Урал-Омега - дробильно-сортувальне обладнання Гранулометричний склад портландцементів
А.В. Артамонів, к.т.н., М.С. Гаркаві, д.т.н., проф., Магнітогорський ГТУ, В.М. Кушка, інж, ЗАТ «Урал-Омега»
ГРАНУЛОМЕТРИЙ СКЛАД ПОРТЛАДЦЕМЕНТІВ ЦЕНТРОБІЖНО-УДАРНОГО ПОдрібнення
Традиційно подрібнення клінкеру та добавок в Україні проводять у кульових млинах, 90% яких працює за відкритим циклом. Це помольне обладнання, яке експлуатується на цементних заводах, є не лише зношеним фізично, а й давно застаріло морально. З цієї причини якість цементу, що залежить від його зернового складу, є нестабільною. За даними НИИЖБа [1] з 70 проб цементів різного виробництва, представлених для випробування, 48 проб показали перевищення міцності, а 22 не відповідали заявленій марці, В/Ц цементів вітчизняного виробництва коливається від 0,34 до 0,4.
Крім того, середній рівень питомих витрат енергії на подрібнення цементу в кульових млинах, що працюють без сепаратора, є неприпустимо високим і становить близько 50 кВтч/т.
Технологічні розробки, спрямовані на вирішення перелічених вище проблем, відомі: модернізація простору кульових млинів, застосування високоефективних сепараторів, встановлення пресвалкового подрібнювача, використання роликового та вертикального валкового млинів.
Подрібнювальні комплекси КІ на основі відцентрово-ударного млина МЦ добре зарекомендували себе при подрібненні матеріалів різної щільності (1,5-4 г/см3) та твердості (1-9 одиниць за шкалою Моосу). В даний час в Україні та країнах СНД перебуває в експлуатації понад 30 подрібнювальних комплексів з виробництва тонких порошків для різних цілей. Однак можливість застосування таких млинів як подрібнювачівклінкеру була досі не вивченою.
Принцип роботи МЦ полягає у прискоренні частинок матеріалу механічним шляхом та ударі їх про перешкоду. Оригінальним елементом відцентрового млина (рис. 1) є розроблений спільно з НВО «Центр» та запатентований повітряний опорний вузол – газостатична опора, яка забезпечує технічну досконалість та технологічні можливості обладнання [2]. Газостатична опора є дві напівсфери, які під тиском повітря, що нагнітається вентилятором 1, розходяться і утворюють "газовий підшипник". Опорна частина вузла підшипникового (статор 2) нерухома. На динамічній частині вузла (роторі) закріплений прискорювач частинок 3 і шток кріплення карданного валу, які наводяться в обертання електродвигуном 4. У газостатичній опорі відсутня механічна взаємодія елементів системи, і, отже, вібрація. Застосування такого елемента дозволило збільшити максимальну лінійну швидкість прискорювача обертання частинок до 100 м/с.
Мал. 1. Відцентровий млин МЦ
Вихідний продукт через завантажувальну лійку (5) потрапляє в розгону, що швидко обертається, де матеріал набуває високу швидкість. Отримавши необхідну кінетичну енергію, він подрібнюється за рахунок вільного удару про бронефутерування 6 і внаслідок взаємного зіткнення частинок.
Подрібнений матеріал підхоплюється повітряним потоком і прямує у вбудований класифікатор 7. У ньому матеріал поділяється на два класи: крупку та готовий продукт. Крупка повертається по похилому трубопроводу до центру прискорювача, а готовий продукт осідає далі в циклонах.
Тонкість помелу готового продукту оперативно регулюється швидкістю обертання прискорювача частинок, кутом нахилу лопаток сепаратора та швидкістюрух повітряного потоку.
При помелі клінкеру Магнітогорського цементно-вогнетривкого заводу спільно з гіпсовим каменем у напівпромисловому відцентрово-ударному млині (лабораторія ЗАТ «Урал-Омега») досягається економія енерговитрат залежно від режиму її роботи на 10-30% порівняно з трубним млином1 працюючої за відкритим циклом. Витрати на заміну зношуються деталей в МЦ (прискорювача, відбійних плит) 2 рази нижче в грошовому вираженні порівняно із заміною тіл, що мелють, і бронефутерування в кульовому млині. Можливість отримання цементу за даною енергозберігаючою технологією зажадала вивчення його зернового складу.
З метою визначення всього спектру зернових складів цементу, які можна отримати у відцентрово-ударному млині, було виконано повний двофакторний експеримент згідно [3]. З усіх факторів, що впливають на процес подрібнення, було виділено 2 найбільш значущі: кут нахилу лопаток сепаратора a, що регулює напрямок повітряного потоку в сепараторі; кут нахилу повітряної заслінки, що змінює швидкість руху повітря в камері подрібнення. Від цих факторів залежить час перебування матеріалу в млині, і, відповідно, зерновий склад продукту.
Мал. 2. Схема подрібнення матеріалу у млині МЦ
Виходячи з апріорної інформації та можливостей обладнання, було призначено рівні варіювання факторів. Для кута нахилу лопаток сепаратора a - 20-80 град та 0-90 град для кута нахилу повітряної заслінки β. Причому за 0 град нахилу заслінки забезпечується мінімальна швидкість руху повітря на камері подрібнення, а за 90 град – максимальна.
Виходячи з отриманих рівнянь регресії, побудовані лінії рівного рівня, представлені на рис. 3-7.
Мал. 3. Вміст часток розміром 0-5 мкм, %
Мал. 4. Вміст часток розміром 5-30 мкм, %
Мал. 5. Зміст частинок розміром понад 30 мкм, %
Мал. 6. Параметр n
Параметр Xe (рис 7) зменшується, що свідчить збільшення дисперсності частинок. Параметр n характеризує розсіювання часток по крупності та її збільшення свідчить про те, що зерновий склад продукту стає вужчим.
Висхідний повітряний потік, проходячи через лопатки сепаратора, змінює свій напрямок і відбувається його завихрення. Зі збільшенням кута нахилу лопаток сепаратора повітряний потік змінює свій напрямок більшою мірою. При цьому збільшується відцентрова сила, що діє на частинки, і зростає їх кількість, яка спрямовується на повторне подрібнення. Цим пояснюється збільшення дисперсності матеріалу зі збільшенням кута нахилу лопаток сепаратора. При відкритті повітряної заслінки (збільшенні кута нахилу β) зростає швидкість руху повітря в камері подрібнення, збільшується підйомна сила повітряного потоку, що діє частинки. З цієї причини більша кількість великих частинок потрапляє в готовий продукт, який стає грубішим. Повітряний потік також проходить через зону подрібнення змінюючи траєкторію руху частинок, які рухаються від розгінного пристрою до бронеплити. Тому зі збільшенням кута нахилу повітряної заслінки характеристики зернового складу погіршуються.
Слід зазначити, що цементи, отримані в МЦ , мають вужчий зерновий склад (n=1,1-1,4) в порівнянні з цементами, отриманими в кульовому млині. Відомо, що при подрібненні в трубному млині за відкритим циклом параметр n становить 0,85-1,1, а при роботі з сепаратором рідко досягає 1,2.
Підсумовуючи сказане, слід зазначити основні особливості зернового складуцементів відцентрово-ударного подрібнення, що полягають у наступному:
4) вузький зерновий склад.
Література: