Трубная мельница с внутримельничным классифицирующим устройством. Шаровая барабанная мельница с внутренним рециклом.

Шаровые барабанные мельницы, работающие в открытом или замкнутом цикле измельчения, являются самым распространённым оборудованием, применяемым при производстве цемента как в России, так и за рубежом. Наиболее совершенным считается замкнутый цикл, который подразумевает наличие классифицирующего оборудования - сепараторов, стоимость которых в отдельных случаях превышает стоимость мельницы. Применение этого цикла является экономически обоснованным при получении цементов с удельной поверхностью более 320 м²/кг. В России использование замкнутого цикла ограничивается рядом причин, среди которых следует отметить недостаток инвестиций, связанный с низкой рентабельностью цементной промышленности. Окупаемость капитальных затрат в среднем составляет более 7 лет.

В настоящее время на внутреннем рынке страны цементы марок выше 500 оста­ются маловостребованными. Портланд­цемент марки 500 и ниже получают в мель­ницах открытого цикла измельчения, однако в этом случае удельный расход энергии на 3—5 кВт-ч/т больше, чем для цемента марки 500, полученного в мельницах замкнутого цикла измельчения.

Существенным недостатком работы ша­ровых мельниц является то, что только 50% мелющих тел активно участвует в процессе измельчения, оставшиеся 50% составляют плотный компактный слой, располагаю­щийся в центральной части загрузки («ядро»), который не участвует активно в процессе измельчения и препятствует про­дольному перемещению частиц готового продукта по ходу процесса измельчения. Кроме того, в мельницах открытого цикла измельчения согласно диаграммам помола уже в конце первой камеры (у перегородки) находится около 50% частиц готового про­дукта размером менее 80 мкм, дальнейшее нахождение которых в мельнице приводит к их измельчению и впоследствии к агрегации и агломерации.

Решить проблему интенсификации движе­ния мелющих тел, обеспечить внутримельничную классификацию и байпасирование готового материала позволит шаровая бара­банная мельница открытого цикла измельче­ния с энергетическими и технологическими показателями работы, близкими или превос­ходящими показатели работы мельниц зам­кнутого цикла измельчения, оснащённых се­параторами.

Впервые на Карачаево-Черкесском це­ментном заводе на мельнице размером 4x13,5 м был реализован принцип поперечно-продольного движения мелющих тел. В ре­зультате при той же производительности 90 т/ч (приведённой к 10%-ному остатку на сите 008) масса мелющих тел была снижена с 210 до 150 т. При этом масса шаровой заг­рузки в первой камере мельницы уменьши­лась со 100 до 45 т, а во второй (цильпебсной) — со 110 до 105 т.

Это объясняется тем, что цильпебс, имею­щий цилиндрическую форму, не перемеща­ется, как шары, в продольном направлении. Если вторую камеру загрузить шарами диа­метром 20 мм, то её массу загрузки можно снизить до 50 т.

В результате уменьшения массы загруз­ки потребляемая мощность привода сни­зилась с 3170 до 2420, а на отдельных ре­жимах работы до 2210 кВт. При этом удель­ный расход энергии уменьшился с 43 до 32—34 кВтч/т, а годовая экономия энергии на этой мельнице при коэффициенте использования 0,65 составила около 4,6 млн кВт ч.

Таким образом, разрушение застойных зон только в первой камере обеспечило произво­дительность мельницы вдвое меньшим коли­чеством мелющих тел. Выработка цемента на 1 т шаров возросла с 900 до 2000 кг-ч.

Вследствие уменьшения массы загружаемых в мельницу мелющих тел (для мельни­цы размером 4x13,5 м на 50 т) существенно снижаются ударные нагрузки на футеровку и барабан мельницы в целом, может быть уменьшена толщина стенки барабана мель­ницы (для мельницы размером 4x13.5 м на 14 мм), снижаются нагрузки на опорно-хо­довую часть (цапфы, подшипники) и редук­тор, что приводит к увеличению их срока службы. Кроме того, экономия мелющих тел вследствие снижения их массы состав­ляет около 200 т в год на мельнице этого ти­поразмера.

В ходе длительного промышленного экс­перимента (в течение 14 лет) были выявле­ны недостатки работы шаровых барабанных мельниц, оснащённых наклонными межка­мерными перегородками, одним из которых является загрубление помола при измене­нии гранулометрического состава и проч­ностных характеристик клинкера. Стаби­лизация тонкости помола, как и у обычных шаровых мельниц открытого цикла измель­чения, регулируется снижением производи­тельности.

Для обеспечения гарантированного каче­ства готового продукта в мельницах с попе­речно-продольным движением мелющих тел в БГТУ им. ВТ. Шухова разработана принципиально новая конструкция внутри-мельничного классифицирующего устрой­ства (Пат. 2246355 РФ, МПК В 2 С 17/06. Трубная мельница с внутримельничным кпассифицирующим устройством / В. С. Богданов, Ю.М. Фадин, С С. Латышев и др.; БГТУ им B.I. Шухова; Опубл. 20.022005; Бюл. № 5. С. 5.; Решение №2006126388/22 о выдаче патента на полезную модель. Шаровая барабанная мельница с внутренним рециклом / B.C. Богданов, Ю.М. Фадин, С.С. .Латышев, и др.; БГТУ им В. Г. Шухова).

Конструкция устройства и тех­нологические режимы процесса измельче­ния в течение трёх лет отработаны на Белгородском, Новороссийском, Кричевском, Красносельском и других цементных заводах.

Шаровая барабан­ная мельница оснащена наклонной межка­мерной перегородкой и трубой рецикла. Характерной особенно­стью конструкции внутримельничного устройства такой мельницы является сле­дующее. Камера имеет два положения. В первом положении камера грубого по­мола имеет в нижней части минимальную длину, а камера тонкого помола — мак­симальную длину. Во втором положении через половину оборота барабана длина нижней части камеры грубого помола становится максимальной, а длина нижней части камеры тонкого помола — минимальной.

Измельчение клинкера в мельнице, оснащённой наклонной межкамерной перегородкой и внутримельничным классифицирующим устройством, осуществляется следующим образом.

Измельчаемая шихта подаётся в мельницу через полую загрузочную цапфу и далее в футерованный барабан. При вращении бараба­на материал под воздействием мелющих тел измельчается, продвигаясь из камеры грубого помола через отверстия в наклонной межкамерной перегородке в направлении выходной решётки.

При повороте барабана мельницы из первого поло­жения во второе положение уровень мелющих тел в камере грубого помола изменяется от макси­мального до минимального, а в камере тонкого помола - от минимального до максимального. При этом мелющие тела захватываются наклонной межкамер­ной перегородкой и перемещаются в про­дольном направлении в первой камере в сторону загрузочной цапфы, а во второй камере - в сторону полой разгрузочной цапфы, совершая по­перечно-продольное движение, разрушая за­стойные зоны и интенсифицируя процесс измельчения в целом.

Далее измельчаемый материал через окна в лифтерах поступает в трубу рецикла, где под действием аспирационного воздуха осуществляется его сепарация. Частицы це­мента размером менее 80 мкм выносятся че­рез щели в разгрузочной решётке, лифтера­ми направляются на разгрузочный конус и далее в разгрузочную цапфу.

Крупные частицы перемещаются трубо-шнеком в сторону наклонной межкамерной перегородки, высыпаются на мелющие тела, под действием которых осуществляется их домол.

Таким образом, использование наклонной межкамерной перегородки в сочетании с тру­бой рецикла позволяет увеличить продоль­ную скорость, осуществить внутримельничную классификацию и байпасирование из­мельчаемого материала. Всё это в комплексе повышает эффективность процесса измель­чения: стабилизирует и повышает тонкость помола мельницы, снижает удельный расход энергии.

Например, на цементной мельнице 3x14 м (Кричевский завод), оснащённой предложен­ными устройствами, производительность, приведённая к 10%-ному остатку на сиге 008, увеличилась с 40,5 до 43 т/ч, удельный расход энергии уменьшился с 37 до 33 кВт-ч/т.