ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

В цементной промышленности применяют различные схемы измельчения сырьевых материалов, предусматривающие ис­пользование помольного оборудования разных типоразмеров. Различают помол по замкнутому и открытому циклу, по мокро­му и сухому способу, а также помол с одновременной сушкой материала в мельнице.

Установлено, что качественный цементный клинкер получа­ется при обжиге во вращающихся печах сырьевой смеси, не со­держащей частиц крупнее 0,1 мм и с небольшим содержанием очень мелких фракций. Этого и добиваются, совершенствуя схемы и способы помола исходных сырьевых материалов. Тон­кое измельчение сырья осуществляют в мельницах, работаю­щих по открытому или замкнутому циклу. Преимущественно используют схему открытого цикла. По этой схеме дробленый материал из бункеров подается объемными или весовыми до­заторами (питателями) в мельницу и после измельчения в ви­де шлама (при мокром способе производства) или в виде тон­кодисперсного порошка — сырьевой муки (при сухом способе производства)—выходит из мельницы в зависимости от ее конструкции через выходную цапфу либо через отверстия, рас­положенные по периметру выходного днища мельницы.

Мокрый способ помола. По мокрому способу помола измель­чают обычно сырьевые материалы, обладающие высокой есте­ственной влажностью, мягкие и легко диспергируемые водой. При этом в зависимости от свойств сырьевых материалов, в первую очередь от твердости, влажности, сопротивления размо­лу, некоторые из них предварительно подвергают размучива - нию в болтушках. Так, в болтушки подают вязкие, мягкие по­роды цементного сырья (мел, глину, мергелистый мел и др ), причем пульпа из болтушек содержит значительный процент крупных фракций. Твердые же сырьевые материалы (известняк, мергели и др.) направляют непосредственно в трубные мельни­цы.

В табл. 30 приведена техническая характеристика сырьевых трубных мельниц, применяемых на отечественных цементных заводах, работающих по мокрому способу.

Следует при этом отметить, что схема помола в открытом цикле имеет ряд недостатков: в частности, относительно высок удельный расход электроэнергии (20—25 квт-ч/т). К недостат­

Кам сырьевой трубной мельницы следует отнести наличие в го­товим продукте крупных недомолотых частиц.

При помоле твердого сырья (известняки и некоторые мерге­ли) по схеме однократного прохождения материала в ряде слу­чаев возможен выход гальки, что нарушает нормальную работу центробежных насосов. Засоряются задвижки, желоба и приям­ки. Галька, осаждаясь в горизонтальных шламбассейнах, при­водит к остановке мешалок, а при осаждении в вертикальных шламбассейнах к тому же снижает полезный объем бассейна.

Шлам, полученный из твердых пород в многокамерных мельницах, работающих в открытом цикле по схеме однократ­ного прохождения материала, содержит также большое коли­чество переизмельченных частиц. Объясняется это тем, что ма­териал, размолотый в первой камере мельницы, уже. содержит частицы требуемой тонкости, которые в дальнейшем, проходя последующие камеры, переизмельчаются. В частности, отмеча­ется, что при помоле новороссийских мергелей в первой камере мельниц содержится около 70% частиц размером менее 0,08 мм.

Присутствие переизмельченных частиц материала в мельни­це приводит к снижению эффективности процесса измельчения.

Приведенные в табл. 31 результаты технологических испы­таний ряда сырьевых трубных мельниц свидетельствуют о том, что эффективность измельчения в них в немалой степени зави­сит от количества и размеров мелющих тел, а также от соот­ношения между длиной отдельных камер.

При мокром помоле сырья в мельницах для удаления из шлама крупных зерен материала стали применять различные классифицирующие устройства, работающие в замкнутом цик­ле.

Измельчение сырья по замкнутому циклу с классификато­рами широко применяется при размоле руд в отечественной горнообогатительной промышленности и при размоле углей в энергетической промышленности.

В мельницах, работающих по замкнутому циклу с класси­фикаторами, тонкие частицы, образовавшиеся в первой камере, не поступают во вторую, а удаляются, другая же, неизмельчен - ная часть материала вторично направляется в мельницу на до - измельчение. При работе по такой схеме исключается как пе­реизмельчение материала, так и выход крупных фракций.

Практика других отраслей промышленности показывает, что при размоле сырья по замкнутому циклу с классификаторами может быть достигнуто значительное повышение производи­тельности мельниц.

На рис. 55 представлена наиболее простая схема мокрого помола в замкнутом цикле с применением в качестве класси­фицирующего устройства вибрационного сита. По этой схеме поступающий «з многокамерной мельницы шлам подается на вибросито. Крупные зерна, не проходящие через сито, возвра-

Щ а юте я на домол в мельницу, а подситные фракции материа­ла направляются в шламбассейн.

В США в первых схемах измельчения сырьевых материалов по замкнутому циклу были предусмотрены реечные и реечно-

Рис. 55. Схема помола шлама по замкнутому циклу с применением вибросита

1 — разделительные перегородки; 2 — выгрузочное отверстие

Чашевые классификаторы. Хотя их применение позволило по­высить производительность мельниц и снизить расход электро­энергии на измельчение, однако такие устройства работают при высокой влажности шлама (до 80—85%), а это вызывает необходимость установки сгустителей шлама, специальных фильтров и коагуляторов. Из-за сложности и громоздкости этой схемы помола реечные и реечно-чашевые классификаторы не получили большого распространения в цементной промышлен­ности.

Были сделаны попытки применять в качестве классифика­торов гидроциклоны (рис. 56), принцип действия которых осно­ван на использовании центробежной силы. Предполагалось,

1 разделительные перегородки: 2 — выгрузочное отверстие 3 — классификатор (гидроциклон)

Что гидроциклоны смогут хорошо работать по замкнутому цик­лу с мельшшами и что при этом не придется сильно повышать влажность шлама. Однако результаты их испытания оказались неудовлетворительными.

При работе мельниц в замкнутом цикле с гидросепаратора­ми (гидроцнклонами) требуется увеличение влажности посту­пающего на классификацию шлама до 50—60%, а готовый про­дукт получается еще более влажным, чем исходный шлам.

Одним из более эффективных аппаратов этого типа является цептриклон, классификация в котором достигается за счет дей­ствия лопастного ротора, вращающегося со скоростью 25 — 30 м\сек. Центриклон может работать на шламах нормальной влажности.

Гидрсцнклоны к сырьевым мельницам устанавливались на заводах Белгородском, Ново-Амвросиевском, «Большевик». Однако из-за того, что эффективная работа гидроциклонов свя­зана со значительным увеличением влажности шлама, а также из-за повышенного износа этих аппаратов они не получили ши­рокого применения.

В последнее время на цементных заводах США при мокром одностадийном измельчении сырья в замкнутом цикле были применены виброгрохоты. При этом использовали двух - и трех - камерные трубные мельницы диаметром от 2,4 до 3,35 м н длиной 9,7-—11 м, а в качестве виброгрохотов — плоские на­клонные односитные виброгрохоты размерами 1220X1520, 1220X1830, 1530X1830 и 1530X2440 мм с механической или электрической вибрацией. Сетки сит изготовлены из высокока­чественной износостойкой и нержавеющей проволоки. Приме­нение виброгрохота в сочетании с мельницей позволило повы­сить производительность мельницы до 20% при снижении рас­хода электроэнергии до 15%. Но поскольку перевод мельницы на эту схему связан с установкой дополнительного оборудова­ния, что усложняет эксплуатацию действующего оборудования помольного цеха, а также, ввиду того, что измельчаемый матери­ал часто забивает ячейки сетки, при проектировании новых - американских цементных заводов мокрого способа производст­ва от установки виброгрохотов отказались.

В 1955—1956 гг. для мок­рого обогащения цементного шлама в зарубежной цемент­ной промышленности (Голлан­дия, Австралия и Англия) вза­мен виброгрохота с успехом начали применять дуговой не­подвижный грохот.

Дуговой грохот имеет вог­нутую неподвижную поверх­ность просева из стальных ко­лосников клинообразной фор­мы (рис. 57). Шлам через за­грузочное отверстие подается в питательный патрубок по ка­сательной на решетку грохота и движется с большой скоро­стью под действием силы тя­
жести. Тонкие фракции постепенно проходят через зазоры меж­ду колосниками, так что толщина слоя шлама на решетке все время уменьшается.

Подрешеточное пространство грохота разделено на две ка­меры, в нижнем конце каждой камеры установлен боковой раз­грузочный патрубок, служащий для разгрузки тонких фракций. Крупные фракции (надситный продукт) разгружаются через лоток, установленный в нижнем конце решетки.

Дуговой грохот характеризуется высокой производитель­ностью, малым износом (из-за отсутствия подвижных частей); он позволяет осуществлять тонкую классификацию. Из-за вы­сокой скорости движения шлама максимальный размер ча­стиц, проходящих через решетку, примерно вдвое меньше вели­чины зазора между колосниками.

Ширина грохотов (четырех типоразмеров) фирмы «Дорр - Оливер» находится в пределах 0,3—1,2 м, высота кожуха во всех случаях составляет 2,1 м. Величина дуги зависит от преде­лов классификации: при грубой она равна 90°, при тонкой — 270°.

Шлам подается в дуговой грохот под давлением 1,4—• 1,75 атм, мощность электродвигателей шламовых насосов со­ставляет 18—45 кет. Дуговой грохот работает при нормальной влажности шлама 32—39%.

При переводе мельниц с открытого на замкнутый цикл с применением дугового грохота достигается повышение произво­дительности в среднем на 40—60% (табл. 32). Об этом свиде­тельствуют данные о работе помольных установок на четырех предприятиях при помоле открытым циклом и замкнутым с при­менением дугового грохота. Одновременно создается возмож­ность уменьшить количество камер в мельнице, а также увели­чить эффективность работы мелющих тел.

Усовершенствование техники мокрого помола достигнуто путем применения стержневой мельницы. В США смонтирова­на установка, состоящая из стержневой и трубной мельниц [46], работающих последовательно по открытому циклу (рис. 58). Эта схема обладает тем преимуществом, что обеспе­чивает лучшее перемешивание известняка и глины, предотвра­щает переизмельчение материала и попадание крупных зерен в шлам. При этом значительно сокращается общий расход элек­троэнергии (до 25%).

Следует отметить, что стержневые мельницы просты по конструкции; диаметр их достигает 4 м и длина 5,5 м. Диаметр стержней колеблется в пределах от 45 до 100 мм, а длина их на 25—55 мм меньше внутренней длины мельницы. Мельницы наполняются стержнями на 100—200 мм ниже оси, т. е. стерж­ни занимают 35^40% внутреннего объема мельницы.

Сухой способ помола. При сухом способе производства для помола сырьевых материалов также часто применяют обычные

Таблица І2

Трубные мельницы с однократным прохождением материала, что сопровождается большими затратами электроэнергии, в ча­стности из-за значитель-

I 2 -__________ ного переизмельчения.

Объясняется это тем, что мелющие шары и брони обволакиваются влаж­ным материалом и от­верстия в межкамерных перегородках мельниц забиваются.

В этой связи в цемент­ном производстве обяза­тельно подвергаются предварительной подсушке перед помолом:

А) сырьевые материалы (известняк, мергель, глина) при сухом способе производства до остаточной влажности 1—2%;

Б) твердое топливо (каменный уголь, сланцы) до влажности 1,5—6% в зависимости от его вида;

. в) гидравлические добавки — до остаточной влажности 1— 2%.

Для предварительной подсушки высоковлажных сырьевых материалов, топлива, а также для сушки добавок используют сушильные барабаны.

Иногда для предварительной подсушки высоковлажных уг­лей используют трубы-сушилки, в которых влага из материала удаляется в восходящем потоке горячих газов.

Преимущества труб-сушилок: простота конструкции, малые габариты и возможность их изготовления силами завода.

Однако следует иметь в виду, что сопротивление самой трубы-сушилки обычно составляет 100—150 мм вод. ст., поэто­му присосы воздуха в газоходы значительно больше, чем у су­шильных барабанов, сопротивление которых не превышает 15— 20 мм вод. ст. Из-за больших присосов и большого сопротивле­ния расход энергии на аспирацию труб-сушилок значительно больше, чем у сушильных барабанов.

В последнее время стали внедрять эффективные помольные установки, работающие в замкнутом цикле с одновременной сушкой материалов.

При этом горячий воздух эффективно воздействует на сырь­евой материал и влага быстро испаряется.

При совмещении процессов помола и сушки в одном агре­гате значительно снижается расход электроэнергии, упрощает­ся технологическая схема производства и уменьшаются затра­ты на строительство сушильных и помольных отделений сырья. Эта схема сушки и помола не может быть рекомендована при сырьевой шихте с влажностью выше 8%, так как при этом вследствие недостаточной сушки сырой материал налипает на мелющие тела.

В практике цементного производства известны следующие схемы сушки и помола сырья в трубных мельницах:

Сушка с помощью горячего воздуха, пропускаемого через мельницу;

Сушка с помощью горячего воздуха, вводимого в дробилку пли в сепаратор.

В СССР наибольшее распространение получила первая схе­ма. В этом случае совмещение процессов помола и сушки осу­ществляется в трубной мельнице с выносными проходными или центробежными сепараторами, работающей по замкнуто­му циклу.

На рис. 59 представлена схема установки для совместного помола и сушки сырья, работающей по замкнутому циклу с воздушно-проходным сепаратором. По такой схеме работают сырьевые мельницы на ряде цементных заводов (Кузнецком, Первомайском и др.).

Сушка сырья по указанной схеме более экономична при ус­ловии возврата в загрузочную горловину мельницы до 40% циркулирующего горячего воздуха, слабо насыщенного водя­ными парами. Удельный расход электроэнергии на этих уста­новках достигает 30 квт-ч/т. Из них 35% связано с затратами на рециркуляцию материала и воздуха.

Проходные сепараторы, работающие с проточной циркуля­цией воздуха, улавливают и осаждают только крупные фрак­ции материала. Движение воздушного потока в сепараторе до­стигается за счет разрежения, создаваемого вентилятором, ко­торый устанавливается отдельно.

Для нормальной работы таких установок необходим опти­мальный аэродинамический режим движения газов на всех участках системы. Скорость движения газов должна быть всег­да выше скорости парения твердых частиц, что исключает их выпадение из потока; содержание частиц материала не должно быть выше 1—1,2 кг на 1 кг газовоздушной смеси.

Необходимо также, чтобы скорость газового потока в трубо­проводах была в пределах 20—25 м/сек до циклона и не менее 16 м/сек после циклона.

Расход тепла на сушку материалов в этих установках со­ставляет 900—1300 ккал. на 1 кг испаренной влаги в зависимо­сти от влажности сырья.

Процессы помола и сушки сырьевых материалов в замкну­том цикле совмещают по схеме, изображенной на рис. 60, с

Применением трубной мельницы и выносных центробежных сепарато­ров

Мельницы для ука­занных установок изго­товляют с камерами предварительной подсуш­ки материала. Мельница имеет две помольные ка­меры. Материал разгру­жается через разгрузоч­ное устройство в средней части корпуса или в кон­це мельницы.

Предварительно дроб­леная сырьевая смесь по­ступает через загрузоч­ную воронку в сушиль­ную камеру предвари­тельной подсушки, рас­пределяется в ней раз­брасывающими лопастя­ми и подсушивается по­током горячих газов до определенной влажности, обеспечиваю­щей помол материала в следующих камерах с окончательной досушкой. Горячие газы поступают из специально установлен­ной топки.

Из камеры подсушки материал направляющими лопастями перегружается в первую размольную камеру, заполненную ме­лющими шарами. Пройдя эту камеру, материал выгружается через центральное разгрузочное устройство в корпусе мельницы и затем ковшовым элеватором и системой аэрожелобов подает­ся в два центробежных сепаратора. В сепараторах продукт по­
мола разделяется на фракции: мелкая фракция (готовый про­дукт) поступает в сырьевые силосы; а крупная — во вторую размольную камеру мельницы, заполненную мелкими шарами или цильпебсом. Пройдя эту камеру, материал через централь­ное выгрузочное устройство поступает в элеваторы, смешивает­ся с материалом, поступившим из первой камеры, и направля­ется в сепараторы.

Рабочая производительность такой установки характеризу­ется двумя основными показателями:

А) размольной производительностью — количеством исход­ного сырья, которое в течение часа должно быть размолото до заданной тонкости помола при оптимальном размольном и аэродинамическом режимах.

Параметры режима

Размер кусков исходного сырья, поступающего в

Мельницу..................................................................... не выше 25 мм

Тонкость помола готовой сырьевой смеси (остаток

На сите № 008)............................................................. не выше 10%

Влажность исходного сырья, поступающего в мель­ницу........... „ 8%

Влажность готовой сырьевой смеси...................................... „ 1 %

Б) сушильной производительностью — количеством исходно­го сырья, которое может быть высушено в мельнице в течение часа до заданной конечной влажности при оптимальном тепло­вом и аэродинамическом режимах.

Параметры режима

Температура в системе перед мельницей. . . 400—600°С

„ „ „ за мельницей................................. 70—80 'С

Разрежение в системе перед мельницей. . . 10—20 мм вод. ст. „ „ „ после мельницы.... 70—90 то же

„ перед мельничным вентилятором. .200—300 „

В табл. 33 даны показатели работы мельниц для одновре­менной сушки и помола сырьевых материалов, установленных на отечественных и зарубежных цементных заводах. ,

На цементных заводах США максимальная крупность кус­ков исходного сырья, подаваемого в мельницы, обычно находит­ся в пределах 9—19 мм.

Диаметр мельниц составляет 3,35—4 м, длина — 4,8—5,8—

9.2 м. Мельницы оборудуются одним сепаратором диаметром от

4.3 до 5,5 м. Производительность установки достигает 75 г/ч при помоле до 15% остатка на сите 0,074 мм. Удельный расход электроэнергии составляет 17—19 квт-ч/т.

В 1961 г. самой мощной сырьевой трубной мельницей в ми­ре была мельница размером 3,65X10,4 м, оборудованная двумя центробежными сепараторами. Производительность этой уста­новки равна 150 г/ч при помоле до 23% остатка на сите 0,074 мм. В 1963 г. в штате Иллинойс (США) на цементном за-

Ex. о н я о. со с

Воде введены в действие две сырьевые мельницы размером 4X9,8 м каждая с двумя центробежными сепараторами.

В ФРГ и Франции применяются двухкамерные трубные мельницы диаметром 2,8—3,6 м, производительностью до 100 т/ч. Удельный расход электроэнергии установки составляет 10—12 квт-ч/т при помоле до 10% остатка на сите № 008.

В зарубежной цементной промышленности применяется также способ одновременной сушки и помола сырья с вво­дом горячих газов в сепаратор и дробилку. Основное преиму­щество этого способа заклю­чается в том, что в мельницу поступает уже высушенное сырье, которое лучше разма­лывается. Материал вначале дробится и подсушивается в молотковой дробилке и затем направляется в сепараторы.

Важным фактором нор­мальной работы таких устано­вок (рис. 61) является поддер­жание стабильной температу­ры сырьевого материала, по­ступающего в мельницу, в пределах 70°С - При этом предотвра­щается переизмельчение мелких частиц и повышается произ­водительность установки. В табл. 34 представлены показатели работы указанных установок.

Таблица 34

Показатели работы помольных установок с одновременной сушкой материала в сепараторах и дробилках

Применяются также установки, в которых совмещены про­цессы мелкого дробления и сушки. Схема показана на рис. 62. Установка состоит из ударно-отражательной (или молотковой) дробилки, двухкамерной трубной мельницы, центробежного или проходного сепараторов и транспортного оборудования.

Сушильно-дробильным агрегатом служит малогабаритная ударно-отражательная дробилка.

В нее вводится горячий воздух из специальной топки или от­ходящие печные газы. Быстровращающийся ротор с укреплен­ными на нем билами сооб­щает газовому потоку тур­булентное и пульсирующее движение, увеличивая этим контакт его с материалом и обеспечивая интенсивную сушку.

Влажность загружаемо­го материала может дости­гать 12°/'о, остаточная влаж­ность готового продукта 0,2—1°/о. Удельный расход тепла на сушку и темпера­тура сушильного агента в зависимости от начальной и остаточной влажности со­ставляют соответственно 1100—1240 ккал/'кг влаги и 280—700°С, содержание фракций размером до 90 мк — 20—33%.

В табл. 35 приведена краткая техническая характеристика таких дробильно-сушильных агрегатов.

Установка, работающая по другой схеме (рис. 63), включа­ет молотковую дробилку, расположенную перед мельницей. Су­шильный агент одновременно подается в дробилку и в сепара­тор. Питание помольной установки осуществляется через сепа­
ратор. Крупные фракции из сепаратора поступают одновремен­но в обе камеры мельницы.

Установка оборудована двумя сепараторами. Производи­тельность такой установки 90 г/ч при помоле до 8—10% остат­ка на сите № 008, исходной влажности 4,8%, конечной влажно­сти 0,8%. Удельный расход электроэнергии 9,3 квт-ч/т.

На отечественных це­ментных заводах при помо­ле материалов по сухому способу в качестве класси­фикаторов применяют цент­робежные и проходные се­параторы.

Появляются и новые ус­тановки, где используют валковые мельницы - Общее давление на размалывая - мый материал в них — до 200 т. Они приспособлены для совместного помола и сущки сырьевых материа­лов влажностью до 15— 18%.

Возможная тонкость по­мола — от 6 до 30% остатка на сите № 008 в зависимо­сти от свойств размалывае­мого материала при производительности мельницы от 45 до 90—100 т/ч.

При помоле известкового мергеля средней твердости влаж­ностью около 8% до тонкости помола, характеризуемой 12% остатка на сите № 008, общий расход электроэнергии составля­ет для мельниц средней величины (диаметр чаши до 1400 мм) около 12 квт-ч/т. Мельницы больших размеров расходуют око­ло 10 квт-ч/т.

Валковые мельницы работают как сушильно-помольные аг­регаты с проточной циркуляцией горячих газов, имеющих тем­пературу до 550°С.

В валковые мельницы подается дробленый материал с вели­чиной не более 0,25 диаметра валков, что для больших сырье­вых мельниц соответствует максимальной величине кусков 60 мм.

Таким образом, с развитием техники сухого помола сырья в цементной промышленности продолжают все шире приме­няться высокопроизводительные мельницы, работающие в за­мкнутом цикле с сепараторами, совмещение процессов помола, мелкого дробления и сушки и упрощение схем помола.