Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние, направления совершенствования процесса помола и конструкций трубных мельниц 10
1.1. Совершенствование процесса измельчения материалов цементного производства 10
1.2. Перспективы совершенствования помольного оборудования 17
1.2.1. Вибрационные мельницы 17
1.2.2. Процесс измельчения в струйных мельницах 21
1.2.3. Среднеходные мельницы 24
1.2.4. Шаровые барабанные мельницы 29
1.3. Предлагаемые технические решения 31
1.3.1. Шаровая барабанная мельница с внутримельничным классифицирующим устройством из двух конусных поверхностей 32
1.3.2. Шаровая барабанная мельница с поперечно-продольным движением мелющих тел и внутримельничным рециклом измельчаемого материала 35
1.3.3. Шаровая барабанная мельница с внутримельничным классифицирующим устройством и подпорными кольцами 38
1.4. Теоретические аспекты процесса измельчения в ШБМ 40
1.4.1. Кинетика измельчения в ТШМ 40
1.4.2. Мощность, потребляемая приводом ТШМ 41
1.4.3. Производительность ТШМ 43
1.5. Цели и задачи исследований 45
1.6. Выводы 46
Глава 2. Расчет технологических и энергетических параметров ТМ 47
2.1. Общие положения 47
2.2. Особенности процесса измельчения в ТМ с рециклом и подпорными кольцами 48
2.3. Определение высоты загрузочного отверстия лифтера и подпорного кольца 52
2.4. Синтез уравнения кинетики измельчения 56
2.5. Влияние условий рецикла на параметры уравнения кинетики 61
2.6. Расчет системы аспирации 66
2.7. Анализ результатов расчета системы аспирации 77
2.8. Расчет производительности ТМ с рециклом 83
2.9. Затраты мощности на привод ТМ с рециклом 86
2.10. Выводы 93
Глава 3. План и методика проведения экспериментальных исследований 95
3.1. Основные положения экспериментальных исследований 95
3.2. Описание экспериментальных установок применяемого оборудования и средств контроля 97
3.3. Методики экспериментальных исследований 106
3.4. Характеристики исследуемого материала 106
3.5. Поисковые эксперименты 108
3.6. План проведения многофакторного эксперимента для определения эффективности измельчения 109
3.7. Выводы 112
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований ТШМ, с рециклом и подпорным кольцом 114
4.1. Поисковые эксперименты 114
4.2. Влияние исследуемых факторов на параметры оптимизации 124
4.2.1. Анализ результатов исследований зависимости Q = f(q , \\f, v, h). 124
4.2.2. Анализ результатов исследований зависимости Р = f(q , \/, и, h).. 132
4.2.3. Анализ результатов исследований R = f((p, \/, и, h) 137
4.2.4. Анализ уравнения регрессии q=f((p, v/, и, h) 142
4.2.5. Анализ уравнения регрессии S=f((p, \/, и, h) 146
4.3. Выбор рационального режима процесса измельчения 151
4.4. Исследование кинетики процесса измельчения 156
4.5. Исследование гидравлического сопротивления ТМ 162
4.6. Выводы 165
Глава 5. Реализация результатов работы 167
5.1. Внедрение на ОАО «Себряковцемент» 167
5.2. Внедрение результатов работы на ОАО «Красносельскстрой-материалы» 170
5.3. Внедрение результатов работы на ОАО «Белгородский цемент» 174
5.4. Технико-экономические результаты работы 175
5.5. Выводы 176
6. Общие выводы и рекомендации 177
Литература 180
Приложения 193
- Совершенствование процесса измельчения материалов цементного производства
- Анализ результатов расчета системы аспирации
- Анализ результатов исследований зависимости Q = f(q , \\f, v, h).
- Внедрение результатов работы на ОАО «Красносельскстрой-материалы»
Введение к работе
Актуальность работы. В России одним из национальных проектов является строительство доступного жилья, основой для которого является строительный материал - цемент С 1990 по 1998 гг производство его снизилось до 26 миллионов тонн в год После этого началось возрождение цементной промышленности, и в 2006 году выпуск цемента вырос до 53,5 млн тонн
Износ основных фондов цементных заводов составляет более 50% , обновления основных фондов за эти годы не осуществлялось, т к рентабельность производства цемента не превышает 10%
Одним из основных процессов при получении цемента является помол клинкера и добавок, который в экономически развитых странах в основном осуществляется в трубных мельницах (ТМ) замкнутого цикла измельчения Совершенствование этих агрегатов идет по нескольким направлениям создание различных внутримельничных устройств, интенсифицирующих процесс измельчения, разработка новых износоустойчивых типов футеровки, подача в мельницу поверхностно-активных веществ, совершенствование привода и т д
Помол клинкера и добавок в Российской Федерации осуществляется в ТМ открытого цикла измельчения, недостатки их известны — это большой удельный расход электроэнергии, мелющих тел, сложность получения цементов высоких марок Совершенствование процесса измельчения и конструкции ТМ, создание внутримельничных устройств, осуществляющих рецикл измельчаемого материала и селективность его измельчения, является актуальной задачей при получении цемента с целью снижения удельных энергозатрат и повышения производительности агрегата
Работа выполняется в рамках одного из основных научных направлений Белгородского государственного технологического университета им В Г Шухова «Теоретические основы создания энергосберегающих процессов тонкого измельчения материалов строительного производства»
Рабочая гипотеза - повысить эффективность процесса в ТМ открытого цикла измельчения можно за счет организации рециркуляционных потоков и их селективного доизмельчения внутри барабана мельницы
Научная идея - необходимо создать и исследовать такие режимы процесса измельчения в ТМ, при которых недоизмельчаемый материал на каждом участке мельницы изымался из общего потока, доизмельчался и байпасом выводился из мельницы
Цель работы — интенсификация процесса помола в ТМ открытого цикла, путем создания условий селективности процесса измельчения ре-
4 циркуляционных потоков, разработка методик расчета основных конструктивно - технологических и энергетических параметров Задачи исследований:
-
Разработать методику расчета потребляемой мощности, аспира-ционного режима, производительности мельницы
-
Синтезировать уравнение кинетики в условиях рецикла измельчаемого материала
-
Разработать модель процесса измельчения в условиях рецикла
-
Создать экспериментальную установку, разработать методику исследований процесса помола в ТМ в условиях селективности процесса измельчения
-
Исследовать влияние основных факторов на эффективность процесса измельчения в ТМ
-
Установить рациональные конструктивные параметры и режимы процесса помола в ТМ
-
Разработать инженерную методику расчета ТМ с селективным измельчением рецеркулируемых потоков
-
Разработать рекомендации для промышленной реализации результатов исследований
Научная новизна.
-
Получены аналитические выражения для определения величины потребляемой мощности привода ТМ, учитывающие режим работы дробящей среды в условиях рецикла измельчаемого материала
-
Синтезирована новая форма уравнения кинетики измельчения, учитывающая физико-механические свойства материала и конструктивно-технологические особенности ТМ с рециклом
-
Разработана методика расчета аспирационного режима, позволяющая рассчитать суммарное гидравлическое сопротивление внутри-мельничных и аспирационных устройств, определить объемы аспирационного воздуха и мощность привода вентилятора
-
Разработан алгоритм расчета конструктивных параметров внут-римельничных рециркуляционных устройств с учетом требуемой производительности домола измельчаемого материала
Практическая ценность работы
На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны принципиально новые конструктивные решения внутримельничных устройств для организации рецикла и селективности процесса помола в ТМ, конструкция которых защищена патентами РФ №2291746, №58949
Использование предложенных технических решений позволило снизить удельный расход энергии на помол и повысить качество готового продукта - цемента
Автор защищает.
-
Аналитические уравнения для расчета потребляемой мощности привода мельницы
-
Методику расчета аспирационных режимов и аспирационной системы ТМ
-
Уравнение кинетики процесса помола с учетом рецикла измельчаемого материала
-
Результаты экспериментальных исследований в виде графиков, таблиц и уравнений регрессии
-
Патентно - чистые конструкции, разработанных внутримельнич-ных устройств для ТМ
Реализация работы.
Теоретические и экспериментальные результаты работы апробированы на цементных мельницах 2,6 х 13 м, 3 х 14 м, 3,2 х 15 м на ПРУП «Кричевцементношифер», ОАО «Белгородский цемент», ОАО «Себря-ковский цемент», в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов на кафедре «Механического оборудования предприятий промышленности строительных материалов» БГТУ им В Г Шухова
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на международных научно — технических конференциях в Украине (г Харьков, ХГБТУ, 2004 г), Белоруссии (г Могилев, РБТУ, 2004 г), г Москве - «ИНТЕРСТРОЙ-МЕХ-2006», г Белгороде - «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» в 2005 г, «Образование, наука, производство» в 2004 г и 2006 г, международной интернет -конференции «Технологические комплексы, оборудование предприятии строительных материалов и стройиндустрии» в 2004 г, на заседаниях технических советов ОАО «Михайловцемент», ОАО «Новоросцемент», ОАО «Белгородский цемент» 2004 г - 2006 г
Публикации.
По результатам работы опубликовано двенадцать печатных работ, в том числе центральных изданий, рекомендованных перечнем ВАК РФ -3, получено 2 патента РФ
Структура и объем работы.
Совершенствование процесса измельчения материалов цементного производства
В отличие от других отраслей, в которых осуществляется помол материалов (горнорудной, химической, энергетической), где нет особых требований по зерновому составу к продукту помола, в производстве цемента это является, наряду с удельными энергозатратами, одним из главных технологических требований [1, 5, 8, 11, 32, 42, 47, 54, 72, 83, 96, 110, 111, 137, 143, 148, 152].
Назначение процесса измельчения в производстве цемента заключается в том, чтобы получить требуемую удельную поверхность и зерновой состав, которые бы обеспечили нужную реакционную способность (сроки схватывания) и требуемую прочность цементного камня [8, 22, 28, 31, 101, 131]. В соответствии с ГОСТом 10178-02 в РФ качество цемента определяют его удельной поверхностью S - м2/кг и остатком на сите с размером ячейки 80 мкм, Roo8 - % Однако процесс измельчения клинкера и добавок (гипса, шлака, известняка, трепела и др.) оказывает более сложное влияние на формирование технологических и физико-механических свойств цемента и неоднозначно определяется его показателями S и Roos Существенное влияние на технологические свойства цемента оказывают такие факторы как [1, 101]:
- распределение частиц по размеру;
- степень дегидратации гипса, добавляемого в цемент;
- предварительная гидратация и карбонизация клинкера.
Кроме вышеназванных технологических требований к помольным установкам предъявляются такие требования:
- высокая эксплуатационная надежность;
- простота конструкции, эксплуатации и обслуживания;
- возможность автоматизации процесса;
- большая часовая производительность;
- низкий удельный расход энергии.
Безусловно удовлетворить всем этим требованиям не может ни один из известных помольных агрегатов, тем не менее в некоторых из них могут быть реализованы большие из поставленных требований. Анализ доступных источников информации дает основание считать, что в обозримом будущем не появятся новые конструкции помольных агрегатов, в которых будут заложены принципиально новые методы (способы) процесса разрушения частиц измельчаемого материала, основанные на ударе, раздавливании, истирании, резании [2-14, 32-34, 36, 37, 47, 50, 56, 58-60, 83, 87, 92-95].
Международные фирмы, занимающиеся реализацией помольного оборудования, за последние три года продали на внешнем рынке 450 мельниц различного типа предприятиям цементной промышленности [13, 50, 75, 79].
Лидером продаж стали тарельчато-валковые мельницы, реализовано 300 единиц (67%). Далее идут барабанные - продано 114 единиц (25%), пресс-валковые - 27 единиц (6%) и ролико-маятниковые - 2 %. Основной областью применения стало измельчение сырьевых материалов - 44 % и 35 % мельниц установлено для помола клинкера (рис. 1.1).
За последние три года доля тарельчато-валковых (ТВ) мельниц в области измельчения цемента возросла с 15 до 26 % (рис 1.2). Лидируют шаровые барабанные (ШБ) мельницы - им принадлежит 58 % рынка. Доля пресс-валковых мельниц при двусхтадийном измельчении составляет 13 %,тогда как доля ролико-маятниковых едва достигает 3 %. Рост доли ТМ объясняется следующими причинами:
- усовершенствование процесса измельчения, который удовлетворяет специальным требованиям по зерновому составу цемента;
- возможностью регулирования процесса измельчения с учетом физико-механических характеристик материала;
- меньшим удельным расходом энергии.
В России и странах СНГ исторически сложилось так, что клинкер в ШМ измельчается одностадийно по открытому циклу измельчения.
Объясняется это, прежде всего тем, что схема цепи аппаратов, работающих по открытому циклу измельчения примерно в два раза дешевле, чем схема цепи аппаратов, работающих по замкнутой схеме с сепаратором.
Все цементные заводы в России построены в советское время, когда требовалось большое количество цемента самых распространенных марок "300" и "400" в условиях крупномасштабного строительства промышленных предприятий, жилищного и гидротехнического строительства. Т.е. такой цемент успешно выпускался в ШМ открытого цикла измельчения, но эти мельницы имеют длину барабана большую, чем мельницы, работающие в замкнутом цикле с сепаратором.
Соотношение L/D барабана у таких мельниц равно или больше 5 - такие мельницы называются трубными мельницами (ТМ) и эксплуатируются только на заводах стран СНГ [45,47, 50]. За рубежом ТМ не используются [47].
Поэтому, когда пытаются сравнивать технико-экономические показатели шаровых барабанных мельниц в России и за рубежом, то это не верно, т.к. речь идет о принципиально различных помольных агрегатах.
На 106 цементных заводах СССР было установлено 646 ТМ и только 15 из них работало в замкнутом цикле измельчения для выработки цемента марок ПЦ-500 и ПЦ-600, который использовался для возведения специальных объектов повышенной надежности. Например, телевизионной Останкинской башни, метро, ядерных электростанций, плотин, мостов и т.п. [98-101].
Для изготовления кладочных и штукатурных растворов, заливки фундаментов использовался низкомарочный цемент марок ПЦ-300 и ПЦ-400. Это экономически целесообразно, т.к. прочность указанных растворов не большая 200 - 250 МПа данные дешевые цементы успешно ее обеспечивали.
В настоящее время в условиях рыночной экономики сложилась гипертрофированная ситуация. В условиях достаточно жесткой конкуренции цементные заводы практически прекратили выпуск низкомарочных цементов. Производится исключительно цемент марок ПЦ-500 и ПЦ-600, причем бездобавочный портландцемент - самый дорогой. Доля этих марок в общем объеме выпуска составляет 92,1%. При этом 90% цемента вырабатывается в ТМ открытого цикла измельчения [49, 50].
В связи с этим себестоимость производимого цемента максимальная.
В последние годы на цементных заводах РФ осуществляется модернизация ТМ открытого цикла измельчения с переводом их в замкнутый цикл и установкой сепараторов различных конструкций [50].
Рассмотрим общие перспективы развития техники измельчения и возможности ее использования для помола клинкера.
Анализ результатов расчета системы аспирации
Анализ расчетных значений приведенных диаметров показывает, что минимальную величину имеют приведенные диаметры межкамерной перегородки и выходной решетки, которые для мельницы 2,6x13 м, соответственно, равны 5-Ю 4 м и 3,5 10 4 м. Приведенные диаметры: течки -2,9-10" м; загрузочного и разгрузочного патрубков, соответственно, 3,3-10" м и 0,1 м; камер мельницы - 0,54 м. Общий приведенный диаметр мельницы 2,6x13 м составляет 1,25 м, в то время как диаметр мельницы в свету с учетом загрузки - 1,75 м, т.е. на 40% больше.
Расчет объемов аспирационных газов, проходящих через барабанную мельницу, по известным методикам дает завышенный на 40 % результат.
Например, для мельницы 2,6x13 м по (2.37) при живом сечении межкамерной перегородки 10%, выходной решетки - 7%, коэффициенте загрузки камер - 0,3, температуре аспирационного воздуха на выходе из мельницы 120С и разряжении 600 Па, через мельницу проходит 7000 н-м3/ч аспирационного воздуха, а по [98; 100] - 10450 н-м3/ч. Измеренный объем аспирационного воздуха, проходящего через мельницу, составляет 7060 н-м3/ч.
Экспериментально установлено, что при водопадном режиме работы МТ живое сечение барабана мельницы и межкамерной перегородки снижается вследствие увеличения загрузки и перехода части МТ на параболические траектории движения. Так, например, при живом сечении НМП 5%, коэффициенте загрузки камер мельницы 0,29, температуре аспирационных газов 100С гидравлическое сопротивление мельницы 2,6x13 м при каскадном режиме работы составляет 428,3 Па, а при водопадном (в первой камере мельницы) - 588,4 Па, т.е. возрастает на 160 Па или в 1,3 раза. Суммарное гидравлическое сопротивление мельницы, с учетом запыленности аспирационного воздуха, в этом случае составляет 653,9 Па, т.е. в 1,5 раза больше, чем при каскадном режиме работы.
Сравнение расчетных гидравлических сопротивлений (суммарных) и замеренных на мельнице 2,6x13 м показывает, что расхождения не превышают 5 - 8%.
На рис. 2.9; 2.10 представлены результаты расчетов гидравлических сопротивлений, выполненные на основе разработанной здесь методики.
С увеличением живого сечения МП с 0,05 до 0,25 её гидравлическое сопротивление снижается в 20 раз (рис. 2.9; а). При живом сечении МП 7% и коэффициенте загрузки камер 0,29 её гидравлическое сопротивление составляет около 35 Па. Причем, расположение и форма отверстий на МП незначительно изменяют её гидравлическое сопротивление, однако влияют на прохождение измельчаемого материала через перегородку.
Сопротивление двойной вертикальной межкамерной перегородки при таком же живом сечении перфорированного элемента и коэффициенте загрузки камер, что и одинарной перегородки, выше в 8 раз, чем одинарной. Например, при живом сечении перегородок 5%, р = 0,33 сопротивление одинарной перегородки равно 55 Па, а двойной - 450 Па (рис. 2.9; б). С увеличением живого сечения перфорированного элемента двойной межкамерной перегородки с 5 до 15% ее сопротивление с 350 Па снижается до 275 Па. Последующее увеличение живого сечения перфорированного элемента перегородки до 0,35, т.е. в 2,33 раза обеспечивает снижение сопротивления только до 260 Па. Это объясняется тем, что в двухэлементной перегородке сопротивление второго элемента составляет около 90% общего сопротивления перегородки. Поэтому снижение гидравлического сопротивления двойных межкамерных перегородок возможно за счет совершенствования разгрузочного устройства: например, заменой разгрузочного конуса пересыпными патрубками и оснащением перегородки центральным аспирационным отверстием.
При живом сечении одинарной МП и выходной решетки, равном 5% увеличение коэффициента загрузки с 0,25 до 0,33 вызывает увеличение её гидравлического сопротивления с 40 до 51,3 Па (рис. 2.10 а). При цмп = 0,15 и соответствующем увеличении коэффициента загрузки сопротивление перегородки возрастает с 4 Па до 4,8 Па, т.е. в 1,2 раза.
Гидравлическое сопротивление двойной перегородки при г]мп = 0,05 и р = 0,25 составляет 252 Па, а при р = 0,33 равно 520 Па. Возрастает в 3,1 раза. При цмп 0,15, (р = 0,25 сопротивление равно 84 Па, а при р = 0,33 оно составляет $6 Па, т.е. возрастает в 1,03 раза (рис. 2.10).
Следовательно, увеличение коэффициента загрузки камер оказывает большое влияние на величину гидравлического сопротивления при малых значениях живого сечения межкамерных перегородок. При живом сечении межкамерных перегородок порядка 15% изменение коэффициента загрузки камер мельницы не оказывает существенного влияния на величину сопротивления перегородок, выходных решеток и мельницы в целом.
Увеличение - температуры аспирационного воздуха с 100 до 180С вызывает снижение гидравлического сопротивления мельницы на 26 - 35% Причем, двойная межкамерная перегородка, вследствие наличия второго перфорированного элемента, а также загрузочная и разгрузочная части мельницы существенно не изменяют своего гидравлического сопротивления с увеличением температуры аспирационного воздуха, оно уменьшается на 5 - 8%.
Наибольшее влияние на гидравлическое сопротивление мельницы, при постоянных конструктивных параметрах и технологических режимах работы, оказывает объем просасываемых аспирационных газов.
Установлено, что при цмп = 0,15, р = 0,29 и t = 100С с увеличением объема аспирационного воздуха, проходящего через мельницу 3,2x15 м с 2,7 до 5,4 н-м3/с, т.е. в два раза гидравлическое сопротивление одинарной межкамерной перегородки и выходной решетки возрастает в 4 раза, а двойной с 90 до 340 Па. При увеличении живого сечения межкамерных перегородок до 0,25 и том же изменении объемов аспирационных газов сопротивление одинарной перегородки так же возрастает в 4 раза, а двойной - с 290 до 870 Па. При меньшем живом сечении перегородок с увеличением объемов аспирационных газов их сопротивление возрастает более резко, одинарной - с 50 до 230 Па, а двойной - со 180 до 590 Па (rjMn = 0,05; (р = 0,33). При этом суммарное гидравлическое сопротивление возрастает со 180 до 1000 Па.
Проведенные нами расчеты и эксперименты показали, что гидравлическое сопротивление загрузочной течки составляет 5% общего сопротивления мельницы, загрузочной части - 4,2%, двойной межкамерной перегородки - 70%, одинарной межкамерной перегородки и выходной решетки - 11%, барабана мельницы - 0,1%, а с трубой рецикла и подпорными кольцами - 15%, разгрузочной части - 8,8%. Гидравлическое сопротивление двойной МП больше чем второй камеры с трубой рецикла в 4,6 раза.
Изменение аспирационного режима (скорости воздуха в барабане) работы мельницы посредством прямого увеличения производительности вентилятора не сможет обеспечить желаемого результата, так как при неизменных конструктивных параметрах внутримельничных устройств резко возрастает их гидравлическое сопротивление, значительно увеличивается подсос, а аспирационный режим останется прежним.
Обеспечение необходимого аспирационного режима работы мельницы может быть достигнуто в основном за счет снижения гидравлических сопротивлений перегородок, загрузочной горловины и течек без существенного увеличения объема просасываемого воздуха.
Итак, при изменении конструкции перегородок, загрузочных и разгрузочных устройств, установке внутримельничных энергообменников и классификаторов, замене пылеулавливающих аппаратов по вышеизложенной методике проверяется их соответствие рекомендуемому аспирационному режиму работы мельницы. Если количество воздуха, проходящего через мельницу, окажется большим либо меньшим, чем требуется необходимо изменить гидравлическое сопротивление элементов мельницы, либо заменить вентилятор. Уменьшение количества воздуха, проходящего через мельницу, приводит к переизмельчению материала и снижению производительности, а увеличение - повышению пропускной способности, однако ее производительность по заданному классу снижается.
Анализ результатов исследований зависимости Q = f(q , \f, v, h).
В ходе экспериментальных исследований и статистической обработки их результатов по влиянию исследуемых факторов на производительность мельницы получено уравнение регрессии в кодированном виде: Q = 19,27 + 3,05л:, + 1,64 2 - 0,28 3 - 0,075 4 + 1,23 ,2 + 0,56 22 + 0,73х32 + 0,69х42 + 0,46 , 2 + 0,87вд - (4.1) - 1,21 1X4 - 0,82 2 3 - 0,36 2 4+0,96 3 4 Производительность мельницы рассчитываемая по формуле (4.1) приведена к 10%-му остатку на сите 008.
Анализ уравнения регрессии (4.1.) дает основание сделать следующие выводы.
Наибольшее влияние на величину производительности оказывает фактор i - коэффициент загрузки барабана мельницы, т.к. он имеет больший по величине коэффициент. Так как знак при i положительный, то с увеличением р производительность Q мельницы возрастает, а с уменьшением снижается. Это очевидно подтверждается результатами других исследований и свидетельствует об адекватности полученной регрессионной модели физической сущности процесса измельчения в ТМ.
Второе, по весовому значению на величину Q, влияние оказывает 125 фактор Хг - относительная частота вращения барабана мельницы. Так же как и в случае с р с увеличением ц/ производительность ТМ возрастает. Причем влияние р в 1,86 раз больше, чем влияние у/. Например, при изменении коэффициента р загрузки барабана мельницы от 0,25 до 0,33, т.е. на 32% производительность Q мельницы возрастает с 19,27 до 24,05 кг/ч, т.е. на 24,8% или 4,78 кг/ч. Изменение ц/ от 0,76 до 0,81, т.е. на 6,5% приводит к увеличению производительности Q мельницы до 21,84 кг/ч или на 2,57 кг/ч.
Существенно меньшее влияние на изменение производительности Q мельницы оказывают такие факторы как: х - скорость аспирационного воздуха и х4 - высота подпорного кольца.
Знаки коэффициентов перед факторами дгз и дг4 отрицательные, поэтому с их увеличением производительность снижается и, наоборот, с уменынением-возрастает. Влияние фактора хз на величину изменения производительности Q мельницы в 3,73 раза больше, чем влияние фактора х». В то же время влияние фактора Х\ в 12,5 раз больше, чем влияние фактора Хз и в 40,7 раз больше, чем фактора х$.
Это объясняется тем, что, во-первых, производительность мельницы прямо пропорциональна массе мелющих тел, т.е. коэффициенту загрузки барабана мельницы мелющими телами - Х\ ( р), поэтому, чем выше ф, тем выше Q - производительность мельницы. Что касается изменения величины скорости аспирационного воздуха. Измельчаемый материал перемещается в порах между мелющими телами, и только не значительная его часть выносится вместе с аспирационным воздухом, эта часть по нашей оценке составляет около 2 - 3% от производительности мельницы. С целью определения количества материала выводимого аспирационным воздухом из барабана мельницы нами были проведены эксперименты.
В процессе работы при нормальной подаче материала и установленном аспирационном режиме барабан мельницы останавливался, одновременно прекращалась подача материала, при этом через барабан мельницы просасывался аспирационный воздух. Затем определялось количество материала, осажденного в системе аспирации.
И в других условиях, после каждого эксперимента определялось количество материала в бункере (это производительность мельницы) и количество материала в аспирационной системе.
В ходе экспериментов установлено: при производительности мельницы 25-30 кг/ч в системе аспирации осаждалось от 0,5 до 0,7 кг цемента, т.е. аспирацией из мельницы выносится от 2 до 3% измельчаемого материала. Следовательно, величина и знак при коэффициенте фактора х3 - скорости аспирационного воздуха адекватно отражают физическую сущность процесса измельчения в ТМ с трубой рецикла и подпорными кольцами.
Что касается характера влияния высоты h подпорного кольца на формирование уровня параметра оптимизации Q, то с увеличением высоты h подпорного кольца Q снижается, а с уменьшением, наоборот, возрастает. Это так же очевидно и адекватно отражает сущность процесса измельчения в ТМ, оснащенной подпорным кольцом. Известно, что измельчаемый материал перемещается в порах между мелющими телами. Так как подпорное кольцо располагается поперек барабана мельницы, оно препятствует продольному движению измельчаемого материала от загрузки к разгрузке, т.е. удерживает материал в барабане мельницы и, следовательно, снижает его пропускную способность, т.е. в конечном итоге, производительность Q.
Представляет интерес влияния эффектов взаимодействия на величину производительности Q мельницы.
Наибольшее влияние на формирование функции отклика (Q) оказывает эффект взаимодействия X\Xit Х(Хз; Х\хА суммарная величина их коэффициентов составляет 2,54.
Причем С увеличением уровней эффеКТОВ ВЗаИМОДеЙСТВИЯ Х\Х2 Х]Хз, Х3Х4
- производительность ТМ возрастает и, наоборот, с уменьшением - Q снижается. В то время как с увеличением эффектов взаимодействия х\х , х2хз, Х2Х4 производительность ТМ снижается, а с их снижением - увеличивается. Чем это объясняется?
С увеличением коэффициента загрузки р и относительной частоты вращения у/ барабана мельницы в области исследуемого факторного пространства (0,17 ср 0,33; 0,72 у/ 0,81) эффективность процесса измельчения возрастает вследствие того, что увеличивается количество мелющих тел и возрастает число импульсов их соударений, следовательно, увеличивается работа измельчения и, как следствие, возрастает производительность мельницы.
Что касается знака и величины коэффициента при эффекте взаимодействия JCJX3. Весовое значение этого эффекта больше в 1,89 раза чем эффекта взаимодействия xfa. Это можно объяснить тем, что с увеличение х\ ( р) коэффициента загрузки пропорционально возрастает и качество измельчаемого материала в загрузке. Одновременное увеличение скорости аспирационного воздуха х$ (v), естественно приводит к увеличению количества материала выносимого из барабана мельницы и производительности мельницы в целом. Причем влияние этого эффекта взаимодействия в 3,1 раза больше, чем влияние чисто фактора (v).
Следует обратить внимание на характер влияния на Q эффекта взаимодействия х . Знак при коэффициенте положительный, следовательно, увеличение скорости аспирационного воздуха и высоты подпорного кольца приводят к увеличению производительности Q мельницы по готовому продукту, приведенному к 10%-му остатку на сите 008. Это подтверждает наши теоретические предложения о том, что подпорное кольцо удерживает крупную фракцию измельчаемого материала, а аспирация способствует выводу наиболее мелкой фракции из барабана мельницы, которая снижает эффективность процесса измельчения вследствие демпфирования ударных импульсов между мелющими телами и поверхностью барабана мельницы.
На рисунках 4.8 - 4.11 представлены наиболее характерные графические зависимости изменения производительности Q от исследуемых факторов: р, ц/, v, h.
Из рисунка 4.8 следует: зависимость Q - f(xj) при всех значениях х2 и 128 среднем уровне факторов xj и х возрастающая. Наибольшие значения производительности ТМ достигается при максимальном значении фактора х\, равном 1,5 и равна 32,5 кг/ч. Минимальное значение Q достигается при минимальном значении фактора х\, равном - 1,5. Это подтверждает ранее сделанные нами выводы в отношении уравнения регрессии (4.1), что свидетельствует об адекватности полученных экспериментальных данных.
Зависимость Q = f(x (рис. 4.9) при скорости аспирационного воздуха 0,24 - 0,40 м/с возрастающая, т.е. при увеличении скорости v от 0,24 до 0,40 м/с производительность мельницы возрастает. При последующем увеличении скорости до v = 0,66 м/с, производительность мельницы убывает (рис. 4.9). Это объясняется тем, что при v до 0,40 м/с из барабана мельницы выносятся частицы цемента размером менее 80 мкм, а при увеличении v до 0,66 м/с из барабана мельницы выносятся частицы цемента размером более 80 мкм. При пересчете Q к 10%-му остатку на сите 008 в случае v 0,40 м/с Q увеличивается, а при v 0,40 м/с - Q снижается. Хотя масса выходящего из барабана мельницы измельченного цемента возрастает, но он имеет более грубый помол, поэтому при пересчете на 10%-ый остаток на сите 008 Q снижается.
Внедрение результатов работы на ОАО «Красносельскстрой-материалы»
» В апреле 2006 года на цементной мельнице №1 (0 3,2x15 м) было осуществлено внедрение результатов диссертационной работы. До модернизации цементная мельница №1 имела следующую характеристику.
Длина первой камеры 7,0 м, второй камеры 7,5 м. Между камерами установлена двойная перегородка конструкции «Волгоцеммаш». Масса мелющих тел в первой камере барабана мельницы равна - 70 т, во второй камере - 74 м.
Производительность мельницы - 46,2 т/ч при средней тонкости помола Roo8= П%; удельной поверхности цемента 290 м/кг; удельный расход энергии по главному приводу - 42,4 кВт-ч/т.
В ходе модернизации во второй камере мельницы смонтировано внутримельничное устройство в виде трубы рецикла с трубошнеком и загрузочными лифтерами (рис. 5.3; 5.4; 5.5).
Труба рецикла диаметром 800 мм. Внутри труба снабжена трехзаходным винтом с высотой пера 150 мм. С одной стороны труба к корпусу крепится крестовинами (рис.5.3), а с другой посредством трех лифтеров 0 219 мм, смещенных друг относительно друга в поперечном сечении на 120 и на 540 мм вдоль оси барабана. Внутри трубы рецикла торцевой край каждого лифтера на 15 мм выступает над пером трубошнека.
Высота загрузочных отверстий, рассчитанная по нашей методике равна: первого лифтера по ходу процесса измельчения - 700 мм; второго -500 мм; третьего - 300 мм (рис. 5.5).
При той же длине камер мельницы масса загрузки первой камеры барабана мельницы - 47 т, т.е. на 23 т меньше или на 33%; второй камеры 48,8 т, т.е. на 34% меньше. Коэффициент загрузки первой камеры барабана мельницы составил - 0,22; второй - 0,18.
В результате снижения суммарной массы мелющих тел (до модернизации - 144 т) на 33% (после модернизации - 95,8 т), т.е. на 48,2 т потребляемая мощность привода мельницы с 1960 кВт снизилась до 1530 кВт, т.е. на 21,9% или на 430 кВт.
Производительность мельницы возросла с 46,2 т/ч до 53,1 т/ч, т.е. на 15% (на 6,9 т/ч). Тонкость помола с Roos= 11% снизилась до Rws= 8,2%.
Удельная поверхность готового цемента составила 305 м /кг. Удельный расход энергии в результате снижения потребляемой мощности и повышения производительности составил 28,8 кВтч/т (по главному приводу).
Суммарный годовой экономический эффект превышает 1,4 млн. рублей.
