1.本发明属于粉磨技术领域，尤其涉及一种具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法。
背景技术：
2.立式辊磨机简称立磨，是一种用于粉磨水泥生料、水泥熟料、矿渣、煤渣等原料的磨机，其主要由机体、传动装置、磨盘、磨辊构成。工作时，电动机通过减速机带动磨盘转动，物料经锁风喂料器从进料口落在磨盘中央，同时热风从进风口进入磨内。随着磨盘转动，物料在离心力作用下，向磨盘边缘移动，经过磨辊底部的研磨区时受到磨辊剪切而粉碎，粉碎后的物料继续向磨盘边缘运动，越过磨盘边缘的挡料圈被风环高速气流带起，粗颗粒回落到磨盘上重新粉磨，细颗粒随气流向上进入选粉机，经选粉机分选后的粗粉落到磨盘重新粉磨，合格细粉随气流一起出磨成为产品。
3.目前，立磨采用的研磨区结构形式主要包括：平盘锥辊、平盘柱辊、沟槽盘胎辊、斜盘柱辊、斜盘槽纹辊。现有的研磨区结构在研磨物料时存在如下缺陷：(1)物料在研磨区停留时间过短，未经充分研磨便越过磨盘边缘，研磨不充分；(2)待研磨物料中分为选粉机返回料和新喂料，新喂料颗粒相对较粗，选粉机返回料相对较细，粗细颗粒在同种研磨作用下研磨，研磨效率较低。
4.为此，申请人设计开发解决上述问题的具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法。
技术实现要素：
5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法。
6.本发明是这样实现的，一种具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法，其特征在于，立磨研磨结构包括磨盘和磨辊，上述磨辊设计为复合辊，具体结构如下：所述磨辊包括磨辊本体，所述磨辊本体上套装辊套，并通过紧固件连接，形成胎锥复合辊；所述辊套内设有与磨辊本体外表面贴合的中心孔，辊套的外表面由大径端向小径端包括凸出的曲线型胎辊段和锥辊段；所述磨盘上设有耐磨衬板，耐磨衬板分为曲率半径与磨辊一致的沟槽和在沟槽内边缘向磨盘中心的的平盘区(水平直段或向下倾斜直段)；上述磨辊的锥辊段和耐磨衬板的平盘区之间形成研磨区ⅰ；所述磨辊的胎辊段和磨盘的沟槽之间形成研磨区ⅱ；
7.上述立磨研磨结构设计方法为：
8.首先确立磨研磨结构的主要参数：磨盘直径d、磨辊数量n；然后分布计算磨辊直径d
r
、磨辊宽度b、沟槽盘宽度d1、胎辊段宽度b1、胎辊曲率半径r；具体确定和计算如下：
9.1)磨辊数量n
10.磨辊数量根据物料特性和处理量的差异可取n＝2、3、4；
11.2)磨辊角度α
12.磨辊角度α取5
°
～17
°
13.3)磨辊直径d
r
14.d
r
＝0.5d～0.85d
15.4)磨辊宽度b
16.b＝0.2d
r
～0.4d
r
17.5)胎辊段宽度b118.b1＝0.5b～0.8b
19.6)胎辊曲率半径r
20.r＝0.7b1～1.5b1。
21.优选的，所述中心孔同磨辊本体配合面表面粗糙度≤6.3。
22.优选的，所述磨辊本体材料为球墨铸铁qt400
?
18或铸钢zg20simn。
23.优选的，辊套分为基层母材和耐磨层，基材为铸钢zg20simn，耐磨层为堆焊材料，堆焊厚度40～60mm；堆焊层硬度60
±
5hrc。
24.优选的，所述耐磨衬板分为基层母材和耐磨层，基材为铸钢zg20simn，耐磨层为堆焊材料，堆焊厚度40～60mm,堆焊层硬度60
±
5hrc。
25.本发明的有益效果为：由于本发明采用上述胎锥复合磨辊形成的研磨结构，使得本发明具有以下优点：
26.(1)在磨盘与磨辊间形成了两种不同受力形式的研磨区，平盘锥辊区主要通过挤压作用破碎物料，可使较粗颗粒快速破碎，沟槽盘胎辊区具有挤压和剪切的双重作用，有利于物料中较细颗粒的有效破碎。两个研磨区的综合研磨作用提高了研磨效率，降低了循环负荷；
27.(2)沟槽盘胎辊区的结构增加了物料脱离磨盘的难度，延长了物料停留在磨盘上的时间，使得物料研磨更加充分；
28.(3)胎锥复合辊的两个研磨区对粗颗粒和细颗粒具有针对性的破碎作用，应用在分级粉磨技术中能够发挥优异的效果。
附图说明
29.图1是本发明结构示意图；
30.图2是研磨过程edem仿真计算图；
31.图3是本发明分级粉磨原理示意图；
32.图4是磨辊和磨盘工艺结构参数图；
33.图5是相同条件不同研磨区结构的edem仿真模拟结果对比图；
34.图6是研磨后物料粒径小于2mm的颗粒质量变化曲线；
35.图7是研磨后物料粒径小于1mm的颗粒质量变化曲线；
36.图8是不同研磨区结构的破碎比；
37.图9是不同研磨结构的主机电耗曲线；
38.图10是不同研磨结构及粉磨方式的主机电耗曲线。
39.图中、1、磨盘；1
?
1、沟槽；1
?
2、耐磨衬板；2、磨辊；2
?
1、磨辊本体；2
?
2、辊套；2
?
20、中心孔；2
?
21、胎辊段；2
?
22、锥辊段；3、摇臂；4、液压缸；5、驱动装置；6、中心喂料管；7、选粉
机返回料喂料管。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.请参阅图1和图2；一种具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法，其特征在于，立磨研磨结构包括磨盘1和磨辊2，上述磨辊设计为复合辊，具体结构如下：所述磨辊包括磨辊本体2
?
1，所述磨辊本体上套装辊套2
?
2，并通过紧固件连接，形成胎锥复合辊；所述辊套内设有与磨辊本体外表面贴合的中心孔2
?
20，中心孔2
?
20同磨辊本体配合面表面粗糙度≤6.3；磨辊本体材料为球墨铸铁qt400
?
18或铸钢zg20simn；辊套的外表面由大径端向小径端包括凸出的曲线型胎辊段2
?
21和锥辊段2
?
22；辊套分为基层母材和耐磨层，基材为铸钢zg20simn，耐磨层为堆焊材料，堆焊厚度40～60mm,堆焊层(2
?
21、2
?
22)硬度60
±
5hrc；所述的磨盘1上设有耐磨衬板，耐磨衬板分为曲率半径与磨辊一致的沟槽段和从沟槽1
?
1内边缘向磨盘中心的平段1
?
2，平段可以为水平直段；也可以为向下倾斜直段；耐磨衬板包括为基层母材和耐磨层，基材为球墨铸铁qt400
?
18或铸钢zg20simn，耐磨层为堆焊材料，堆焊厚度40～60mm，堆焊层硬度60
±
5hrc。
42.上述磨辊的锥辊段和衬板的平段之间形成研磨区ⅰ；所述磨辊的胎辊段和磨盘的沟槽之间形成研磨区ⅱ。
43.本发明工作原理，待研磨物料给至磨盘上的耐磨衬板1中央，磨盘1及耐磨衬板1在驱动装置5作用下旋转，耐磨衬板1中心的物料在离心力作用下向磨盘边缘移动，首先进入锥辊区2b和平段区1b之间的研磨区ⅰ；在研磨区ⅰ内，物料主要受到挤压作用而发生破碎，粗颗粒受到研磨区ⅰ的挤压作用更易破碎；颗粒经过研磨区ⅰ的破碎后，在离心力作用下继续向耐磨衬板1边缘运动至胎辊区2a和沟槽区1a之间的研磨区ⅱ；在研磨区ⅱ内，物料在挤压作用和剪切作用的双重作用下发生破碎。一方面，研磨区ⅱ内的剪切作用有利于使细颗粒发生破碎，另一方面，颗粒越过沟槽区1a除了需克服摩擦力外，还需克服重力，这延长了颗粒在研磨区ⅱ内停留的时间，使得物料能够得到充分的研磨。磨辊1与摇臂3相连，通过液压缸4施加压力。
44.进一步的，该胎锥复合辊因其具有两种不同受力形式的研磨区，应用在分级粉磨中具有更优异的效果，图3为分级粉磨原理示意图。应用胎锥复合辊进行分级粉磨的工作原理为：待研磨物料分为选粉机回料和新喂料，选粉机回料粒度相对较细，新喂料粒度相对较粗。将选粉机回料通过单独的选粉机返回料喂料管7直接送至磨辊的胎辊段前方，利用沟槽盘胎辊区的剪切作用对较细的颗粒进行有效研磨，新喂料仍然通过中心喂料管6给料至磨盘中央，在离心力作用下，向磨盘边缘移动，经过磨辊底部的研磨区时受到磨辊剪切而粉碎。
45.基于上述具有不同研磨区立磨研磨结构的设计方法，首先确立磨研磨结构的主要参数：磨盘直径d、磨辊数量n；然后分布计算磨辊直径d
r
、磨辊宽度b、沟槽盘宽度d1、胎辊段宽度b1、胎辊曲率半径r；具体确定和计算如下：
46.1)磨辊数量n
47.磨辊数量根据物料特性和处理量的差异可取n＝2、3、4；
48.2)磨辊角度α
49.磨辊角度α取5
°
～17
°
50.3)磨辊直径d
r
51.d
r
＝0.5d～0.85d
52.4)磨辊宽度b
53.b＝0.2d
r
～0.4d
r
54.5)胎辊段宽度b155.b1＝0.5b～0.8b
56.6)胎辊曲率半径r
57.r＝0.7b1～1.5b1。
58.利用edem仿真模拟的手段，对传统锥辊、胎锥复合辊a、胎锥复合辊b进行了计算研究，3种磨辊的破碎效果模拟见图5：其中胎锥复合辊a胎面曲率半径为r80mm，胎锥复合辊b胎面曲率半径为r110mm,传统锥辊的中径d
r
同胎锥复合辊的中径d
r
相等，均为458mm。
59.在仿真模拟中，喂入磨机的物料粒度设置为直径5mm、10mm的物料，为分析不同结构的研磨效率，分别对研磨后的物料中粒径＜1mm和＜2mm的颗粒进行了统计，得到图6、图7所示的对比曲线。根据曲线可知，和平盘锥辊相比，胎锥复合辊研磨后的物料中粒径＜1mm和＜2mm的颗粒更多，其增加速度也更快，说明胎锥复合辊的研磨效率明显高于平盘锥辊。
60.为比较不同研磨区结构的破碎效率，定义了破碎比(研磨后物料中＜3.6mm颗粒质量与颗粒总质量之比)的概念，根据破碎比的计算公式，对数据进行了处理，结果如图8和表1所示。
61.表1相同条件下不同研磨区结构破碎比
[0062] ＜3.6mm颗粒质量(kg)总质量(kg)破碎比胎锥复合辊a0.6051.1050.548胎锥复合辊b0.7321.1260.650锥辊0.3271.2690.258
[0063]
由图8和表1结果可知，在相同的条件下，无论是平均破碎比还是随时间变化的破碎比，胎锥复合辊的破碎比均大于平盘锥辊的破碎比。
[0064]
为验证胎锥复合辊的实际效果，天津院以水泥熟料为原料，针对传统锥辊、胎锥复合辊a、胎锥复合辊b进行了粉磨试验研究，试验结果见图9和表2。
[0065]
表2不同研磨结构的粉磨效果对比
[0066][0067]
由图9和表2可知：以比表面积3200cm2/g为电耗基准，胎锥复合辊的电耗相比平盘锥辊低约2.7kwh/t，这与edem仿真模拟计算的结果相吻合。
[0068]
进一步，为验证胎锥复合辊用于分级粉磨的效果，天津院以水泥熟料为原料，进行了粉磨试验研究，试验结果见图10和表3。
[0069]
表3不同研磨结构及粉磨方式的粉磨效果对比
[0070][0071]
由图10和表3可知：以比表面积3200cm2/g为电耗基准，胎锥复合辊分级粉磨相比于混合粉磨电耗降低1.8～2.0kwh/t，降幅10％，胎锥复合辊相比平盘锥辊电耗降低约2.7kwh/t，降幅10.8％；胎锥复合辊分级粉磨相比传统平盘锥辊混合粉磨电耗降低5.7kwh/t，降幅22.9％。
[0072]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。技术特征：
1.一种具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法，其特征在于，立磨研磨结构包括磨盘和磨辊，上述磨辊设计为复合辊，具体结构如下：所述磨辊包括磨辊本体，所述磨辊本体上套装辊套，并通过紧固件连接，形成胎锥复合辊；所述辊套内设有与磨辊本体外表面贴合的中心孔，辊套的外表面由大径端向小径端包括凸出的曲线型胎辊段和锥辊段；所述磨盘上设有耐磨衬板，耐磨衬板分为曲率半径与磨辊一致的沟槽和在沟槽内边缘向磨盘中心的平盘区；上述磨辊的锥辊段和耐磨衬板的平盘区之间形成研磨区ⅰ；所述磨辊的胎辊段和磨盘的沟槽之间形成研磨区ⅱ；上述立磨研磨结构设计方法为：首先确立磨研磨结构的主要参数：磨盘直径d、磨辊数量n；然后分布计算磨辊直径d
r
、磨辊宽度b、沟槽盘宽度d1、胎辊段宽度b1、胎辊曲率半径r；具体确定和计算如下：1)磨辊数量n磨辊数量根据物料特性和处理量的差异可取n＝2、3、4；2)磨辊角度α磨辊角度α取5
°
～17
°
3)磨辊直径d
r
d
r
＝0.5d～0.85d4)磨辊宽度bb＝0.2d
r
～0.4d
r
5)胎辊段宽度b1b1＝0.5b～0.8b6)胎辊曲率半径rr＝0.7b1～1.5b1。2.根据权利要求1所述的具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法，其特征在于：所述中心孔同磨辊本体配合面表面粗糙度≤6.3。3.根据权利要求1所述的具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法，其特征在于：所述磨辊本体材料为球墨铸铁qt400
?
18或铸钢zg20simn。4.根据权利要求1所述的具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法，其特征在于：辊套分为基层母材和耐磨层，基材为铸钢zg20simn，耐磨层为堆焊材料，堆焊厚度40～60mm；堆焊层硬度60
±
5hrc。5.根据权利要求1所述的具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法，其特征在于：所述耐磨衬板分为基层母材和耐磨层，基材为铸钢zg20simn，耐磨层为堆焊材料，堆焊厚度40～60mm,堆焊层硬度60
±
5hrc。
技术总结
本发明公开了一种具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法，立磨研磨结构包括磨盘和磨辊，上述磨辊设计为复合辊，具体结构如下：所述磨辊包括磨辊本体，磨辊本体上套装有辊套，形成胎锥复合辊；辊套的外表面由大径端向小径端包括凸出的曲线型胎辊段和锥辊段，磨盘上设有曲率半径与磨辊一致的沟槽，在沟槽内边缘向磨盘中心设有耐磨衬板；靠近挡料圈侧的耐磨衬板端部设有曲率半径与磨辊一致的曲面；上述磨辊的锥辊段和耐磨衬板、磨盘之间形成研磨区Ⅰ和研磨区Ⅱ，然后确立磨研磨结构的主要参数和计算。上述方案提高了研磨效率，降低了循环负荷；增加了物料脱离磨盘的难度，延长了物料停留在磨盘上的时间，使得物料研磨更加充分；胎锥复合辊的两个研磨区对粗颗粒和细颗粒具有针对性的破碎作用，应用在分级粉磨技术中能够发挥优异的效果。优异的效果。优异的效果。
技术研发人员：豆海建 何小龙 唐清华 刘畅 秦景平 于涛
受保护的技术使用者：天津水泥工业设计研究院有限公司
技术研发日：2021.07.20
技术公布日：2021/10/8
声明：
“具有不同研磨区的立磨研磨结构设计方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：天津水泥工业设计研究院有限公司
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2024年11月29日 ~ 12月01日 
