一、项目名称：

基于数字化设计的矿渣资源化高效处置矿渣立式辊磨机关键技术研究与产业化

二、提名者及提名意见

提名者：合肥水泥研究设计院有限公司

提名意见：“基于数字化设计的矿渣资源化高效处置矿渣立式辊磨机关键技术研究与产业化 ”项目是合肥中亚建材装备有限责任公司和合肥水泥研究设计院有限公司联合立项的重大科技创新项目。

经审查，本推荐书中所列内容真实可靠，各栏目均要求填写，符合申报要求。鉴于该项目技术水平高，应用范围广，经济效益显著，提名2023年度安徽省科学技术奖（技术进步类）。

三、项目简介

本项目属于矿渣资源化高效处置技术领域。

本项目针对矿渣体量大、处置技术难以及处置装备存在的高能耗、高阻力、高污染等问题，基于数字化设计技术重点从数字化仿真、数字化设计、智能制造、智能运维等方面进行研究，协同优化处置技术中磨选系统的关键参数，开发出高效选粉和粉磨技术及成套装备，通过矿渣立式磨辊磨机的高效动态选粉系统和粉磨结构，实现调控磨选出不同产量、不同级配、不同品质的矿粉，获得更高的生产效率和更低的能耗，以及制备的矿粉活性更高。通过三维协同设计、智能化制造和智能运维技术，显著提升了设计效率、制造质量和服务质量，推动传统制造业向更智能、高效和可持续发展的方向迈进。成果可广泛应用于矿渣资源化处置领域，提高矿粉生产产量和矿粉活性，减少水泥熟料用量，科学合理利用工业废渣，降低二氧化碳排放量，符合国家环保低碳发展战略，是高效节能的规模化粉磨装备。

通过本项目的成功实施，创新性地使用数字化技术开发成套高效选粉和粉磨装备的思路，为矿渣资源化高效处置大型装备开发及技术升级提供了一种新的研究思路，开发的HRM36.3K、HRM46.3K、HRM51.3K和HRM55.3K系列矿渣立式辊磨机已应用到百余家矿粉生产线上，可满足年产40~90万吨矿粉生产线配套的要求，推动了矿粉行业的技术进步。项目关键技术创新点如下：

1. 研制出HRM36.3K、HRM46.3K、HRM51.3K和HRM55.3K系列矿渣磨承载机构。针对矿渣立式辊磨机承载机构受到高压、动载、热载等多维度和多场耦合作用下特性，基于有限元法构建承载机构多场耦合仿真模型，获得全方位的受力和变形数据，有效评估承载机构的结构性能，设计了一种立式辊磨机内部自分级装置和整体缓冲型下定位装置，提高了承载机构的刚度和强度，降低了机构断裂破坏概率。

2. 研制出一种流线形叶片的选粉系统。针对磨后矿粉高比表和级配窄特点，以及矿渣立式辊磨机磨内涡流分布特性，采用CFD模拟技术建立了磨内气固两相流场仿真模型，获得磨内流场分布特征以及颗粒在分级区分布规律，采用流线形叶片结构有效降低了选粉系统压损和能耗，提高矿粉分级精度，设计了一种超细选粉机用气体密封技术，有效阻止粗颗粒逃逸，进一步提高了矿粉品质。

3. 开发出颗粒场驱动粉磨技术设计方法。针对高压力、非受限、窄粒度环境下的料床特点，采用离散元法建立了立式辊磨机破碎仿真模型，可视化观察任意时刻颗粒场运动及分布状态，开发了料床物料运动和料床密实度调控技术，以及物料运动料床压稳性检测装置，提高了沉床能力和设备运行稳定性，提高了粉磨效率和降低能耗。

4. 研制出3辊HRM36.3K、HRM46.3K、HRM51.3K和HRM55.3K系列矿渣磨。基于离散元法对比分析了不同辊数的矿渣立式辊磨机粉磨效果，得到3辊下的料床粉磨效率高和能耗低，结合一套半工业化立式辊磨机试验系统开展的矿渣粉磨试验数据，获得3辊磨比4辊磨稳定性更好，电耗更低。

5. 开发出矿粉机械活化技术。通过数值模拟和粉磨试验综合研究，开发出一组最优碾磨结构及参数，有效使矿粉颗粒内部产生晶格畸变、晶粒破碎和晶界滑移等微观结构变化，从而提高了矿粉活性，制备的S95级矿渣粉7天和28天活性指数最高可达85%和105%。

6. 开发出矿渣立式辊磨机多因素多目标优化方法。针对矿渣立式辊磨机多参数、多指标的生产特点，采用响应曲面设计方法获取各参数对指标的响应曲面，基于期望函数法，获得一组最优组合，可提高粉磨效率和降低能耗。

7. 开发出矿渣立式辊磨机三维协同设计方法。针对矿渣立式辊磨机结构复杂、零部件繁多、材料种类多等特点，搭建产品数据管理（PDM）系统，有效提高设计效率和降低错误率，协同智能制造技术，实现多厂、多设备、多工艺之间的协同生产，提高产品生产效率及质量。

8. 开发出远程运维平台。将矿粉生产线的实时运行情况、设备性能参数、系统故障信息等数据远程传输到运维中心，利用低代码开发技术，快速搭建项目的可视化界面、曲线图表、维修工单等模块，并通过内置算法做到智能报警、设备故障预判，让生产管理人员、设备供货厂家实时掌握矿粉生产线的运行状态和性能参数，快速响应和排除故障，及时调整工艺流程，提高生产效率和产品质量。

四、客观评价

安徽省科学技术情报研究所查新认为：本项目中研发和采用的立式辊磨机内部自分级装置、整体缓冲型下定位装置、铺料装置、流线形叶片选粉系统、组合式压力气体密封结构、分级粉磨结构、高强度整体机架、新型选粉机装置、动网格划分、双向耦合模拟、颗粒床破碎仿真、多场耦合仿真、三维协同设计、数字化运维平台等创新技术，国内外尚未见有文献报道。

2023年12月15日，本项目成果经安徽省硅酸盐学会组织鉴定，结论为：“项目成果主要技术经济指标达到国际先进水平。成果的成功应用对推动我国矿粉行业节能减排具有积极意义，经济和社会效益显著，市场前景广阔。建议：加大成果推广力度。”

五、推广应用情况、经济效益和社会效益

本项目经济和社会效益显著，市场前景广阔。截至2023年12月已推广应用客户百余家，包括济源国泰、黄石秦河、铜陵海源、上海南方崛荣、临安余临、青岛申飞、青岛海凝、宜兴青象、宜兴东一、湖北华祥水泥、广东罗浮山水泥、湛江宝钢、湖州高强、湖州兴云、无锡金久、无锡天裕、德清益众、珠海粤裕峰、巢湖亿利达等公司。开发的3辊矿渣立式辊磨机相比4辊的产量提高7.14%和系统电耗降低9%以上，矿粉活性7天和28天活性指数均提高5%以上。

自HRM36.3K、HRM46.3K、HRM51.3K和HRM55.3K矿渣立式辊磨机研制成功以来，我们已经成功签订了50台HRM36.3K、13台HRM46.3K、1台HRM51.3K和2台HRM55.3K矿渣立式磨的合同，合同总额达到了人民币*****万元。此后，预计每年新增销售10台HRM36.3K和5台HRM46.3K矿渣立式磨，销售收入将会达到约*****万元，利税也将超过5175万元。本项目应用于矿渣行业，无论是能耗上还是产量上都取得良好的效果。我公司目前已投产66台新型矿渣磨，一年可生产矿渣粉3000万吨，则可降低电耗3.94×3000万吨=1.182×10⁸kWh；每度电按照0.7元计算，则可节约8273万元；节约一度电可少排放0.58吨二氧化碳，则全年可减少6784万吨二氧化碳排放。

项目主要应用单位如下：

本项目将把立式辊磨机制备矿粉技术水平提升到国际先进水平，对于行业和地区产业结构和产品结构的调整具有推动和促进作用。本项目的顺利实施，极大的提升了我们企业的综合实力和市场竞争力，为企业培养了一批青年骨干，获得了若干专利技术，发表了若干高水平学术论文和报告，为公司的可持续发展奠定了坚实的基础。

六、发表文章和主要知识产权等目录

（一）文章

（二）专利

七、主要完成人情况

八、主要完成单位及创新推广贡献

第一完成单位：合肥中亚建材装备有限责任公司，承担实验研究、工艺研究及开发、关键设备及技术研究开发、关键设备加工制造、工程技术服务、科技成果推广等工作。

第二完成单位：合肥水泥研究设计院有限公司，承担项目立项、工艺系统研究、研究统筹协调、验收鉴定等工作。

九、完成人合作关系说明

负责人刘畅与完成人张伟丽、王国庆、袁凤宇、叶卫东、杨成钢、刘福永、费豪文、李洋均为合肥中亚建材装备有限责任公司的技术研发人员。作为项目负责人，刘畅与其他同志共同完成了“基于数字化设计的矿渣资源化高效处置矿渣立式辊磨机关键技术研究与产业化”项目的合作研究，创新和改进了立式磨的多项关键技术。在与合肥水泥研究设计院有限公司合作研发过程中，负责人刘畅主持指导开展各项研发设计工作，牵头组建了项目研发团队，主持技术路线制定，指导开展各项研发及设计工作，指导与协调项目合作单位完成项目必须的其它工作。