Процесс измельчения в производстве вяжущих материалов

Частицы < 3 мкм нежелательны, они  настолько быстро гидратируются, а  при затворении водой растворяются. И вообще частицы < 10 мкм технологически неудобны, трудно осаждаются из воздуха. Даже если удается осадить такие частицы актива с поверхности покрывается пленкой гидратов и карбонатов.

Назначая тонкость помола нужно  помнить, что с повышением помола больше энергии. Материал должен находиться в мельнице, а значит, производительность тоже падает.

В заводских условиях применяют  трубные мельницы длиной 3-6 d. А шаровые >2d. Эти мельницы могут работать по открытому или замкнутому циклу.

Если по открытому, то материал проходит цикл однократно, по этой схеме материал содержит как недоизмельченные так и переизмельченные, неоднородность состава, по этому такой вид помола предусматривается для рядовых цементов.

Если предъявляются высокие  требования к зерновому составу, то применяется замкнутый цикл. Предусматривается пластификация в сепараторах и возврат выделенной крупы в мельницу на домол. Частицы, имеющие размер менее заданного выносятся из сепаратора и осаждаются в пылеосадительных установках, а после подаются в силоса.

После такого помола цемент имеет  стабильные свойства при хранении и  транспортировании. В мельницах  замкнутого цикла меньше изнашиваются мелящие тела, развиваются меньше температуры и мельница меньше перегревается. При работе мельниц повышается температура (до 150^оС иногда больше).

В следствии перегревания мельниц  могут происходить нежелательные  последствия:

из материала испаряется гигроскопическая влага;

частично или полностью дегидратируется  гипс;

измельченный цемент начинает гидратироваться, налипает на шары и корпус мельницы и замазывает щели в межкамерных перегородках (мельница запаривается) и перестает измельчать материал;

горячий цемент имеет свойство быстро схватываться, получается цемент быстряк. Он может схватываться  в трубопроводах, зависать в силосе при хранении, а при изготовлении растворов и бетонов они быстро схватываются. Такой горячий цемент отпускать с заводов не разрешается.

 Для снижения температуры  внутри мельницы проводится аспирация  – это просасывание через мельницу большого количества воздуха со скоростью 0,3-0,7 м/с. воздушный поток подхватывает и уносит из мельницы, наиболее тонко измельченные продукты, уменьшается налипание и этим улучшается условие помола. Применение аспирации увеличивает производительность на 20-25%.

Если этого приема недостаточно, то производят разбрызгивание воды на корпус мельницы.

Если первые два способа не помогли, то можно использовать водяное охлаждение внутренней полости, через форсунки под большим давлением просачивается  вода в виде капель. Они попадают на футеровку и мелящие тела, мгновенно испаряются и охлаждаются. Образующиеся пары удаляются вместе с воздухом. Через эти же системы можно вводить интенсификаторы помола, водные растворы, ПАВ, а также вводятся пластифицирующие или гидрофобные добавки. Таким образом, гидрофобный и пластифицирующий помол.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технологическая  часть

 

В основном используются следующие  технологические схемы: помол клинкера по открытому циклу и помол  в замкнутом цикле с последующей  классификацией получаемого материала.

Технологическая схема  по открытому циклу объективно считается  устаревшей, хотя на отечественных  цементных заводах еще используется достаточно широко.

Трубные шаровые мельницы с открытым циклом измельчения в промышленности строительных материалов применяются в основном на цементных  заводах. Их применяют как для помола сырьевых материалов, так и для окончательного помола цементного клинкера. Наиболее распространены трубные мельницы размером 2,2*13 и 2,55*13, 3,2*8,5 и 3,2*15 м. Серийно так же выпускаются мельницы размером 4*13,5 и 4,5*16 м. Мельницы размером 2,2*13 и 2,55*13 в наше время не выпускаются. Их производительность при помоле цементного клинкера до остатка 8-10 % на сите № 008 достигает соответственно 90, 50, 25 т/ч. Такие мельницы приводятся во вращение двигателями соответственно 3200, 2000, 1000 кВт.

В этих мельницах достигается наиболее полное измельчение материала(сравнительно с шаровыми мельницами открытого  типа) за счет длительного пребывания материала в барабане. В этом случае отпадает необходимость в классификаторе, однако работая в режиме повышенного энергопотребления, имея впечатляющие габаритные размеры и производительность, качество портландцемента, получаемого с использованием трубных мельниц, оставляет желать лучшего.

Помол цементного клинкера до удельной поверхности 3000 см²/г является естественным пределом для трубных мельниц открытого цикла. Получение более высокодисперсного материала на данном оборудовании не имеет смысла по причине увеличения расхода энергии, необходимой для измельчения материала, повышения температуры измельчаемого материала (в некоторых случаях до 200°С, обычно до 120-150°С), большого количества переизмельченного материала, ускоренного износа мелющих тел (шаров), броневых плит. По этим причинам трубные мельницы открытого цикла, являясь, безусловно, устаревшим оборудованием на цементных заводах, имеющих возможность обновления технологического оборудования, заменяются шаровыми мельницами, работающими по замкнутому циклу.

Трубные мельницы бывают :

-однокамерные;

-многокамерные;

В своем курсовом проекте  я буду рассматривать двухкамерную трубную мельницу размером 3,2*15 м  с центральным приводом. Ее общий  вид показан на чертеже. Эти мельницы предусмотрены как для мокрого, так и для сухого помола.

На втором рисунке представлен  разрез мельницы(без приводного устройства).

Принцип работы мельницы сводится к  следующему: материал, подлежащий измельчению, при посредстве дозаторов подается в приемную воронку 1 и через питатель 2 в трубошнек 3, установленный в полой цапфе загрузочного днища 4, и далее в первую камеру мельницы. По мере измельчения материал продвигается к межкамерной перегородке 5 и через щели в ней, а затем через отверстия 6 поступают в сборный кожух 7. Собирается в нижней его части, откуда при посредстве элеватора подается в сепараторы.

Выделенные в сепараторах тонкие фракции по аэрожелобам  поступают  в пневматические камерные насосы, которыми подаются в силосы.

Недоизмельченный материал(крупка) при посредстве аэрожелобов подается во вторую камеру мельницы, через приемный патрубок 8 и затем при посредстве лопастей 9 поднимается, ссыпаясь потом на конус 10, который направляет материал во вторую камеру. При перегрузке материалом второй камеры часть крупки может быть направлена снова в первую камеру.

В процессе работы мельницы при ударе  шаров о материал происходит интенсивное   выделение тепла и вследствие этого нагревание клинкера и выделение паров воды, что вызывает замедление процесса помола. С целью предупреждения указанного нежелательного явления мельницу непрерывно аспируют путем отсоса из нее нагретого запыленного воздуха, который затем очищается в циклонах и фильтрах.

В случае необходимости рассматриваемая  мельница может быть приспособлена для работы по открытому циклу. С указанной целью отверстия 6 закрываются крышками и материал направляется через отверстия в перегородке 5 во вторую половину кожуха, откуда посредством лопастей 9 и конуса 10 направляется во вторую камеру. По мере измельчения материал выходит из мельницы через отверстия в решетке 11 и с помощью радиальных лопастей 12 и конуса 13 направляется в полую цапфу 14 разгрузочного устройства. Далее готовый материал поступает в разгрузочный потрубок  15 и затем через окна 16 падает на сито 17. Раздробленные мелющие тела задерживаются на сите и отводятся к месту складирования.

Пустотелый цилиндрический барабан  мельницы изготавливается из стальных листов, соединенных между собой сваркой. Внутренняя поверхность барабана облицована футеровочными бронеплитами, отлитыми из марганцовистой стали или из отбеленного чугуна. С торцов корпус закрыт литыми стальными днищами, центральные части которых выполнены в виде цапф; последними барабан опирается на подшипники, охлаждаемые водой.   

Первая камера по ходу движения материала футерована волнистыми плитами и на 23-28%, в зависимости от объема самой камеры, заполнена шарами, а вторая имеет гладкую футеровку и загружена шарами на 30-40%.

Диаметр шаров в зависимости  от величины кусков загруженного материала колеблется от 60 до 120 мм. При работе по открытому циклу материал измельчается до 0,5 мм. Для получения более тонкого продукта мельницы работают в замкнутом цикле с воздушным сепаратором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основы расчета При вращении шаров вместе с барабаном на каждый шар действует сила тяжести G (рис.18, г),

 рис.18

неизменная по величине и направленная вертикально вниз, и центробежная сила инерции Р, направленная по радиусу и непрерывно меняющая свое направление при вращении барабана. В точке А на шар действуют совпадающие по направлению сила тяжести и центробежная сила. В точке В шар прижат к барабану центробежной силой и радиальной составляющей силы тяжести, а в точке С — только центробежной силой. Тангенциальная (касательная) составляющая силы тяжести, стремящаяся сдвинуть шар, уравновешивается подпирающей силой расположенных позади шаров. Качение шаров также не происходит, так как в слое шары прижаты друг к другу, а при качении они должны вращаться в одном направлении, т. е. соприкасающиеся точки смежных шаров должны двигаться в противоположных направлениях, преодолевая большие силы трения скольжения (рис. 18, д). Выше горизонтальной плоскости, проходящей через ось барабана, в любой точке D, расположенной между точками С и Е, радиальная составляющая G1 от силы тяжести G стремится оторвать шар от барабана. Отрыв происходит, как только G1 сравняется по значению с Р. Если это равенство возникает лишь в критической точке Е, то шар не отрывается и весь слой шаров вращается вместе с барабаном:

Направленная по радиусу центробежная сила инерции (Н):        

 

                                 Или

                       

где m — масса шара, кг; G — сила тяжести шара, равная mg,

g — ускорение силы тяжести, м/с2; R — радиус окружности, описываемой центром тяжести шара, м; ω — угловая скорость шара, рад/с; п—частота вращения шара с барабаном, с-1; υ—окружная скорость шара, м/с.

Отрыв шара произойдет при  условии, если

 

          

                    

откуда получаем формулы  для расчета угловой скорости, окружной скорости и частоты вращения для любых значений угла отрыва а от 90 до 0° (принимая численное значение √g≈n):

 

           

 

При α=0 получаем критические значения скоростей, при достижении которых шары вращаются вместе барабаном, не отрываясь от него и не выполняя полезной работы:

          

 

где D — внутренний диаметр футерованного барабана мельницы, м. Теоретически наибольшую вертикальную проекцию траектории падения шары имеют при а=54°40΄.Подставив это значение угла отрыва а в формулы (ё), получим оптимальные значения скоростей (cos54°40΄=0,5784):

 

        

 

что отвечает условиям сухого помола.

Для мокрого помола с  учетом проскальзывания мелющих  тел (на 9% при диаметре барабана более 1,25 м и до 25% для барабанов диаметром менее 1,25 м) получим частоту вращения соответственно:

 

  и 

                           

При футеровке бронеплитами с продольными ребрами или цилиндрическими выступами, облегчающими подъем шаров,

 

 

В технической характеристике обычно указаны внутренние размеры (диаметр и длина) нефутерованного барабана, поэтому расчетный диаметр определяют по формуле

     

 

где Dб — внутренний диаметр нефутерованного барабана, м; δ — толщина футеровки, равная 2,9...3,1% от диаметра барабана, м.

      Масса мелющих тел. Эффективность работы шаровых мельниц зависит от степени заполнения барабана мелющими телами, которая характеризуется коэффициентом загрузки kз, представляющим собой площади поперечного сечения слоя загрузки А в спокойном состоянии к площади поперечного сечения барабана, т. е.

 

или отношение массы  загрузки к массе ее в объеме барабана, т. е.

     

где m—масса мелющих тел, кг; R— внутренний радиус футерованного барабана, м; L — внутренняя длина барабана за вычетом толщины перегородок, м; kp—коэффициент разрыхления загрузки (для стальных шаров и гальки kp=0,575, для стальных цилиндров kp=0,55); ρ—плотность материала мелющих тел (для стали ρ=7850 кг/м3, для кремневой гальки—2600 кг/м3); Lp—рабочая длина барабана (длина цилиндрической части), м; Ln—толщина межкамерной перегородки, разгрузочной диафрагмы, перегородки сепарирующего устройства, м; z—число перегородок; Dб,—внутренний диаметр нефутерованного барабана, м.