4. Межкамерные перегородки мельниц

В многокамерной мельнице перегородки разделяют корпус на несколько камер для рационального распределения мелющих тел по длине мельницы. Перегородки изготовляются в виде одно- и двухслойных конструкций (рис. 5).

Одинарные перегородки пропускают размалываемый материал без сортировки. Размолотый материал через щели в перегородке попадает в следующую помольную камеру. Отверстия в центре перегородки служат для аспирации мельницы.

Двойная межкамерная перегородка состоит из глухой перегородки (2) и решетки с отверстиями (1), пересыпной течки (5) с регулируемым шибером (4), что позволяет изменять количество материала, переходящего из первой размольной камеры во вторую, и таким образом обеспечивать оптимальное время и степень измельчения материала в первой камере.

Охарактеризовать влияние подсосов холодного воздуха на расход топлива при обжиге клинкера.

Рассмотрим пример влияния подсосов холодного воздуха в горячей части печи на теплообмен. Холодный воздух, снижая температуру факела, значительно, согласно уравнению 16.5, уменьшает теплообмен в печи. Поэтому, когда в горячей части печи большие подсосы воздуха или низкий КПД холодильника, то для того, чтобы нагреть этот воздух до требуемой температуры необходимо подать дополнительное топливо, из которого -10% обеспечивает теплообмен, а ~ 90% расходуется на нагрев холодного воздуха.

Ниже приведен пример влияния подсосов холодного воздуха для условий, когда зазор между печью диаметром 5 м и уплотнением составляет около 50 мм, и суммарная площадь всех отверстий равна S м² (рис. 16.4).

Величина подсосов зависит не только от неплотности головки печи, но и от разрежения в ней и рассчитывается по нижеприведенным уравнениям.

ΔP=ζ·ρ· ω²/2; W=√2· ΔP / ρ·ζ

где ΔP - разрежение в головке печи; ζ - коэффициент сопротивления для отверстий; W - скорость воздуха в отверстиях; ρ - плотность окружающего воздуха.

Рис.16.4. Наиболее распространенные подсосы холодного воздуха в горячей части печи

Тогда объем подсосов холодного воздуха будет V_В^под =W·∑S и, следовательно, пропорционален √ΔP.

Ниже приводятся результаты расчетов при различном разрежении в головке печи (табл. 16.3).

Таблица 16.3

Влияние подсосов холодного воздуха в головке печи на температуру факела и теплообмен

При нулевом разрежении в головке печи температура суммарного воздуха, поступающего на горение, равна 470°С, при увеличении разрежения в головке печи до 20; 40; 70; 100 Па температура воздуха снизится соответственно до 395, 360, 320 и 285°С. При снижении температуры воздуха на 110°С температура факела снизится с 1800 до 1725°С на 75°С, всего на 4%. Од­нако, согласно уравнению 16.5 лучистый теплообмен Q_л, зави­сящий от температуры факела в 4-ой степени, уменьшится с 188 до 150 кВт/м², т.е. на ~ 20%, и на эту же величину возрастет рас­ход топлива, или снизится производительность печи.

Таким образом, важнейшее влияние на работу печи ока­зывает работа холодильника, несмотря на то, что в нем теряется всего 5% тепла. Способы повышения эффективности работы холодильника приведены ранее в разделе 12.

Расход тепла в горячей части печи можно дополнительно снизить следующими мероприятиями:

1. сокращением теплопотерь через корпус путем создания защитной обмазки на футеровке в зоне спекания;

2. рациональным сжиганием топлива с обеспечением ин­тенсивного теплообмена в факельном пространстве и, следова­тельно, снижением переноса тепла из ГТС в ПТС;

3. уменьшением теплоты клинкерообразования путем из­менения состава сырьевой смеси, в частности применением тех­ногенных материалов.

Все вышеприведенные способы рассмотрены в соответствующих разделах лекций.

Охарактеризовать влияние температуры среды в мельнице на по­мол цемента.

Возрастание по мере повышения температуры сопротивляемости материала размолу (рис. 21.7) происходит в основном из-за увеличения агрегирования и налипания его на мелющие тела и броневые плиты. Повышение температуры особенно сильно сказывается при высоких значениях удельной поверхности материала. Влияние температуры на процессы налипания и агрегирования можно объяснить следующим образом. В ходе измельчения цемента при умеренной температуре мелкие его частицы адсорбируют на своей поверхности воздух, и образующиеся воздушные оболочки препятствуют контакту частиц, т.е. как бы изолируют действие электростатических зарядов. При температуре свыше 100°С воздушные оболочки разрушаются, и частицы, соприкасаясь под влиянием электростатических зарядов, образуют прочные агрегаты. Кроме того, в процессе измельчения в результате ударных воздействий на поверхности мелющих тел также возникает электрический потенциал, и шары, соприкасаясь с мелкими частицами, притягивают их.

Рис. 21.7. Зависимость расхода электроэнергии на помол цемента от температуры среды в шаровой мельнице

Исследования процесса помола клинкера и изучение влияния на сопротивляемость размолу влажности и температуры позволяют сделать следующий вывод: введение определенного количества воды в полость мельницы может оказаться эффективным средством интенсификации процесса помола вследствие возникновения адсорбционного эффекта, уменьшения твердости материала, сокращения налипания и снижения температуры.

Это обусловлено тем, что в камерах тонкого измельчения материал находится в высокодисперсном состоянии, а температура и величина налипания максимальные. Подача распыленной воды в область высоких температур и больших значений удельной поверхности обеспечивает эффективный отбор тепла и интенсивное испарение влаги, а также предотвращает снижение подвижности материала, которое возникает при введении тех же количеств воды на первоначальной стадии процесса помола.

Кроме того, распыленная вода, подаваемая в мельницу, позволяет поддерживать большую влажность аспирационного воздуха. Как известно, воздух при сильном увлажнении обладает хорошей электропроводностью. При нагревании электропроводность воздуха резко снижается, так как уменьшается его относительная влажность. Если, например, температура воздуха перед входом в мельницу равна +10°С, а насыщение его влагой составляет 80%, то при температуре +80°С относительная влажность его будет не более 5% и, следовательно, он становится плохим проводником электричества.

Искусственное увлажнение воздуха путем испарения вводимой в мельницу воды отбирает значительную часть тепла. Конечно, количество добавляемой воды не должно быть больше того, чем это нужно для испарения. При добавке воды в мельницу в количестве 1% на тонну цемента необходимо испарить 10 кг воды, на что затрачивается около 25000 кДж/т тепла, которое отбирается от цемента и снижает его температуру на ~ 25°С. Если же в мельницу подается горячий клинкер, то дополнительно вносится много тепла, в связи с чем количество подаваемой в мельницу воды необходимо увеличивать порой на короткие промежутки времени до 2...2,5%. При прочих равных условиях температура цемента на выходе находится в прямой зависимости от температуры клинкера. С охлаждением цемента в мельнице уменьшаются агрегирование и налипание, и улучшаются условия процесса измельчения.

Снижение температуры аспирационного воздуха и повышение его влагосодержания благоприятно отражается на работе электрофильтра. Установлено, что для хорошей работы электрофильтров требуются охлаждение газов до 50°С и повышение относительной влажности до 90%.

Производительность мельницы при введении воздушноводяной смеси в камеру тонкого помола увеличивалась в среднем на 10%, а влажность цемента на выходе из мельницы даже при максимальном количестве подаваемой воды (2...2,5%) не превышала 0,1%.

Таким образом, повышение эффективности процесса помола в цементной мельнице при введении распыленной воды в камеру тонкого помола происходит за счет интенсифицирующего действия небольших количеств воды, которое выражается в адсорбционном понижении прочности размалываемого материала и уменьшении налипания цемента на мелющие тела; этому в значительной мере способствует и понижение температуры в мельнице.

Высокая температура в мельнице способствует не только налипанию тонкомолотого цемента на мелющие тела, но и может вызывать разложение природного гипса, добавляемого при помоле цемента в количестве около 5%. При разложении гипса CaSO₄·2H₂O образуется полуводный гипс CaSO₄·0,5H₂O, который вызывает «ложное» схватывание цемента.

Охарактеризовать гипс (регулятор схватывания), активные минеральные добавки.

Двуводный гипс CaSО₄·2H₂О

Полуводный гипс CaSО₄·0,5H₂О

Ангидрит CaSО₄

Основное назначение гипса (сульфата кальция) регулирование сроков схватывания цемента, которое происходит вследствие образования на поверхности быстро гидратирующих частиц C₃A прочной пленки эттрингита по реакции:

3CaO·Al₂O₃+3(СаSO₄·2Н₂О)+nH₂O → 3CaO·Al₂O₃·3СаSO₄·32H₂O

Образовавшаяся пленка задерживает проникновение воды к зерну C₃A и, следовательно, замедляет процессы гидратации и схватывания цемента.

Активные минеральные добавки вводят при помоле цемента в мельницах для снижения доли дорогостоящего клинкера в составе цемента и для повышения водостойкости за счет связывания гидроксида кальция кремнеземом минеральной добавки. Природные активные минеральные добавки классифицированы по происхождению и разделены на 2 группы: вулканические и осадочные. Кроме этого они разделяются на добавки естественного и искусственного происхождения.

Пуццолановый портландцемент - это гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и во влажных условиях, получаемое путем совместного помола портландцементного клинкера норми­рованного минералогического состава, гипса и активных минераль­ных добавок. Количество вводимой добавки зависит от ее активно­сти. Чем выше активность добавки, тем меньше должно быть ее содержание в цементе и тем выше будет его качество.

Согласно ГОСТ 22266—97, в пуццолановом портландцементе содержание активных минеральных добавок осадочного происхож­дения должно составлять 20-30%, прочих добавок - 20-40%.

Устанавливая оптимальное соотношение между портландцементным клинкером и активной минеральной добавкой, учитывают также особенности минералогического состава клинкера. В клин­кере для пуццоланового портландцемента содержание С₃А не должно превышать 8%.

При взаимодействии пуццоланового цемента с водой происхо­дят два последовательных процесса: гидратация клинкерных ми­нералов и взаимодействие активных оксидов добавки с известью, выделяющейся при гидратации клинкерных минералов, а также гидроалюминатами и гидросиликатами (пуццолановая реакция).

Из продуктов пуццолановой реакции первыми образуются гидросульфоалюминаты кальция, затем гидроалюминаты кальция. Когда водные промежутки между зернами заполняются этими ве­ществами, прочность бетона возрастает благодаря образованию прочных связей между зернами добавки и продуктами гидратации цемента. Однако, пока не будут заполнены водные промежутки, пуццолановая реакция не дает большого нарастания прочности.

Образование продуктов взаимодействия активной минеральной добавки с клинкерными составляющими способствует повышению плотности цементного камня. Вместе с тем фазовый состав пуц­цоланового цементного камня отличается как по содержанию гидроксида кальция, так и по количеству и общему составу гидро­силикатов и гидроалюминатов кальция. В нем отсутствуют гидрат оксида кальция, высокоосновные гидросиликаты и гидроалюми­наты. Так как реакция между активным кремнеземом добавки и гидроксидом кальция протекает только в присутствии воды, т.е. пуццолановый портландцемент характеризуется более высокой чувствительностью к преждевременному высыханию. Он лучше твердеет в воде и во влажных условиях. При твердении на воз­духе прочность его нарастает медленнее и рост ее вскоре практи­чески прекращается.

Реакции активных минеральных добавок с известью идут медленно, поэтому прочность пуццолановых цементов в раннем возрасте ниже, чем соответствующих бездобавочных портландцемептов. Однако в позднем возрасте прочность пуццолановых портландцементов может быть выше, чем цементов бездобавочных. Твердение пуццоланового портландцемента можно ускорить, ис­пользуя более активные добавки (при соответствующем уменьше­нии их количества), клинкер с повышенным содержанием трехкальциевого силиката, а также путем более тонкого помола и увеличе­ния дозировки гипса (но не более 3,5% по SO₃).

Добавки должны соответствовать требованиям:

Шлак гранулированный доменный:

• остеклованная фаза ≥ 67%;

• СаО + МgО + SiO₂ ≥ 67%;

Пуццолана (опока, трепел, туф, пемза, трасс и др.):

• SiO₂ активный ~ 25...95%;

Микрокремнезем:

• аморфный SiO₂ ≥ 85%;

Зола-уноса:

• кислая SiO₂ ≥ 25%, СаО ≤ 10%;

• основная SiO₂ ≥ 25%, СаО ≥ 10%;

• ППП ≤ 5%.

Таким образом, минеральные добавки взаимодействуют с основными клинкерными фазами при гидратации и твердении цемента, в определенной степени являются заменителями клинкера, изменяя при этом свойства цементного камня.

Охарактеризовать дробилки ударного действия.

В дробилках ударного действия измельчение материала производится вследствие ударных нагрузок. Эти нагрузки могут возникнуть при столкновении измельчающих тел с материалом, материала с неподвижной поверхностью, или самих измельчающихся частиц друг с другом. К наиболее распространенным агрегатам ударного действия в отечественной цементной промышленности относятся молотковые дробилки. Они используются как для одностадийного дробления сырьевого материала, когда получают куски размером до 25 мм, так и для вторичного дробления материала крупностью от 100...300 мм до размера 15 мм и мельче. Устройство и принцип работы дробилок показаны на рис. 6 и 7.

Рис. 6 - Схема однороторной молотковой дробилки: 1 - корпус, 2-ротор, 3- отбойные бронеплиты, 4 - молотки, 5 - выходная решетка; Dрот. - диаметр ротора; Lрот - длина ротора; Dmax- фактический максимальный размер исходного дробимого материала; d max - максимальный размер конечного дроб­леного материала; в - ширина выгрузочной щели; п - частота вращения; V- окружная скорость

Наибольший эффект дробления в этих агрегатах достигается в результате ударов молотков по материалу. Вместе с тем при питании молотковых дробилок крупными кусками большую роль играет дробление ударами о плиты, а мелкими кусками - раздавливание и истирание на колосниковой решетке.

Основные параметры однороторной молотковой дробилки

Допустимый размер исходного материала D_max= 0,5 D_рот.

Допустимая влажность материала W <10 %

Допустимое содержание глинистой породы m_глины ≤ 8 %

Длина ротора L_рот. = 0,7...1,5 D_рот

Окружная скорость V = 30…60 м/с

Кратность дробления і= D_max/d_max= 8…12

Производительность G = 150...200 т/ч

Удельный расход электроэнергии Э=0,4…1,8 кВт·ч/т

Рис. 7- Схема двухроторной молотковой дробилки: 1 - корпус, 2 - ротор, 3 - молотки, 4 - выходная решетка; D рот. - диаметр ротора; Lрот - длина ротора; Dmax - максимальный размер исходного и dmax -максимальный размер конечного материала; в- ширина выгрузочной щели; п - частота вращения; V- окружная скорость