Технологическая схема производства портландцементной сырьевой смеси по мокрому способу

1 — щековая дробилка; 2 — молотковая дробилка; 3 — объединенный склад; 4 — валковая дробилка; 5 — болтушки; 6 — ковшовый питатель: 7 — бункера сырьевых мельниц; 8 — тарельчатые питатели; 9 — сырьевая мельница; 10 — коррекционные вертикальные шламбассейны; 11 — горизонтальные шлам-бассейны

Тонкость помола и гомогенность сырьевых смесей— важнейшие факторы, влияющие на клинкерообразование. Повышение тонкости помола позволяет увеличить поверхностную энергию частиц за счет разрыва химических связей, роста дефектности кристаллов и площади контакта между частицами, ускорить растворение частиц в расплаве. Достаточно реакционноспособны лишь зерна компонентов размером менее 100—120 мкм. В то же время сырьевая смесь должна быть полидисперсной. Это обеспечивает более равномерное протекание реакций минералообразования, так как зерна различной крупности вступают во взаимодействие в разное время. Обжиг оптимальных, по гранулометрии и однородных сырьевых смесей завершается при температуpax на 30—50°С ниже.

Предварительное измельчение сырья. Ряд сырьевых материалов, перерабатываемых мокрым способом (мел, глина), диспергируются в  воде  при  перемешивании, образуя водные суспензии — шламы. Это объясняется механическим разрушением конгломератов природных тонкодисперсных частиц, расклинивающим действием пленок воды, физико-химическими процессами, связанными с наличием зарядов на частичках. С целью использования эффекта самораспускания мягких пород и соответственно снижения расхода энергии на измельчение   предусмотрено  двухстадийное   измельчение  при переработке пластичного сырья по мокрому способу. Первая стадия — предварительное измельчение пластичных материалов — производится в мельницах самоизмельчения типа «Гидрофол», роторных мельницах, стержневых мельницах, болтушках.

Болтушка — бетонный резервуар диаметром 5—12 м и глубиной 2—6 м с центральным вертикальным валом, к крестовине которого подвешены стальные бороны со съемными зубьями. Бороны при вращении разбивают куски мела или глины и интенсивно перемешивают их с водой, подаваемой в болтушку. Одновременно с механическим измельчением материал диспергируется водой и из него выделяются тяжелые примеси (песок и др.), оседающие на дно.

Измельченный материал в виде шлама выходит через боковое отверстие. На дне болтушки скапливается осадок нераспустившихся частиц, который периодически удаляют. Влажность глиняного шлама, приготовленного в болтушке, составляет обычно 60—70 %, а мелового — 40—50 %. Производительность болтушки увеличивается с ростом частоты вращения вала и уменьшением размеров размучиваемых кусков материала. Частота вращения борон 7—12 мин-1, и она зависит от диаметра бассейна. Основной недостаток болтушек — низкая производительность, и поэтому на современных мощных цементных заводах размещение болтушек связано с потребностью в больших производственных площадях. В связи с этим на современных мощных заводах болтушки могут проектироваться только в тех случаях, когда применение других агрегатов предварительного измельчения нецелесообразно. Однако на действующих предприятиях мокрого способа этот агрегат пока самый распространенный.

Эффективными и менее громоздкими аппаратами для измельчения мягких материалов являются роторные мельницы или мельницы-мешалки, в горизонтальном металлическом барабане которых вращается быстроходный ротор с билами со скоростью 300—400 мин-1. Куски материалов, находясь в воде, перемешиваются, измельчаются при соударении и взаимном трении, а также при ударе о металлическую поверхность корпуса и бил ротора. Роторные мельницы по сравнению с болтушками при сравнительно низком расходе электроэнергии на измельчение имеют в несколько десятков раз большую производительность (до 400 т/ч). Роторные мельницы устанавливают, в частности, на передвижных комбайнах при переработке сырья непосредственно в карьере. Однако из-за быстрого износа ротора широкого распространения они не получили.

При мокром помоле материалов средней твердости (например, известняков) используют также стержневые мельницы, в которых мелющими телами являются стержни диаметром 130, 120 и 100 мм, длиной на 100—150 мм короче камеры. Продукт, выходящий из такой мельницы, по сравнению с продуктом, выдаваемым обычной шаровой мельницей, имеет более равномерный зерновой состав. Кроме того, повышается производительность мельницы и снижается расход электроэнергии.

Перспективным направлением в развитии техники измельчения сырья   является  применение   каскадных мельниц, в которых помол материалов осуществляется без мелющих тел — по принципу самоизмельчения. Мельница представляет собой короткий полый вращающийся барабан большого диаметра, закрытый с двух сторон торцовыми стенками с цапфами. Внутренняя полость барабана футерована бронеплитами с лопастями-подъемниками из износостойкого материала. Материал поступает в мельницу через пустотелую цапфу, отбрасывается при вращении барабана к периферии на лопасти, поднимается ими и вновь падает вниз. Степень заполнения мельниц самоизмельчения материалом составляет 20—34 %. Размол происходит за счет ударов материала о лопасти и соударения размалываемых кусков. Для усиления размалывающего эффекта в мельницу   можно   загружать   небольшое   количество стальных шаров (5—6 % внутреннего объема мельницы). Эффективность процесса  самоизмельчения  определяется максимальной крупностью  кусков исходного материала и соотношением крупных и мелких фракций. Оптимальная крупность подаваемого в мельницу материала зависит от ее диаметра и частоты вращения. Куски известняка, подаваемого в мельницу с диаметром 7 м, должны иметь размер 350-450 мм, мела – 500-800 мм.

Основные преимущества мельниц самоизмельчения состоят в отсутствии мелющих тел и связанных с ними догрузок, перегрузок и сортировки; совмещении стадий среднего и тонкого дробления и предварительного измельчения в одном аппарате; снижении численности обслуживающего персонала; большой производительности и малых удельных затратах электроэнергии. Себестоимость измельчения материалов в мельницах самоизмельчения на 20—25 % ниже, чем в шаровых. Установка первой мельницы «Гидрофол» отечественного производства производительностью 500 т/ч позволила высвободить две сырьевые мельницы, пять болтушек, три валковые дробилки и сократить численность персонала сырьевого цеха на 25 человек. Однако мельницы самоизмельчения не обеспечивают полного размола материала, и он должен поступать на доизмельчение в шаровую мельницу.

Целесообразно предварительное измельчение мягкого сырья мокрым способом производить непосредственно на карьерах и перекачивать на завод насосами грубомолотый шлам. Это возможно, например, при использовании специальных комбайнов, конструируемых на базе роторного экскаватора, на котором монтируют две быстроходные мельницы-мешалки для приготовления шлама и насосную установку. Комбайн имеет гусеничный ход, перерабатывает мела 300—350 т/ч (по сухому веществу) и осуществляет гидротранспорт готового шлама.

Роторный экскаватор производительностью до 1000 м3/ч может также работать в комплексе с самоходным агрегатом для приготовления и гидротранспортирования сырья, имеющим ходовое оборудование гусеничного типа, надстройку, ленточный конвейер и трубопроводы. С помощью гусеничного хода достигаются хорошая проходимость агрегата, значительное тяговое усиление и надежность в эксплуатации. Синхронные перемещения с роторным экскаватором совершаются со скоростью 400 м/ч. Производительность передвижного комплекса до 700—800 т/ч. Он обеспечивает непрерывность технологического процесса и создает предпосылки для внедрения автоматического управления оборудованием с выполнением производственных процессов в забое без постоянного присутствия рабочих.