《大型矿物粉磨系统智能化关键技术及其应用》

大型矿物粉磨系统是矿山、建材等国民经济支柱产业的重大装备,是实现制造强国的战略性产品。大型矿物粉磨系统在产业链中占据核心环节,其投资和能耗占矿物加工工程的70%以上,每台/套高达亿元,核心装备重达千吨,由八万多零部件构成,具有机、电、液、热工、气动等复杂多源信息,参数监控点200多个,使用寿命长达20年。主要存在以下共性难题:复杂工况下核心装备结构难以优化设计与精确计算、不同物料的研磨特性与装备结构关联机理不明、粉磨系统缺乏智能优化控制、系统智能运维与云服务平台存在功能性缺陷。这些关键共性问题制约着产业技术升级与换代,行业亟待技术创新突破。

主要创新如下:(1)国际首次创造性提出并构建了大型矿物粉磨系统三平台融合一体化研发体系与装备研制方法。开发了奇异积分自适应分块技术,提高了边界积分方程法求解微缺陷的力学性能参数的精度,计算误差最大为1.5%。采用动态虚拟样机与气固两相流仿真设计相结合的方法,揭示了结构布局与气、固混合物流体场形态的关联机理;矿物粉磨系统核心装备采用面向服务的模块化设计方法,兼容远程在线监测与控制系统。LGMS5725矿渣立磨的生产能力(175t/h)、最大喂料量(210t/h,折合生产能力高达190t/h)、综合电耗(40kWh/t)等指标达到国际先进水平。(2)研制了矿物粉磨系统试验平台,建立了特性智能分析系统,确定了中国干法立式物料粉磨试验体系与标准,填补了该行业试验测评的空白。(3)提出了“生产工况预测-调稳方案生成-节能方案筛选”的模型,实现矿物粉磨系统的状态预测与节能调控;采用物料前端水分和后端成品粒度在线检测技术,实现了矿物粉磨系统运行过程闭环控制。填补了行业空白,国际领先。(4)构建了矿物粉磨系统远程状态监测、故障诊断方法与系统,提出了云计算环境下制造资源优化选择与配置方法,并应用于物联网云服务平台,国际先进。

项目成果有效推动了大型矿物粉磨系统及装备的智能化升级,三平台融合一体化研发体系与装备研制方法减少系统及装备高达20%的设计制造成本;智能化控制与运维技术的应用,减少了对人员的依赖,降低设备故障率约50%,综合运维成本降低约20%-30%。同时,研究成果也极大推动了矿渣和钢渣等废弃物的循环利用,提高了矿物资源和能源利用效率和生产效率。打破了国外产品的垄断,产品出口到俄罗斯、澳大利亚等20多个国家,累计经济效益超过百亿元,创造了显著的社会、经济与环境效益。

项目组累计发表论文42篇,授权专利33件,取得软著10项,起草国标3项,出版专著2本。获厅级科技进步一等奖2项。培养了国家自然科学基金优秀青年(陶飞)、河南省科技创新杰出青年(李浩)等高层次人才3名。研制的核心装备LGMS4624和LGMS5725大型矿渣立磨分别被科技部等四部委认定为“国家重点新产品”和“国家战略性创新产品”。2019年4月,中国机械工程学会组织召开了项目成果鉴定评价会,以浙江大学谭建荣院士为组长的鉴定委员会一致认为:“该项目技术难度大、创新性强,在大型矿物粉磨系统智能化开发与应用方面整体技术上达到国际先进水平,其中在矿山粉磨系统物料工艺参数智能匹配技术和系统状态预测与节能调控技术方面达到国际领先水平”。同时,卢秉恒院士、闻邦椿院士和徐宗该院士给予该项目成果高度评价。在技术开发与应用方面,被业内专家认为是一次传统粉磨装备智能化的重大技术升级,引领了矿山、建材行业大型装备智能化与节能减排的发展,促进了中国重型装备制造业智能技术的创新、发展与应用。

成果说明

自2010年以来,中信重工与郑州轻工业大学、北京航空航天大学、浙江大学、洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司等单位联合开展了“大型矿物粉磨系统智能化关键技术及其应用”项目研究,针对大型矿物粉磨系统,构建了融合气固两相流仿真设计平台、矿物粉磨工艺试验平台和粉磨系统物联网大数据平台的装备研发体系与方法,形成三平台融合一体化设计大型矿物装备研发体系和面向服务的模块配置设计方法。提出了矿物粉磨系统物料工艺参数智能匹配技术、矿物粉磨系统的智能控制方法、矿物粉磨系统远程状态监测与故障诊断技术,开发了矿物粉磨系统云服

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