ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА И ХАРАКТЕРИСТИКА ДРОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

С дробления и измельчения сырьевых материалов начинает­ся технологический процесс производства цемента.

При дроблении добиваются такого уменьшения размеров кусков, при котором последующее их измельчение в помольных агрегатах происходит более эффективно и при меньших затра­тах электроэнергии. В этой связи следует отметить, что дроб­ление выгоднее осуществлять постадийно путем постепенного уменьшения размеров кусков материала в специально пред­назначенных для этой цели машинах.

Выбор схемы, а тем самым и оптимальной степени дробле­ния важен не только с технологической, но и с экономической точки зрения.

Известно, что в конечном продукте после первичного и вто­ричного дробления твердых известняков содержится значитель­ное количество крупных кусков материала, а это в итоге сни­жает степень дробления на каждой последующей стадии.

Между тем на многих цементных заводах .применяют в ос­новном не более двух стадий дробления сырьевых материалов, поэтому значительная часть продукта, поступающего на из­мельчение в трубные мельницы, содержит куски повышенной крупности—более 20 мм [6]. При такой крупности дробленых материалов, хотя несколько и удешевляется цикл дробления, ■но в то же время возрастает стоимость последующих операций тонкого измельчения.

Исследованиями В. К. Захваткина [7] и Б. Н. Дубровина [8] установлена зависимость роста производительности помольных мельниц от уменьшения исходной крупности материала. В частности, при уменьшении размеров кусков с 50 до 10 мм про­изводительность мельницы возрастает на 50%, ас 19 до 6 мм — на 31%.

Особое значение при этом приобретают рекомендации по применению при помоле кусков твердого известняка размером 10 мм. Целесообразно использование при помоле сырьевых ма териалов с крупностью куска до 15—'19 мм [9].

Используемые при дроблении машины-дробилки характери­зуются постоянно разомкнутыми дробящими деталями в отли­чие от мельниц, в которых возможен непосредственный контакт измельчающих деталей.

По технологическому назначению различают дробил­ки первичного, или крупного, дробления и дробилки вторично­го, или среднего и мелкого, дробления. Конструктивные осо­бенности дробильных машин определяются прежде всего их технологическим назначением.

По принципу действия дробилки подразделяют на два основных вида: а) с прерывным нажатием дробящих поверх­ностей за счет попеременного их сближения и удаления друг от друга (щековые и конусные); б) с непрерывным нажатием, при котором подвижные дробящие поверхности имеют постоян­ный зазор (валковые).

Ударные и молотковые дробилки, в которых дробление ма­териала происходит за счет ударного действия движущихся при высоких скоростях частей, образуют отдельную группу.

По конструктивным признакам дробильные машины в соответствии с классификацией, предложенной проф. J1. Б. Левенсоном, разделяют на:

1) щековые, дробящая щека которых совершает качание около неподвижной или перемещающейся в пространстве оси. Эти дробилки раздавливают, раскалывают и ломают куски;

2) конусные, дробящий конус которых качается в простран­стве около неподвижной точки. При сближении конусов мате­риал раздавливается, раскалывается и ломается;

3) валковые, в которых валки вращаются вокруг собствен­ных параллельно расположенных осей. В зависимости от фор­мы валков материал либо раздавливается, либо раскалывается;

4) молотковые, в которых материал дробится ударами мо­лотков, укрепленных на вращающихся с 'большой скоростью дисках. При этом молотки непосредственно раскалывают пада­ющие на них куски материала или же отбрасывают их с боль­шой скоростью на неподвижные брони, при ударах о которые куски разрушаются.

Бимые, характеризуемые выходом фракций крупнее 1200 мм со­ответственно до 1—2%, до 7% и выше 7%.

Буровзрывные работы с применением распространенных в настоящее время скважин диаметром 200—250 мм и соответст­вующей им сетки скважин не могут обеспечить дробление карбо­натных пород до кусков размером 500 мм даже при условии максимального использования энергии взрывчатых веществ. Это вызывает необходимость создания в горном массиве большого числа очагов разрушения, т. е. сужать сетки скважин при умень­шении их диаметра.

Зависимость как результатов дробления горных пород от сте­пени рассредоточения взрывчатого вещества во взрываемом мас­сиве, так и размеров сетки скважин от их диаметров свидетель­ствует о том, что степень дробле­ния пород является функцией при­нятого диаметра скважин. Из гра­фика (рис. 1) видно, что для пород средней дробимости при скважинах диаметром 150 мм максимальный размер куска достигает 1000 мм, а при скважинах диаметром 200мм— 1200—1300 мм.

Опыт применения скважин ма­лого диаметра дает основание пред­положить, что для получения кусков максимальным размером 500 мм при взрывании пород средней дро­бимости потребуется применение взрывных скважин диаметром 80— 100 мм. В первом приближении можно принять, что для легкодро - бимых пород максимальный размер куска 500 мм может быть получен при скважинах диаметром около 125—150 мм, а для труднодробимых пород 50—70 мм.

Поскольку бурить глубокие скважины диаметром 50—70 мм трудно, целесообразно буровзрывные работы для получения кус­ков заданного размера — 500 мм — проводить в первую очередь на легкодробимых и среднедробимых породах.

На карьерах цементных заводов качество дробления извест­няковых пород средней крепости и дробимости характеризуется максимальным размером куска 1200—'1300 мм при выходе нега­барита до 7%, что обеспечивает нормальную работу экскавато­ров с ковшом емкостью 3—4 ж[1] и дробилок с размером приемно­го отверстия 1500—2100 мм.

На карьерах США в дробилки первичного дробления направ­ляют куски сырьевых материалов, размеры которых на 30—50%

Меньше размеров приемных отверстий дробилки, что предотвра­щает возможность забивания дробилок.

Для крупного или первичного дробления всех видов цемент­ного сырья обычно применяют щековые, ударные, конусные, а также валковые и молотковые дробилки (последние — при дроб­лении мягких, хрупких и вязких пород).

В настоящее время цементные заводы СССР эксплуатируют более 500 дробилок различных конструкций, в том числе молот­ковых более 200; щековых около 100. С успехом применяются и валковые дробилки, количество которых уже превысило 80 шт.

На современных отечественных цементных заводах принята усовершенствованная двухстадийная схема дробления твердых материалов по открытому циклу ( см. ниже) с использованием двух дробильных машин — щековой и молотковой (рис. 2).

Мягкие пластичные сырьевые материалы, диспергируемые водой (мел, .глины и пр.), измельчают в две стадии: вначале их дробят в валковых дробилках, а затем измельчают и отмучивают в болтушках (рис. 3).

В цементной промышленности ряда зарубежных стран пере­работка сырья осуществляется как в две, так и три стадии, часто с использованием замкнутого цикла дробления с грохочением.

Для первой стадии дробления крепких и средней крепости из­вестняков на зарубежных цементных заводах также используют щековые, конусные и ударного действия дробилки, а при среднем дроблении известняка—'конусные дробилки типа «Саймоне» и «Гидрокон», обычные и .реверсивные молотковые дробилки. При­меняются на этой стадии дробления и ударные дробилки. Для дробления же мягких пород цементного сырья используют само­очищающиеся молотковые дробилки типа «Дикси» и валковые.

Обычно схему дробления выбирают, исходя из требований к гранулометрическому составу измельчаемого материала. Опре­деляется он по данным ситового анализа.

Для рассева материала крупнее 25 мм можно применить ка­чающиеся горизонтальные грохоты и ручные сита, а мельче 25 мм — лабораторные сита. Рассев проб осуществляют сухим или мокрым способом в зависимости от крупности материала и необходимой точности ситового анализа.

В результате ситовых анализов получают два основных пока­зателя: класс крупности и количество продукта данного класса ио весу (выход класса в %).

Гранулометрический состав сыпучего материала можно выра­зить и графически, т. е. построить кривые суммарных характери­стик крупности соответствующих продуктов.

Такие кривые строят в прямоугольной системе 'координат, при этом в определенном масштабе по оси абсцисс откладывают ве­личины .крупности зерен, а по оси ординат — выход отдельных классов пробы в процентах. На рис. 4 представлены кривые си­тового анализа двух проб. При этом вогнутая кривая характери-

Зует пробу, в которой материал раздроблен более мелко, а вы­пуклая— более крупно. Пользуясь подобным графиком, можно определить выход материала всех промежуточных классов круп­ности применительно к данной пробе.

Для определения гранулометри­ческого состава материала поль­зуются также седиментационным методом, предусматривающим раз­деление частиц на фракции по ско­ростям их падения в жидкой среде (для материалов крупностью от 50 до 5 мк), анализом под микроско­пом — для более мелких и тонкоди­сперсных материалов.

При выборе схемы дробления исходят из того, что крупное дроб­ление материалов должно обеспечи­вать выход продукта с верхним пре­делом крупности более 150—200 мм; среднее дробление включает опера­ции по уменьшению крупности ма­териала от 150—200 до 70—40 мм; мелкое — с 40—70 до 30—20 мм ;при открытом цикле и до 15— 5 мм при замкнутом цикле.

Эффективность процесса дробления принято характеризовать степенью дробления, т. е. отношением диаметра наибольших кусков исходного материала, поступающих в данную дробилку, к диаметру наибольших кусков в конечном продукте. Степень дробления можно определить по отношению ширины загрузочно­
го отверстия дробилки к ширине выходной щели. Для крупных и средних кусков цементного сырья и материалов в основном степень дробления составляет от 3 до 8, для мелких — от 10 до 30 и более. В случае увеличения крепости дробимого материала степень дробления уменьшается. По общей требуемой степени дробления судят о необходимом количестве стадий дробления с определенными степенями дробления в каждой.

Различают открытый и замкнутый циклы дробления цемент­ного сырья. В первом случае ни один из прошедших через дро - бил'ку кусков материала в нее вторично не возвращается. При замкнутом же цикле дробленый продукт поступает на грохот, где крупные куски отделяются и направляются затем вновь в дро­билку для дополнительного дробления.

,На отечественных цементных заводах применяется в основном открытый цикл дробления. Между тем можно считать установ­ленным, что дробление в замкнутом цикле с грохотом позволяет значительно повысить производительность помольных установок, улучшить качество получаемого продукта и снизить удельный расход электроэнергии.

Как видно из данных, приведенных в табл. 1, при двухстадий - нам дроблении сырьевых материалов по открытому циклу в це­ментной промышленности удельный расход электроэнергии со­ставляет в среднем: в щековых дробилках 0,57 квт-ч/т и в мо­лотковых 1,1 квт-ч/т; при одностадийном дроблении в молотко­вых дробилках 1,5 квт-ч/т-, в валковых дробилках 0,6 квт-ч/т. Следует отметить, что в других отраслях народного хозяйства расход электроэнергии на дробление материалов в подобных дробильных установках несколько меньше, хотя общие условия идентичны.

К сожалению, эксплуатируемые на цементных заводах дро­бильные установки работают недостаточно эффективно. Это под­тверждается тем, что из общей массы дробленого известняка, выходящей после щековой дробилки на Еманжелинском, Нижне­тагильском и ряде других заводов, от 40 до 60% составляют куски размером более 300 мм. Это, естественно, резко ухудшает работу молотковых дробилок вторичного дробления, поэтому куски материала после вторичного дробления остаются больши­ми. В частности, размер кусков после вторичного дробления до­стигает 50 мм, а содержание класса +20 мм в дробленом про­дукте на Еманжелинском заводе составляет 54% и на Магнито­горском— даже до 68% при низкой общей степени дробления.

Особенно низки технико-экономические показатели работы имеющихся одностадийных дробильных установок по зерновому составу дробленого продукта и среднему размеру кусков сырье­вых материалов, идущих на помол.

Пользуясь методикой, предложенной Береновым [10], можно графически изобразить распределение степени дробления по стадиям дробления цементного сырья (рис. 5). Этот график по-

Строен на основании приведенных выше (см. табл. 1) практиче­ских данных о степенях дробления известняка на цементных за­водах.

При этом номинальная степень измельчения для трубных мельниц принята равной 10, фактически же степень иізмель - чения будет значительно меньше.

В нижней части графика нанесены значения суммарного /расхода энергии в квт-ч/т продукта для всех предшествующих стадий дробления и измельчения. Заштрихованная часть меж­ду ломаными линиями показывает границы максимального и минимального расходов энергии.

Эти графики наглядно свидетельствуют о том, что отсутст­вие в технологической цепи третьей мелкой стадии дробления значительно влияет на суммарный расход энергии на дробление и измельчение цементного сырья.

Следует поэтому иметь в виду, что іпри выборе схемы дроб­ления и дробильных установок должен быть обеспечен подбор соответствующих степеней дробления. Только при правильном их подборе можно добиться требуемых результатов при мини­мальных удельных энергозатратах.

Очевидно, что схему работы дробильно-.размольных отделе­ний цементного завода надо подбирать индивидуально для каж­дого конкретного случая после анализа местных условий. При этом решающим фактором является учет фивико-чмеханических свойств сырьевых материалов, подвергающихся дроблению.

Ниже, в табл. 2, приведены исходные данные, позволяющие в зависимости от характеристики материала предварительно выбрать схему дробления и тип дробильного оборудования.

Окончательную схеіму дробления выбирают, учитывая дан­ные об экономической целесообразности данного способа пере­работки материалов. Схемы дробления разрабатывают на ос­нове лабораторных или промышленных испытаний сырье­вых материалов.

В - зависимости от физических свойств сырьевых материалов, а также от принятого способа их транспортирования с карьера, дробильное оборудование устанавливают непосредственно на карьере или на цементном заводе. При переработке известня­ков с глинистыми включениями на карьере осуществляют толь­ко крупное дробление, а среднее дробление — на заводе.

Анализ данных работы действующих дробильно-іразмоль - ных отделений цементных заводов показывает, что наилучшие результаты при измельчении твердого цементного сырья дости­гаются іпри одностадийном крупном дроблении, одно - или двух - стадийном среднем дроблении и одно - или двухетадийном тон­ком измельчении.

В целях усовершенствования процесіса дробления сырья, по­лучения более мелких фракций дробленого продукта и повыше-

Ния производительности сырьевых мельниц Гинроцементом ре­комендовано:

А) «а новых мощных цементных заводах, которые будут по­строены в текущем семилетии, дробить сырьевые материалы по следующим схемам:

Для очень твердых мате­риалов— 1-я стадия— конусная дробил­ка; 2-я стадия — конусная дро­билка; 3-я стадия — конусная дробилка с последующим гро­хочением; для материалов средней

Твердости — 1-я стадия — щековая дробил­ка; 2-я стадия — двухроторная молотковая дробилка; для мягких сырьевых ма­териалов — 1-я стадия — щечно-валковая дробилка; 2-я стадия — само­очищающаяся молотковая дро­билка;

Б) для проектируемых цементных заводов рекомендовать применение схем двухстадийного дробления с внедрением дро­билок ударно-отражательного типа.