Теория дробления, измельчения, помола и сепарации

Добро пожаловать в раздел дробления, измельчения и помола. Измельчение-это один из важнейших процессов в производстве цемента, около ⅔ электрической энергии, требуемой для производства цемента, расходуется на помол сырьевой муки и цемента. В связи с ростом затрат на электроэнергию необходимо сфокусироваться на применение возможных энергоэффективных решений, это означает, что процессы и оборудование измельчения должны оптимизироваться.
Почему измельчение является таким критически важным в процессе производства цемента?
Помол сырьевых материалов критичен, т.к. питание печи, находясь в ней должно быть тонко измельчено и перемешано для обеспечения тесного контакта частиц.
Применяются различные сырьевые материалы, содержащие CaO, SiO2, Al2O3 и Fe2O3, и спекаются с образованием совершенно нового ряда минералов - минералов портландцементного клинкера C3S, C2S, C3A, C4AF.

Это превращение сырьевых материалов в цементный клинкер называется реакциями спекания, потому что большинство реагирующих компонентов, CaO и SiO2, и большинство клинкерных минералов, C3S, C2S, остаются в твердом состоянии на протяжении всего процесса реакции. Такие твердофазные реакции протекают с достаточной скоростью только, если сырьевые материалы находятся в тесном контакте друг с другом в тщательно перемешанном и измельченном состоянии.

При помоле твердых видов топлива, таких как уголь или нефтяной кокс, мы должны обеспечивать достаточное измельчение топлива для его полного сгорания в пламени цементной печи. В этом случае требуемая тонкость помола прямо зависит от содержания летучих в топливе- топливо с низким содержанием летучих, такое как антрацит или нефтяной кокс должны измельчаться гораздо мельче, чем высоколетучие битумные угли.
Летучие соединения в топливе быстро возгоняются и воспламеняются при вдувании в печь, частицы взрываются и обеспечивается быстрое сгорание. Топливо с низким содержанием летучих должны быть измельчены тоньше, т.к. без этого быстрое распространение летучих не происходит.
При финишном измельчении или помоле цемента мы снова убеждаемся, что продукт в оптимальном, тонкоизмельченном состоянии реагирует с достаточной скоростью в гидравлических реакциях цементирующих клинкерных минералов- когда цемент смешивается с заполнителями и водой с образованием раствора или бетона. Скорость гидравлических реакции клинкерных минералов тесно связана с тонкостью помола, т.к. площадь поверхности частиц, доступная для воздействия воды определяет насколько быстро компоненты реагируют. В свою очередь это определяет выделение тепла при гидратации, время схватывания и набор прочности раствора или бетона.
Поэтому важность измельчения заключается в том, чтобы обеспечить для сырьевых материалов, твердого топлива и цемента оптимальное тонкоизмельченное состояние для химических реакций, которые должны протекать с желаемой скоростью. Как тонкость помола должна измеряться и контролироваться? - остатком на сите или удельной поверхностью? -или распределением размера частиц измеряемым, например, распределением Розин-Раммлера? Что все это значит? И в каком случае какое измерение должно использоваться? Это фундаментальные темы раздела измельчения, которые будут затронуты в главах этого раздела.

Все системы помола сырья в цементном производстве и многие системы помола цемента включают сепараторы в цикле помола.
Работа и настройка сепараторов является важнейшим пунктом для контроля тонкости продукта, выходящего из помольного цикла. Будет также рассмотрена теория сепарации и работа сепаратора.

Применительно к сырью мы должны помнить, что размол-это только конечная стадия измельчения перед тем, как сырьевые минералы отправляются в печь.
Некоторые сырьевые материалы, в частности известняки, должны быть взорваны для отделения массы от общей толщи. Взрывом начинается процесс измельчения.
Энергия, которая должна быть потрачена, и затраты на бурение и взрывчатку зависят от прочности и структуры горных тел.
Твердость и хрупкость измельчаемых материалов также важны при определении производительности, эффективности и выборе дробильного и помольного оборудования.
Эти характеристики объединены в термине “размолоспособность” материалов. Измельчение материалов с различной размолоспособностью совместно неизбежно будет влиять на характеристики смеси продукта помола.

Использование большего количества взрывчатки при взрыве скалы будет приводить к большей фрагментации и следовательно уменьшению размеров фрагментов. Однако по причине безопасности и экономии в нормальной практике не используется такой взрыв скалы, при котором размер кусков настолько мал, что позволит подавать материал прямо в сырьевой помол.
Для того, чтобы обеспечить уменьшение размеров кусков до примерно 20 мм, необходимого условия для питания системы помола сырья, используется одностадийное или многостадийное дробление.

Имеется четкая взаимосвязь между степенью уменьшения размера, достигаемой на стадии дробления и производительностью системы помола сырья. Меньший размер кусков на подаче в сырьевую мельницу означает большую производительность. Это является причиной установки молотковой дробилки/мельницы или роллер-пресса перед сырьевой мельницей.

Вглавах раздела рассмотрено уменьшение размера частиц, достигаемое как ударом (шаровая мельница), так и раздавливанием (вертикальная мельница и роллер-пресс).

Уменьшение размера частиц обеспечивается аутогенными, полуаутогенными процессами либо использованием помольных частей и мелющих тел.
В аутогенных процессах уменьшение размера достигается тем, что грубые куски материала дробят и измельчают сами себя взаимным самоударением и падением на слой материала. Аутогенные помольные системы не нашли широкого применения в цементной промышленности, но есть примеры.
В меловых мельницах (мелоболтушках) при мокром способе производства цемента тонкое измельчение обеспечивается встроенными перемешивающими частями. В мельницах аэрофол также присутствует полуаутогенное измельчение, соединенное с высушиванием сырьевых материалов.
Соединение сушки и помола сырьевых материалов или твердого топлива является обычным требованием к помольным системам на цементных заводах.
Обычно для высушивания сырьевых материалов через мельницу протягиваются отходящие газы печи. Необходимость сушки в помольном цикле может в равной степени быть ограничением для производительности по параметру тонкости помола.

В системе финишного помола (цемента) проблема часто не столько в сушке материалов, сколько в обеспечении контроля температуры внутри мельницы. Для исключения превышения температуры возможна установка внутреннего впрыска воды.

Когда измельчаются натуральная пуццолана или гранулированный доменный шлак, в мельнице встает вопрос сушки. Эти материалы могут содержать значительное количество влаги.
Измельчение смесей материалов, не только клинкера и гипса, также является важным вопросом при помоле цемента.

На сушку и на охлаждение влияют газы, продуваемые через мельницу: или отходящие газы теплообменника в системе помола сырья, или окружающий воздух помоле цемента. Эти газы, проходящие через мельницу, могут играть важную транспортную роль.
В воздухопроходных мельницах газовый поток должен быть достаточно мощным, чтобы поднять материал, пройти через сепаратор и устройства сбора пыли.

Помольный цикл должен проектироваться с учетом возможности контроля и обслуживания.
 

Предметный указатель: