Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ техники и технологии тонкого измельчения 10
1.1. Состояние и направления развития техники и технологии тонкого измельчения материалов 10
1.2. Анализ эффективности измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла 18
1.3. Сравнительный анализ технологических систем помола сырья и цемента 25
1.4. Сравнительный анализ параметров зернового состава продуктов помола по различным технологическим схемам 37
1.5. Цель и задачи исследований 43
1.6. Выводы 44
2. Преобразование зернового состава материала в элементах технологических систем помола замкнутого цикла 45
2.1. Моделирование и расчет показателей разделения материала в динамических сепараторах 45
2.2. Моделирование процесса сепарации цемента с учетом турбулентной диффузии частиц 56
2.3. Восстановление матрицы классификации по экспериментальным данным 63
2.4. Моделирование систем осаждения цемента и пылеочистки в технологических системах помола замкнутого цикла 67
2.4.1. Прогнозирование фракционных коэффициентов пылеуноса из аспирационных шахт 67
2.4.2, Моделирование осаждения частиц цемента в циклонах и рукавных фильтрах 71
2.5. Матричное моделирование технологических систем помола с шаровыми мельницами замкнутого цикла 75
2.6. Выводы 89
3. Методики проведения исследований. характеристика экспериментальных установок 91
3.1. План экспериментальных исследований 91
3.2. Определение количества повторных опытов 93
3.3. Обработка результатов экспериментов 94
3.3.1. Расчет коэффициентов уравнений регрессии 95
3.3.2. Проверка адекватности уравнений регрессии 95
3.3.3. Переход от кодированных переменных к физическим переменным 95
3.3.4. Методики проведения исследований 96
3.4. Стендовые установки шаровых мельниц 97
3.4.1. Модель шаровой мельницы размером 0,42x1,35 м 98
3.4.2. Модель установки помольного агрегата замкнутого цикла 100
3.5. Выводы 106
4. Исследование влияния конструктивно-технологических параметров работы шаровых мельниц замкнутого цикла на эффективность процесса измельчения 108
4.1. Влияние конструктивно-технологических параметров мельниц замкнутого цикла на качество продуктов измельчения 108
4.2. Производительность шаровых мельниц замкнутого цикла 112
4.3. Энергетические параметры работы шаровых мельниц замкнутого цикла 118
4.4. Оптимизация процесса измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла 127
4.5. Выводы 132
5. Практическое внедрение результатов работы 134
5.1. Повышение эффективности процесса измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла 134
5.2. Исследование качественных параметров цементов, полученных в шаровых мельницах замкнутого цикла 143
5.3. Выводы 148
6. Выводы по работе 150
Библиографический список 153
Приложения 169
- Анализ эффективности измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла
- Моделирование процесса сепарации цемента с учетом турбулентной диффузии частиц
- Определение количества повторных опытов
- Производительность шаровых мельниц замкнутого цикла
Введение к работе
Динамичное развитие России на современном этапе, когда правительством перед экономикой поставлена амбициозная задача — удвоения ВВП страны возможна не только за счет внедрения самых современных технологий, но и за счет модернизации уже существующего на производстве оборудования на основе новейших научно-технических достижений. Использование передового опыта ведущих мировых производителей может явиться толчком к реализации, намеченной правительством цели.
Помол является основной технологической операцией при производстве в различных отраслях промышленности: производстве строительных материалов, энергетической, горнорудной, пищевой, фармацевтической и др. При производстве продукта класса меньше 100 мкм при значительных объемах помола во многих отраслях основными агрегатами для помола являются шаровые мельницы.
Однако шаровые мельницы обладают рядом существенных недостатков, главным из которых является очень низкий их КПД, по самым разным источникам [9, 12, 24, 61] колеблющийся в пределах 0,5...2 %. Значительная часть энергии, подводимой к мелющей среде, расходуется на выделение теплоты для нагрева мельницы и материала, на производимый мельницей шум, вибрацию и т.д. Все эти факторы существенно снижают эффективность работы шаровых мельниц. Все это говорит о том, что необходимо уделять серьезное внимание вопросам повышения эффективности работы шаровых мельниц.
Цемент является основным строительным материалом, от которого зависит качество строительства. Ежегодное мировое производство цемента превышает 2,5 млрд т [116]. Мокрый способ является основным способом производства в России, при этом удельный расход энергии при производстве цемента по этому способу составляет-120... 140 кВт-ч/т. На помол сырья расходуется около 30 % энергии, затрачиваемой на производство цемента, на
помол клинкера - около 40 %. Таким образом, в целом на помол сырья и цементного клинкера затрачивается до 70...75 % всей электроэнергии, расходуемой на производство цемента [52]. И незначительное повышение эффективности дает существенную прибыть при производстве цемента в мировом масштабе.
Основными типами мельниц для помола многих материалов, в том числе и цементного клинкера и добавок во всем мире являются шаровые мельницы. Несмотря на свой более чем 100-летний период развития и значительные достижения в технологии шарового измельчения, достигнутый уровень энер-го- и металлозатрат остается высоким.
Как показал опыт эксплуатации шаровых мельниц, перспективным направлением повышения эффективности работы шаровых мельниц является их перевод в замкнутый цикл измельчения с высокоэффективными сепараторами. При измельчении материалов в замкнутом цикле наблюдается повышение производительности установок на 8...25 % в зависимости от применяемой схемы помола [16, 24]. С приобретением на предприятиях цементной промышленности различных типов гранулометров появилась возможность исследовать получаемые цементы на содержание различных фракций в них. Цементы, полученные по технологии замкнутого цикла, в отличии от цементов, полученных в мельницах открытого цикла при одной и той же удельной поверхности обладают разными дисперсными характеристиками и, соответственно, разными качественными параметрами.
Широкому внедрению замкнутого цикла на отечественных цементных заводах мешает почти полное отсутствие методик расчета и рекомендаций по эксплуатации систем замкнутого цикла, что не позволяет в полной мере повысить и эффективность процесса измельчения, и качество конечного продукта.
Решение данной проблемы возможно за счет совершенствования процессов формирования зернового состава продуктов измельчения в шаровой мельнице и во внешнем классифицирующем устройстве. Это позволит не
только повышать энергетическую эффективность процесса измельчения, но и получать цементы с заданным гранулометрическим составом.
Цель работы. Исследование процессов формирования зернового состава цемента в шаровых мельницах замкнутого цикла, обеспечивающих повышение производительности и снижение удельного расхода электроэнергии; разработка методик расчета основных технологических параметров шаровых мельниц замкнутого цикла, обеспечивающих формирование зернового состава цемента; внедрение в промышленность рекомендаций, обеспечивающих повышение эффективности работы шаровых мельниц замкнутого цикла.
Научная новизна работы заключается в разработке: математических моделей сепарации продуктов помола с учетом турбулентной диффузии частиц; матричных моделей преобразования зернового состава материала в элементах системы замкнутого цикла; дискретных математических моделей в виде уравнений регрессии, позволяющих получать рациональные конструктивные, технологические и энергетические параметры шаровых мельниц замкнутого цикла.
Автор защищает следующие основные положения:
Теоретическую модель процесса разделения продуктов помола с учетом турбулентности потока сепарационного воздуха, учитывающую как диффузию частиц, так и конструктивно-технологические параметры применяемых сепараторов.
Матричные модели преобразования гранулометрического состава измельчаемого материала в основных типах технологических схем помола замкнутого цикла, позволяющие прогнозировать производительность помольного агрегата и зерновой состав готового продукта.
Дискретные математические модели в виде эмпирических уравнений регрессий, позволяющие осуществить оптимизацию конструктивных, технологических и энергетических параметров шаровых мельниц замкнутого цикла измельчения.
4. Практические результаты экспериментальных исследований, проведенных на лабораторных установках и в условиях действующих производств, позволяющие уточнять рациональные конструктивно-технологические параметры систем замкнутого цикла измельчения на основе шаровых мельниц, а также влияние этих параметров на дисперсные характеристики получаемых порошков.
Практическая ценность работы. Разработаны: математическая модель сепарации цемента с учетом диффузии частиц в потоке сепарационного воздуха; матричная модель преобразования зернового материала в элементах технологических систем помола замкнутого цикла.
По результатам теоретических и экспериментальных исследований созданы алгоритмы и программы комплексных расчетов на ЭВМ основных конструктивно-технологических параметров шаровых мельниц замкнутого цикла.
Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены на ОАО «Белгородский цемент», ООО «Орловский комбинат отделочных материалов».
Апробация работы. Основные положения диссертации и практические результаты обсуждались и получили одобрение: на технических советах Белгородского цементного завода, Международной конференции в Белгороде (БГТУ, 2007), Международном конгрессе производителей цемента «Производство цемента - основа развития строительной отрасли» 9-12 октября 2008 г. в Белгороде (БГТУ, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе в аннотированных ВАК изданиях - 2.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографического списка (170 наименований) и приложений, которые включают результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде таблиц; акты внедрения и промышленных испытаний. Общий объем диссертации состоит из 193 страниц, включающих 152 страницы основного текста, содержащих 30 рисунков и 12 таблиц.
Анализ эффективности измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла
Технологическая система помола (ТСП) в замкнутом цикле на базе шаровой мельницы (ШМ) во всем мире получила широкое распространение [3, 24, 26, 28, 64, 113, 136, 140]. С разработкой динамических сепараторов (ДС) третьего поколения резко повысилась энергетическая эффективность данных помольных систем и ТСП «ШМ—ДС» стали занимать доминирующее положение. На рис. 1.1 представлена схема с возвратом крупки в начало процесса, в I камеру. Они обеспечивают производство цемента с параметрами зернового состава: п = 0,9... 1,1; d = 10...25 мкм, что соответствует значениям удельной поверхности S 3000...6000 см2/г [103].
Технологическая схема помола «ШМ-ДС» Крупнейшая в России шаровая мельница размером 4,6x14 м с установочной мощностью 4250 кВт при удельной поверхности готового продукта в 3230 см /г достигла производительности 126 т/ч. При этом удельные затраты энергии составили 35 кВт-ч/т.
Опыт эксплуатации шаровых мельниц говорит о том, что перевод мельниц в замкнутый цикл с сепараторами динамического типа или модернизация замкнутого цикла с заменой традиционных сепараторов на динамические является существенным резервом в повышении не только эффективности, но и качества конечного продукта.
Компания Christian Pfeiffer (Германия) осуществила реконструкцию ТСП с шаровой мельницей открытого и замкнутого циклов [57] с установкой во всех случаях динамического сепаратора. При переводе в замкнутый цикл мельницы размером 2,6x13 м при неизменном качестве цемента (3000 см2/г) производительность помольного агрегата увеличилась с 25 до 38 т/ч при снижении удельного расхода электроэнергии с 41,6 до 29,3 кВт-ч/т [57].
Замена устаревшей конструкции сепаратора на шаровой мельнице размером 4x13,5 м позволила за счет оптимизации зернового состава при неизменной марке цемента (ПЦ 500) снизить удельную поверхность готового продукта с 4670 до 3800 см /г, что в свою очередь позволило при неизменной потребляемой мощности повысить производительность помольного агрегата с 57 до 86 т/ч при снижении удельного расхода электроэнергии с 51,9 до 37 кВт-ч/т.
Совершенствование внутримельничной оснастки (футеровки, межкамерной перегородки, выходной решетки и состава мелющих тел) также позволяет совершенствовать процесс измельчения в шаровой мельнице замкнутого цикла. При этом производительность помольного агрегата размером 4x13,5 м при реализации данных мероприятий возрастает с 98,8 до 117 т/ч при снижении удельного расхода электроэнергии с 28,9 до 22,2 кВт-ч/т [57].
Требования к повышению энергетической эффективности процесса измельчения в шаровой мельнице замкнутого цикла обуславливают необходимость поиска оптимальных схем измельчения. Как показали диаграммы помола, в первой камере шаровой мельницы в районе межкамерной перегородки может находиться до 40...50 % готового по размеру материала, который, демпфируя энергию мелющих тел, несомненно, снижает эффективность процесса измельчения крупных фракций. С целью решения этой проблемы по всему миру [103, 131] широко распространена ТСП «ШМ-ДС» с промежуточной сепарацией продуктов измельчения, позволяющая выделять из потока мелкую фракцию. Продукт сепарации, как правило, направляется на доиз-мельчение в первую и вторую камеры, где и доизмельчается до кондиционного состояния (рис. 1.2).
Подобная установка имеет [131] трехкамерную шаровую мельницу размером 4x12 м, циклонный сепаратор диаметром 5 м, а мощность установки составляет 3,10 МВт. При производительности 82 т/ч удельные энергозатраты составляют 41,5 кВт-ч/т.
При внешней логичности рассмотренной схемы в ней имеется ряд слабых мест. Во-первых, располагающиеся в центральной части корпуса мельницы окна для разгрузки продуктов измельчения существенно ослабляют прочность корпуса, вызывая в этом месте трещины, во-вторых, невозможность уплотнения трущихся частей в центральной части барабана мельницы вызывает чрезмерное пыление, а также просыпь под мельницей. Также в рассматриваемой схеме возвращаемый материал второй камеры является почти готовым продуктом, который нецелесообразно направлять на дальнейшую сепарацию.
Для устранения последнего недостатка разработана ТСП с промежуточной сепарацией с направлением всей крупки во вторую камеру, продукт которой по дисперсности является готовым. Это можно объяснить, в первую очередь, снижением доли переизмельченного материала в готовом продукте. Однако разный механизм формирования зернового состава продуктов обеих камер мельниц снижает качество конечного продукта при его смешении.
Самой перспективной ТСП с промежуточной сепарацией является шаровая мельница с двумя сепараторами, двумя ковшовыми элеваторами и направлением крупки параллельно в первую и вторую камеры с автономными контурами «камера-сепаратор» для каждой камеры [15]. Данная схема является наиболее экономичной по удельным энергозатратам при условии автономной настройки каждого из сепараторов, в зависимости от дисперсности поступающего в них материала. Недостаток схемы - увеличение транспортных звеньев, сложность настройки системы и автоматизации установки.
Далее продукт сепарации (крупка) доизмельчается в длинной шаровой мельнице. Производительность установки 245...265 т/ч по цементу с удель-ной поверхностью 2700 см/г (СЕМ I 32,5N) и 155... 170 т/ч по цементу с удельной поверхностью 3500 см /г (СЕМ I 52,5N). Общие удельные энергозатраты при этом составляют соответственно 27,7 и 44,3 кВт-ч/т, в том числе: по мельнице первой ступени 7,7...11,9 кВт-ч/т; по мельнице второй ступени 16,4...26,9 кВт-ч/т; на сепарацию, транспорт и другое вспомогательное оборудование 3,6...5,5 кВт-ч/т.
Низкие значения удельного расхода электроэнергии, по сравнению с ТСП ранее рассмотренных типов при всей внешней логичности этой схемы можно объяснить, в первую очередь, невысокой эффективностью применяемых сепараторов. Тем не менее, концепция, положенная в основу этой системы, несомненно, является прогрессивной по следующим соображениям: - при измельчении клинкера размером менее 2 мм повышается эффективность измельчения в шаровой мельнице; - в связи с увеличением количества измельчаемого материала, проходящего через барабан шаровой мельницы, уменьшается износ мелющих тел и футеровки на единицу готовой продукции; - уменьшается мощность привода шаровой мельницы второй ступени. Недостатком рассмотренной установки является увеличение единиц основного и вспомогательного оборудования, требующего большую номенклатуру запасных частей, в связи с чем и происходит повышение эксплуатационных затрат и капитальных вложений.
Моделирование процесса сепарации цемента с учетом турбулентной диффузии частиц
Существенное влияние на процесс разделения материала в сепараторе оказывает турбулентность потока сепарационного воздуха, приводящая к размыванию траектории частиц и их самопроизвольному перетеканию в области с более низкой концентрацией дисперсной фазы вследствие турбулентной диффузии частиц.
Исследование двухфазных закрученных потоков в строгой постановке представляет собой сложную задачу, которая может быть решена только численными методами. Поэтому для получения приближенных аналитических зависимостей сведем уравнение (2.29) к двум квазиодномерным задачам для усредненных концентраций частиц. В виду значительной скорости газоматериального потока в сепараторе (/, = 8... 12 м/с), диффузионным переносом частиц в осевом направлении будем пренебрегать: Д = 0. На первом этапе моделирования, т.е. при усреднении концентрации частиц по радиальной переменной г не будем учитывать так же диффузию частиц в поперечном направлении.
Для исследования неоднородности распределения концентрации частиц в поперечном сечении потока проинтегрируем уравнение (2.29) по осевой переменной z в пределах от 0 до h, полагая ZX = 0, a Dr = D = const (приближение однородной турбулентности).
Уравнение (2.41) также выражает баланс массы узкой фракции частиц в цилиндрическом объеме радиусом г и высотой h: разность потока частиц, проходящих через входное (z = 0) и выходное сечения объема сепаратора, равна полному потоку частиц, проходящих через боковую поверхность рассматриваемого объема сепаратора, включая его диффузионную составляющую. Для замыкания уравнения (2.41) положим Vz = 0, т.е. рассмотрим предельный случай распределения концентрации частиц, которое сформировалось бы в замкнутом объеме под действием центробежных сил и турбулентной диффузии частиц.
Формула (2.51) содержит три неизвестных параметра к, хр и D, которые не могут быть измерены непосредственно или найдены расчетным путем. Их величина может быть оценена с помощью общих физико-механических соображений и уточнена путем обработки экспериментальных данных. Так, для относительного радиуса поверхности разделения может быть принято значение хр = 1 / v 2 « 0,7 - начальное положение частицы граничного размера (см. п. 4.1). Величину коэффициента турбулентной диффузии частицы можно оценить по ориентировочным значениям числа Пекле, Ре = 4...16 [38]: D 0,5...2 м /с.
Кривые разделения, построенные по зависимостям: а- кривая, полученная по формуле (2.52); б- кривая, полученная по формуле (2.53) Анализ формулы (2.51) показывает, что основным направлением повышения точности разделения материала, т.е. крутизны убывания кривой разделения ф(йГ) (см. рис. 2.5), является его снижение коэффициента турбулентной диффузии частиц Dt, который кроме непосредственного влияния на эффективность разделения (2.51) оказывает косвенное воздействие как на эффективность распределения окружной скорости несущего потока (параметр к), так и на радиус поверхности разделения хр.
Уменьшения параметра можно достичь путем снижения аэродинамического сопротивления сепаратора, а также повышением в исходном потоке материала концентрации частиц мелких фракций, которые вызывают дополнительную диссипацию энергии турбулентных пульсаций, что оказывает ла-минизирующее влияние на газоматериальный поток в зоне разделения.
В пп. 2.1, 2.2 выведены теоретические зависимости, описывающие процесс сепарации тонкодисперсных фракций. Эти зависимости содержат параметры, которые могут быть идентифицированы по опытным данным.
Просасываемый через шаровую мельницу аспирационный воздух необходимо очистить от пыли по двум причинам: - технологической, поскольку вместе с аспирационным воздухом из мельниц замкнутого цикла выносится свыше 20 % измельчаемого материала с преобладанием высокодисперсных фракций (менее 30 мкм); - экологической, так как содержание пыли в выбросах цементного производства не должно превышать допустимого уровня. Из-за высокой запыленности аспирационного воздуха (от 500 г/м и выше) его одноступенчатая очистка в циклонах или рукавных фильтрах мало 68 эффективна. Для осаждения основной массы пыли перед циклонами или фильтрами используются аспирационные шахты [10, 31, 62]. Аспирационная шахта представляет собой воздуховод прямоугольного сечения размерами а в, установленный, как правило, вертикально.
Согласно формуле (2.75) при скорости воздуха и = 1,7 м/с концентра-ция пыли на выходе из мельницы достигает 44 г/м , что соответствует общей эффективности осаждения пыли в аспирационной шахте на уровне 90 %.
Осаждение пыли в аспирационной шахте происходит, в основном, под действием коагуляционно-седиментационного механизма. В результате турбулентных пульсаций транспортирующего газового потока происходит сближение, столкновение и коагуляция (слипание) частиц цемента.
При этом происходит не только укрупнение самих частиц, но и образование достаточно крупных (до 1 мм) рыхлых образований - агрегатов пыли. Осаждение пыли в аспирационной шахте происходит, в основном, под действием коагуляционно-седиментационного механизма. В результате турбулентных пульсаций транспортирующего газового потока происходит сближение, столкновение и коагуляция (слипание) частиц цемента.
При этом происходит не только укрупнение самих частиц, но и образование достаточно крупных (до 1 мм) рыхлых образований — агрегатов пыли.
Установлено [75], что если плотность твердой фазы в этих агрегатах больше некоторого критического значения, то их обтекание потоком газа мало отличается от обтекания непроницаемой сферы такого же объема. Скорость оседания агрегатов намного больше скорости оседания отдельных частиц, что и объясняет наблюдаемую достаточно высокую эффективность очистки запыленного газа в аспирационных шахтах.
Определение количества повторных опытов
Для определения того, что группы экспериментальных данных получены из одной и той же совокупности и дают одинаковое рассеивание, воспользуемся критерием Корхена [7, 20, 78]. Оценки дисперсий всех серий проведенных опытов считаются однородными, если при уровне значимости q = 0,05 расчетное значение критерия Корхена меньше табличного. После этого усреднялись дисперсии эксперимента.
Коэффициенты регрессий должны быть такими, чтобы невязки модели и эксперимента были минимальными. Они рассчитываются методом наименьших квадратов. Основное условие метода формулируется следующим образом: коэффициенты регрессии определяются на основании минимизации суммы квадратов отклонений между экспериментальными уэ и расчетными yv значениями функции отклика: %(Уэ-уР)2 =min. (3.2)
Значимость полученных коэффициентов модели оценивалась по t - критерию Стьюдента [7, 63, 78] при 5 %-ном уровне значимости и проводилась независимо. В коэффициент регрессии считается значимым, если его абсолютная величина больше доверительного интервала.
Проверка однородности дисперсии полученного уравнения регрессии экспериментальным данным проверяется с помощью критерия Фишера. Критерий Фишера (F - критерий) представляет собой наибольшей дисперсии (дисперсии адекватности S ) к наименьшей (дисперсии воспроизводимости опыта Sy). Полученная величина сравнивается с табличной величиной F- критерия (при уровне значимости 5 %).
Для обсуждения результатов эксперимента нами приняты интервалы варьирования (табл. 3.2). Для поиска рациональных условий работы шаровой мельницы замкнутого цикла целесообразно представить полученные при проведении эксперимента уравнения регрессии в натуральной форме. Для перехода к физическим переменным в уравнении регрессии воспользуемся следующей формулой: где х, и X, - значение фактора в физических и кодированных переменных соответственно; х,о - значение фактора на базовом уровне; Ах, - интервал варьирования по данному фактору.
На основании разработанной программы исследований проводились лабораторные и промышленные исследования процесса измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла, в основу которых положены стандартные методики [38].
При проведении всех экспериментов измельчению подвергался предварительно дробленый цементный клинкер Белгородского цементного завода класса - 5 мм. Минералогический состав клинкера: C3S - 64,49 %; C2S - 12,93 %; С3А - 6,59 %; C4AF - 13,49 %. Химический состав клинкера: Si02 - 21,48 %; AI2O3 - 5,33 %; Fe203 - 4,44 %; CaO - 66,28 %; MgO - 0,71 %; R20 - 21,48 %; SO3 - 21,48 %; прочие - 1,09 %. Масса мелющих тел и композиция загрузки определялась по [40, 68, 71]. Кинематика движения материала и мелющих тел наблюдалась при помощи скоростной киносъемки модели шаровой мельницы с прозрачным корпусом.
Аэродинамические изменения режимов аспирации и гидравлические сопротивления мельницы, устройств сепарации, осаждения готового продукта и пылеочистки в лабораторных условиях выполнялись в соответствии с [23, 40]. Остаток на контрольном сите определялся в соответствии с [3, 22, 23].
Наибольшая погрешность измерения по принятой методике и используемым приборам получается при измерении расхода аспирационного воздуха — до 8 %.
Погрешности: при взвешивании проб исходного материала, готового продукта и крупки ±3 %; при определении остатков на сите 008 ±3 %; при измерении потребляемой мощности ±2 %; времени проведения опыта ±2 %.
Фотографирование проб порошков цемента осуществлялось на универсальном поляризационном микроскопе NU-2 фирмы «Karl Zeiss Jena» в отраженном свете. Увеличение снимков составило х200.
Анализ погрешностей измеренных величин показывает, что принятые методики исследований и измерений позволяют с достаточной степенью достоверности установить требуемые уровни факторов и определить соответствующую им величину параметров оптимизации и, в конечном счете, позволяет производить качественный и количественный анализ результатов исследований.
Все стендовые установки шаровых мельниц выполняются в соответствии с требованиями [3, 4, 20, 28, 33, 40, 42, 70] и с учетом плана и программы экспериментов.
Каждая из лабораторных мельниц снабжена регулируемым приводом, который позволяет изменять частоту вращения барабана от нуля до полутора критических скоростей.
Размер мелющих тел выбирается в соответствии с рекомендациями [3, 28, 43]. 3.4.1. Модель шаровой мельницы размером 0,42x1,35 м
Представленная нарис. 3.1 модель шаровой мельницы является базовой при проведении всех экспериментов, предусмотренных планом программой исследований. Ее производительность в непрерывном режиме работы по замкнутому циклу измельчения достигает 110 кг/ч.
Мельница работает в непрерывном режиме измельчения. Барабан 1 (рис. 3.2) мельницы неразъемный. В барабане устанавливаются сменные наклонные межкамерные перегородки 2. Питание мельницы осуществляется барабанным питателем через бункер 4 и полую торцевую крышку 5. Разгрузка мельницы производится через выходную решетку 3, которая для уменьшения общего гидравлического сопротивления мельницы снабжена центральным отверстием. Для предотвращения выброса мелющих тел из камер мельницы крышка 5 и решетка 3 снабжены обратными конусами 6. Прошедший мельницу материал попадает в аспирационную коробку 7, из которой воздухом транспортируется в сепаратор на классификацию.
Фиксация барабана в осевом и вертикальном направлениях осуществляется парой поддерживающих роликов 13, расположенных по обеим сторонам барабана мельницы. Вращение мельницы на катках производится по двум бандажам, расположенным на барабане.
Частота вращения барабана мельницы изменялась от нуля до полутора критических значений при помощи частотного преобразователя (тип LS600-4010 компании Long Shenq Electronic Co. LTD (Тайвань) мощностью 7,5 кВт) путем изменения частоты питающей сети. На торцевой крышке установлен перфорированный диск 14, проходящий через фотоэлектрический датчик 15, посредством которого измерялись скорость вращения и количество оборотов барабана, регистрируемые тахометром ЦАТ-ЗМ с точностью до 1/60 оборота.
Частота вращения барабана питателя изменялась при помощи частотного преобразователя (тип LS600-4001 компании Long Shenq Electronic Co. LTD (Тайвань) мощностью 0,75 кВт) путем изменения частоты питающей сети. После измельчения материал по воздуховоду 4 подается в сепаратор 5, в котором происходит разделение продукта на фракции. Крупка направляется по течке 2 на домол в барабан мельницы 3, а готовый продукт в виде пы-левоздушной смеси поступает в батарейный циклон 6 ЦН-15 0 = 200 мм, где осаждается в готовый продукт. Очищенный в циклонах воздух окончательно очищается в зернистом фильтре 7, а затем воздуходувкой 8 выбрасывается в атмосферу.
Производительность шаровых мельниц замкнутого цикла
Приведенное выше уравнение (4.2) характеризует транспортирующую способность наклонной перегородки, т.к. оно выражает производительность мельницы без учета качество готового продукта, полученного в воздушно-проходном сепараторе.
Анализируя представленное выше уравнение необходимо сделать следующее заключение: - при увеличении количества возвращаемой в мельницу крупку с, происходит увеличение производительности помольного агрегата QRXK большая часть измельченного материала попадает в сепаратор, а оттуда в готовый продукт; - с увеличением скорости воздуха в барабане мельницы V и соответственно в сепараторе параметр QRX монотонно возрастает, а анализ всех эффектов взаимодействия cV, Vk, Vv, V\\f подтверждает ранее сделанный вывод, не -у смотря на отрицательный коэффициент при V \ - на формирование функции отклика QRX положение перегородки к оказывает малое влияние вследствие малости значения коэффициента при к, по сравнению с величинами коэффициентов при других факторах. На это указывает и незначимость, по сравнению с другими коэффициентами, знака коэффициентов при эффектах взаимодействия cv, Vv и кцг, а также при Л2; - повышение транспортирующей способностью межкамерной перегородки положительно сказывается на эффективности процесса измельчения. Снижение параметра D ведет к увеличению QRX- Это подтверждается тем, что коэффициент при v и суммарный коэффициент при эффектах взаимодействия cv, Vv, кх , и mj/. Например: при 3 = 55, с = 200 %, V = 0,7 м/с, к = 1, v = 16 %, \/ = 0,69, QRX = 51,5 кг/ч.
При приведении производительности помольного агрегата к 10 %-му остатку на сите 008, получим его производительность с учетом интенсифицирующей способности наклонной перегородки.
Анализ уравнения (4.3) позволил нам сделать следующие выводы: - максимальное повышение эффективности измельчения в помольном агрегате замкнутого цикла наблюдается за счет оптимизации зоны расположения отверстий на перегородке. Исследуя кодированную форму представления уравнения регрессии QR\Q при {с, V, к, D, \/) = const можно заключить, что фон, вносимый в изменение параметра QR]Q фактором г , больше в 2,65 раза, чем изменение скорости воздуха в барабане; в 4 раза больше, чем изменение частоты вращения; в 5,5 раза больше, чем местоположение перегородки в барабане мельницы; в 3,5 раза больше, чем изменение циркуляционной нагрузки. Совместное увеличение эффекта взаимодействия г \/ также увеличивает ORW в равной мере изменением уровня каждого из факторов v и однако величина коэффициентов при и и \/ говорит о том, что увеличение OR\O целесообразно обеспечивать уменьшением D; увеличение эффектов си, с\\г снижает Ото , увеличение Vk таюке снижает QR\Q, т.е. большая производительность мельницы достигается сочетанием максимальных с и минимальных \/; — уменьшение живого сечение перегородки увеличивает ее транспортирующую способность. Это увеличивает средний размер частицы, поступающей в сепаратор и параметр OR\Q возрастает. Это также подтверждает знак и величина при v. Однако существуют условия, при которых с уменьшением и, параметр QR\Q возрастает; с уменьшением с, V, к, v и \/ до уровня «-2» знак при эффектах взаимодействия си, Vv, hi и \)Д) изменяется на противоположный («плюс» на «минус») и их величина становится максимальной QR\Q max.
Основными показателями, характеризующими технико-экономическую эффективность шаровых мельниц замкнутого цикла, являются их производительность и качество конечного продукта который формируется в барабане мельницы и в сепараторе, которые были рассмотрены нами выше. Мы установили влияние всех основных факторов с, V, к, v, i/ и их эффектов взаимодействия на показатели работы помольного агрегата, однако, проведенный с этой целью, интерполяционный эксперимент не позволяет установить оптимальное значение каждого из факторов с, V, к, v, \/, которое обеспечивает максимальную производительность (при заданной тонкости помола) при минимальном удельном расходе энергии. Оптимизации эксперименты при выборе необходимых параметров с, V, к, v, \j/ будут нами рассмотрены ниже.
Полученное в эксперименте уравнение (4.4) позволяет нам судить о влиянии конструктивно-технологических параметров шаровых мельниц замкнутого цикла на ее способность измельчать материал и формировать его зерновой состав и определять затрачиваемую на это удельную энергию. Например, с увеличением эффектов Vk и vvj/, имеющих наибольшие по величине положительные коэффициенты, происходит снижение эффективности процесса измельчения и удельный расход энергии возрастает. Это говорит о том, что снижение пропускной способности мельниц, определяемое параметром D, снижает время измельчения материала в барабане мельницы и, соответственно, эффективность процесса измельчения при этом падает.
Уравнение (4.5) позволяет судит о затратах энергии на помол цементного клинкера при его измельчении до i?0o8=10 %. Анализ уравнения (4.5) позволяет сделать вывод, что увеличение любого из факторов V, к и \/ снижает удельный расход энергии на измельчение материала до 7?0о8=10 %. Увеличение транспортирующие способности перегородки приводит к уменьшению qmo за счет увеличения времени нахождения измельчаемого материала в ба 120
рабане мельницы. При уменьшении параметра х увеличивается скорость прохождения материала, соответствующего по своим размерам готовому продукту из камеры грубого измельчения в камеру тонкого измельчения и удельный расход энергии уменьшается, а при увеличении частоты вращения барабана мельницы происходит к более интенсивному перемещению частиц к разгрузке, а также и за счет аспирационного воздуха, а затем - воздушным потоком на сепарацию.
Рост скорости аспирационного воздуха V в барабане мельницы также снижается удельный расход энергии. Это объясняется тем, что с увеличением скорости аспирационного воздуха в барабане мельницы происходит выход кондиционного продукта за счет вывода его из мельницы воздушным потоком. Чем выше скорость воздуха, тем наблюдается большее количество измельчаемого материала выходящего из сепаратора. Однако, с ростом скорости воздушного потока увеличивает мощность, потребляемой мельничным вентилятором. Исходя из этого можно сделать вывод, что повышение скорости воздушного потока в барабане мельницы более 0,80 м/с не целесообразно.
Анализ представленного уравнения регрессии (4.6) показывает, что увеличение любого из варьируемых параметров V, к, \/ вызывает увеличение удельного расхода энергии, а увеличение кратности циркуляции с и параметра v - снижает параметр quRx- Однако, анализируя величины параметров и коэффициентов при них, а также эффектов взаимодействий позволяет сделать вывод о том, что увеличение параметра V ведет к снижению энергоемкости процесса измельчения. Однако при достижении больших значений V эффективность процесса образования новой поверхности на единицу готового продукта несколько падает, что можно объяснить тем, что при достижения определенного предела не наблюдается существенного роста производительности при увеличении энергопотреблении. Параметр V существенно влияет на удельный расход энергии: увеличение V снижает quRx, а при достижении верхних значений уровня V, quRx стабилизируется. Существенных изменений в значении qMRx параметр к не вносит, однако наблюдается небольшой экстремум при к — 1,25. Наибольшее влияние на величину дм/ъ оказывает параметр v. Это можно объяснить тем, что отбор и принудительное удаление из камеры грубого измельчения кондиционного материала положительно сказывается на процессе образования новой поверхности из более крупных частиц. Экспериментально это подтверждается тем, что перед параметром х и эффектами взаимодействия со и ко стоит знак «минус».
