2. Роль частоты вращения мельницы

Одной из характеристик, влияющих на производительность мельницы, является частота вращения п. Существует понятие критической частоты вращения, при которой центробежная сила равна силе тяжести мелющих тел, и они не смещаются относительно корпуса и не измельчают материал. Когда окружная скорость V такова, что центробежная сила Р уравнивает силу тяжести G, действующую на мелющее тело, т.е. Р = G, мелющее тело не отрывается от корпуса мельницы, т.е. находится в критическом состоянии (рис. 2). Уравнения и выводы приведены ниже.

Puc. 2 - Оптимальная частота вращения мельницы в мин^-1

Оптимальное состояние характеризуется максимальной кинетической энергией падающих мелющих тел, когда их угол отрыва от корпуса φ=54⁰40′. Частота вращения мельницы n_опт, обеспечивающая угол отрыва от корпуса φ = 54°40', составляет n_опт=0,76 n_кр или n_опт = 32/√D.

Шары в мельнице могут работать в двух режимах: водопадном, когда шар поднимается и падает вниз на небольшой слой материала «пяту» (измельчение материала происходит ударным действием), и каскадном, когда шар поднимается на небольшую высоту и скатывается по поверхности (измельчение происходит раздавливанием и истиранием) (рис. 3).

Недостаток каскадного режима в том, что интенсивное измельчение происходит только в слое скатывающихся шаров. При водопадном режиме измельчение материала истиранием происходит в меньшей степени из-за малого скольжения слоев шаров (находящихся на круговых траекториях), «связанных» с барабаном т.е. почти половина шаровой загрузки эффективно не используется.

Рис. 3 - Режим движения шаров

Каскадный режим работы шаров применяется в основном для тонкого измельчения, водопадный - для грубого. Режим работы шаров зависит oт скорости вращения мельницы и коэффициента загрузки мелющими телами. Коэффициент заполнения мельницы мелющими телами представляет собой отношение суммарного объема мелющих тел при свободной укладке к рабочему объему мельницы. Оптимальный коэффициент заполнения 0,25...0,3. С увеличением коэффициента загрузки мелющими телами режим движения шаров при неизменной частоте вращения переходит от каскадного к водопадному режиму.

Ассортимент мелющих тел шаровой мельницы представляет собой соотношение масс мелющих тел различного вида и размера. Например, в первую камеру мельницы загружают шары диаметром 100...40 мм, во вторую - цильпебс с диаметром 16-25 мм. Цильпебс представляет собой цилиндрики с отношением длины к диаметру 1...2. Размер исходного материала, поступающего в мельницу, определяет и максимальный размер мелющих шаров. Так, при диаметре исходного материала 20...30 мм максимальный диаметр шаров будет равен около 100 мм. При необходимости повышения тонкости помола материала, следует увеличить долю мелких и уменьшить долю крупных, шаров, т.е. уменьшить средневзвешенный размер шара. В случае же необходимости получения более грубого помола производят противоположные действия.

Описать остановку печи с материалом.

При кратковременной остановке печи не рекомендуется вырабатывать из нее материал. В тех случаях, когда необходимо выполнить ремонтные работы внутри печи, следует для сокращения времени простоя охлаждать печь с максимально возможной скоростью. Как уже отмечалось ранее, перед остановкой желательно несколько перегреть клинкер в зоне спекания и мак­симально отодвинуть его от горячего обреза.

На начальном этапе после отключения топлива следует в течение ~ 2 часов охлаждать печь с минимальной тягой при отключенном дымососе. При этом необходимо обратить особое внимание на температуру отходящих газов, она должна несколько понижаться. Если наблюдается тенденция к росту температуры отходящих газов, что свидетельствует о выгорании цепей, вызванном высокой температурой и избытком кислорода, то следует незамедлительно плотно прикрыть шибер, иначе можно выжечь часть цепей.

После некоторого снижения температуры отходящих газов, ориентировочно через 2 часа, включается дымосос, и открывается шибер перед ним настолько, чтобы выйти на оптимальную токовую нагрузку. При этом также не допускать повышения температуры отходящих газов по вышеуказанной причине. В случае повышения температуры незамедлительно отключить дымосос, закрыть шибер, и выждать еще некоторое время. Высокая скорость охлаждения необходима не столько для сокращения времени ремонта, сколько для сохранения обмазки и проведения ремонта в более безопасных условиях. Это связано с тем, что при медленном охлаждении наблюдается γ распад обмазки в связи с переходом β в γ-C₂S, и она частично рассыпается в порошок и обрушается большими глыбами, что сопряжено со значительными сложностями выполнения ремонтных работ. При высокой же скорости охлаждения_: эти процессы не проявляются, и обмазка в зоне спекания сохраняется, что, несомненно, оказывает, положительное влияние на стойкость футеровки. В процессе охлаждения, во избежание искривления корпуса, печь следует вращать с минимально возможной скоростью или производить периодические подвороты на 120°, чтобы снизить продвижение материала в печи и последующий выпуск брака при розжиге.

Описать печную систему комбинированного способа производства клинкера. Рекомендовать футеровку печей для обжига клинкера.

Комбинированный способ производства включает следующие переделы: помол шлама, обезвоживание шлама с применением пресс-фильтра и обжиг клинкера (рис. 3.1). Совмещенная схема измельчения и сушки сырья и обжига клинкера приведена на рис. 10.25.

Как было изложено ранее (раздел 3), такая схема может быть использована для сушки и измельчения мягких сырьевых компонентов с повышенной природной влажностью, например, мела, мергеля и других, а также для сушки кека и шлама.

Для этого применяется специальная молотковая сушилка дробилка (мельница) с выносом готового продукта газовым потоком по восходящему газоходу. В зависимости от влажности поступающего материала устанавливается ограниченное число ступеней циклонного теплообменника с тем, чтобы тепла отходящих газов было достаточно для сушки материала. При исходной влажности материала 20% требуется 3 ступени теплообменника и в случае использования тепла избыточного воздуха расход тепла на обжиг клинкера составит около 3750 қДж/кг, 860 ккал/кг, 123 кут/т.

Если же сушке подвергается шлам с влажностью 32% то необходимы 2 ступени и расход тепла составит 4750 кДж/кг, 1130 ккал/кг, 162 кут/т клинкера.

Рис. 10.25. Совмещенная система измельчения и сушки сырья и обжига клинкера

Футеровка - слой огнеупора, покрывающий внутреннюю часть печи, служит для защиты корпуса от воздействия высоких температур и снижения теплопотерь через корпус. На различных участках вращающейся печи преимущественно используются следующие огнеупорные материалы (рис. 11.1).

Рис.11.1. Футеровка вращающейся печи мокрого способа производства

I участок - область теплообменных устройств (зоны сушки и частично подогрева);

II участок - подготовительные зоны (часть зоны подогрева и декарбонизации);

III участок - высокотемпературные зоны (экзотермических реакций и спекания).

Первая половина холодной части цепной завесы не футеруется. В этой области температура достаточно низкая, и потери через корпус незначительны. При этом происходит увеличение внутреннего диаметра печи, снижается скорость газового потока и, следовательно, пылеунос. Вторая половина зоны сушки при температуре материала до 100 °С футеруется бетоном на портландцементной связке и для противодействия истиранию армируется. Армирование может производиться металлическими спиралями диаметром ~ 100 мм и толщиной прутка 6...10 мм, которые привариваются к корпусу, а затем заливаются бетоном. При плохой грануляции материала температура порошкообразной смеси в горячей части цепной завесы достигает ~ 400 °С, тогда эта часть футеруется огнеупорным бетоном на основе жидкого стекла или глиноземистого цемента. Для предотвращения истирания бетон рекомендуется покрывать жаростойкими металлическими бронеплитами. Участок цепного коврика следует футеровать шамотным кирпичом.

ІІ -ой участок футеруется шамотным огнеупором на связке или без нее. В качестве связки может применяться портландцементная суспензия или специальный мертель. Химический состав шамотного кирпича следующий: SiO₂ = 67...50 %, А1₂O₃ = 28...45 %, Fe₂O₃ ≈ 5 %, термостойкость более 50 циклов, огнеупорность более 1580 °С. Несмотря на высокую огнеупорность шамотный кирпич нельзя укладывать на участках, где температура выше 1100 °С, так как кислый огнеупор с избыточным СаО сырьевой шихты образует эвтектику в системе CaО-SiО₂-Al₂О₃ при 1163 °С и, следовательно, в результате интенсивного химического взаимодействия происходит растворение алюмосиликатов в обжигаемом материале с разрушением футеровки.

Зона спекания - самый ответственный участок печи, так как здесь на футеровку воздействуют высокая температура и клинкерный расплав. Вследствие того, что клинкер является основным материалом, то и огнеупор для данной зоны должен быть основным. Наибольшее распространение в настоящее время имеют огнеупоры на основе MgO.

По содержанию MgO и связки определяется название огнеупора. Хромомагнезитовый: MgO ≥ 42 %, Cr₂О₃ ≥ 15 %, магнезитохромитовый: MgO > 60 %, Сг₂О₃ ~ 10 %, огнеупорность этих материалов более 1750°С; периклазошпинельный MgO ≥ 60 %, А1₂О₃ ≈ 6 %, периклазовый MgO ≥ 90 %, огнеупорность которых более 1900 °С. Чем больше MgO и меньше кислой состав­ляющей, тем выше огнеупорность, но клинкер труднее припекается к огнеупору, т.е. хуже образуется обмазка. Это приводит к ряду отрицательных последствий: снижаются стойкость футеровки и теплоизоляция, увеличиваются потери тепла через корпус и общие потери тепла. Кроме того, все огнеупоры, содер­жащие повышенное количество MgO, обладают пониженной термостойкостью (3...5 циклов смены температур), поэтому при возникающих теплосменах в огнеупоре образуются сколы кир­пича на глубине 20...30 мм от поверхности.

Футеровка вращающейся печи сухого способа производства осуществляется такими же огнеупорными материалами, как и в печи мокрого способа: подготовительные зоны - шамотным огнеупором, а спекания - кирпичом на основе MgO (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Футеровка вращающейся печи сухого способа производства

При футеровке циклонных теплообменников используется многослойная футеровка, состоящая из теплоизолирующего и защищающего от износа огнеупорного слоя. Теплоизолирующий слой выполняется панелями из силиката кальция или легковесных огнеупорных кирпичей. При футеровке теплообменника широко используется огнеупорный бетон.