Приготовление сырьевой смеси по сухому способу

Более высокую точность разделения, узкую гранулометрию сырьевой смеси  обеспечивают центробежные сепараторы с выносными циклонами. В них воздушный поток создается напором вентилятора и направляется по касательной в корпус сепаратора. Мелкие частицы, разбрасываемые вращающейся тарелкой, подхватываются потоком и уносятся в циклоны, откуда направляются в силосы. Крупные частицы под действием силы тяжести оседают вниз, а затем поступают на доизмельчение.

Мельницы совмещенного помола и сушки позволяют перерабатывать материалы с влажностью до 10—12 %. При более высокой влажности  сырья необходима предварительная его подсушка, которая может также совмещаться с процессом дробления. При этом одна топка может обеспечивать подачу горячих газов и в дробилку, и в мельницу. Часть дымовых газов из топки поступает в дробилку и вместе с дробленым материалом перемещается по герметизированным винтовым конвейерам к элеватору в сепаратор, а из него в шаровую мельницу. Второй поток горячих газов из той же топки поступает непосредственно в сепаратор, где происходит интенсивная сушка материала. При измельчении в мельнице материал досушивается за счет аккумулированного тепла. Охлажденные газы после очистки удаляются в атмосферу.

Возможности измельчения сухим  способом материалов повышенной влажности  расширяются при использовании  на первой стадии помола мельниц самоизмельчения «Аэрофол» с отношением диаметра к длине от 3 : 1 до 4 : 1. Большой диаметр загрузочных цапф позволяет пропускать через них значительный объем горячих газов. Кроме того, благодаря большой поверхности контакта газов и материала в мельнице «Аэрофол» можно применять газы относительно невысокой температуры (отходящие газы вращающихся печей и холодильников). Мельницы «Аэрофол» выпускают диаметром 7— 9,75 м, производительностью 100—400 т/ч. В них перерабатываются материалы с исходной крупностью 200— 400 мм и более влажностью до 25 %. Принцип их работы аналогичен принципу работы мельниц «Гидрофол». Материал поступает в мельницу через цапфу, отбрасывается при вращении барабана к периферии на лопасти, поднимается ими и вновь падает вниз, ударяясь по пути о куски поступающего в мельницу материала и лопасти. В мельницу можно загружать небольшое количество стальных шаров (5—6 % внутреннего объема мельницы), которые усиливают размалывающее действие кусков материала. Таким образом, помол в мельнице происходит в результате соударения кусков материала о лопасти и ударного действия шаров. Внедрение в цементную промышленность мельниц «Аэрофол» позволило реализовать этот процесс без мелющих тел. Важнейшие преимущества этого типа мельниц: совмещение операций мелкого дробления, помола и сушки в одном аппарате, отказ от строительства отделений вторичного дробления известняка и сушки, резкое повышение производительности мельниц и снижение расхода энергии, максимальное использование теплоты отходящих газов.

Возможны две принципиальные схемы работы мельницы «Аэрофол»: по первой сырье подается в мельницу вместе с отходящими горячими газами. Измельченный материал выносится газовым потоком в воздушно-проходной сепаратор. Тонкие фракции осаждаются в циклонах, крупные при необходимости частично возвращаются в мельницу «Аэрофол», а чаще направляются в трубную мельницу, работающую в замкнутом цикле с центробежным сепаратором. Из сепаратора крупные фракции возвращаются на домол в трубную мельницу, а тонкие совместно с тонкими фракциями проходного сепаратора поступают в силосы. По второй схеме весь измельченный материал совместно с отходящими печными газами из мельницы «Аэрофол» направляется в циклоны первой стадии очистки, и после осаждения весь продукт проходит через мельницу домола, работающую в замкнутом цикле с центробежным сепаратором.

В последние годы в  цементной промышленности применяют  роликовые мельницы. В них материал измельчается между вращающейся  чашей и роликами (или шарами), прижимаемыми к основанию пружинами  или специальными гидропневматическими устройствами. Мельница в зависимости от производительности имеет два-четыре конических ролика, которые катятся по слою материала, находящемуся на плоской тарелке, тарелка вращается с частотой 25—35 мин-1. Материал в мельницу загружают через шлюзовой затвор. Он поступает в центр тарелки и отбрасывается центробежной силой к ее периферии, где попадает под ролики. Измельченный материал перемещается к наружной стороне дорожки качения ролика и падает с тарелки, где подхватывается и увлекается вверх потоком воздуха, нагнетаемым по краю тарелки. В верхней части мельницы сепаратор отделяет крупные частицы, которые вновь падают на измельчающую тарелку. Помольная камера роликовых мельниц полностью герметизирована, поэтому в них можно сушить материал с использованием теплоты отходящих газов вращающихся печей.

Роликовые мельницы при  помоле портландцементных сырьевых материалов намного экономичнее, чем  шаровые. В них можно измельчать с одновременной подсушкой материал с влажностью до 15 %. Максимальный размер кусков питания роликовых мельниц составляет 50—125 мм, что в ряде случаев позволяет отказаться от вторичного дробления. Уровень шума роликовых мельниц значительно ниже, чем шаровых. Материал находится в роликовой мельнице около 2 мин, а потому ускоряется контроль и корректирование состава сырьевой смеси. Преимуществами этих мельниц являются также меньшие потребности в площадях, более точное регулирование, снижение расхода энергии на помол. Их недостатки: большие капитальные вложения по сравнению с шаровыми мельницами, а также быстрый износ роликов.

Мельницы сухого помола могут эффективно работать только при  вентилировании мельничного пространства — просасывании через него горячих  газов (при сушке) или воздуха. Скорость воздушного потока (0,3—0,7 м/с) обеспечивается вентилятором, просасывающим воздух через мельницу и последующие очистные устройства. Система, работает под разрежением, что предупреждает выбивание пыли. Газовоздушный поток, проходя через мельницу, увлекает мельчайшие частицы и предотвращает их налипание на мелющие тела. Благодаря аспирации производительность мельницы повышается на 20—25 %, уменьшается пылевыделение, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. Однако, чем больше объем просасываемого воздуха, тем выше гидравлическое сопротивление мельницы и расход энергии на аспирацию.

Для интенсификации измельчения  рекомендуется также вводить  в мельницу специальные добавки  — интенсификаторы помола. К ним  относятся многие ПАВ: спирты, фенолы, этаноламины и т. д. Их присутствие создает в полости мельницы адсорбционно-активную среду. Проникая в микротрещины материала, ПАВ снижают сопротивляемость его размолу. Кроме того, адсорбция ПАВ на поверхности образующихся при размоле мельчайших частиц предотвращает их агрегирование. В результате производительность мельницы увеличивается на 20—30 % с соответствующим снижением удельного расхода электроэнергии. Кроме того, улучшается текучесть размалываемого материала, что благоприятно изменяет характер движения материала и мелющих тел и ускоряет процесс помола. Применение ин-тенсификаторов помола в первую очередь целесообразно при измельчении прочных, трудно размалываемых материалов.

Гомогенизация и корректирование  порошкообразных сырьевых смесей. При  сухом тонком измельчении материалов получить однородную смесь постоянного состава значительно труднее, чем при мокром. Соответственно при сухом способе производства портландцемента требования к качеству корректирования и гомогенизации получаемой шихты особенно строгие. Применяется порционное и поточное корректирование. При порционном корректировании сырьевая мука из мельниц системой пневматических (аэрожелоба) и механических (винтовые конвейеры, элеваторы) транспортных устройств подается в корректирующий силос. После проверки ее состава в тот же силос перекачивается необходимое количество корректирующей сырьевой муки и компоненты перемешивают до получения однородной смеси. Готовая сырьевая мука поступает в запасные силосы.

Поточное корректирование  сырьевой смеси позволяет сократить  его длительность, снизить расход энергии и капитальные затраты, но оно возможно только при выполнении следующих условий: на помол необходимо подавать сырьевые компоненты заданного и однородного химического состава; дозирование осуществлять точными устройствами с автоматическим регулированием; надежно и оперативно контролировать и регулировать все стадии приготовления сырьевой смеси.

Поступающие с карьеров на завод известняк и глина  после первой стадии дробления проходят через контрольные станции определения  их химического состава. Результаты анализов используются для первичного дозирования с относительно невысокой точностью (±3—4 %). Дозированные известняк и глину подают в мельницы самоизмельчения, где готовят грубомолотые смеси двух составов с повышенным и пониженным титром — соответственно «высокую» и «низкую». Это позволяет, с одной стороны, предъявлять менее строгие требования к первичному дозированию, с другой — осуществлять при вторичном дозировании оптимизацию химического состава сырьевой смеси путем оперативного маневрирования «высокими» и «низкими» силосами и управления дозаторами. Ориентировочные значения соотношений известняка и глины в «высокой» и «низкой» смесях должны составлять соответственно: 90:10 % и 70:30 %, т. е. быть достаточно близкими, чтобы не создавать затруднений при их сушке. Дозированная смесь «высокого», «низкого» материалов и огарков контролируется каждые 5—10 мин и подается элеватором в центробежный сепаратор. Здесь отделяют тонкие фракции, а крупка возвращается на домол в мельницу. В месте последующего объединения обоих потоков снова определяется их состав. Объединенный поток готовой сырьевой муки поступает в промежуточный силос.

Его размеры должны обеспечивать продолжительность заполнения в  течение 8—10 ч. Промежуточные силосы не решают задачи усреднения состава шихты. Цель их установки — создание запасов грубодозированной сырьевой смеси известного химического состава. Из силосов сырьевая смесь поступает на дозаторы по массе, осуществляющие окончательное точное дозирование перед домолом сырья в шаровой мельнице.

Смесительные силосы — металлические или железобетонные цилиндрические емкости с плоским  или коническим днищем. Диаметр силосов  составляет от 5—6 до 12—18 м, вместимость 400—4000 м3. Наилучшие условия перемешивания  достигаются при отношении высоты силоса к его диаметру от 1,5 : 1 до 2 : 1. Предпочтительны силосы с плоским основанием, так как в них гарантируется более равномерное распределение воздуха.

Гомогенизация приготовленных сырьевых смесей производится аэрацией порошков. Сырьевую муку перемешивают сжатым воздухом, подаваемым через воздухопроницаемое днище. Его поверхность на 50—80 % выложена специальными коробками, состоящими из металлического корпуса и пористой аэроплитки. Аэроплитки изготовляют керамические, из металлокерамических сплавов, текстиля и др. Чаще применяют керамические аэроплитки с воздухопроницаемостью 3— 5 м3/ч на 1 м2 плитки толщиной 1 см. Аэроплитки могут быть заменены прочной пористой тканью.

В коробки под аэроплитки нагнетают воздух под давлением (0,18—0,28 МПа). Он проходит тонкими струями через поры в плитках и вырывается в объем силоса. При подъеме вверх воздух увлекает за собой частички муки. Место поднятого воздушной струей материала занимает находящаяся рядом неаэрированная шихта. Таким образом, постепенно вся масса сырьевой муки, находящейся в силосе, приходит в движение и перемешивается. Применяемый для аэрации сжатый воздух должен быть предварительно очищен от влаги и масла. Если этого не сделать, то происходят агломерация порошкообразного материала, замазывание аэроплиток и ухудшение процесса перемешивания.

В цементном производстве используются следующие способы  аэрирования смесительных силосов: квадрантный, полосовой, гейзерный  и произвольный (рисунок).

Способы аэрирования муки в смесительных силосах 

а — квадрантный; б — полосовой; в — гейзерный; г — произвольный

При квадрантном способе  аэроплитки, уложенные на 55—60 % плоского днища силоса, образуют четыре секции с индивидуальным подводом сжатого  воздуха. Каждая секция поочередно по 15 мин работает с усиленной аэрацией, для чего к одной секции подводится 75 %, а к остальным трем — 25 % общего количества сжатого воздуха. Длительность перемешивания материала в одном силосе, обеспечивающая полную гомогенизацию муки, составляет около 1 ч.

Более экономичен гейзерный способ, когда аэроплитки образуют в днище силоса пять концентрических секций с индивидуальным подводом сжатого воздуха. Сначала все секции аэрируются под одинаковым давлением воздуха. Когда материал в силосе приобретает подвижность, секции переключаются на работу под разным давлением: три нечетные — под давлением 0,14 МПа, две четные — под давлением 0,11 МПа. Через каждые 5—10 мин секции меняются. Гейзерный способ дает возможность строить силосы большой вместимости при отношении диаметра к высоте 1:1.

При полосовом способе аэрирования  воздух подают в пять продольных секций под разным давлением. Процесс перемешивания  интенсифицируется в результате интенсивного движения вверх — вниз потоков сырьевой смеси. При произвольном способе аэрирования возможна укладка аэроплиток в днище силоса по любой другой схеме, если она гарантирует получение лучших показателей.

Схема движение потоков сырьевой муки а — при квадрантном способе; б — при гейзерном способе; 1 —. аэроплитки; 2 — разгрузочный патрубок силоса; 3 —трубки для подачи воздуха; I—V —секторы (секции) в днище силоса

Пневматическое перемещение  порошкообразных сырьевых смесей требует  расхода больших объемов сжатого  воздуха и соответственно электроэнергии. При больших количествах перемешиваемых масс степень гомогенизации недостаточна. Последнее особенно важно, поскольку рост мощности цементных заводов неизбежно связан с увеличением вместимости силосов для хранения измельченного сырья. Поэтому проводится работа по совершенствованию способов гомогенизации порошкообразных сырьевых смесей.