Применение оборудования для воздушной сепарации порошкообразных материалов в технологических системах измельчения
В производстве строительных материалов и изделий часто основным или одним из компонентов являются порошкообразные материалы, которые обычно получают путем помола с последующей воздушной классификацией.
К сыпучим материалам предъявляют особые требования к фракционному составу, поверхностной площади и отсутствию инородных частиц. Эти параметры определяют важнейшие качественные свойства материалов и изделий.В мировой практике при производстве цемента, переход на помол клинкера с открытого цикла на замкнутый, который включает сепаратор, является одним из эффективных способов повышения производительности и эффективности помольных комплексов [63, 199]. Однако на данный момент селективность (вероятность попадания частиц в крупку) лучших образцов сепараторов достигает только 15% для частиц крупностью менее 5 мкм (рисунок 1.1) [31]. Частицы крупностью менее 10 мкм в большей степени подвержены агрегации [126].
Рисунок 1. 1 Кривые Тромпа для различных поколений сепараторов
В результате чего тонкие частицы в составе агрегатов могут попадать в крупку. Так сепараторы второго поколения имеют селективность близкую к 40%, но только уже для частиц до 10 мкм и самыми низкоэффективными являются сепараторы первого поколения с селективностью 55% для частиц 10 мкм.
В России, странах СНГ, как и во всем мире, в последнее время, при возведении новых помольных комплексов, а также при модернизации действующих, проекты предусматривают применение сепараторов, что свидетельствует о тенденции, модернизации и замене открытого цикла помола, ранее более распространённого, замкнутым [58, 123]. Так, при модернизации двух цементных мельниц диаметром D?L = 2,2?13 м, на Одесском заводе в 2002 году, они были оснащены динамическим сепаратором Christian Pfeiffer QDK 22-N.
В результате производительность модернизированного комплекса повысилась на 30% при удельной поверхности 3000 см2/г по Блейну, также повысилось качество цемента. Особенностью проекта является работа сепаратора в комплексе с двумя мельницами [63]. После модернизации мельницы D?L = 4?13,5 м на ОАО «Щуровский цемент» и установки высокоэффективного сепаратора QDK 31-N, производительность по цементу марки ПЦ 400 ДО возросла на 35,5% с 76 т/ч до 103 т/ч. Удельный расход электроэнергии снизился на 26% с 36 кВт-ч/т до 26,6 кВт-ч/т. Кратность циркуляции для цемента при тонкости помола 3000 см2/г составляет 1,6 [26].При оснащении двух цементных мельниц D?L= 3,2?15 м сепараторами QDK 22-N на ОАО «Мордовцемент» были достигнуты следующие показатели: производительность увеличилась более чем на 30% с 50 т/ч до 65 т/ч по ПЦ 400- Д20, также возросла удельная поверхность до 3200 см2/г. При этом снизился и удельный расход электроэнергии на 19,7% - с 29 кВт-ч/т перед модернизацией до 23,3 кВт-ч/т после [121]. На ОАО «Гарадаг цемент» в результате перевода трех цементных мельниц 2,6?13 м, работавших в открытом цикле, на замкнутый, произошло увеличение производительности с 27 т/ч до 40 т/ч при производстве специального цемента. Увеличение производительности на 15% и снижение
удельного расхода энергии помола с 32,2 кВт-ч/т до 21,8 кВт-ч/т достигнуто за счет установки сепараторов XP4-60 компании Magotteaux S.A [54].
Необходимо заметить, что в последнее время при помоле сырьевых материалов все более востребованными являются помольные комплексы с вертикальными мельницами, имеющие высокую производительность [127]. Всё большее распространение для помола сырьевых материалов, в частности шлака, клинкера низкой и средней прочности применяют вертикальные валковые мельницы. Их производительность по известняковым породам может достигать 800 т/ч и выше. В мельнице одновременно может происходить и помол и сушка. Измельченный материал уносится из зоны помола в сепаратор, расположенный над размольным столом, где происходит его сепарация.
В России мельницы такого типа установлены на новых технологических линиях по производству цемента на ООО «Серебрянский цементный завод» в Рязани (пуск 2012 г.), ОАО «Холсим (Рус) СМ» в Коломне. Удельный расход электроэнергии на мельнице ATOX 33-4 компании FLSmidth при производстве портландцемента удельной поверхностью 3300 см2/г составляет 24,5 кВт-ч/т. Помимо указанных выше компаний распространёнными являются мельницы компании LOESCHE типа LM [69]. При помоле клинкера до удельной поверхности 3300 см2/г удельный расход электроэнергии по Цейзелю составило 30 кВт-ч/т. Мельницы LOESCHE используются во многих старнах, например LM 56.3+3 CS - Марокко, Сеттат эксплуатируется с 2006 года, такая же мельница установлена в Китае, Синчжоу, завод Clinker, мельница LM 46.2+2 работает в Испании, Карбонерас [130]. Одним из недостатков в работе таких мельниц является налипание материала на динамических элементах сепаратора и абразивный износ поверхностей.
Особым видом помольных установок является мельница самоизмельчения - мельница струйного помола. В качестве энергоносителя в этих мельницах используют воздух или пар. Тонкий продукт после измельчения в камере помола выносится через сепаратор, а крупные частицы возвращаются на домол [27].
Разработками конструкций струйных мельниц активно занимались в США, Японии, России, Германии [37, 76].
Одним из недостатков этих мельниц является низкая производительность - при размере частиц готового продукта 1 до 50 мкм, она имеет пределы 0,001 до 30 т/ч [1]. В качестве классификаторов в данных комплексах целесообразно применять центробежные воздушно-проходные сепараторы. Они также имеют слабые стороны. Например, сепаратор мельницы «Triad Jet» имеет вращательную камеру, где имеют место не центральные столкновения частиц, приносящие наибольшее разрушение, а по касательной и боковые [60]. Недостатком комплекса сепаратор-мельница компании CCE Technologies, Inc является высокая кратность циркуляции [125].
Необходимо так же отметить, что возможности струйных комплексов ограничены трудностью разгона крупных кусков и развития большой скорости для измельчения мелких. Преимуществом этого типа мельниц является их способность к дезагрегации частиц непосредственно при измельчении во время контакта встречных частиц в противоточных потоках. В связи с этим их используют преимущественно для средне тонкого помола 10-40 мкм [113]. При этом нужно отметить, что этот способ помола имеет перспективу развития, об этом свидетельствуют работы, в которых рассматривается возможность сверхтонкого измельчения в комплексах струйного помола [98, 99].Для разделения по фракциям материалов с размерами частиц менее 3мм на смену низко эффективным грохотам приходят воздушные каскадногравитационные классификаторы (рисунок 1.2). Так, предприятие ОДО «Аламел» в Беларуси выпускает воздушные каскадно-гравитационные классификаторы для производства тонкодисперсных наполнителей и вяжущих. Максимальная производительность сепаратора КМК может достигать 70 т/ч, при крупности продуктов разделения от 1,2мм до 0,16мм, таких материалов как мрамор, песок, доломит и другие [107]. В производстве сухих строительных смесей, одними из составляющих компонентов, которые в последующем воспринимают внутренние напряжения при твердении, а затем и внешние нагрузки, являются песок и наполнители. Прочностные свойства покрытий зависят от пропорции и фракции
этих компонентов [61]. Эти сепараторы дают возможность гибкого изменения зернового состава заполнителей при смене номенклатуры продукции [28, 30]. На ЗАО «Георесурс» производительность сепаратора КГК-2-15 при классификации полевого шпата на две фракции -0,5мм; +0,5мм составляет 15т/ч., удельные энергозатраты составляют 30 кВт/ч.
Рисунок 1.2 Каскадно-гравитационный классификатор
В производстве лакокрасочной продукции и отделочных строительных материалов в качестве наполнителя используют тонкодисперсный мел, который имеет высокую тонкость помола [84].
Согласно ГОСТ 17498-72, остаток на сите с сеткой №0,14 не более 0,4%, на сите с сеткой №0,045 не более 1%. Комплексы по производству тонкодисперсного мела включают помольную установку с мельницами ударного измельчения, над которой установлен сепаратор проходного типа [48, 77]. Так, помольный комплекс производства тонкодисперсного мела в Казахстане (ЗАО МАК «Алматыгорстрой» и ТОО НПК «Ниет») состоит из молотковой мельницы и сепаратора. Производительность линии составляет 300-500 кг/ч при остатке на сите 0,14 не более 0,2%, на 0,045 1%. Мощность электроприводов при этом
составляет 17 кВт. Кроме измельчения мела, комплексами молотковых мельниц с классификаторами осуществляют помол гипсового камня, тонкомолотый продукт которого нашел широкое применение в штукатурных смесях, гипсовых бетонах, фасонных изделиях и в производстве гипсокартона [1 9].
Сепараторы применяются в помольных комплексах с вибромельницами для производства молотой извести используемой для выпуска силикатных и силикальцитных. Дисперсный состав молотой извести влияет на качество, прочность изделий и процент брака. В качестве комплексов измельчения используются дезинтеграторы, шаровые мельницы и вибромельницы с воздушными сепараторами тонкого продукта [57, 68, 112]. При помоле в вибромельницах сухого кварцевого песка и известково-песчаных смесей в производстве силикатных и силикальцитных порошков с удельной поверхностью 400-450 м2/кг производительность составляет 225-300 кг/ч, установленная мощность электродвигателя составляет 14 кВт [114].