Автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению,, диссертация на тему: Шаровые мельницы замкнутого цикла измельчения с повышенной продольной скоростью материала

автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.16, диссертация на тему: Шаровые мельницы замкнутого цикла измельчения с повышенной продольной скоростью материала

Автореферат диссертации по теме «Шаровые мельницы замкнутого цикла измельчения с повышенной продольной скоростью материала»

На правах, рукописи

ШАРАПОВ Рашид Ризаевич

ШАРОВЫЕ МЕЛЬНИЦЫ ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ С ПОВЫШЕННОЙ ПРОДОЛЬНОЙ СКОРОСТЬЮ МАТЕРИАЛА

05.02.16 — Машины и агрегаты производства стройматериалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Белгородской государственной технологии академии строительных материалов

доктор технических наук, профессор В.С.Богданов Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор М.А.Вердиян

кандидат технических наук, доцент Н.Д.Балера

Ведущая организация: Белгородский цементный завод

Защита диссертации состоится 23 июня 1995 года в 14.00 часов на заседании; диссертационного совета К 064.66.03 пр Белгородской государственной технологической академии строит льных материалов (303012, г.Белгород, ул.Костюкова 46, Глэен корпус, ауд.242)

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке городской государственной технологической академии строитель • материалов

Автореферат диссертации разослан

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблею. Эффективность производства непосред-¡твенным образом связана с совершенствованием технологического 1борудования, как вновь разработанного, так и модернизируемого га основе новейших научно-технических достижений.

Измельчение различных видов материалов является основной •отологической операцией при производстве в различных отраслях фомыштнности. При значительных объемах измельчения продукта сласса минус 100 мкм, во многих отраслях, базовыми помольными 1грегатами является шаровые мельницы, получившие такое широкое грименение вследствие простоты конструкции и обслуживания. Одним [з факторов, сдерживающих их широкое распространение, является >чень низкий к.п.д. мельниц, колеблгоийся в пределах 0,1-6)».

Производство цемента характеризуется высоким удельным расхо-iom энергии, который составляет 100 — 11Б кВт-ч/т, при атом на юлю помола сырья и клинкера затрачивается до 75* всей расходуемой энергии.

Учитывая низкий к.п.д. шаровых мельниц, потеря энергии только 1ри помоле в цементной промышленности составляют чвсколько млрд. tBT-ч в год.

Как показал мировой опыт, одним из наиболее перспективных i аправлений повышения эффективности работы шаровых мельниц открытого цикла измельчения является перевод их в замкнутый цикл гамельчания. Производительность традиционных мельниц замкнутого шкла регламентируется их пропускной способностью, что не позво-ияет в большем объеме увеличивав их эффективность. Решению этих задач и посвящена данная работа.

• Цель работа. Исследование шаровт мельниц замкнутого цикла »змельчения с повышенной продольной скоростью материала, обеспо-гаваших повышение производительности яа 10-12« и сток ние уде-

льного расхода аяектроэнерпш до 12-1 Б*; разработка методик ра чета основных технологических и энергетических параметров шаро мельниц замкнутого цикла с повышенной продольной скоростью мат рвала; разработка и внедрение в промышленность новых конструкц внутримельничннх анергооСценных в классЩнцирущих устройств.

Научная новизна работы заключается в разработке способа и мельчения материалов в условиях повышенной скорости материала методик расчета производительности шаровых мельниц замкнуто цикла с повышенной продольной скоростью материала и мощности п ребляемой приводом мельницы: разработке математической модели виде уравнений регрессии, позволяющие получить рациональные ко структивные, технологические и энергетические параметры шаровы мельниц замкнутого цикла измельчения с повышенной продольно скоростью материала; в создании патентно-чистых конструкций ви тримельничных внергообменных и класофщирупцих устройств, но визна которых подтверждена авторскими свидетельствами.

Автор защищает следующие основные положения:

1. Способ измельчения материалов в шаровых мельницах эамн нутого цикла измельчения с повышенной продольной скоростью гот во го материала.

2. Математическую модель расчета производительности шаров мельниц замкнутого цикла в условиях повышенной продольной скор тн материала.

3. 11атематическую модель расчета величины потребляемой мо ности шаровой мельницей с поперечно-продольным движением мелюш тел.

4. Математические модели в виде уравнений регрессий, позв лящие осуществить оптимизацию конструктивных, технологических внергетических параметров шаровых мельниц замкнутого цикла изм льчения с повышенной продольной скоростью материала.

6. Результаты зкстгериивят&лымх же следованна, проведенных в я5ораторта я щхнлшлеяпа условиях не варовых мельницах аамк-гтого шасле измельчения о повышенно* продольно! скоростью отошла.

6. Патентно-чистые конструкции внутри»льгагшых внергооб-)шш и класафщирупцих устройств шаровых мельниц, способов зиэльчения, обеспэчиващих повышение производительности на >-12* я снижение удельного расюда энергии при измельчении ма-5риалов в условиях повышенной продольное скорости до 12-16*.

Практическая ценность работы. Разработаны инженерная мето-пса расчета и соответствующее программное обеспечение расчета эхяологических и энергетических параметров работы паровых мель-вц замкнутого шасла с повышенной продольной скорость!) материала, озданы конструкции внутринельничных ввергообмеяных и классаХн-ирупцих устройств и способы измельчения в условиях повышенной родольной скорости материала, позволяющие повысить производите-ьность шаровых мельниц на 10-12* и снизить удельный расход энер-ия до 12-15*.

Внедрение результатов работы. Помольный агрегат с говышеп-ой продольной скоростью готового материала эксплуатируется с 968 года на ПО "Ахангарандамент". Экономия от внедрения на ме-[ьнице размером 3,2×16 м составила 96,6 тыс. руб. в год в цепах вриода внедрения. Экономия электроэнергии в год превысила 1,7 ии.кВт-ч.

Апробация работы. Основные положения диссертации в практи-тские результаты обсуждались и получили одобрение нас Все изгони научно-технически: конференциях в БТИСМ (1990, 1991)| Междугородной конференции в БТИСМ (1993), технических советах Агента-шнекого и Невьянского цементных заводов.

Публикации. По теш диссертация опубликовано 8 работ, поду чево 4 авторских свидетельства СССР на изобретения.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения пята глав, выводов по работе, списка литературы ( 129 найменова нил) и приложения, которые включают результаты теоретических ) вксперяментальных исследований в виде таблиц: акты внедрения I промышленных испытаний и расчет июномической эффективности. Об щий объем диссертации 159 страниц, содержащих 34 рисунка и 3 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение. Показана актуальность работы и изложены основные положения, которые выносятся на защиту.

Глава I. Предпосылки создания варовых мельниц замкнутоге цикла с повышенной продольной скоростью материала.

По мнению отечественных и зарубежных специалистов, основша размольным агрегатом в промышленности, для измельчение клинкера, в частности, будет являться шаровая мельница замкнутого цикла.

Если ранее применение замкнутого цикла рассматривалось, как средство повышения технико-экономических показателей работы мельниц при производстве цементов высокой дисперсности, то в настоящее время этот способ является необходимым условием осуществления процесса измельчения в мощных мельницах и при производстве рядовых цементов.

Развитие замкнутого цикла измельчения в шаровых мельницах осуществляется по следующий основным направлениям: -совершенствование схем и оборудования транспортирования продуктов помола на сепарацию;

-создание новых, высокоэффективных конструкций классифицирующих устройств и схем их компановки: -совершенствование конструкций мельниц.

Известно, что в парстшс кэльницах при различных реямах из-эльчепия в камере грубого измельчения,у мепшмерноЯ перегородки одэргатся до 403 таотец готового продукта, которые существенно ¡отлают эффективность процесса измельчения.

Таким образом, одам из осповяых направления совэрспенство-ания аарослх кэльшщ за'еттутого цикла является создание таких яутримелыпготых устройств, которые Он осудэствляли внутри. эль-ичнув классификации измельчаемого материала я обеспечивали его затаенную продольнуп скорость

Исходя из вышеизлогеиного, были сформулированы цель н зада-I диссертационной работы.

Глава II Величина циркуляционной нагрузки паровых гальпиц г за гутого цикла имеет больпое значение при обеспечении мякси-шшой эффективности измельчения. При малых значениях циркуля-гонных нагрузок в шаровых тльиицах имегт место негативные явлэ-[Я, присущие мельницам открытого цикла: переизгмльчение, и вслэ-:твие этого — залипание мэлкщх тел и Футеровки. Высотам цнрку-даошше нагрузки требуют больной пропускной способности кэлыгоц классификаторов и значительных затрат па транспортирование бо-зого количества материала.

В работе приводится ряд формул, опрэделягетс связь мзду ркуляционноЯ нагрузкой, конструктивным! элемонтамп иэлытацы п производительностью. Вывод сделан иа основе слэдупгпх гтртдпо-тяниП:

1) затраты энергии при измельчении пропорциональна вновь разовагагой поверхности (зпкоп .иттштгера);

2) характергстика крупности измельченного продукта подчгпя-ся уравнению Розина-РамАЛера:

7 — выход (или содержание ) в долях едегшиы иатериаяэ етль-0; Ь и п — постоянные параметры;

3) наклонная изжкамэрпая пирагородка, транспортируя готовгх2 материал из первой какэро во вторую, увеличивает производатоль-пость паровой галъкщц.

Используя тооршз подобия, опродалы производительность паровоз кольннци :

Ты-: как параметра У (объеа барабана 1»лышца) в V (окрупшя скорость барабана иэлышцы ) независимо от роЕШ.ов изгальчонля дня одаоЛ и той еэ паровой келыпщц нэкз^эшш, то нала задача сводится ч опрэдэлсниз зависимости ь:эаду езлпчикоП циркуляционной натруяка о к удзлькоЗ повзриюстьв з0 готового продукта в саросах ьгзлыглцах с шлхаюшюЗ продольной скоростью глатерлала.

Бай! ять одну юсовую одппяцу дйого гатершыю с двбо2 гсракторисга::о2 круппостз 7 = £(3), то поворалость класса от О из 0 оярод&втся как сук-аа пошрпюстей олоаэктарша классов крутшэстп. Пэьориюсть олокэптораого класса ез будет пропорцгопа-лька каоду мог^энтораого класса йу в обратко пропорцзонашш крупности сорос б,т.о. <53 = в-Ц^ .В лагеа случае 7=1(0), тоте-

¿з-'Щ^. и с учотса е^опзлоеэеного, ссмзя иоБорзность класса от 0 до а будят рагаа : ^

гдо а-ковйфзцаент пропорциональности, завнсяаиЗ от Сор^ частщ.

Поело прообразовать! окончательно 1' ^луч^и о/ъ

о третьем полежэгога, высказанном в начале настоящей глава, нояно сказать следущев. Из практики эксплуатации цэ житных ша-

роки гэльпггц пясэстпо, что з пзрвоЗ иг-'зрэ находятся до 40 А катерзала, соотвэтствуггзго по ярушоста готовому продукту, значительное коллчостпо которого отрицательно сказывается на работоспособности паропоЭ кэлышцы. Предлагается за счет класспфща-рупдей способности наклонной иегкакерной перегородка Еыделять из обдай пассу натерзада первой квшрц готовый продукт.

В предлагаемой (¿етодаке расчета производительности,как функция циркуляционной нагрузка,предлагается скорость естэственного прохозденая материала при нзыельчегаи за счет подпора принять за едшшцу, а скорость принудительного транспортирования материала перегородкой принять в соответствии с формулой (5).

где р — угол наклона перегородки к осн вращения барабана мельница; е — динамический угол естественного откоса измельчаемого материала; у,и Уг

относительная площадь контакта мелпдай загрузка с перегородкой соответственно со стороны первой н второй камер.

Для решения этой задачи необходимо выразить выюд готового продукта т0 и параметр ь в функцни цсркуляционной нагрузки.

Помол в замкнутом цикле

При помоле в замкнутом цикле крупная фракция материала проходит через мельницу несколько раз. Мелкая фракция после отделения в сепараторе становится готовым продуктом и боль­ше не возвращается в мельницу. Благодаря своевременному удалению мелкой фракции из мельницы готовый продукт имеет однородный гранулометрический состав.

При одновременном прохождении материала через длинные многокамерные мельницы возникает большое число зерен раз­личных размеров (широкий диапазон крупности), в том числе по­являются фракции, ухудшающие качество продукта.

Работа измельчения осуществляется только в мельнице. Се­паратор лишь отделяет мелкую фракцию, которая уже содер­жится в размолотом материале; этим он улучшает условия ра­боты измельчителя.

В состав помольной установки замкнутого цикла входят трубная мельница, элеваторы, сепараторы и вентилятор (рис. 12.1). Эти вспомогательные агрегаты требуют дополни­тельных затрат энергии, которые составляют от 10 до 20% энер­гозатрат мельницы. Поэтому нелегко доказать, что сепаратор­ные мельницы характеризуются более низкими удельными энер­гозатратами. При возрастании удельной поверхности материала эффективность применения мельниц замкнутого цикла стано­вится более очевидной.

Рис. 12.1. Циклы помола: замкнутый (а) и открытый (б)

При помоле цемента’важно не только значение удельной по­верхности; цемент должен также иметь заданный грануломет­рический состав. Обычно высокой удельной поверхности соот­ветствует повышенное содержание мелких фракций. Однако са­ми по себе мелкие фракции не определяют гидравлическую активность цемента. При помоле в замкнутом цикле измельчение в основном затрагивает крупные зерна материала, поэтому в противоположность помолу в открытом цикле здесь предотвра­щается образование избытка мелкой фракции. Мельницы замк­нутого цикла производят материал от «среднего» до «узкого» гранулометрического состава. Это свидетельствует о превосход­стве сепараторных мельниц перед многокамерными.

По Бёрнеру [138], мельницы, работающие в замкнутом цик­ле, производят цемент большей гидравлической активности; это означает, что при одинаковой прочности цемент, полученный в многокамерных мельницах, должен иметь удельную поверхность по Блейну выше на 350 см2/г.

По данным Кайля [139], средняя удельная поверхность по Блейну при помоле цемента различных марок в открытом цикле

Должна составлять, см2/г: для цемен­та марки 275—3100, марки 375—3500, марки 475—5200.

С учетом указанной разности удель­ная поверхность, по Блейну, цемента разных марок при помоле в замкнутом цикле следующая, см2/г: для цемента марки 275 она равна 3100—350 = 2750, марки 375 — 3500—350=3150, марки 475 — 5200—350=4850.

Производительность мельниц при помоле цемента с различной удельной поверхностью может быть определена на основании кривых производитель­ности по Якобу [106], устанавливаю­щих связь между удельной поверхно­стью и удельной производительностью мельницы (рис. 12.2).

По действующим в ФРГ нормам DIN 1164 прежние марки цемента 275, 375 и 475 преобразованы в марки 350, 450 и 550, означающие прочность це­мента при сжатии после 28 дней твер­дения. В отношении тонкости помола цемента можно отметить, что по DIN 1164 для цементов всех марок норми­руется величина удельной поверхности, по Блейну, не менее 2200, а в особых

Случаях — 2000. Верхний предел удельной поверхности не уста­новлен.

В нормах ASTM (США) для портландцемента типов I, II, IV и V предусмотрена удельная поверхность, по Блейну, не ме­нее 2800, а для быстротвердеющего (высокопрочного) цемента типа III норматив по удельной поверхности не установлен.

Рис. 12.2. Зависимость меж­ду удельной производи­тельностью мельницы (ин­дексом работы по Бонду В) и удельной поверхно­стью по Блейну S; PZ — портландцемент; EPZ — же­лезистый портландцемент: HOZ — шлакопортландце­мент; TrZ — трассовый це­мент

Пример 12.1. Для цементной мельницы производительностью L — = 24 т/ч цемента марки 275 с удельной поверхностью, по Блейну, 3100 см2/г определить: а) производительность L< для цемента марки 375 с удельной ловерхностью, по Блейиу, 3500 см2/г; б) производительность 12 Для цемента марки 475 с удельной поверхностью, по Блейну, 5200 см2/г.

Решение: согласно рис. 12.2, удельной поверхности 3100 соответствует удельная производительность f= 0,8, удельной поверхности 3500—/i=0,65 и удельной поверхности 5200—f2= 0,35.

Прн переходе от цемента марки 275 к цементу марки 375 получаем сниже­ние производительности на

А при переходе от цемента марки 275 к цементу марки 475 производитель­ность падает на

Теперь можно определить производительность при помоле цемента в замкнутом цикле с учетом уменьшенных значений удельной поверхности и кривых удельной производительности по рис. 12.2.

Для цемента марки 275 при удельной поверхности 2750 см2/г получаем

Для цемента марки 375 при удельной поверхности 3150 см2/г

Для цемента марки 475 при удельной поверхности 4850 см2/г

Повышение производительности по сравнению с помолом в открытом цикле составляет, %:

Примерно так же снижаются значения удельных энергозатрат на помол.

Этим примером Якоб обосновывает преимущество мельницы замкнутого цикла по сравнению с мельницей с однократным прохождением материала, особенно при помоле высокомарочно­го цемента. По мнению Бельвинкеля [140], кроме того, нужно учитывать следующее.

1. Крупные помольные агрегаты обеспечивают удельные энергозатраты на 10—15% ниже по сравнению с небольшими мельницами.

2. Для получения высокой производительности рекомендует­ся применять помол в замкнутом цикле с сепараторами.

3. Для помола цемента переменной дисперсности следует применять замкнутый цикл, так как это более гибкая схема. Многокамерные мельницы, работающие в открытом цикле, труд­но приспособить к изменяющимся требованиям. Крупные много­камерные мельницы, предназначенные для помола стандартного цемента, непригодны для более тонкого помола. Изменение дис­персности продукта многокамерных мельниц требует изменения состава мелющих тел.

4. Замкнутый цикл более пригоден для совместного помола материалов различной размалываемости.

Кроме того, можно отметить, что при увеличении кратности циркуляции материала при помоле цемента снижается доля осо­бо мелких и слишком крупных частиц; при помоле в замкнутом цикле снижается износ; рост кратности циркуляции повышает конечную прочность цемента, а ее снижение приводит к повыше­нию начальной прочности цемента1.

Научные основы создания технологических систем помола цемента на основе шаровых мельниц замкнутого цикла Шарапов Рашид Ризаевич

Шарапов Рашид Ризаевич. Научные основы создания технологических систем помола цемента на основе шаровых мельниц замкнутого цикла : диссертация . доктора технических наук : 05.02.13 / Шарапов Рашид Ризаевич; [Место защиты: Белгород. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова].- Белгород, 2009.- 429 с.: ил. РГБ ОД, 71 10-5/136

Введение к работе

Актуальность работы. В России одним из национальных проектов является строительство доступного жилья, основой для которого является строительный материал — цемент. В 90-е годы XX в. производство его снизилось до 26 млн. т. в год. После этого началось возрождение цементной промышленности, и в настоящее время потребность в нем составляет не менее 100 млн. т. каждый год.

Основной технологической операцией при производстве цемента является помол клинкера и добавок, который в нашей стране осуществляется в трубных шаровых мельницах, получивших широкое распространение вследствие простоты конструкции и обслуживания, а также в относительно низкой их стоимости. Недостатки их известны — это большой удельный расход электроэнергии, мелющих тел и футеровки, сложность в управлении процессом измельчения и получении высокомарочных цементов. Данные мельницы снижают и без того низкую эффективность производства цемента на изношенном более чем на 50 % ныне действующем оборудовании.

Основная проблема современной технологии производства цемента — оптимизация дисперсных характеристик цемента, позволяющая повышать энергетическую эффективность процесса помола клинкера и добавок относительно активности и других технологических свойств цемента.

Одним из действенных способов повышения качества получаемого цемента и эффективности всего цементного производства в целом является перевод существующих шаровых мельниц в замкнутый цикл измельчения.

Наметившееся в России строительство новых цементных заводов основывается в основном на строительстве помольных комплексов, как правило, на базе шаровых мельниц. Однако несистематизированные и обрывочные сведения об эксплуатации шаровых мельниц замкнутого цикла ставят ряд вопросов перед исследователями и эксплуатационщиками данных измельчителей.

В связи с этим актуальной задачей является использование более эффективных и экономичных способов измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла на основе новых конструктивных и технологических решений, разработка научных и методологических основ их расчета и проектирования.

Работа выполняется в рамках одного из основных научных направлений Белгородского государственного технологического университета

«Теоретические основы создания энергосберегающих процессов тонкого измельчения материалов строительного производства».

Цель работы заключается в разработка научных основ и методов создания технологических систем помола цемента на основе шаровых мельниц замкнутого цикла, обеспечивающих повышение производительности, снижение удельного расхода электроэнергии и повышение качества конечного продукта за счет управления процессом формирования зернового состава готового продукта.

Методология и методы исследования. В процессе теоретических и экспериментальных исследований автором изучены и обобщены результаты существующих научных разработок в области техники и технологии тонкого помола.

При разработке и исследовании шаровых мельниц замкнутого цикла использовался системный подход к изучению и описанию основных значимых факторов, влияющих на исследуемые параметры. С этой целью были использованы теории подобия и анализа размерностей, методы физического и математического моделирования, математическая статистика, современные компьютерные технологии.

Исследования проводились с использованием комплекса стендовых лабораторных установок и в условиях действующих производств, где проверялись теоретические положения работы, на основе чего определялись рациональные конструктивные параметры мельниц и режимы измельчения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена принятием в основу исследований объективно существующих математических, физических законов и закономерностей и подтверждается: использованием математических методов планирования экспериментальных исследований и статистических методов обработки результатов; применением измерительных приборов высокой точности и лазерной гранулометрии; достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; положительным опытом внедрения полученных результатов, а также всесторонней апробацией.

Научная новизна работы заключается в разработке: методик расчета производительности и мощности, потребляемой приводом шаровых мельниц замкнутого цикла; математических моделей определения параметров кинетики процесса измельчения цементного клинкера в шаровых мельницах замкнутого цикла; математических моделей сепарации продуктов помола с учетом турбулентной диффузии частиц; матричных моделей преобразования зернового состава материала в элементах системы замкнутого цикла; аналитических соотношений

для определения дисперсных характеристик сепарированных цементов; дискретных математических моделей в виде уравнений регрессии, позволяющих получать рациональные конструктивные, технологические и энергетические параметры шаровых мельниц замкнутого цикла; в создании патентно-чистых конструкций внутримельничных энергообменных и классифицирующих устройств, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами СССР, патентами на изобретение и полезную модель РФ.

Автор защищает следующие основные положения:

1. Методологию расчета и проектирования шаровых мельниц замк
нутого цикла помола включающую:

математическую модель расчета производительности шаровых мельниц замкнутого цикла, учитывающую конструктивно-технологические параметры системы замкнутого цикла и свойства измельчаемого материала;

математическую модель расчета величины мощности потребляемой шаровой мельницей, оснащенной наклонной межкамерной перегородкой, позволяющую определять ее энергосиловые параметры при различных углах поворота барабана мельницы;

математическую модель кинетики процесса помола клинкера и добавок в шаровых мельницах замкнутого цикла, учитывающую как конструктивно-техно логические параметры их работы, так и дисперсные характеристики измельчаемого материала.

Теоретическую модель процесса разделения продуктов помола с учетом турбулентности потока сепарационного воздуха, учитывающую как диффузию частиц, так и конструктивно-техно логические параметры применяемых сепараторов.

Матричные модели преобразования гранулометрического состава измельчаемого материала в основных типах технологических схем помола замкнутого цикла, позволяющие прогнозировать производительность помольного агрегата и зерновой состав готового продукта.

Аналитические соотношения для определения в матричном виде дисперсных характеристик сепарированных цементов, отражающих изменение зернового состава готового продукта от величины удельной поверхности порошка.

Дискретные математические модели в виде эмпирических уравнений регрессий, позволяющие осуществить оптимизацию конструктивных, технологических и энергетических параметров шаровых мельниц замкнутого цикла помола.

6. Практические результаты экспериментальных исследований,
проведенных на лабораторных установках и в условиях действующих

производств, позволяющие уточнять рациональные конструктивно-технологические параметры систем замкнутого цикла помола на базе шаровых мельниц, а также влияние этих параметров на дисперсные характеристики получаемых порошков.

7. Патентно-чистые конструкции внутримельничных энергообменных и классифицирующих устройств шаровых мельниц, способа измельчения, обеспечивающих повышение производительности, снижение удельного расхода энергии и повышение качества конечного продукта за счет управления процессом его формирования.

Практическая ценность работы. Разработаны инженерная методика расчета и соответствующее программное обеспечение расчета технологических и энергетических параметров работы шаровых мельниц замкнутого цикла. Созданы конструкции внутримельничных устройств, способ измельчения, позволяющие повышать производительность шаровых мельниц, снижать удельный расход энергии и улучшать качество конечного продукта за счет управления процессом формирования зернового состава готового материала. По результатам теоретических и экспериментальных исследований созданы алгоритмы и программы комплексных расчетов на ЭВМ основных конструктивно-технологических параметров шаровых мельниц замкнутого цикла.

Практические результаты работы защищены авторскими свидетельствами и патентами. Полученные результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, выполнении курсовых проектов, работ и в дипломном проектировании в БГТУ.

Внедрение результатов работы. Основные результаты работы внедрены в производство и применяются в настоящее время:

на ПО «Ахангаранцемент», ОАО «Белгородский цемент», ОАО «Топкинский цемент», ЗАО «Жигулевские стройматериалы», ООО «Орловский комбинат отделочных материалов»;

результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, выполнении курсовых и дипломных работ в БГТУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации и практические результаты обсуждались и получили одобрение: на технических советах Ахангаранского, Невьянского, Липецкого, Белгородского, Топкинского, Жигулевского и Мальцовского цементных заводов, Всесоюзных научно-технических конференциях в Белгороде (БТИСМ, 1990, 1991); Международной конференции в Белгороде (БТИСМ, 1993), I Международной конференции в Полтаве (1996), Международной конференции в Белгороде (БелГТАСМ, 1997, 2000, 2001), Международной конференции в Санкт-Петербург (2001), Международной Интернет-конференции в Белгороде (БГТУ, 2003), на Международном

конгрессе в Белгороде (БГТУ, 2003), Международной конференции в Белгороде (БГТУ, 2007), Международном конгрессе производителей цемента «Производство цемента — основа развития строительной отрасли» 9-12 октября 2008 г. в Белгороде (БГТУ, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 56 работ, в том числе в аннотированных ВАК изданиях — 11 и без соавторов — 7, получено 4 авторских свидетельства СССР на изобретения, 1 патент на изобретение и 1 патент на полезную модель РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов по работе, библиографического списка (285 наименований) и приложений, которые включают результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде таблиц; акты внедрения и промышленных испытаний. Общий объем диссертации состоит из 362 страниц, содержащих 83 рисунка и 22 таблицы.

Существующие схемы помола. Сравнительная оценка работы мельниц по открытому и замкнутому циклу. Сепараторы

В состав цементной шихты помимо клинкера входят гипс (гипсовый камень) в количестве 4-6%, активные минеральные и другие добавки (инертные, минеральные, пластифицирующие, гидрофобные, воздухововлекающие, интенсификаторы помола). Помол цементной шихты может проектироваться как по открытому, так и по замкнутому циклу с применением центробежных сепараторов. При открытом цикле клинкер, гипс и активные минеральные добавки со склада подаются в бункера и дозируются питателями в мельницу. После измельчения цемент поступает через цапфу мельницы в аспирационную шахту, а из нее в бункер цемента и далее на склад. Мельничное пространство аспирируется. Запыленный воздух вначале частично очищается в аспирационной шахте, затем в циклонах и окончательно в электрофильтре. Цемент, осажденный в циклонах и электрофильтре, собирается шнеком и направляется в расходный бункер цемента. Главный недостаток измельчения в открытом цикле – трудность получения материалов с высокой удельной поверхностью (до 4000-5000 см 2 /г).

Внедрение замкнутого цикла обусловлено повышением требований к тонкости помола, которые не могли быть удовлетворены при работе на установках открытого цикла. Мельницы же, работающие в замкнутом цикле, дают более однородный по размеру зерен продукт, характеризуются большей удельной производительностью, имеют меньшую температуру мельничного пространства, а следовательно, и выходящего продукта. Удельный расход энергии в них меньше, чем при открытом цикле. Применение замкнутого цикла целесообразно еще и потому, что измельчаемая шихта состоит из компонентов различной размолоспособности. В открытом цикле легко размалываемые компоненты, например шлак или трепел, переизмельчаются. В замкнутом же более твердый компонент измельчается дольше, а своевременное удаление из мельницы мелких частиц предотвращает их переизмельчение, на которое затрачивается большое количество энергии. Следует, однако, учесть, что мельницы замкнутого цикла требуют больших капитальных затрат. В них больше вспомогательной аппаратуры и они сложнее в эксплуатации.

Возможны различные варианты организации замкнутого цикла измельчения. Например, при использовании трехкамерной мельницы крупка возвращается на домол из сепаратора в первую камеру, а тонкая фракция домалывается в третьей камере, из которой выгружается готовый цемент. Это полузамкнутый цикл помола. В полностью замкнутом цикле материал проходит через сепаратор дважды. Из грубомолотого материала после прохождения второй камеры мельницы выделяется крупка, возвращаемая на домол в третью камеру, после прохождения которой цемент еще раз поступает в сепаратор для отделения недостаточно измельченных частиц.

В случае помола цемента до значений удельной поверхности 250-280 м 2 /кг замкнутый цикл не имеет заметных преимуществ по сравнению с открытым циклом. Цементы с удельной поверхностью более 350 м 2 /кг получать помолом по открытому циклу неэффективно. В связи с тенденцией повышения доли высокомарочных цементов в общем объеме производства, при проектировании новых отделений помола цемента, необходимо ориентироваться на схемы одностадий­ного помола по замкнутому циклу. С целью снижения расхода электроэнергии и повышения производительности помольного оборудования следует предусматривать дробление клинкера, добавок и гипса до 19-30 мм, причем для клинкера следует применять дробилки, встроенные в холодильник, а также пресс-валковые измельчители и конусные дробилки.

При расчете систем аспирации количество воздуха, просасы­ваемого через мельницу, принимают 200 нм 3 на 1 т цемента при открытом цикле, 300 нм 3 на 1 т цемента — при замкнутом.

Наибольшее распространение в цементном производстве пол­учили две конструкции мельниц (3,2×15 и 4×13,5), работающие по схеме замкнутого цикла. Цементные мельницы 3,2×15 имеют промежуточную выгрузку, один элеватор и два сепаратора (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема помола цементной шихты по замкнутому циклу в мельнице 3,2х15 м с центробежными сепараторами.

1 — клинкер, 2 — гипс, 3 — добавка, 4 — центробежные сепараторы, 5 — аспирационная шахта, 6 — циклон, 7 — вертикальный электрофильтр, 8 — вентилятор, 9 — цемент, 10 — шаровая трубная мельница, 11 — ленточный транспортер. 12 — весовые дозаторы

Материал выгружается из обеих камер и транс­портируется в центробежные сепараторы с помощью элеватора. Крупные фракции возвращаются на домол во вторую и частично в первую камеру. Тонкие фракции из сепараторов и уловленная пыль представляют собой готовый цемент. Предусмотрена возможность работы мельницы и по от­крытому циклу. Система аспирации состоит из 3-х ступеней очистки — аспирационной шахты, циклонов и ру­кавного фильтра.

Помол в мельнице 4×13,5 осущест­вляется по схеме замкнутого цикла без промежуточной разгрузки (рис. 2).

Рис. 2. Технологическая схема помола цементной ших­ты по замкнутому циклу в мельнице 4х13,5 м

1 — подача цементной шихты, 2 -цен­тробежные сепараторы, с выносными циклонами, 3 — элеватор, 4 — цемент, 5 — возможность работы по открытому циклу, 6 — шаровая трубная мельница.

В схеме используются два центробежно-циклонных сепаратора, питаемых с по­мощью одного элеватора. Крупные фракции, выделяемые в центробежных частях сепараторов, направляются на домол в первую камеру, а тонкие, вы­деляемые в выносных циклонах (их в схеме сепаратора — 5), представляют собой готовый цемент, который далее с помощью системы пневмотранспорта направляется в силосы для хранения.

В зависимости от размеров мельниц и общего компоновочного решения расстояние между мельницами принимается 12, 18, 24 или 30 метров.

Для разделения материала на фракции в схемах тонкого из­мельчения используются воздушно-проходные и центробежные сепараторы.

При совмещении процесса помола сырья с сушкой, в зависи­мости от суммарной влажности подаваемых в мельницу компо­нентов сырьевой шихты, могут использоваться как воздушно-про­ходные сепараторы, так и центробежные.

Воздушно-проходные сепараторы применяют в схемах совме­щения помола сырья с сушкой с использованием тепла отходя­щих газов вращающихся печей при влажности сырьевой шихты 8-10 %. Такие схемы характеризуются однократным прохожде­нием через сепаратор больших объемов сушильного агента, ко­торый одновременно осуществляет функцию транспорта материала из мельницы в сепаратор. В схемах с центробежными сепараторами сушильный агент вместе с материалом проходит неоднократно через сепаратор (кратность циркуляции составляет 4-7) и лишь некоторая часть сушильного агента (15-20%) в течение цикла циркуляции сбрасывается через аспирационную систему в атмосферу. В качестве сушильного агента в таких схемах используются горячие газы, получаемые в специальной топке, а подача материала в сепаратор осуществляется механи­ческим способом с помощью элеватора.

Низкое влагосодержание, высокая температура и длительный контакт высушиваемого материала с сушильным агентом, обус­ловленный его циркуляцией в схеме, позволяют производить по­мол сырьевой шихты с предельной суммарной влажностью до 15%. Допустимая температура газов на входе в сепаратор в зависимости от его конструкции составляет 400-600 °С, на вы­ходе из сепаратора 80-100 °С. Влажность сырьевой муки на выходе из мельницы 1,0-1,5 %.

В отличие от воздушно-проходных, сепараторы центробежного типа применяются не только в схемах помола сырья, но и в схемах помола цементной шихты. Использование сепараторов по­зволяет осуществлять регулирование гранулометрического соста­ва получаемого продукта, повысить эффективность работы схемы измельчения и обеспечить получение материала с высокими зна­чениями удельной поверхности.

Важным фактором, влияющим на гранулометрический состав и качество измельчаемого материала, является соответствие про­изводительности сепаратора и мельницы. Если производитель­ность сепаратора меньше производительности мельницы, он бу­дет работать с перегрузкой и выдавать продукт с большим количеством мелких фракций. При этом снижается производи­тельность помольной установки и увеличивается расход электроэнергии. Если недостаточна производительность мельницы, то сепаратор будет работать с недогрузкой, что также вызовет повышение удельного расхода электроэнергии.