，并且单位产品电耗高，造成产品成本高。立磨具有粉磨效率高、烘干能力大、允许入磨物料粒度大、磨耗小、操作容易等优点，但相对于辊压机终粉磨系统，单位产品电耗较高，造成后期运行费用相对辊压机终粉磨系统不具有优势。

2） 辊压机终粉磨系统具有装机功率低，单位产品电耗低、维护方便、操作稳定、备品备件费用低等优点。 由于能源日趋紧张,以及日益严峻的节能降耗形势，同时也随着辊压机技术的不断进步,流程不断完善,辊压机终粉磨系统会越来越具有优势，应该是今后的主要发展方向。

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【34】张兆林.粉磨工艺对生料性能的影响研究[D].武汉:武汉理工大学，2010

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

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２.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一、研究的问题 本课题以日产5000吨水泥熟料生产线配套的辊压机生料终粉磨系统为背景，开发与其生料粉磨系统相匹配的高效选粉机、并就其进行相应的结构设计与数值模拟研究，为实际操作运行与新产品的开发提供一定的理论依据。 二、具体研究手段 1 分析水泥生料终粉磨系统生产工艺流程，熟悉生产线各设备的控制要求，查阅文献了解国内外辊压机和高效选粉机机的发展现状。 2 选择合适的高效选粉机结合辊压机设计水泥生料生产线。 3 通过AutoCAD和Solidworks画出生产线。 4 使用电脑模拟，检验设备性能是否满足课题要求。 5 经过电脑模拟后，对不合适的地方进行改进，再模拟，再改进，再模拟，直到满足要求。 6 对设计的生产线进行评价，分析优缺点及以后需要改进的地方。