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    新聞動態

    安徽省科學技術獎提名項目公示(礦渣資源化高效處置礦渣立式輥磨機關鍵技術研究與產業化)

    發布時間:2024-01-09 19:18  來源:合肥水泥研究設計院有限公司  閱讀人次: 文字大?。?a href="javascript:void(0);" class="j-fontBig">[ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

    一、項目名稱:

    礦渣資源化高效處置礦渣立式輥磨機關鍵技術研究與產業化

    二、提名者及提名意見

    提名者:合肥水泥研究設計院有限公司

    提名意見:礦渣資源化高效處置礦渣立式輥磨機關鍵技術研究與產業化項目是合肥中亞建材裝備有限責任公司和合肥水泥研究設計院有限公司聯合立項的重大科技創新項目。

    經審查,本推薦書中所列內容真實可靠,各欄目均要求填寫,符合申報要求。鑒于該項目技術水平高,應用范圍廣,經濟效益顯著,提名2023年度安徽省科學技術獎(技術進步類)。

    三、項目簡介

    本項目屬于礦渣資源化高效處置技術領域。

    本項目針對礦渣體量大、處置技術難以及處置裝備存在的高能耗、高阻力、高污染等問題,基于數字化設計技術重點從數字化仿真、數字化設計、智能制造、智能運維等方面進行研究,協同優化處置技術中磨選系統的關鍵參數,開發出高效選粉和粉磨技術及成套裝備,通過礦渣立式磨輥磨機的高效動態選粉系統和粉磨結構,實現調控磨選出不同產量、不同級配、不同品質的礦粉,獲得更高的生產效率和更低的能耗,以及制備的礦粉活性更高。通過三維協同設計、智能化制造和智能運維技術,顯著提升了設計效率、制造質量和服務質量,推動傳統制造業向更智能、高效和可持續發展的方向邁進。成果可廣泛應用于礦渣資源化處置領域,提高礦粉生產產量和礦粉活性,減少水泥熟料用量,科學合理利用工業廢渣,降低二氧化碳排放量,符合國家環保低碳發展戰略,是高效節能的規?;勰パb備。

    通過本項目的成功實施,創新性地使用數字化技術開發成套高效選粉和粉磨裝備的思路,為礦渣資源化高效處置大型裝備開發及技術升級提供了一種新的研究思路,開發的HRM36.3K、HRM46.3K、HRM51.3KHRM55.3K系列礦渣立式輥磨機已應用到百余家礦粉生產線上,可滿足年產40~90萬噸礦粉生產線配套的要求,推動了礦粉行業的技術進步。項目關鍵技術創新點如下:

    1. 研制出HRM36.3K、HRM46.3K、HRM51.3KHRM55.3K系列礦渣磨承載機構。針對礦渣立式輥磨機承載機構受到高壓、動載、熱載等多維度和多場耦合作用下特性,基于有限元法構建承載機構多場耦合仿真模型,獲得全方位的受力和變形數據,有效評估承載機構的結構性能,設計了一種立式輥磨機內部自分級裝置和整體緩沖型下定位裝置,提高了承載機構的剛度和強度,降低了機構斷裂破壞概率。

    2. 研制出一種流線形葉片的選粉系統。針對磨后礦粉高比表和級配窄特點,以及礦渣立式輥磨機磨內渦流分布特性,采用CFD模擬技術建立了磨內氣固兩相流場仿真模型,獲得磨內流場分布特征以及顆粒在分級區分布規律,采用流線形葉片結構有效降低了選粉系統壓損和能耗,提高礦粉分級精度,設計了一種超細選粉機用氣體密封技術,有效阻止粗顆粒逃逸,進一步提高了礦粉品質。

    3. 開發出顆粒場驅動粉磨技術設計方法。針對高壓力、非受限、窄粒度環境下的料床特點,采用離散元法建立了立式輥磨機破碎仿真模型,可視化觀察任意時刻顆粒場運動及分布狀態,開發了料床物料運動和料床密實度調控技術,以及物料運動料床壓穩性檢測裝置,提高了沉床能力和設備運行穩定性,提高了粉磨效率和降低能耗。

    4. 研制出3HRM36.3K、HRM46.3K、HRM51.3KHRM55.3K系列礦渣磨?;陔x散元法對比分析了不同輥數的礦渣立式輥磨機粉磨效果,得到3輥下的料床粉磨效率高和能耗低,結合一套半工業化立式輥磨機試驗系統開展的礦渣粉磨試驗數據,獲得3輥磨比4輥磨穩定性更好,電耗更低。

    5. 開發出礦粉機械活化技術。通過數值模擬和粉磨試驗綜合研究,開發出一組最優碾磨結構及參數,有效使礦粉顆粒內部產生晶格畸變、晶粒破碎和晶界滑移等微觀結構變化,從而提高了礦粉活性,制備的S95級礦渣粉7天和28天活性指數最高可達85%105%。

    6. 開發出礦渣立式輥磨機多因素多目標優化方法。針對礦渣立式輥磨機多參數、多指標的生產特點,采用響應曲面設計方法獲取各參數對指標的響應曲面,基于期望函數法,獲得一組最優組合,可提高粉磨效率和降低能耗。

    7. 開發出礦渣立式輥磨機三維協同設計方法。針對礦渣立式輥磨機結構復雜、零部件繁多、材料種類多等特點,搭建產品數據管理(PDM)系統,有效提高設計效率和降低錯誤率,協同智能制造技術,實現多廠、多設備、多工藝之間的協同生產,提高產品生產效率及質量。

    8. 開發出遠程運維平臺。將礦粉生產線的實時運行情況、設備性能參數、系統故障信息等數據遠程傳輸到運維中心,利用低代碼開發技術,快速搭建項目的可視化界面、曲線圖表、維修工單等模塊,并通過內置算法做到智能報警、設備故障預判,讓生產管理人員、設備供貨廠家實時掌握礦粉生產線的運行狀態和性能參數,快速響應和排除故障,及時調整工藝流程,提高生產效率和產品質量。

    四、客觀評價

    安徽省科學技術情報研究所查新認為:本項目中研發和采用的立式輥磨機內部自分級裝置、整體緩沖型下定位裝置、鋪料裝置、流線形葉片選粉系統、組合式壓力氣體密封結構、分級粉磨結構、高強度整體機架、新型選粉機裝置、動網格劃分、雙向耦合模擬、顆粒床破碎仿真、多場耦合仿真、三維協同設計、數字化運維平臺等創新技術,國內外尚未見有文獻報道。

    20231215日,本項目成果經安徽省硅酸鹽學會組織鑒定,結論為:“項目成果主要技術經濟指標達到國際先進水平。成果的成功應用對推動我國礦粉行業節能減排具有積極意義,經濟和社會效益顯著,市場前景廣闊。建議:加大成果推廣力度?!?/span>

    五、推廣應用情況、經濟效益和社會效益

    本項目經濟和社會效益顯著,市場前景廣闊。截至202312月已推廣應用客戶余家,包括濟源國泰、黃石秦河、銅陵海源、上海南方崛榮、臨安余臨、青島申飛、青島海凝、宜興青象、宜興東一、湖北華祥水泥、廣東羅浮山水泥、湛江寶鋼、湖州高強、湖州興云、無錫金久、無錫天裕、德清益眾、珠?;浽7?、巢湖億利達等公司。開發的3輥礦渣立式輥磨機相比4輥的產量提高7.14%和系統電耗降低9%以上,礦粉活性7天和28天活性指數均提高5%以上。

    HRM36.3K、HRM46.3K、HRM51.3KHRM55.3K礦渣立式輥磨機研制成功以來,我們已經成功簽訂了50HRM36.3K、13HRM46.3K、1HRM51.3K2HRM55.3K礦渣立式磨的合同,合同總額達到了人民幣57550萬元。此后,預計每年新增銷售10HRM36.3K5HRM46.3K礦渣立式磨,銷售收入將會達到約17250萬元,利稅也將超過5175萬元。本項目應用于礦渣行業,無論是能耗上還是產量上都取得良好的效果。我公司目前已投產66臺新型礦渣磨,一年可生產礦渣粉3000萬噸,則可降低電耗3.94×3000萬噸=1.182×108kWh;每度電按照0.7元計算,則可節約8273萬元;節約一度電可少排放0.58噸二氧化碳,則全年可減少6784萬噸二氧化碳排放。

    項目主要應用單位如下:

    序號

    應用公司名稱

    生產規模

    1

    巢湖億利達建材科技有限責任

    60~90萬噸/

    2

    濟源國泰微粉科技有限公司

    60萬噸/

    3

    黃石秦河新材料有限公司

    60萬噸/

    4

    銅陵海超粉體有限公司

    60萬噸/

    5

    上海南方崛榮水泥有限公司

    60萬噸/

    6

    臨安余臨水泥輔助材料有限公司

    40萬噸/

    7

    青島申飛安達環保材料有限公司

    60萬噸/

    8

    青島海凝新型材料有限公司

    60萬噸/

    9

    宜興青象水泥有限公司

    60萬噸/

    10

    宜興東一建材有限公司

    60萬噸/

    11

    湖州高強新材料有限公司

    40萬噸/

    12

    湖州菱湖三獅水泥有限公司

    90萬噸/

    13

    湖州興云建材有限公司

    60萬噸/

    14

    無錫天裕建材有限公司

    90萬噸/

    15

    珠?;浽7邃撹F有限公司

    60萬噸/

    本項目將把立式輥磨機制備礦粉技術水平提升到國際先進水平,對于行業和地區產業結構和產品結構的調整具有推動和促進作用。本項目的順利實施,極大的提升了我們企業的綜合實力和市場競爭力,為企業培養了一批青年骨干,獲得了若干專利技術,發表了若干高水平學術論文和報告,為公司的可持續發展奠定了堅實的基礎。

    六、發表文章和主要知識產權等目錄

    (一)文章

    出版或發布年份

    題目、書名或標準名

    出版單位

    2022

    Analysis of vertical roller mill performance with changes in material properties and operating conditions using DEMSCI,Q1

    Minerals Engineering

    2022

    Analysis and Optimization of Grinding Performance of Vertical Roller Mill Based on Experimental MethodSCI,Q2

    Minerals

    2020

    Effects of Blade Parameters on the Flow Field and Classification Performance of the Vertical Roller Mill via Numerical InvestigationsSCI,Q3

    Mathematical problems in Engineering

    2020

    Multi-particle crushing behaviors and characteristics via numerical simulationsEI Compendex

    2020 3rd International Conference on Computer Information Science and Application Technology2020

    2020

    Study on crushing characteristics and size effects of single-particle EI Compendex

    2020 3rd International Conference on Computer Information Science and Application Technology2020

    2022

    《操作參數對立式輥磨機粒度分布特性的影響》

    《礦冶工程》

    2021

    《礦渣粉磨動力學試驗研究》

    《武漢理工大學學報》

    2023

    《基于RFPA2D 的立式輥磨料層粉碎行為數值模擬研究》

    《新世紀水泥導報》

    2020

    HRM立磨內部流場分析與研究》

    《研究與探討》

    2019

    《立式輥磨機顆粒分級篩選研究》

    《計算機仿真》

     

    (二)專利

    序號

    知識產

    權類別

    知識產權

    具體名稱

    國家

    (地區)

    授權號

    授權

    日期

    權利人

    發明人

    專利有效狀態

    1

    發明

    專利

    一種立式輥磨機內部自分級裝置

    中國

    ZL2022 1 1355174.0

    2023

    0106

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    張偉麗等

    授權

    2

    發明

    專利

    一種立式磨的整體緩沖型下定位裝置

    中國

    ZL2022 1 1355126.1

    2023

    0324

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    張偉麗等

    授權

    3

    發明

    專利

    一種基于流線形葉片的選粉系統

    中國

    ZL2022 1 1716010.6

    2023

    0602

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    李金榮等

    授權

    4

    發明

    專利

    一種無機非金屬物料運動料床壓穩性檢測裝置及方法

    中國

    ZL 2023 1 0604272.1

    2023

    0818

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    王國慶等

    授權

    5

    發明

    專利

    一種分級粉磨料層的立式磨

    中國

    ZL2022 1 1694645.0

    2022 1229

    肥中亞建材裝備有限責任公司

    劉暢等

    受理

    6

    實用

    新型

    一種立式磨用高強度整體機架

    中國

    ZL 2023 2 0987922.0

    2023 1020

    肥中亞建材裝備有限責任公司

    劉暢等

    授權

    7

    實用

    新型

    一種可調節的立式磨用鋪料裝置

    中國

    ZL 2023 2 0773260.7

    2023 0905

    肥中亞建材裝備有限責任公司

    李洋等

    授權

    8

    實用

    新型

    一種新型立式磨選粉機裝置

    中國

    ZL201910331686.5

    2020 1030

    肥中亞建材裝備有限責任公司

    張偉麗等

    授權

    9

    實用

    新型

    一種超細選粉機用組合式壓力氣體密封結構

    中國

    ZL202123262939.X

    2022 0524

    肥中亞建材裝備有限責任公司

    倪鳴星等

    授權

    10

    實用

    新型

    一種立式磨分離器軸架裝置

    中國

    ZL202123077788.0

    2022 0524

    肥中亞建材裝備有限責任公司

    王宇等

    授權

    七、主要完成人情況

    序號

    姓名

    性別

    學 歷

    專 業

    技術

    職稱

    所 在 單 位

    項目分工

    1

    劉  暢

    博士

    研究生

    機械工程

    中級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    項目負責人

    2

    張偉麗

    本科

    機械設計

    正高級

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    項目裝備開發

    3

    王國慶

    本科

    機械設計

    正高級

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責項目的研究和實施

    4

    施  俊

    本科

    模具設計

    高級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責項目的研究和實施

    5

    李  洋

    本科

    電氣自動化

    高級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    參與項目電氣系統開發

    6

    周  飛

    本科

    化學工程

    中級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責生產過程質檢工作

    7

    王喜波

    本科

    機械設計

    中級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    參與項目推廣

    8

    楊  凱

    碩士

    研究生

    機械工程

    助理

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責項目流場分析

    9

    王文訥

    本科

    機械設計

    中級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責結構設計及制圖

    10

    王詠琴

    碩士

    研究生

    礦業工程

    助理

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責項目資料整理

    11

    張  偉

    碩士

    研究生

    建筑與土木工程

    助理

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責礦粉理化性能測試

    12

    倪鳴星

    碩士

    研究生

    機械工程

    中級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責裝備試驗、調試

    13

     

    碩士

    研究生

    機械工程

    中級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責裝備試驗、調試

    14

    劉福永

    本科

    機械設計

    高級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責項目現場調試

    15

    王  漢

    大專

    模具設計

    中級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    參與項目推廣

    16

    楊晶晶

    本科

    工藝設計

    中級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責項目工藝設計

    17

    費豪文

    本科

    工藝設計

    高級

    工程師

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    負責項目工藝設計

    18

    葉衛東

    本科

    機械設計

    正高級

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    項目機械部分開發指導

    19

    楊成鋼

    本科

    電氣自動化

    正高級

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    項目電氣部分開發指導

    20

    袁鳳宇

    本科

    機械設計

    正高級

    合肥中亞建材裝備有限責任公司

    項目推廣

    八、主要完成單位及創新推廣貢獻

    第一完成單位:合肥中亞建材裝備有限責任公司,承擔實驗研究、工藝研究及開發、關鍵設備及技術研究開發、關鍵設備加工制造、工程技術服務、科技成果推廣等工作。

    第二完成單位:合肥水泥研究設計院有限公司,承擔項目立項、工藝系統研究、研究統籌協調、驗收鑒定等工作。

    九、完成人合作關系說明

    負責人劉暢與完成人張偉麗、王國慶、袁鳳宇、葉衛東、楊成鋼、劉福永、費豪文、李洋均為合肥中亞建材裝備有限責任公司的技術研發人員。作為項目負責人,劉暢與其他同志共同完成了“礦渣資源化高效處置礦渣立式輥磨機關鍵技術研究與產業化”項目的合作研究,創新和改進了立式磨的多項關鍵技術。在與合肥水泥研究設計院有限公司合作研發過程中,負責人劉暢主持指導開展各項研發設計工作,牽頭組建了項目研發團隊,主持技術路線制定,指導開展各項研發及設計工作,指導與協調項目合作單位完成項目必須的其它工作。

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