Применение трубной мельницы в производстве портландцемента

ЗМІСТ

ВСТУП………………………………………………………………………….......

ОПИС КОНСТРУКЦІЇ І  ПРИНЦИПУ РОБОТИ МАШИНИ………………

 ПАРАМЕТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК МАШИНИ……………………………

ОПИС УЧОВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ МАШИНИ, ПРАВИЛ ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ,ОХОРОНИ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА…………………

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ…………………………………………………………

ВСТУП

Даним проектом передбачено  використання трубного млина з центральним приводом. Трубні млини в промисловості будівельних матеріалів застосовують в основному на цементних заводах. Отже, розглянемо докладніше основні операції виготовлення портландцементу, а також, яку роль у виробництві відіграє трубний млин з центральним приводом.

Портландцемент-  гідравлічна терпка речовина, в складі якого переважають силікати кальцію (70-80%). Це вид цементу, найбільш широко застосовується у всіх країнах. Портландцемент отримують тонким подрібненням клінкеру та гіпсу.

Клінкер - продукт рівномірного випалу до спікання однорідної сировинної суміші, що складається з вапняку і глини певного складу, що забезпечує переважання силікатів кальцію (3СаО ∙ SiO₂ і 2СаО ∙ SiO₂ 70-80%).

Найпоширеніші методи виробництва  портландцементу так звані "сухий" і "мокрий". Все залежить від того, яким способом змішується сировинна суміш - у вигляді водних розчинів або у вигляді сухих сумішей.

При подрібненні клінкеру вводять добавки: 1,5 ... 3,5% гіпсу СaSO₄ ∙ 2H₂O (в перерахунку на ангідрид сірчаної кислоти SO ₃₎ для регулювання термінів схоплювання, до 15% активних мінеральних добавок - для поліпшення деяких властивостей і зниження вартості цементу.

Сировиною для виробництва  портландцементу служать суміші, що складаються з 75 ... 78% вапняку (крейди, черепашнику, вапнякового туфу, мармуру) і 22 ... 25% глин (глинистих сланців, суглинків), або вапнякові мергелі, використання яких спрощує технологію. Для отримання необхідного хімічного складу сировини використовують коригуючі добавки: піритні огарки, колошниковий пил, боксити, піски, опоки, трепели.

  Проектом передбачено використання сухого методу виробництва, так як сухий спосіб виробництва портландцементу дозволяє знизити енергетичні витрати, збільшити об’єм виробництва, а також скоротити викиди пилу в атмосферу і забруднюючих речовин у водоймища, значно скоротити витрати води, яка використовувалась при мокрому способі. За даними експертів сухий спосіб виробництва портландцементу дозволяє зекономити до 50% палива у порівнянні з мокрим способом.

Отже, розглянемо докладніше сухий метод виробництва портландцементу. При сухому способі (рис 1.) поступаючи на завод сировинні матеріали у вигляді мергелю, вапняку і глини подрібнюються у дробарках до зерен крупністю 2,5 мм (глинистий матеріал подрібнюють в агрегатах із одночасним його сушінням). Приготовлений подрібнений сировинний матеріал стрічковими транспортерами подається на склад сировини, де сировинні компоненти усереднюються (за допомогою усереднювальних машин) до встановленого нормативу за хімічним складом і подаються далі у бункер млинів. Із останніх сировинні компоненти разом із добавками через дозатори за масою надходять у приймальні пристрої помельних агрегатів, де їх подрібнюють до потрібної тонини, підсушують за рахунок тепла відхідних газів із обертових печей і піддають сепарації. Подрібнений у млині матеріал вивантажується потоком газів через циклони-розвантажувачі за допомогою млинового вентилятора. Далі борошно надходить у корекційні силоси, де воно гомогенізується і перевантажується у витратні силоси. Із силосів сировинну суміш подають пневмопіднімачами у завантажувальний пристрій, оснащений дозаторами за масою, і далі у циклонні теплообмінники обертової печі. У теплообмінниках сировинна суміш нагрівається зустрічними гарячими газами обертової печі до температури 750…800⁰С і частково декарбонізується, після чого надходить у піч на випал.

Декарбонізіція сировинної суміші – процес термічної і термохімічної дисоціації карбонатної складової сировинної суміші із виділенням вуглекислого газу. Температура дисоціації 3CaCO відповідає 910⁰С, проте у присутності реакційних компонентів декарбонізація проходить при більш низьких температурах, починаючи із 600⁰С. При випалюванні сировинної суміші процес декарбонізації закінчується до 1000…1100⁰С.

Випал клінкеру при сухому способі виробництва здійснюється в обертових печах із циклонними теплообмінниками, складених зазвичай із чотирьох послідовно з’єднаних циклонів, через які спрямовуються відхідні із печі гази. Назустріч газам зверху до низу надходить суха подрібнена сировинна шихта. За 20…30 с вона нагрівається до 750…800⁰С і декарбонізується на 30…40%.  210 Така піч має продуктивність 3000 т/с при питомій витраті теплоти 3,2…3,4 МДж/кг клінкеру. Цемент транспортується у силоси, із яких направляється на відвантаження навалом або через пакувальну машину у тару споживача.

Рис. 1. Технологічна схема виробництва портландцементу за сухим способом

1-екскаватор;2-самохідний подрібнювач;3-роторна машина;4-кран-перевантажувач; 5- вагоноопрокидувач;6- приймальні бункери сировини; 7- дозуючі і транспортуючі пристрої; 8- млин попереднього подрібнення «Аерофол»; 9- сепаратор; 10- трубний млин; 11- пічка; 12- циклон; 13- млинний вентилятор; 14- кондиціонер; 15- електрофільтр; 16- аспіраційний вентилятор; 17- димова труба; 18- механізм забирання пороху; 19- пневмонасоси; 20- коректуючи силоси; 21- витратні силоси; 22- витратний бункер постійного рівня; 23- дозатор за масою; 24- пневмопіднімач; 25- рукавний фільтр; 26- циклонні теплообмінники; 27- обертова піч; 28- колосниковий холодильник; 29- вентилятор гострого продуву; 30- вентилятор подвійного прососу; 31- вентилятор загального продуву; 32- дробарка клінкеру; 33- конвеєр клінкеру; 34- силоси; 35- регулюючий шибер; 36- димосос; 37- вентилятор; 38- дозатор за масою; 39- конвеєр; 40- трубний млин; 41- елеватор; 42- сеператор; 43- рукавний фільтр; 44-вагон-цементовоз; 45- автоцементовоз;46- вага; 47- цемсилос.

Розглянемо  окремо такий процес як подрібнення:

У виробництві цементу  вапняк, що надходить з кар'єра  шматками з розмірами до 1м і більше, подрібнюють в щокових (конусних) дробарках, а потім у молоткових до розмірів, які не перебільшують 8–10 мм. Паралельно з іншого кар'єра надходить глина шматками до 500 мм і подрібнюється у валкових дробарках до розмірів шматків не більше 100 мм. Далі подрібнена глина відмучується в млинах-мішалках. Глиняний шлам подають у млин, в якому здійснюють помел подрібненого вапняку. Отриманий шлам (суміш вапняку і глини ) після деяких операцій коректування складу (додавання спеціальних домішок) надходить в обертову піч. У результаті твердофазних реакцій утворюється цементний клінкер грудками 3–5 мм, який після охолодження розмелюють у кульових млинах і отримують відомий усім цемент.

Отже, подрібненням називається  зменшення розмірів шматків матеріалу під дією механічних сил.

Розрізняють дроблення  і помел. У свою чергу, залежно  від розмірів шматків кінцевого продукту, стадії дроблення умовно можна поділити на:

– крупного дроблення  – до шматків розмірами 125–250 мм;

– середнього дроблення  – до шматків розмірами 30–125 мм;

– дрібного дроблення  – до шматків розмірами 3–20 мм.

Помел поділяється на:

– грубий – до зерен (частинок) 3–0,1 мм;

– тонкий – до зерен (частинок) 0,1–0,05 мм;

– надтонкий – до зерен 50–1 мкм.

Методи подрібнення  залежно від конструкції і  принципу дії подрібнювальних машин можуть бути різними. Основні з них:

1) роздавлюванням (рис. 1, а). Під час роздавлювання шматок матеріалу затискується між двома поверхнями і подрібнюється при порівняно повільному збільшенні тиску;

2) ударом (рис. 1, б).

Матеріал подрібнюється  ударянням:

– по шматку матеріалу, який міститься на поверхні

– по шматку матеріалу молотка або біля під час їх швидкого обертання;

– шматком матеріалу  о нерухому плиту;

– шматком матеріалу  один по одному;

3) стиранням (рис. 2, в). Матеріал подрібнюється тертям між поверхнями при їх русі, а також при терті частинок одна об одну;

Рис.2. Способи подрібнення  матеріалів

4) розколюванням (рис. 2, г). Матеріал подрібнюється внаслідок розколювальної дії клиноподібних тіл.

Усі машини, які використовуються для подрібнення матеріалів, поділяють на дві групи: дробарки й млини.

Дробарки – це машини, які призначені для дроблення порівняно грубих шматків матеріалу з початковими розмірами від 100 до 1200 мм. Млини призначені для помелу матеріалу з початковими розмірами шматків 3–20 мм.

 Ступінь подрібнення  для дробарок знаходиться в  межах 3–20, а для млинів може досягати 1000 і більше.

За конструкцією й принципом роботи дробарки поділяють  на такі типи:

щокові (рис. 3, а), в яких матеріал подрібнюється роздавлюванням або роздавлюванням і стиранням, між нерухомою 1 і рухомою 2 щоками;

конусні (рис. 3, б). У цих дробарках подрібнення відбувається неперервно роздавлюванням і частково стиранням між зовнішнім конусом 1 і внутрішнім конусом 2. Конус 1 нерухомий, а конус 2, насаджений на вал 3, рухається по колу ексцентрично щодо зовнішнього конуса;

валкові (рис. 3, в), в яких матеріал роздавлюється між двома валками 1 і 2

Валки обертаються назустріч  один одному. За неоднакової швидкості  обертання валків (в окремих конструкціях) подрібнення здійснюється роздавлюванням і стиранням;

Молоткові дробарки ударної дії (рис. 3, г, д). Дроблення матеріалу здійснюється внаслідок ударів по ньому молотків 1, шарнірно закріплених у роторі 2, а також ударів шматків об стінки камери дроблення й ударів шматків один по одному;

бігуни (рис. 3, е), подрібнення в яких здійснюється між котками 1 і чашею 2 (рухомою або нерухомою ) роздавлюванням і стиранням. Залежно від конструктивних особливостей і принципу дії млини поділяють на типи:

Рис. 3. Схеми дробарок

барабанні млини (рис. 4, а), призначені для тонкого подрібнення матеріалів; млини працюють за принципом удару і частково стирання частинок матеріалу вільно падаючими тілами 1 (кулями, циліндрами, стрижнями тощо), завантаженими в барабан 2; барабан під час роботи млина обертається від приводу;

роликові маятникові млини (рис. 4, б); матеріал роздавлюється між нерухомим кільцем 1 і роликами 2, які шарнірно підвішені на хрестовині 3 і швидко обертаються разом з валом 4;

кільцеві кульові млини (рис. 4, в); помел матеріалу здійснюється роздавлюванням кулями 1, укладеними на біговій доріжці кільця 2, яке обертається від приводу; кулі притискуються до бігової доріжки нижнього кільця верхнім кільцем 3;

ударні млини (рис. 4, г); млини працюють за принципом удару молотків 1 по частинках матеріалу; помел здійснюється також за рахунок ударів частинок одна об одну;

Рис. 4. Схеми млинів

вібраційні  млини (рис. 4, д); помел матеріалу здійснюється внаслідок кругових коливань корпусу 1 млина з частотою 15–50 Гц, при цьому на частинки завантаженого у млин матеріалу багаторазово діють невеликі кульки 2;

млини струминної енергії (рис. 4, е); помел матеріалу здійснюється за рахунок взаємного удару частинок, які знаходяться в турбулентному повітряному потоці, що рухається з великою швидкістю; частинки подрібнюються також за рахунок тертя об стінки камери помелу.

Для помелу цементу використовують важкі млини. Конструкція їх і  принцип дії залежать від призначення  і фізико-механічних властивостей матеріалу, що розмелюється. Трубні млини використовують для помелу як однорідних матеріалів, так і матеріалів з різними коректуючими добавками.

Тонкість помелу характеризується питомою поверхнею готового продукту (в см²/г). Тонкість помелу клінкеру 2800—4500, сировинних матеріалів 2800—3000 см²/г.

Трубні млини  класифікують:

за принципом  роботи - періодичної і безперервної дій;

по характеру  роботи - млини, що працюють по відкритому і замкнутому циклу; сюди відносяться кульові млини безперервної дії як мокрого, так і сухого помелу;

за способом помелу - сухого і мокрого помелу;

за формою робочого корпусу - барабанні циліндрові, конічні і трубні циліндрові;

тіл, що формою мелють, - кульові, стрижневі, самоподрібнення (без тіл, що мелють);

за способом розвантаження - з механічним і пневматичним розвантаженням;

по конструкції  завантажувального і розвантажувального пристрою - з центральним завантаженням і розвантаженням через порожнисті цапфи, з розвантаженням через грати (з діафрагмою) торця, з периферійним розвантаженням через грати, із завантаженням і розвантаженням через люк в барабані (млини періодичної дії).

В промисловості будівельних  матеріалів застосовують в більшості  випадків млини безперервної дії, що працюють по відкритому або замкнутому циклу, сухим або мокрим способом.

При обертанні млина  тіла, притискувані відцентровою силою  до стінок барабана, що мелють, підіймаються на деяку висоту. Під дією сили тяжіння, що долає вертикальну складову сили інерції, тіла, що мелють, падають на шар матеріалу, дроблять його і частково розмелюють. В млинах відкритого циклу матеріал проходить через робочий простір млина тільки один раз, не класифікується і крупні частинки не повертаються в млин на домол. В млинах замкнутого циклу матеріал після помелу в млині прямує в класифікаційні (сепаруючі) пристрої, де розділяється на готовий продукт (подрібнений до необхідної тонкості) і більш грубий (крупу), який повертається в млин на домол.

Робота млина по замкнутому циклу більш раціональна, оскільки готовий продукт своєчасно віддаляється з робочого простору млина, буферна подушка не створюється, помел решти маси не утрудняє і матеріал не перерозмелюєтся. Млини, що працюють по замкнутому циклу, більш продуктивні і економічні.

Трубні млини порівняно  прості по конструкції, зручні в експлуатації, забезпечують високий ступінь подрібнення, піддаються автоматизації. Проте вони мають істотні недоліки: малі швидкості дії тіл, що мелють, на матеріал, в роботі подрібнення бере участь тільки частина тіл, що мелють; робочий простір барабана використовується всього на 35 - 45%; висока питома витрата електроенергії (35 - 40 кВт год./т цементу); значний знос тіл, що мелють, і футеровки (1 - 1,2 кг/т цементні клінкери); велика металоємність, високий шум при роботі. При цьому питома продуктивність складає близько 0,1 т/год на 1 т маси млина, к. к. д. 0,005 - 0,01.

Млини завантажують тілами на 28 - 35%, що мелють, їх об'єму. Масу і асортимент тіл, що мелють, підбирають шляхом випробувань млина, при яких перевіряють її продуктивність і тонкість помелу в окремих камерах. Знос тіл, що мелють, відшкодовують періодичним довантаженням їх через певні проміжки часу (не рідше ніж через 100 год. роботи). Через тривалий термін роботи (не рідше ніж через 1800 - 2000 год.) тіла, що мелють, повністю замінюють. Здібність матеріалів до подрібнення оцінюється коефіцієнтом розмоловластивостей, що є відношенням питомої витрати енергії при подрібненні еталонного матеріалу до питомої витрати енергії на подрібнення що зіставляється з ним матеріалу при однаковому ступені їх подрібнення.

Звичайно еталоном служить  цементний клінкер середньої  розмелюємо остюки, коефіцієнт розмоловластивості якого приймається за одиницю. Коефіцієнт раз-моловластивості для вапняку 1,2 - 1,8; для доменного шлаку (гранул) 0,8 - 1,1; для сухої глини 1,5 - 2.

3 ОПИС КОНСТРУКЦІЇ І ПРИНЦИПУ РОБОТИ МАШИНИ

Трубні млини в промисловості  будівельних матеріалів використовуються головним чином на цементних заводах.

На рис. 4 показано загальний вигляд млина . Барабан 6 млина зварений з листової сталі завтовшки 28 мм і закритий з двох боків торцевими днищами 1 і 10. Днища відлиті як одне ціле з порожнистими цапфами 4 і 13, за допомогою яких млин опирається на литі чавунні підшипники 2 і 19 з бабітовою заливкою. Підшипники мають сферичні опори, передбачено водяне охолодження і централізована система змащення підшипників. Усередині млин облицьований броньовими плитами з марганцевої сталі і поділений на дві камери перегородкою (на рисунку не показано). Конструкцією млина передбачена можливість встановлення до трьох перегородок. У корпусі млина над кожною камерою зроблені овальні отвори-люки, які закриваються кришками. Через люки млин завантажується молольними тілами. У перші камери звичайно завантажують металеві кулі (як молольні тіла), в інші – короткі металеві циліндри (цильпебс). Стальними кулями камери завантажують приблизно на 23–28 % їх об'єму.

Рис.4. Багатокамерний млин

До цапфи 4 жорстко  прикріплена груша 21 ( завантажувальний пристрій), на внутрішній стінці якої є лопаті 24. Останні подають матеріал у порожнисту цапфу. У цапфу вставлена втулка 22 з привареними до неї лопатками. Лопатки груші й цапфи забезпечують примусове надходження матеріалу у млин.

Між завантажувальною течкою 3 і грушею зроблено подвійне фетрове  ущільнення з притискним кільцем. Між кільцем і течкою нагнітається густе мастило.

Біля розвантажувального днища 10 встановлена діафрагма, що складається з дірчастої перегородки 8, порожнистого конуса 9 і приварених до нього радіально спрямованих лопаток 11. До цапфи 13, всередині якої вставлена втулка 12 з лопатками, прикріплені розвантажувальний патрубок 16 з вікнами 18 по периферії й каркас контрольного сита 15, охопленого кожухом 17.

Млин приводиться в  рух від електродвигуна через  двоступеневий редуктор і вал 20 центрального приводу, який має зубчасті муфти. Наявність центрального приводу дає змогу обходитись без важкого і дорогого зубчастого вінця, забезпечує спокійніший хід млина й можливість встановлення двигуна з редуктором в окремому приміщенні, захищеному від пилу.

Матеріал, що подрібнюється в млині, проходить через міжкамерні перегородки, потім через перегородку 8 діафрагми надходить на лопатки 11, піднімається ними і сповзає по їхній поверхні й поверхні конуса 9 у втулку 12, де підхоплюється лопатками і подається у розвантажувальний патрубок 16. Через вікна 18 розвантажувального патрубка матеріал переходить на контрольне сито 15.

Подрібнений матеріал, що пройшов через сито, надходить  в кожух 17, а з нього – в  транспортувальний пристрій. Частинки матеріалу і дрібні залишки спрацьованих молольних тіл, що не пройшли крізь сито, через порожнину 23 кожуха видаляються з млина.

Патрубок 14 призначений  для під'єднання млина до аспіраційної системи..

4 ПАРАМЕТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК МАШИНИ

Вихідні дані:

Частота обертання барабана, об./с:

                                                                                                    (1)

де = 0,34 – коефіцієнт заповнення млина кулями ( для співвідношення діаметра цапфи і діаметра барабана у світлі D_ц/ D₀ = 0,25).

Зовнішній діаметр барабана, м:

                                                          D =1,05 ∙D₀                                                   (2)

D =1,05 ∙1,5 =1,57

Довжина камери, м:

                                                           L=1,09∙L₀                                                                                  (3)

L =1,09∙5,6 = 6,10

Діаметр цапфи, м:

                                                         D_ц = 0,25∙ D₀                                                  (4)

D_ц = 0,25∙1,5 =0,375

Об’єм камери, м²:

                                                         V=π ∙ L₀ /4                                                  (5)

V= 3,14∙1,5²∙5,6/4 = 9,89

Маса мельних тіл, т:

                                                              m_ш =φµρ_мет∙V                                            (6)

де µ = 0,5…0,6 – коефіцієнт пустотності завантаження; ρ_мет = 7,8 т/м³т - густина матеріалу помельних тіл; q =0,03…0,06 – питома продуктивність млина у тоннах на годину на 1 кВт корисної потужності (збільшується зі зменшенням міцності матеріалу, що подрібнюється) К =1,21.

m_ш =0,34∙0,55∙7,8∙9,89 = 14,42

Продуктивність, т/год:

                                         Пρ = 6,45∙ V ^0,8∙ qK                                       (7)

Пρ=6,45∙9,89∙1,22

Потужність двигуна привода, кВт:

                                                     N = 0,45πg m_ш /ƞ_n                                                 (8)

де ƞ_n – ККД приводу.

         N = 0,45∙3,14∙9,8∙1,5∙14,42∙0,40/0,92 =130

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Сапожников М.Я. Механическое  оборудование предприятий строительных  материалов, изделий и конструкций.  – М.: Высшая школа, 1971. – 382 с. 

 2. Сапожников М.Я., Дроздов Н.Е. Справочник по оборудованию заводов строительных материалов. – М.: Издательство литературы по строительству, 1970. – 488 с. 

 3. Банит Ф.Г., Несфижский О.А. Механическое оборудование цементных заводов. – М.: Машиностроение, 1975. – 318 с. 

4. Бахталовский И.В., Барыбин В.П., Гаврилов Н.С. Механическое оборудование керамических заводов. – М.: Машиностроение, 1982. – 432 с. 

5. Зубанов В.А., Чугунов Е.А., Юдин  Н.А. Механическое оборудование  стекольных и ситалловых заводов. – М.: Машиностроение, 1975. – 408 с. 

 6. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. – М.: Машиностроение, 1981. – 324 с. 

7. Дроздов Н.Е., Журавлев М.И. Механическое  оборудование заводов сборного железобетона. – М.: Стройиздат, 1975. – 302 с. 

8. Ильевич А.П. Машины и оборудование по производству керамики и огнеупоров. – М.: Машиностроение, 1968. – 356 с.