Мельницы по сухому способу

§ 17. Измельчение сырьевых материалов по сухому способу

Общие сведения. Измельчение сырья по сухому способу (сухой помол) протекает труднее, чем по мокрому способу, так как при этом материал не подвергается расклинивающему действию молекул

воды на сырьевой материал. Кроме того, при сухом помоле сырьевых материалов из мельницы необходимо непрерывно удалять запыленный мельчайшими частицами материала воздух или газовоздушную смесь. Диктуется это следующими причинами.

Мельчайшие частицы сырьевого материала налипают на поверхности мелющих тел, футеровку и перегородки мельницы, при этом они удерживают на своей поверхности пузырьки воздуха. Смесь мельчайших твердых частиц с воздухом, осевшая на мелющих поверхностях, обладает амортизирующим действием и смягчает силу удара мелющих тел. В результате ухудшаются условия измельчения материала. Воздушный же поток, проходя через мельницу, увлекает эти мельчайшие частицы и очищает от них поверхности мелющих тел и щели перегородок. При этом скорость воздушного потока в барабане мельницы должна быть 0,6—0,7 м/с.

Движение пылевоздушного потока с необходимой скоростью создается радиальным вентилятором, просасывающим запыленный воздух или газовоздушную смесь через мельницу и все последующие устройства, предназначенные для отделения воздуха от частиц материала.

При сухом помоле сырья мельницы, работающие по открытому циклу, могут измельчать материал с исходной влажностью 1—2%. Поэтому сырьевые материалы предварительно высушивают до указанной остаточной влажности в сушильных барабанах или других агрегатах, предназначенных для сушки.

При сухом помоле исходных сырьевых материалов влажностью, не превышающей 8%, сырьевую смесь измельчают в мельницах одновременной сушки и помола. В этом случае в мельницы подают сушильный агент (воздух, топочные газы или отходящие газы печных установок) температурой 300—600° С, при соприкосновении которого с измельчаемым материалом происходит интенсивная сушка. При совмещении процесса помола и сушки в одном агрегате значительно снижается расход электроэнергии, упрощается технологическая схема производства и уменьшаются затраты на строительство сушильных и помольных отделений.

В СССР помол сырьевых материалов по сухому способу в основном совмещают с сушкой. При этом применяют различные технологические схемы (см. 25,а—г), которые можно разделить на два типа: схемы, в которых измельченный материал транспортируется из мельницы к сепаратору сушильными газами, просасываемыми через мельницу посредством вентиляторов, и схемы, в которых материал из мельницы в сепаратор поступает механическим путем с помощью элеватора или пневматического насоса. В этих двух типах схем применяют различные типы сепараторов: в первом — проходные, во втором — центробежные с движущимися деталями, оборудованные специальным электроприводом.

Первый тип схем отличается от второго значительной простотой и меньшим количеством оборудования. Однако у первого типа схем расход электроэнергии выше на 20—25% за счет пневматического транспортирования.

Трубные мельницы. Для измельчения цементного сырья по сухому способу применяют преимущественно трубные мельницы. Трубные мельницы сухого помола, работающие по замкнутому циклу, по конструкции мало отличаются от трубных мельниц мокрого помола. В технологических схемах первого типа применяют короткие трубные и шаровые мельницы воздушно-проходного типа.

В трубную мельницу с проходным сепаратором ( 35) сырье поступает через загрузочную течку 3. В загрузочное устройство 2 мельницы направляется также крупка из сепаратора. Размалываемый Материал подается в камеру 4 предварительной сушки, откуда направляется элеваторным устройством 6 в размольную камеру 7. Сушильные газы поступают в мельницу из специальной топки или в качестве сушильного агента используют отходящие газы печных установок. В размольной камере 7, оснащенной самосортирующими броневыми плитами, размалываемый материал одновременно измельчается и интенсивно сушится в потоке горячих газов. Этому также способствуют горячие броневая футеровка камеры и мелющие тела.

Высокая эффективность при размалывании обеспечивается постоянным отбором измельченного продукта, который вместе с газовым потоком через вытяжную трубу 10 попадает в проходной сепаратор. Скорость газового потока в разгрузочном устройстве 8 при этом составляет до 30 м/с. Крупка, выпавшая из потока в разгрузочном патрубке, подается винтовым конвейером 9 разгрузочного устройства обратно в размольную камеру.

В сепараторе оставшаяся крупка отделяется от готового продукта и направляется затем через загрузочное устройство в мельницу, где она вновь размалывается. Готовый продукт вместе с газовым

потоком направляется в циклоны, где продукт осаждается. Часть газов после циклонов при необходимости направляется для разбавления и снижения температуры газового потока, поступающего в мельницу. Остальная часть газов, содержащая водяные пары, после очистки в элекрофильтрах или других пылевых фильтрах выбрасывается в атмосферу.

Для работы мельницы с проходным сепаратором требуется большой объем сушильных газов температурой 300—400°С. Мельницы с проходными сепараторами применяют только в тех случаях, когда для сушки сырья используются отходящие газы печных установок. Во всех других схемах сухого помола по замкнутому циклу применяют мельницы с центробежными сепараторами.

Для работы мельницы с центробежным сепаратором не нужны большие скорости газового потока, однако температура поступающего газа должна быть повышенной, чтобы обеспечить сушку размалываемого материала. Поэтому в мельницу направляют небольшие объемы сушильного агента температурой 600—650°С и более.

В большинстве технологических схем сухого помола сырья в мельнице с центробежным сепаратором (см. 25, в) первая ее камера является сушильно- размольной, а вторая работает в замкнутом цикле с сепаратором. Сырье поступает в первую камеру, через которую просасываются горячие газы, где размалывается и высушивается. Измельченный продукт из первой камеры и тонкий материал из второй выходят на стыке двух камер через специальное разгрузочное устройство ( 36) и поступают в элеватор, где смешиваясь поднимаются к сепаратору. В сепараторе поток материала разделяется на готовую муку и крупку, которая подается через правую цапфу мельницы во вторую камеру на домол.

Глава V. помол сырьевых материалов. § 24. общие сведения о помоле и помольных установках.
Тонкое измельчение (помол) сырья производят мокрым и сухим способами в мельницах.

Тонкое измельчение (помол) сырья производят мокрым и сухим способами в мельницах. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды до образования сметанообразной водной суспензии — шлама.

Обжиг сырьевой смеси чаще осуществляют во вращающихся печах, но иногда (при сухом способе) в шахтных.
Помол клинкера. Помольные установки и процессы измельчения.

по способу помола — сухого и мокрого помола
Мельница размером 9,7X3,2 м для сухого самоизмельчения материалов (65) используется для предварительного измельчения и сушки сырьевых материалов при сухом способе обжига.

Дробление , т. е. первичное грубое измельчение сырьевых материалов
Дробление сухих твердых материалов сопровождается большим пылением.
Мокрый способ. Дробление осуществляют в дробилках, помол — в мельницах.

Источник

Бетон.ру

Бетон

Цемент

Нерудные материалы

Дата публикации: 04.03.2006

Количество просмотров: 8945

Последовательность технологических операций производства портландцемента сухим способом такая же, как и при мокром , однако при подготовке сырьевых смесей имеются существенные отличия, зависящие от влажности и твердости сырья. При переработке сырья повышенной твердости и умеренной влажности принципиальная технологическая схема имеет вид. Высокая твердость измельчаемых материалов требует предварительного их дробления. Тонкое измельчение материалов может производиться при влажности не более 1%. В природе такое сырье практически не встречается, поэтому обязательная операция сухого способа производства-сушка.

Желательно совмещать ее с размолом сырьевых компонентов. На большинстве новых предприятий, работающих по сухому способу производства, в шаровой трубной мельнице совмещаются процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания всех компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка — сырьевой муки. В железобетонных силосах производятся корректировка ее состава до заданных параметров и гомогенизация перемешиванием сжатым воздухом. Готовая сырьевая смесь поступает на обжиг. Вращающиеся печи сухого способа производства оборудованы запечными теплообменными устройствами (циклонными теплообменниками). В них за несколько десятков секунд сырьевая смесь нагревается до 700-800°С, дегидратируется и частично декарбонизируется. Завершается обжиг клинкера во вращающейся печи. Необходимость экономии расхода топлива вынуждает перерабатывать по сухому способу материалы со все более высокой влажностью.

Технологическая схема производства портландцемента из такого сырья выглядит следующим образом. Предварительное измельчение материалов повышенной влажности при сухом способе целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения типа «Аэро-фол», позволяющих перерабатывать сырье с влажностью до 25%. Однако полностью высушиться сырье при этом не успевает и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой смеси производится ее досушка. Приготовление сырьевой смеси в виде порошка усложняет технологическую схему. Увеличивается число энергоемкого оборудования, более «капризного» при эксплуатации. Сложнее при сухом способе обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Но решающим его преимуществом является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,4-4,2 МДж/кг. Кроме того, на 35-40% уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и дает больше возможностей по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важнейшее преимущество сухого способа — более высокий съем клинкера с 1 м3 печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи по сухому способу в 2-3 раза более мощные, чем по мокрому.

В целом по технико-экономическим показателям сухой способ превосходит мокрый . При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40%, уменьшение себестоимости продукции на 10% и сокращение капиталовложений при строительстве предприятий на 50%. Это обусловило интенсивное его распространение в мировой цементной промышленности. Однако надо учитывать, что возможности применения сухого способа ограничены влажностью перерабатываемого сырья. Переработка сырья с влажностью более 20-25% по сухому способу связана с высокими расходами теплоты на сушку, и этот способ становится неэкономичным.

Источник

Современные технологии производства цемента

Цемент – материал, который участвует в строительстве каждого объекта. На сегодняшний день существует три основных метода производства портландцемента – мокрый, сухой и комбинированный. Компании – производители выбирают способ исходя из технологических, технических и экономических факторов.

Технологический процесс производства цемента состоит из трех основных стадий:

1. Механические процессы по добыче и переработке сырьевых материалов (измельчение, перемешивание, корректировка) с получением сырьевой смеси для ее последующего обжига.
2. Термический процесс обжига сырьевой смеси в печных агрегатах с получением клинкера – основного компонента для производства цемента.
3. Механический процесс совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера, гипсосодержащего материала и минеральных добавок с получением различных типов цемента.

Известняк, его модификации (мел, мергель) и глина являются основой для производства цемента. В непосредственной близости от цементных заводов обычно расположены карьеры, где производитель добывает эти материалы. Для того, чтобы обеспечить требуемый химический состав сырья, используются также покупные материалы – песок, зола, бокситы, пирит и другие.

Сырьевая смесь состоит из четырех основных оксидов: кальция, алюминия, железа и кремния. Источниками этих оксидов служат:

• СаО – известняк, мел, мергель;
• Si₂O₃ – песок, глина, шлак, сланцы;
• Al₂O₃ – глина, бокситы, зола;
• Fe₂O₃ – пирит, железная руда.

Известняк добывается буровзрывным способом, более мягкие материалы (мел и мергель) – экскавацией. На современных цементных заводах дробление известняка происходит в карьере при помощи стационарных дробилок. Трубчатый транспортер протяженностью до 7 км при помощи ленточного конвейера доставляет материал на производственную площадку, где происходит его складирование штабелеукладчиком в различных направлениях с одновременным первичным усреднением. На выходе из карьера над транспортерной лентой установлен поточный анализатор, который определяет химический состав материала.

На современных производственных площадках высокая точность дозирования всех компонентов достигается весовым способом специализированными дозаторами.

На старых цементных заводах дробление известняка происходит на производственной площадке, куда его транспортируют автомобильный или железнодорожный транспорт. Для перемещения сырья в таких случаях используют грейферные краны, стоимость которых, а также затраты на эксплуатацию и обслуживание значительно выше, чем у ленточных конвейеров.

Следующий этап подготовки сырьевой смеси – помол. На современных заводов, работающих по сухому способу производства, помол осуществляется на вертикальных мельницах высокой производительности, которые состоят из двух частей. В нижней части, при помощи вращающегося стола и роликов под давлением, материал измельчается, а в верхней части расположен сепаратор, разделяющий материал на мелкую и грубую фракции. Грубая фракция направляется на дополнительный помол, а материал мелкой фракции считается готовым продуктом. Помимо измельчения, в сырьевой мельнице происходит сушка материала отходящими газами печи до влажности не более 0.5%.

Готовая к обжигу сырьевая смесь поступает и хранится в силосе, где также происходит усреднение смеси с помощью сжатого воздуха, поступающего через аэрационные окна, расположенные в нижней части.

На цементных заводах, мокрого и полумокрого способов производства, подготовка сырьевой смеси осуществляется в виде шлама с влажностью 35-40% с использованием гидрофола (мельницы самоизмельчения) и сырьевых мельниц. Готовый шлам различного качества поступает в вертикальные, а после, в горизонтальные шламовые бассейны, где корректируется до нужного химического состава. Усреднение готовой к обжигу смеси в горизонтальных шламовых бассейнах происходит за счет механического перемешивания и с помощью сжатого воздуха. Отличием полумокрого способа от мокрого является то, что перед обжигом происходит обезвоживание материала в пресс-фильтрах.

Качество сырьевой смеси играет важную роль и является определяющим для получения высококачественного клинкера и цемента. Основными показателями качества сырьевой смеси являются:

• силикатный модуль – это отношение оксида кремния к сумме оксидов алюминия и железа, с ростом силикатного модуля ухудшается обжигаемость сырьевой смеси по причине снижения содержания жидкой фазы, находится в пределах 2.2-2.8;
• алюминатный модуль – это отношение оксида алюминия к оксиду железа, определяет содержание жидкой фазы в процессе обжига, определяет соотношение минералов в клинкере, находится в пределах 1.5-2.5;
• коэффициент насыщения кремнезема известью – определяет соотношение минералов в клинкере, находится в пределах 0.92-0.98;
• коэффициент однородности сырьевой смеси – характеризует стабильность смеси по химическому составу, для сухого способа – не более 14, для мокрого – не более 10.

Обжиг сырьевой смеси в печных агрегатах является важнейшим этапом производства цемента, определяющим качество клинкера. Современные заводы, производящие цемент сухим методом, используют для обжига печной агрегат, состоящий из двух основных частей. В вертикальной части находятся циклонные теплообменники с декарбонизатором, в которых происходит подготовка сырьевой смеси (дегидратация, декарбонизация) перед непосредственным поступлением в печь. В горизонтальной части находится печь высокотемпературного обжига 1450 ºС, где из расплава формируются основные клинкерные минералы. Здесь же расположен холодильник, в котором, в результате резкого охлаждения, происходит стабилизация клинкерных фаз.

Для полумокрого способа изготовления цемента процесс обжига идентичен вышеописанному, который используют заводы работающие по сухому методу. На цементных заводах, работающих по мокрому способу производства, печной агрегат состоит из одной большой печи, длинной до 180 метров. Значительную часть такой печи занимает зона с цепной завесой. В ней происходит удаление из материала большого количества свободной влаги, которая характерна для мокрого способа производства. Цепная завеса увеличивает интенсивность теплообмена между окружающей газовой средой и материалом.

Энергопотребление печных агрегатов современных заводов сухого способа производства на 30-40% ниже, чем заводов мокрого способа, за счет отсутствия необходимости испарения большого количества свободной влаги сырьевого шлама.

Высокотемпературная зона печи футеруется изнутри огнеупорным кирпичом для уменьшения теплопотерь в атмосферу и снижения температурного воздействия на металлическую обечайку печи. Печной агрегат имеет небольшой угол наклона и вращается со скоростью 3-4 оборота в минуту, за счет чего происходит перемещение материала внутри печи.

Печной агрегат для производства цемента можно условно разделить на несколько зон:

• испарение свободной влаги (t 100 ºС) – характерна для печей мокрого способа производства;
• дегидратация (t 350-650 ºС) — глина теряет кристаллизационную влагу;
• декарбонизация (t 650-950 ºС) — процесс разложения карбоната кальция и магния с получением оксидов кальция и магния;
• клинкерообразование (t 1300-1450 ºС) — из расплава формируются основные клинкерные минералы, которые определяют свойства цемента;
• охлаждение (t 1250 ºС) — в результате резкого охлаждения происходит стабилизация клинкерных фаз.

Дальнейшее охлаждения клинкера до температуры 100 ºС происходит в колостниковом холодильнике, после чего он поступает на хранение в крытые силоса, которые защищают клинкер от атмосферных воздействий и сохраняют его высокое качество.

Для сжигания различных видов топлива в печи на цементных заводах используют многофункциональные горелки. Помимо природного топлива (газ, уголь, мазут) широко используются альтернативные виды топлива (бытовые отходы, материалы с очистных сооружений, резиновые покрышки и другие), доля которых с каждым годом увеличивается и в некоторых странах достигает 80%.

В результате процесса обжига сырьевой смеси формируются основные клинкерные минералы.

Клинкерные минералы определяют свойства цемента, а именно:

• трехкальциевый силикат (алит) С₃S – главный компонент цемента, обеспечивает быструю кинетику набора прочности, высокую начальную и хорошую марочную прочность;
• двухкальциевый силикат (алит) С₂S — обеспечивает медленную кинетику набора прочности, низкую начальную и хорошую прочность в длительные сроки твердения, трудноразмалываемый компонент;
• трехкальциевый алюминат С₃А — обеспечивает быструю кинетику набора прочности, высокую начальную прочность, значительно влияет на свойства бетона (реология, коррозионная стойкость);
• четырехкальциевый алюмоферрит С₄АF – практически не влияет на свойства, определяет цвет (чем больше его в составе цемента, тем темнее цвет).

Наряду с основными клинкерными минералами в составе клинкера также содержатся побочные компоненты, поступающие из сырьевых материалов (Mg, K, Na, Cl, SO₃) или из топлива (Fe₂O₃, P₂O₅, K, Na, Cl, SO₃). Их количество незначительно (3-6%), однако они влияют на:

• гранулометрический состав клинкера и образование колец в печи;
• блокировку проходимость циклонных теплообменников;
• состав пыли печей;
• выбросы в атмосферу;
• качество цемента.

Щелочные оксиды калия и натрия оказывают существенное влияние на кинетику набора прочности цемента, существенно ее увеличивая в начальные сроки и снижая в марочном возрасте — 28 дней.

Помол цемента – это механический процесс совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера, гипсосодержащего материала и минеральных добавок с получением различных типов цемента. Помол цемента выполняется в цементных мельницах двух типов – вертикальной (подробная информация в разделе «Подготовка сырьевой смеси») и шаровой трубной мельнице. Шаровая мельница – это металлическая обечайка, футерованная изнутри бронеплитами для защиты корпуса мельницы от износа. Мельницы состоят из одной или двух камер.

Двухкамерные мельницы между собой разделены диафрагмой с регулируемой подачей материала. На выходе из мельницы также имеется диафрагма с ячейками оптимального размера. При использовании однокамерных мельниц дополнительно перед мельницей устанавливают роллер-пресс для предварительного измельчения материалов. Внутри мельницы находятся мелющие тела (шары разного диаметра), которые, при вращении мельницы, путем удара в первой камере и истирания во второй камере измельчают материал.

Бронеплиты, помимо защиты, также участвуют в процессе помола. В первой камере мельницы устанавливают бронеплиты-лифтеры, которые поднимают мелющие тела на определенную высоту. Также с помощью бронеплит происходит сортировка мелющих шаров по размеру за счет различной величины упругого отскока. Проходя по длине мельницы материал подвергается воздействию мелющих тел различного диаметра, за счет чего происходит его измельчение.
Если мельница работает по открытому циклу, без использования сепаратора, то материал, выходящий из мельницы, считается готовым продуктом и поступает на хранение в силос.

На современных цементных заводах все помольные установки работают по замкнутому циклу с использованием высокоэффективных сепараторов. Материал из мельницы поступает в сепаратор, который разделяет его на мелкую фракцию (готовый продукт) и грубую фракцию, которая направляется на дополнительный помол.

Замкнутый цикл помола позволяет получать цемент с оптимальным гранулометрическим составом, который повышает степень гидратации цемента и, как следствие, прочностные характеристики.

После сепаратора готовый цемент поступает на хранение в силос, где он находится до момента отгрузки потребителям. Конструкция современных силосов, а именно обратный конус в основании, позволяет избежать наличия большого количества мертвых остатков цемента, характерных для старых конструкций. Также современный силос имеет многосекционную структуру, что позволяет в одном силосе хранить большое количество различных типов цемента.

Обязательным компонентом при производстве цемента является гипс, который применяется для регулирования сроков схватывания цемента. Трехкальциевый алюминат С₃А является очень активным компонентом и при взаимодействии с водой происходит структурообразование с быстрой потерей подвижности цемента. Для того, чтобы этого не происходило, гипс формирует защитный слой вокруг С₃А и предотвращает быстрое схватывание цемента.

Есть несколько модификаций гипса, которые отличаются по своим свойствам, в частности по активности. Наиболее активной формой является полуводный гипс CaSO₄•0.5H₂O, далее следует двуводный гипс CaSO₄•2H₂O, наименее активная форма – ангидрит CaSO₄. В процессе помола при повышенной температуре в мельнице, более 70 ºС, двуводная форма гипса переходит в полуводную форму с негативным влиянием на реологические характеристики цемента и, как следствие, бетона и раствора (увеличивается водопотребность, снижается сохраняемость подвижности).

Существуют понятия быстрого и ложного схватывания цемента. Быстрое схватывание цемента происходит в случае недостаточного количества гипса, когда плотный защитный слой вокруг С₃А не может быть сформирован. Ложное схватывание цемента с потерей подвижности происходит в случае перехода двуводной формы гипса в полуводную форму при повышенной температуре в мельнице. После перемешивания в случае ложного схватывания подвижность восстанавливается. Если происходит быстрое схватывание цемента после перемешивания подвижность уже не восстанавливается.

Рассмотрев технологии и различия основных методов производства можно сказать, что сухой метод является самым современным. Цементные заводы LafargeHolcim ориентированы на производство сухим способом. Основным преимуществом этого метода является снижение расходов топлива, а также сокращение объема печных газов практически на 40 %, что в свою очередь снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. К плюсам сухого способа производства цемента также можно отнести и более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. При обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.

Источник