ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ГРОХОЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Выше уже отмечалось, что одним из 'недостатков двухста - дийных схем дробления твердых сырьевых материалов являет­ся отсутствие эффективного отбора - крупных кусков материалов, особе! II10 после вторичного дробления, что н конечном счете сказывается на производительности мельниц. Поэтому для вы­деления крупных фракций дробленого продукта рекомендуется подвергать конечный продукт грохочению, классифицируя та­ким образом дробленый продукт.

На отдельных цементных заводах. к 'грохочению продукта дробления прибегают почти на всех стадиях дробления, исполь­зуют грохоты и при тонком измельчении материалов.

В ряде случаев перед первичным дроблением для грохоче­ния твердых сырьевых материалов крупностью до 1000 мм и вы­деления из них фракций, не подвергающихся дроблению (<160—200 мм), применяют стационарные неподвижные ко­лосниковые решетки-грохоты и тяжелые качающиеся колоснико­вые питатели-грохоты.

Наклонные стационарные решетки-грохоты, устанавливае­мые перед щековыми дробилками, весьма просты по конструк­ции и состоят из наклонно расположенных 'металлических ба­лок. Поступающие на грохот крупные куски 'материала спол­зают по наклонной плоскости, а мелкие — проваливаются между балками и не попадают в дробилку.

Качающиеся колосниковые питатели-грохоты тяжелого типа хорошо зарекомендовали себя на цементных заводах.

'Колосниковый питатель-грохот (рис. 27) состоит из двух от­дельных колосниковых систем, подвешенных на тягах к опорным балкам, приводимым в движение от эксцентриково-шатунных механизмов. При этом колосники, движущиеся вперед, несколь­ко приподнимают транспортируемый материал и медленно про­талкивают его. Колосники же, движущиеся назад, проходят под транспортируемым материалом в направлении, обратном дви­жению материала. Мелкие куски материала проваливаются между колосниками и поступают на транспортер, минуя дробил - ку.

Техническая характеристика колосниковых питателей-грохо­тов, применяемых в цементной промышленности, представлена в табл. 18.

На заводах принят следующий режим грохочения: крупное — на колосниках и решетках с отверстиями 300—150 мм, среднее 150—25 мм, мелкое—25—3 мм, тонкое — на ситах с отверстия­ми менее 3 мм. С учетом этих параметров машиностроительные заводы выпускают грохоты тяжелого, среднего и легкого типа, которые с успехом применяют на отдельных стадиях переработ­ки материалов.

Таблица IS Техническая характеристика качающихся питателей-грохотов

Завод- изготовитель

Ширина питателя в мм..........................

Длина „ „ „ ............................................

Максимальные размеры кусков, по­ступающих на питатель, в мм, до. .

Угол наклона в град.............................

Производительность (по известняку)

В т/ч..........................................................................................

Ход колосников в мм.............................

Мощность установленных электро­двигателей в кет

Общий вес (без электрооборудова­ния) ВТ

Особое место среди различного типа грохотов занимают вибрационные; их и чаще применяют. Эти грохоты выпускаются однодечными и двухдечными. Более совершенна конструкция ■самоцентрисующихся грохотов с одной парой подшипников.

Вибрационные грохоты (рис. 28) применяются для грохоче­ния как мелких (от 0,1 мм), так и крупных твердых'материалов (до 250 мм). При мокрой 'классификации их можно использо­вать и для более тонкого грохочения. В табл. 19 приведена тех­ническая характеристика отдельных типов вибрационных грохо­тов, рекомендуемых « 'применению на цементных заводах.

Плоские качающиеся грохоты используются для грохочения твердых материалов с исходной крупностью не 'более 100 мм. Один из недостатков таких грохотов— 'повышенная 'вибрация.

При 'грохочении 'крупных <и влажных материалов требуется большая амплитуда 'Колебаний при малом числе оборотов при­водного вала. При грохочении мелких и легко классифицируе­мых материалов рекомендуется работать с малыми амплитуда­ми.

Практика показала, что целесообразнее 'применять двухдеч - ные грохоты, так как при этом возрастает производительность и увеличивается срок службы нижней сетки.

При грохочении твердого мелкого материала большое влия­ние оказывает его влажность. Если частицы влажного материа­ла слипаются и не расслаиваются, то происходит залипание отверстий сита. При этом мелкие частицы прилипают к поверх­ности 'крупных кусков и остаются на них, не просеиваясь — классификация прекращается.

Для улучшения условий классификации влажных материа­лов и предотвращения залипання отверстий сит применяют раз­личные способы очистки. Наиболее простым из них является электрообогрев сит.

Методика определения производительности и эффективности грохочения разработана советскими учеными JI. Б. Левенсоном и 3. Б. Канторовичем. Большие экспериментальные работы и теоретические 'исследования выполнены институтом Механобр (Олевский, Андреев и др.) [26].

Производительность вибрационных грохотов рассчитывается по формуле [21]

V = 0,4 + 0,65 Fgtffo м3/ч,

Где F — площадь сита в м2;

Gі — удельная производительность в м3/м2/ч (табл. 20);

Zj—коэффициент, учитывающий процентное содержание продуктов нижнего класса в исходном материале (табл. 21);

Z2 — коэффициент, учитывающий процентное содержание ■зерен нижнего класса размером менее половины раз­мера отверстия сита (табл. 21).

8

— тг

I

Вязкие и пластичные сырьевые материалы (мел, мягкий мер­гель и глина), легко диспергируемые водой, измельчают в не­сколько стадий: первая — дробление в зубчатых валковых или молотковых дробилках; вторая — измельчение и отмучивание в болтушках и третья — помол в трубных мельницах.

Болтушка (рис. 29), техническая характеристика которой дана в табл. 22, представляет собой бетонный резервуар дма-

Метром 5—12 м и глубиной 1,8—5,5 м. В центре резервуара на бетонном фундаменте расположен вертикальный вал, на. кресто­вине которого подвешены стальные зубчатые бороны. Посред­ством зубчатой передачи вал с крестовиной и боронами при­водится во вращение. При этом бороны и зубья разбивают по­ступающий в болтушку материал и перемешивают его с водой. Измельченный материал превращается в сметанообразную пульпу-шлам и через боковое отверстие с решеткой поступает в отводной приямок.

В табл. 23 приведены результаты испытаний болтушек с ручным управлением процессом приготовления шлама. Маши­нист болтушки на глаз определяет качество выходящего шлама и в соответствии с его текучестью регулирует подачу воды в болтушку; при этом, естественно, наблюдаются большие коле­бания всех показателей качества шлама.

Обычно влажность глиняного шлама, приготовленного в болтушках, 60—70%, а імелового 35—42%. При этом удельный съем шлама с 1 м3 болтушки выражается (по сухому материа­лу) для мела 0,5—0,6 г/ч и для глины 0,2 т/ч. Расход электро­энергии на приготовление шлама в болтушках достигает 0,75— 1 квт-ч на 1 т мела и до 3 квт-ч/т глины.

Очевидно, что повышенная пластичность и естественная влажность пород создает серьезные технологические трудности при их переработке и особенно транспортировании.

Наиболее перспективной технологией переработки и транс­портирования мягких пород цементного сырья следует считать гидромеханизацию с использованием гидромониторов или схе­мы с применением отдельных механизмов для переработки ма­териала по мокрому способу.

Опыт промышленного транспортирования по трубам глини­стых гидросмесей с карьера на завод (Белгородский, Ново - Здолбуновский, Каспский и другие цементные заводы) пока­зал, что помимо экономической целесообразности гидромехани­зация поможет решить основные задачи, связанные с разработ­кой и транспортированием мягких видов сырья.

Добываемое сырье доставляют к расположенным на карье­ре болтушкам в транспортных емкостях, а шлам по трубам транспортируют на цементный завод для домалывания. Такая схема позволила сократить количество операций и уменьшить пробег колесного транспорта.

Внедрение прогрессивных технологических схем добычи и приготовления сырьевых шламов из мягких пород с последую­щим гидротранспортированием шлама по трубам вызвало необ­ходимость использования новых видов дробильно-измельчитель - ного оборудования [27 и 28].

Дело в том, что для создания оптимальных условий гидро­транспортирования породы необходимо рационально органи­зовать подготовку водогрунтовой смеси, т. е. процесс приготов­ления пульпы.

Установлено, что размываемость породы зависит от ее свойств: гранулометрического состава, пористости и коэффи­циента сцепления частиц. Поэтому гидромониторный процесс пульпоприготовления эффективен только при несвязных (сыпу­чих) хорошо размываемых породах, так как размыв определя­ется в данном случае не только величиной динамического уда­ра струи, но и проникновением воды в поры между частицами (динамическая фильтрация), которое нарушает силы взаимо­действия (силы трения) между ними.

Рыхлые породы с высокими фильтрационными свойствами, характеризующиеся почти полным отсутствием сил сцепления между частицами, под действием струи гидромонитора легко распадаются на отдельные элементарные зерна и образуют хо­рошие с точки зрения гидротранспортирования водогрунтовые смеси.

Работы по выбору наиболее эффективных механизмов для дезинтеграции и пульпоприготовления при разработке пластич­ных видов цементного сырья (мел, глина) велись в двух направ­лениях:

А) измельчение породы с целью получения гетерогенной гидросмеси суспензионной среды с частицами, максимальный размер которых не более 100 мк, и кускового материала, макси­мальный размер. кусков которого не превышал бы 30—40 мм;

Б) измельчение породы для получения в смеси с водой гру - бодисперсных однородных суспензий, максимальный размер ча­стичек в которых не превышал бы 100 мк.

Наиболее эффективно удалось решить вторую задачу по­средством применения мельницы роторного типа конструкции канд. техн. наук А. С. Сладкова. В этой мельнице исполь­зован принцип абразивного измельчения материала, что позво­ляет измельчать мягкие породы в одну стадию. Мельница-ме­шалка состоит из барабана, внутри которого вращается ротор дезинтеграторного типа (рис. 30).

Материал поступает в мешалку через загрузочную воронку вместе с водой. При вращении ротора со скоростью 250— 400 об/мин куски материала дробятся до крупности 50—70 мм и затем, интенсивно перемешиваясь в водной среде внутри мельницы - мешалки, окончательно измельчаются в результате соударений и взаимного трения, а также при ударах о поверх­ность кожуха и о билы ротора.

Продукты измельчения мела или глины после смешения их с водой в виде шлама выходят из мельницы-мешалки через бо­ковые сита.

Опыт эксплуатации мельниц-мешалок показывает, что ма­териал эффективно измельчается только тогда, когда ротор достигнет соответствующей скорости вращения, обеспечиваю­щей необходимую интенсивность перемешивания гидросмеси.

Испытание роторной мельницы-мешалки с размером ротора диаметром 700X3000 мм (на глине и меле) показало, что дости-

Удельный расход электро - в мельницах-мешалках со­ставил 0,6—0,8 квт-ч/т для мела и до 2 квт-ч/т для гли ны [27].

БО^орф 1 +tx

Где Q—производительность мельницы - .мешал­ки в условиях нор­мального режима работы в т/ч по сухому материалу; V — объем мельницы в м3;

° — удельный вес гид­росмеси в т/м3\ р — количество твердо­го вещества в гид­росмеси в долях единицы;

<!> — безразмерный коэффициент, учитывающий крупность сырья (значение от 0,5 до 1 при остатке на сите с от­верстиями диаметром 100 мм от 100 до 0%);

Tx — кинетический параметр, численно. равный времени, которое необходимо для размола 50% исходного ма­териала до требуемой крупности в принятых услови­ях, в мин;

<7 — количество готового продукта в исходном сырье (по данному контрольному ситу) в т/ч по сухому веще­ству.

В соответствии с технологическими нормативами по тонко­сти помола цементный шлам должен содержать не более 1°/о остатка на сите № 021 и до 10% остатка на сите № 008. Поэто­му шламовую пульпу, получаемую из мягких пород цементного сырья и содержащую после болтушек крупные «фракции, допол­нительно доизмельчают в трубных мельницах. При этом значи­тельная часть материала, поступающая в мельницу. и содержа­
щая, наряду с крупными фракциями шлама, и тонкие фракции, не нуждается в доизмельчении.

С учетом этого следует считать целесообразным классифи­кацию шлама с отсевом крупных фракций и их доизмельчением в мельнице [30].

На рис. 31 представлена схема замкнутого цикла измельче­ния мягкого материала в болтушках с применением виброгро­хочения шлама.

В этой связи представляют интерес работы, проведенные на ряде цементных заводов, в ходе которых испытывались ука­занные схемы. При этом применялись грохоты с сетками, име­ющими ячейки 1; 0,6X0,8; 0,4X0,5 и 0,3 мм, в частности одно - дечный гидрационный грохот завода им. Котлякова (Ленин­град) марки 2ГГО-2. Ниже приведена его техническая харак­

Теристика.

Размер сита...................................................................... 800 X 1600 мм

Полезная площадь сита................................................... 1,2 м2

TOC \o "1-3" \h \z Возможные углы наклона........................................................... 0—30°

Число оборотов вала....................................................... 1500 об/мин

Эксцентрицитет вала................................................................... 2 мм

Амплитуда колебаний короба....................................................... 4 „

Установочная мощность.......................................................... 3,2 кет

Результаты испытаний виброгрохотов с сеткой 1 мм пока­зывают (табл. 24), что если в подситных фракциях после виб - рогрохочения содержится незначительное количество крупных частиц, то необходимость доизмельчения шлама в сырьевых мельницах отпадает.

Испытание указанных выше схем на Амвросиевском цемент­ном заводе показало, что виброгрохочение дает возможность получить шлам нормальной текучести. При этом удельная про­
изводительность (при сите с отверстиями 0,39X0,39 мм и ча­стоте вибрации 1900 в мин) грохота составила на:

Шламе из мергеля...........................

„ „ мела I..................................

„ „ „ II.... * . . „ „ Краматорского сырья

По предварительным экономическим подсчетам, сделанным в Южгипроцементе, на Амвросиевском цементном заводе при схеме приготовления сырьевой смеси без применения сырьевых мельниц по замкнутому циклу (болтушки-виброгрохоты) по­лучаемая экономия составляет 32 коп. на 1 г клинкера по срав­нению с обычным способом приготовления шлама в болтушках с последующим помолом, в сырьевых мельницах.

Таким образом, применение вибрационных грохотов при переработке мела и глины дает возможность значительно со­кратить стоимость приготовления шлама и уменьшить капита­ловложения на постройку новых цементных заводов.

На ряде цементных заводов болтушки работают в замкну­том цикле с гидроциклонами, в которых шлам классифицирует­ся под действием центробежной силы. Схема с гидроциклонами

Наиболее приемлема при получении шлама из мягких пород сырья, со­держащих примеси тонкозернистых карбонатов кальция, остатки микро­организмов, зерна кварца и полево­го шпата.

Исходный шлам под давлением подается в гидроциклом (рис. 32) по питающему патрубку du ус­тановленному тангенциально непос­редственно под днищем - Под дейст­вием главной действующей силы, которой является центробежная си­ла, возникающая благодаря танген­циальной подаче питания, сравни­тельно крупные и тяжелые частицы отбрасываются к стенке гидроцик­лона и затем разгружаются через нижний патрубок d„. Более мелкие, легкие частицы выносятся со вли - вом через верхний патрубок dB. Расчет гидроциклонов сводится [31] в основном к определению основных геометрических разме­ров и показателей, характеризующих их работу, а именно, про­изводительности, минимальной крупности разделения, выхода продуктов разделения и эффективности классификации.

На основании лабораторных данных и заводских испытаний
на Белгородском цементном заводе Южгипроцементом состав­лена номограмма (рис. 33) для определения основных конст­руктивных размеров гидроциклона при его работе с давлением 2,5 атм и углом конусности 15°.

Ход классификации сырьевых материалов в гидроциклонах в основном зависит от реологических свойств шлама; наиболь­шую постоянную вязкость шлам имеет при практически нераз­рушенной структуре, а наименьшую постоянную вязкость — при предельно разрушенной структуре.

Институтом Южгипроцемент были проведены исследования реологических свойств сырьевых материалов Белгородского, Краматорского, Балаклейского, Амвросиевского, Вольских и ряда других заводов. В результате этих исследований (рис. 34)
была выведена зависимость между наименьшей постоянной вяз­костью предельно разрушенной структуры и влажностью шла­ма для ряда сырьевых материалов,

Глинистое вещество в основной своей массе состоит из ча­стиц размером 0,005 мм, которые отличаются большой прочно-

Стью, повышенными ад­сорбционной способно­стью и набуханием по сравнению с частицами известнякового компонен­та, а следовательно, и большей вязкостью и во - доудерживающей способ­ностью.

Так как глинистый компонент в сырьевой смеси составляет при­мерно 20—25%, ют него в существенной мере зави­сят классифицирующие свойства шламов — он увеличивает их вязкость. Однако в отдельных слу­чаях глинистый компо­нент может оказать и об­ратное действие. Так, производственная теку­честь глиняного шлама Белгородского цементно­го завода достигается при влажности 46,5%> ме­лового— при влажности 56—58%. Если же доба­вить в меловой шлам до 20% глиняного шлама, то получится та же текучесть глино-ме - лового шлама при влажности 40,5—41%. Добавка глины в ме­ловой шлам Балаклейского цементного завода в пределах 20— 25% позволяет получить глино-меловой шлам с влажностью 44—46% (при влажности глиняного шлама 60 %! и мелового 52%).

Следовательно, зная реологические свойства сырьевых ма­териалов, можно судить о возможности классификации их в гидроциклонах и наметить пути регулирования этого процесса.

Основываясь на результатах большого количества исследо­ваний, проведенных на шламах различного состава, Южгипро - цемент рекомендует шлам из болтушек подавать в гидр они кло­ны, где он будет классифицироваться. В процессе классифика­ции влажность готового продукта увеличится на 1,5—2,5% и
соответственно уменьшится влажность продукта, направляемо­го в мельницу на домол.

В связи с тем что в шламе, поступающем на домол, много крупных частиц, его водопотребность снижается и требуемая текучесть достигается при сравнительно пониженной влаж­ности. При дальнейшем измельчении его в мельнице, несмотря на резкое увеличение общей смачиваемой поверхности, теку­честь шлама не уменьшается, так как наряду с измельчением разрушается структура сырья, что снижает его вязкость. Гото­вый продукт из гидроциклона, минуя мельницу, подается в приямок насосной станции, .куда поступает также шлам после помола в мельнице.

По приведенной схеме на Белгородском цементном заводе была введена в действие промышленная установка, состоящая из двух гидроци'клонов с d=350 мм.

Чтобы установить оптимальные параметры процесса, Юж­гипроцемент провел промышленные испытания, результаты ко­торого приведены в табл. 25.

Эти испытания позволили установить следующее:

1) результаты классификации зависят от отношения диамет­ра нижнего патрубка к диаметру верхнего патрубка. При уве­личении сечения верхнего патрубка повышается количество крупных частиц в верхнем сливе (готовый продукт), произво­дительность гидроциклона и выход верхнего слива возрастают;

2) оптимальным предельным давлением следует считать 2,5—3,5 аглі;

3) конечная влажность шлама при работе 'мельниц по дан­ной схеме не изменяется.

На Кричевском цементном заводе для обогащения глиняно­го шлама (счистка глины от песка) были установлены гидро­циклоны конструкции НИИЦемента диаметром 150 мм.

В процессе испытаний, результаты которых приведены в табл. 26, установлено, что гидроциклон может хорошо очищать гли-ну с запесоченностью 30% (первоначальный остаток «а си­те № 02—15%, после обогащения остаток на сите № 02—2— 3%), увлекая с песком до 10% глины в отбросы.

Таблица 26

Для более тонкой очистки шлама можно применять двух­ступенчатый процесс, тогда гранулометрический состав шлама будет соответствовать технологическим требованиям.

Следует отметить, что результаты указанных работ с внбро- грохотами и тидроциклонами не учитываются еще в должной степени при проектировании новых отечественных цементных заводов и реконструкции старых.