Технологическая аспирация шаровых барабанных мельниц Бажанова, Ольга Ивановна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Состояние и пути совершенствования процесса аспирации шаровых барабанных мельниц 13

1.1. Анализ существующих технологических схем измельчения 13

1.1.1. Влияние аспирации на процесс измельчения 15

1.1.2. Характеристика аспирационных систем шаровых барабанных мельниц 18

1.1.3. Зависимость эффективности процесса измельчения от режима аспирации 22

1.1.4. Влияние режима аспирации на дисперсность и качество цемента 24

1.1.5. Циклы измельчения 25

1.2. Конструкция барабана мельницы и внутримельничных устройств, их влияние на процесс измельчения и режим аспирации 37

1.2.1. Барабан мельницы 40

1.2.2. Конструкции межкамерных перегородок и разгрузочной части

1.3. Анализ существующих методик расчета процесса аспирации. 47

1.4. Обоснование необходимости комплексного подхода к моделированию процесса аспирации шаровых барабанных мельниц 51

1.5. Выводы 53

Глава 2. STRONG Моделирование и расчет системы аспирации шаровых барабанных мельниц открытого цикла

STRONG 2.1. Физико-механические и теплофизические свойства

газоматериальных потоков в шаровых барабанных мельницах 54

2.1.1. Свойства потока измельчаемого материала 54

2.1.2. Свойства потока аспирационного воздуха 58

2.2. Моделирование температурно-влажностного режима шаровой

барабанной мельницы

2.3. Моделирование пылединамики шаровой барабанной

мельницы 72

2.3.1. Анализ факторов формирования запыленности внутримельничного пространства 72

2.3.2. Моделирование массопереноса пыли в первой камере мельницы 81

2.3.3. Исследование и расчет аспирационного выноса пыли 85

2.3.4. Влияние интенсивности аспирации на тонкость помола готового продукта 88

2.4. Моделирование аэродинамического режима аспирационных

мельниц 93

2.4.1. Расчет гидравлического сопротивления аспирационного тракта и подбор вентилятора 93

2.4.2. Условия предотвращения конденсации водяных паров в аспирационных воздуховодах 1 2.5. Методика комплексного инженерного расчета системы аспирации цементной мельницы 103

2.6. Выводы 107

Глава 3. План и методики проведения экспериментальных исследований, характеристика приборов и оборудования

3.1. Поисковые эксперименты 108

3.2. План и программа экспериментальных исследований 109

3.3. Описание экспериментальной установки и средств контроля 113

3.4. Методика проведения измерений 120

3.5. Воспроизводимость экспериментальных данных 122

3.6. Проверка адекватности уравнений регрессии и оценка значимости его коэффициентов 123

3.7. Выводы 124 Глава 4. Экспериментальные исследования шаровой барабанной мельницы

4.1. Исследование влияния основных параметров на эффективность

процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице 125

4.2. Влияние исследуемых факторов на параметры оптимизации... 134

4.2.1. Анализ результатов исследований зависимости часовой производительности МЕЛЬНИЦЫ G =f(Q, t, У], (pi) 134

4.2.2. Анализ результатов исследований зависимости потребляемой приводом мельницы мощности Р =f(Q, t, У], (р2) 140

4.2.3. Анализ результатов исследований остатка на сите №008 порошка, получаемого в мельнице Ro08 =f(Q, t, rj, tp2) 145

4.2.4. Анализ результатов исследований удельной поверхности готового продукта S =f(Q, t, rj, ср2) 150

4.2.5. Анализ результатов исследований удельных затрат электроэнергии q =f(Q, t, ц, (р2) 1 4.3. Выбор рационального режима работы шаровой барабанной мельницы 159

4.4. Выводы 166

Глава 5. Промышленная агіробация результатов работы

5.1. Алгоритм и пример расчета аспирационного режима шаровой барабанной мельницы 167

5.2. Внедрение результатов работы на ЗАО «Осколцемент» 171

5.3. Технико-экономические результаты работы 182

Основные результаты и выводы 183

Литература

• Характеристика аспирационных систем шаровых барабанных мельниц
• Свойства потока аспирационного воздуха
• Описание экспериментальной установки и средств контроля
• Анализ результатов исследований удельной поверхности готового продукта S =f(Q, t, rj, ср2)

Введение к работе

Актуальность работы. При производстве многих материалов возникает необходимость тонкого измельчения (до размеров менее 100 мкм) исходного сырья. Измельчение материалов в порошок осуществляется операциями помола в различных помольных агрегатах: шаровых, стержневых, трубных, роликовых, валковых, ролико- маятниковых, аэробильных, шахтных, вибрационных, струйных мельницах, мельницах бесшарового измельчения.

Несмотря на многообразие конструкций мельниц в мировой практике самое большое распространение получили шаровые барабанные мельницы: в России их доля составляет 95 %, за рубежом - 80 %.

На процесс измельчения в шаровых барабанных мельницах, наряду с такими факторами, как соотношение диаметра, длины барабана и камер, конструкция внутримельничных устройств, физико-механические свойства измельчаемого материала, состав мелющих тел, существенное влияние оказывает аспирационный режим. Если остановить аспирацию мельницы вместе с находящимся в ней материалом, это приведет к её запариванию, налипанию измельчаемого материала на мелющие тела и футеровку, и процесс измельчения в таких условиях будет неосуществим.

Вопросу разработки методики расчета рационального режима аспирации ШБМ, совершенствованию аспирационных систем уделено недостаточно внимания, несмотря на то, что это позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели, повысить эффективность измельчения клинкера и добавок.

Поэтому, необходимо разработать такую методику расчета аспирационного режима ШБМ, которая бы позволяла на стадии проектирования, либо реконструкции при заданном технологическом параметре режима аспирации рассчитывать конструкцию внутримельничных устройств, и наоборот, учитывая конструкцию внутримельничных устройств и технологические параметры измельчаемой шихты, рассчитывать режим аспирации: скорость и требуемый объем воздуха, просасываемого через барабан мельницы.

Цель работы. Разработка, апробация методики расчета параметров технологической аспирации ШБМ с учетом конструкции внутримельничных устройств и режимов работы мельницы, определение рациональных параметров процесса аспирации.

Задачи исследований.

1. Получить уравнения для определения параметров измельчаемой шихты, при которых предотвращается конденсация водяных паров в аспирационном воздухе; установить зависимости давления водяного пара в аспирационном воздухе от влагосодержания в зависимости от разряжения аспирационного воздуха.

2. Выявить зависимость коэффициента динамической вязкости аспирационного воздуха от влагосодержания при различных значениях температуры; получить уравнения для расчета количества аспирационного воздуха в зависимости от температуры цемента и клинкера.

3. Установить факторы и их влияние на формирование запыленности внутри барабана мельницы; разработать уравнения для расчета массопереноса пыли в барабане мельницы.

4. Разработать уравнения для расчета размера частиц готового продукта в зависимости от интенсивности аспирации; разработать уравнения для расчета гидравлического сопротивления внутримельничных устройств в зависимости от их конструкции и режима процесса измельчения.

5. Получить уравнения для расчета объема аспирационного воздуха и мощности привода вентилятора с учетом конструкции внутримельничных устройств и теплофизических условий процесса измельчения.

6. Разработать инженерную методику расчета технологических параметров процесса аспирации.

7. Осуществить апробацию методики расчета технологической аспирации ШБМ в лабораторных и промышленных условиях.

Научная новизна.

7. 1. Обоснована необходимость комплексного подхода к моделированию и расчету параметров технологической аспирации ШБМ на основе совместного рассмотрения трех условий процесса измельчения: температурно- влажностного, пылединамического и аэродинамического.

   2. Получены математические зависимости для расчета дисперсного состава измельчаемого материала с учетом его плотности, влагосодержания, вязкости и точки росы влажного аспирационного воздуха.

   3. Получены уравнения для расчета температурно-влажностного режима аспирируемой мельницы, позволяющие установить различные варианты ее охлаждения, предотвращающие конденсацию водяных паров.

   4. Найдены аналитические выражения для распределения концентрации пыли во внутримельничном пространстве, позволяющие прогнозировать аспирационный вынос пыли и количественно устанавливать влияние режима аспирации на дисперсные характеристики готового продукта.

   5. Получены уравнения для расчета гидравлических сопротивлений внутримельничных устройств с учетом их конструкций и режимов процесса измельчения, положенных в основу определения количества аспирационного воздуха и мощности привода вентилятора.

   6. Установлены условия, при которых предотвращается конденсация водяных паров в элементах аспирационного тракта и пылеулавливающих устройствах. Практическая ценность работы.

   Предложенный подход моделирования режима аспирации ШБМ с учетом физико-механических и теплофизических свойств газоматериальных потоков может быть использован как при модернизации работающих, так и при проектировании новых помольных агрегатов. Полученная система уравнений позволяет прогнозировать дисперсный состав продукта измельчения, запыленность аспирационного воздуха, его температурно-влажностные характеристики на выходе из мельницы, что позволяет выбрать соответствующее пылеулавливающее оборудование. Предложенная инженерная методика расчета режимов аспирации позволяет оснастить мельницу такими устройствами, которые обеспечивают максимальную эффективность процесса измельчения. На основе экспериментальных исследований получены уравнения регрессии, позволяющие определить рациональный режим процессов измельчения и аспирации на стадии анализа возможных вариантов реконструкции существующих помольных агрегатов.

   Автор защищает.

   7. 6. 1. Уравнения для расчета дисперсного состава измельчаемого материала с учетом его плотности, влагосодержания, вязкости и точки росы влажного аспирационного воздуха

         2. Уравнения для расчета температурно-влажностного режима аспирируемой мельницы, позволяющие установить различные варианты ее охлаждения, исключающие конденсацию водяных паров.

         3. Аналитические выражения для расчета концентрации пыли в барабане мельницы и определения дисперсных характеристик готового продукта.

         4. Уравнения для расчета гидравлических сопротивлений внутримельничных устройств с учетом их конструктивных особенностей и режимов процесса измельчения, позволяющих определить рациональный объем аспирационного воздуха, проходящего через барабан мельницы и мощность привода вентилятора.

         5. Инженерную методику расчета режимов технологической аспирации ШБМ.

         6. Результаты экспериментальных исследований в виде уравнений регрессии, позволяющих определить рациональные параметры режимов аспирации и измельчения в ШБМ.

         Реализация работы.

         Инженерная методика расчета режимов технологической аспирации ШБМ успешно внедрена и испытана на ЗАО «Осколцемент». Проведенные сравнительные испытания показали рост производительности и снижение расхода электроэнергии. Апробация работы.

         Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы обсуждались и получили одобрение: на Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов». - Белгород, 2010 г., IV международном научном симпозиуме «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии». - Белгород, 2010 г., X Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2010» - Белгород, 2010 г.

         Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 11 печатных изданиях, в том числе 3 работы опубликованы в ведущих рецензированных журналах рекомендованных ВАК РФ.

         Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по результатам работы, списка литературы из 157 наименований. Работа изложена на 201 странице, в том числе содержит 88 рисунков, 7 таблиц.

         Характеристика аспирационных систем шаровых барабанных мельниц

         Раньше аспирация шаровых барабанных мельниц применялась исключительно в целях предотвращения выброса пыли из загрузочной течки и выполняла санитарно-гигиенические функции. В загрузочной горловине создавалось минимальное разрежение, при котором не было пыления. В последующие годы было подтверждено влияние количества аспирационного воздуха, проходящего через барабан мельницы, на эффективность процесса измельчения и производительность мельницы [47, 64, 91, 93, 115].

         Изучению влияния режимов аспирации на процесс измельчения, разработке методик расчета параметров аспирации посвящены работы известных отечественных и зарубежных специалистов: Сатарина В.И., Перли СБ., Дешко Ю.И., Крыхтина Г.С., Пироцкого В.В., Богданова B.C., Вердияна М.А., Gebic М., Barbera D.R., Decasper J., Kolostori G. и других.

         Технологическая аспирация ШБМ обусловлена необходимостью удаления водяных паров, тонкой фракции измельчаемого материала, отвода тепла, выделяемого в результате трения мелющих тел между собой и о футеровку, а также для снижения агрегации и агломерации тонких фракций и предотвращения их налипания на мелющие тела и футеровку [64, 91-93, 127, 128].

         Опыт промышленной эксплуатации ШБМ показывает, что при увеличении влажности шихты с 0,4 до 2,4 % удельный расход энергии на измельчение возрастает на 8 кВт-ч/т. В случае увеличения удельной поверхности с 300 м /кг до 400 м /кг отрицательное влияние влажности шихты существенно возрастает - удельный расход энергии увеличивается до 30 %. Средняя влажность шихты обычно составляет 3-4 %. При этой влажности из мельницы необходимо удалять до 3000 кг влаги в час. Для удаления такого количества влаги и предотвращения его конденсации в барабане мельницы и аспирационных трактах через мельницу необходимо просасывать около 1,8 MJ воздуха на 1 кг воды при ґ 90 С. Для мельницы 4 х 13,5 м это составляет 1,7 м7с или 6120 м7час.

         При работе с влажной шихтой с целью предотвращения конденсации влаги необходимо особое внимание уделять предотвращению подсосов наружного воздуха. Температура аспирационного воздуха должна быть на 20 - 25 С выше температуры «точки росы».

         Анализ диаграмм помола показывает, что уже в конце первой камеры мельницы находится до 50 % частиц размером менее 80 мкм и 80 % частиц размером менее 20 мкм. Наличие мелкой фракции при высокой влажности шихты приводит к их налипанию на мелющие тела и футеровку, что существенно снижает эффективность процесса измельчения - мельница «глохнет» и «запаривается». Процесс измельчения трудно осуществим. Грисогоно И. установил, что при слое налипших частиц около 200 мкм энергия удара за счет упруго-пластических деформаций снижается на 70 %, а производительность мельницы в целом на 20 - 25 %. В связи с этим, наряду с удалением влаги, основным назначением технологической аспирации ШБМ является удаление из полости барабана мельницы мелких частиц (размером менее 5 мкм).

         Тепловой баланс и проводимые различными авторами измерения показывают, что более 80 % подводимой энергии преобразуется в тепловую, которая расходуется на нагрев мелющих тел, футеровки, барабана мельницы, измельчаемого материала, аспирационного воздуха. Часть тепловой энергии рассеивается в атмосфере. Температура мелющих тел и футеровки в отдельных случаях достигает 200 С, цемента 140 С, аспирационного воздуха - 125 С. Согласно технологического регламента, температура измельчаемой шихты не должна превышать 115 С. При большей температуре происходит частичная дегидратация двуводного гипса, что приводит к ложному схватыванию раствора, снижению качества цемента и в конечном итоге - браку. Кроме этого повышение температуры цемента приводит к чрезмерной адгезии мелких частиц.

         Поэтому, одним из главных назначений технологической аспирации ШБМ является отвод тепла из барабана мельницы.

         Опыт промышленной эксплуатации ШБМ показывает, что для эффективного охлаждения многокамерных мельниц общий расход аспирационного воздуха с учетом подсосов должен быть 0,7 - 1,0 MJ на 1 кг цемента. Для мельницы 4x13,5 м при производительности 90 т/ч производительность вентилятора должна быть равна около 90000 м7час. В действительности на этой мельнице устанавливают вентилятор производительностью 60000 м7час.

         Установлено [90, 91, 93], что при рекомендуемой скорости 0,7 м/с аспирационного воздуха в свободном сечении барабана мельницы, расчетный расход воздуха для мельницы 4 х 13,5 м составляет 4,5 м7с. Это означает, что с учетом 100 % подсоса расчетный удельный расход воздуха понижается для этой мельницы до 0,37 м /кг. Если поддерживать рекомендуемую интенсивность аспирации в пределах 0,2 кг воздуха на кг цемента, то скорость аспирационного воздуха в барабане мельницы 4 х 13,5 м составит 0,8 м/с, т.е. на 15 % больше рекомендуемой.

         Промышленные испытания, проведенные кафедрой механического оборудования на Карачаево-Черкесском цемзаводе на мельнице 4 х 13,5 м с аспирационной шахтой, циклоном ЦМ-15 диаметром 0,8 м и рукавным фильтром СМЦ-101/3-6 с площадью фильтрации 1200 м" и вентилятором производительностью 12,5 м7с с напором 3,5 кПа показали, что расход аспирационного воздуха, проходящего через свободное пространство мельницы должен составлять 5,55 м7с. Однако в реальных условиях он колеблется от 2,22 до 5,0 м7с, что обеспечивается разрежением в аспирационной шахте - 0,4 кПа.

         Качество цемента является главным критерием, определяющим аспирационный режим работы шаровых барабанных мельниц. Установлено [64, 91, 93], что интенсифицировать аспирационный режим целесообразно только до определенного предела, ограниченного содержанием фракции размером более 80 мкм выше технологического регламента.

         Таким образом, аспирационный режим является важным фактором повышения эффективности процесса измельчения. Он определяется не только конструктивными параметрами мельницы, но и физико-химическими, теплофизическими и технологическими параметрами измельчаемой шихты. При этом уровень аспирации должен обеспечивать: удаление избыточной влаги и переизмельченных частиц; отвод тепла; требуемый зерновой состав готового продукта; транспортировку частиц измельчаемого материала в разгрузочную часть мельницы; санитарно-гигиенические требования в помещении цеха «Помол».

         На режим аспирации ІІІБМ оказывают влияние следующие основные факторы: диаметр, длина барабана мельницы; тип футеровки; количество камер; коэффициент загрузки камер мельницы; живое сечение межкамерных перегородок и выходных решеток; влажность и температура шихты; запыленность аспирационного воздуха на выходе из мельницы и по аспирационному тракту; разрежение в загрузочной горловине, аспирационной коробке и по ходу аспирационного тракта; тип, характеристика вентилятора и пылеулавливающих устройств. На цементных заводах России установлены мельницы следующих типоразмеров: 4,0x13,5 м; 3,2x15 м; 3,0x14 м; 2,6x13 м; 2,6x11 м; 2,5 х 14 м; 2,2 х 13 м [91].

         Свойства потока аспирационного воздуха

         Соотношение (2.4) удовлетворительно описывает изменение для дисперсного состава цемента вдоль оси барабана мельницы при скоростях движения аспирационного потока от 0,5 до 0,7 м/с. Опытным путем установлено, что увеличение скорости аспирационного воздуха выше 0,7 м/с приводит к загрублению дисперсного состава цемента, в результате чего остаток на сите №008 превышает значение, прогнозируемое формулой (2.4). Для расширения области применимости формулы (2.4) требуется введение в нее поправок, учитывающих интенсивность аспирации ШБМ (см. п. 2.4.4).

         При измельчении трехкомпонентной шихты (клинкер, гипс, шлак) массовое содержание компонентов в мелких фракциях продукта измельчения отличаются от содержания в исходной шихте из-за различной измельчаемости компонентов. Выполненные в рамках данной работы исследования показывают, что массовые доли компонентов шихты в фракциях измельченного материала при d4 d на выходе из первой камеры мельницы определяются следующей зависимостью ;=(,/э,)/2 ,/э,.), (2.6) где Ъ, - массовые доли компонентов мелких фракций материала; Э, -удельные энергозатраты на измельчение; / = к, г, ш. Так исходный состав шихты (0,8; 0,05; 0,15) переходит в состав (0,79; 0,08; 0,13) при использовании трудноизмельчаемого шлака и в состав (0,76; 0,08; 0,16) в случае легкоизмельчаемого шлака. 2.1.2. Свойства потока аспирационного воздуха

         Аспирационный воздух в ШБМ всегда содержит определенное количество пыли и водяного пара. Содержание пыли в аспирационном воздухе характеризуется ее концентрацией С, кг/м (T/MJ), равной массе всех частиц, содержащихся в 1 MJ аспирационного воздуха, а также ее объемной концентрацией р\ M7MJ, равной суммарному объему всех частиц, находящихся в 1 MJ аспирационного воздуха. Эти концентрации связаны между собой соотношением:

         Чистый (без пыли) аспирационный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяного пара, свойства которых при нормальных условиях (Р0 =101325 Па, Г0 = 273 К, t0 = 20 С) приведены в таблице 2.2 [31,80].

         Водяной пар 0,804 1,8 10 Сухой воздух и водяной пар занимают один и тот же объем и имеют одинаковую температуру, но находятся под различными парциальными давлениями Рсв и Рп. Давление аспирационного воздуха равно сумме этих давлений: где V - объем, занимаемый аспирационным воздухом и его составляющими, MJ; тсв , тп - массы сухого воздуха и пара, кг; Мсв = 29 кг/кмоль, Мп = 18 кг/кмоль - их молярные массы; RM = 8314 кг/(кмоль-К) - универсальная газовая постоянная; Т= 273 +1 — абсолютная температура, К; / -температура по шкале Цельсия, С.

         В частности, приведение фактического объемного расхода аспирационного воздуха Q к нормальным условиям выполняется по формуле: Т Р

         Содержание водяного пара в аспирационном воздухе может быть также охарактеризовано его влажностью - абсолютной и относительной. Масса водяного пара, содержащаяся в 1 MJ влажного воздуха, называется его абсолютной влажностью fa, кг/м0 или T/MJ. Абсолютная влажность и влагосодержание аспирационного воздуха связаны между собой соотношением:

         Для каждой температуры абсолютная влажность воздуха не может превышать некоторого максимального значения fmax. Отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной называется относительной влажностью ср:

         Относительная влажность воздуха равна также отношению парциального давления водяного пара к его наибольшему для данной температуры значению - давлению насыщенного водяного пара:

         При любой влажности аспирационного воздуха существует температура, при которой имеющегося количества водяного пара становится достаточно для полного насыщения воздуха влагой. Такая температура называется точкой росы. При ее достижении начинается конденсация влаги в первую очередь на стенках аппаратов и воздуховодов и на частицах пыли.

         Давление насыщенного водяного пара зависит только от его температуры. Его значения, найденные экспериментально, приводятся в специальных таблицах. Для аппроксимации табличных данных предложен ряд формул, среди которых высокой точностью выделяется зависимость М.И. Фильнея [80]:

         Зависимость давления водяного пара в аспирационном воздухе от влагосодержания при различных значениях разрежения аспирационного воздуха Анализ расчетных графических зависимостей, представленных на рис. 2.2, показывает, что при любом значении разрежения аспирационного воздуха в барабане мельницы с увеличением влагосодержания давление водяного пара возрастает, причем большие значения давления водяного пара достигаются при больших разрежениях аспирационного воздуха. Например, при d равном 0,9 давление водяного пара Рп возрастает с 1750 Па (при разрежении 3000 Па) до 2950 Па (при разрежении 5000 Па).

         Соотношения (2.2) - (2.17) связывают между собой все основные характеристики тепловлажностного состояния аспирационного воздуха: температуру, давление, влагосодержание и относительную влажность. Из этих соотношений получаем условия предотвращения конденсации водяных паров в аспирационном воздухе. где da, ta - влагосодержание и температуры аспирационного воздуха, tp -точка росы, фр = 0,95 - предельная относительная влажность, при которой начинается конденсация водяных паров в запыленном аспирационном воздухе.

         Описание экспериментальной установки и средств контроля

         Загрублению дисперсного состава готового продукта способствует также вынос аспирационным потоком тонких фракций цемента, которые система пылеосаждения и газоочистки улавливает лишь частично. Поэтому при возвращении уловленной пыли в готовый продукт, его дисперсный состав будет иметь более высокое содержание фракции +80. Цемент из разгрузочной цапфы поступает в аспирационную шахту в виде связного сыпучего материального потока GM и в виде аспирационного выноса Ga (рис. 2.11):

         Результирующий аэроматериальный поток Ga + Gm вследствие коагуляции и под действием аэродинамической и гравитационной сил разделяется на осадок Guir, который может направляться в готовый поток, и пылеунос Gmy, направляемый в циклон: общие эффективности улавливания пыли в циклоне и фильтре. В результате обработки имеющихся экспериментальных данных [93, 131] для количества пыли, выносимого воздушным потоком из аспирационной шахты, получена следующая зависимость: Gmy =0,26UjM(Qa+Qnui),KT/c, (2.126) где Um = (Qa -г Qmu) / Sm - среднерасходная скорость восходящего воздушного потока в шахте, QUU1 - объемный расход воздуха, подсасываемого в аспирационную шахту, Sm — площадь поперечного сечения шахты.

         Согласно методикам расчета эффективности пылеулавливающих систем и по результатам инструментальных измерений частицы фракции +80 полностью улавливаются и возвращаются в готовый продукт. А поскольку в аспирационном воздухе на выходе в мельнице частицы размером +80 практически отсутствуют, то их массовый расход в готовом продукте равен:

         Расчеты, выполненные для мельницы размером 4x13,5 м показывают, что при возрастании скорости аспирационного воздуха с 0,7 м/с до 1 м/с остаток на сите №008 возрастает с 10 до 12,2%. 2.4. Моделирование аэродинамического режима мельниц

         Аспирационный тракт в ШБМ включает в себя: загрузочное устройство (течку), загрузочную горловину, барабан мельницы, межкамерную перегородку, выходную решетку, разгрузочную горловину, аспирационную шахту, циклоны, рукавный фильтр, а также соединяющий их аспирационные воздуховоды (рис. 2.12).

         Гидравлические сопротивления всех перечисленных элементов исследованы достаточно подробно, соответствующие соотношения приведены в справочной и научно-технической литературе [55]. Из внутримельничных элементов наибольшие сопротивления имеют межкамерные перегородки. Коэффициент местного сопротивления одинарной межкамерной перегородки имеет вид [92]: A где 5 - живое сечение перегородки, d0 - диаметр центрального аспирационного отверстия в перегородке.

         На рис. 2.13 показана зависимость коэффициента местного сопротивления одинарной межкамерной перегородки от живого сечения перегородки при различных значениях коэффициента ср.

         Зависимость коэффициента местного сопротивления Ъ)и одинарной межкамерной перегородки от живого сечения перегородки 8 при различных значениях коэффициента ср.

         Влияние водопадного режима работы мелющих тел в первой камере мельницы косвенно учитывается с помощью эмпирического коэффициента /= 0,7, однако, абсолютное значение дополнительного сопротивления, создаваемого летящими мелющими шарами, ранее не определялось.

         При водопадном режиме (рис. 2.14) в движении по параболическим траекториям находятся до 35% мелющих шаров. В этом случае коэффициент живого сечения просвета первой камеры мельницы равен:

         Схема заполнения поперечного сечения первой камеры мельницы мелющими телами при водопадном режиме их работы

         Коэффициент местного сопротивления части шаровой загрузки, находящейся в режиме свободного падения, найдем с помощью соотношений, принимаемых для насадок (насыпных слоев) шаров [55]: где Re = UxDrp/(b i) - число Рейнольдса, их = ?/(SIlc0 -ф)) Q - объемный расход аспирационного воздуха, м7ч, L, - длина первой камеры мельницы, м; dm - диаметр мелющих шаров, м.

         На рисунке 2.15 представлена зависимость коэффициента местного сопротивления шаровой загрузки в режиме свободного падения от доли свободного незаполненного мелющей загрузкой пространства первой камеры мельницы при различных значениях ср.

         Для аспирационного тракта ШБМ характерны значительные подсосы в местах соединения звеньев тракта. Так, для перехода от мельницы к аспирационной коробке коэффициент подсоса Км.ак 1,5, для перехода от аспирационной коробки к циклону Как.„ 1,1, коэффициенты подсосов для переходов от циклона к фильтру, от фильтра к вентилятору соответственно равны: Кц.ф 1,05, Кф.в 1,2. Суммарное значение коэффициентов подсоса 1 = 2-3 [92, 91].

         Зависимость коэффициента местного сопротивления шаровой загрузки в режиме свободного падения от доли свободного незаполненного мелющей загрузкой пространства первой камеры мельницы при различных значениях ф.

         Анализ результатов исследований удельной поверхности готового продукта S =f(Q, t, rj, ср2)

         Одним из важнейших показателей работы ТМ наряду с ее производительностью является величина потребляемой приводом мельницы мощности. Уравнение, характеризующее зависимость потребляемой приводом мельницы мощности от исследуемых факторов в кодированном и натуральном виде представлены в п. 4.1 выражения 4.2 и 4.11.

         Анализ уравнения регрессии (4.2), величины факторов и знаков перед ними показывает: наибольшее влияние на величину потребляемой мощности оказывает фактор х4 - коэффициент загрузки мельницы измельчаемым материалом. Это очевидно, т.к. чем больше материала загружается в мельницу, тем больше работа, затрачиваемая на его измельчение. Следовательно, с увеличением фактора х4 потребляемая мощность мельницы возрастает, а с уменьшением - уменьшается. Например, с увеличением коэффициента загрузки с 0,06 до 0,22 потребляемая мощность мельницы возрастает с 2462,26 Вт до 2606,94 Вт, т.е. на 144,68 Вт или на 5,5%. Суммарное влияние фактора х4 и эффектов его взаимодействия Х]Х4. х2х4 х3х4 является наибольшим и суммарная абсолютная величина коэффициентов составляет 74,93. Все эффекты взаимодействия фактора х4 имеют положительный знак. Наибольшее весовое значение в формировании функции отклика вносят эффект взаимодействия х2х4 - температуры клинкера и коэффициента загрузки мельницы измельчаемым материалом и эффект взаимодействия х3х4 - живого сечения межкамерной перегородки и коэффициента загрузки мельницы измельчаемым материалом. Значения коэффициентов этих эффектов примерно равны друг другу и составляют 11,21 и 10,72 соответственно. Эффект взаимодействия Х\Х4 - объема аспирационного воздуха и коэффициента загрузки мельницы измельчаемым материалом в 1,34 раза меньше, чем эффект х2х4

         Следующим фактором, оказывающим существенное влияние на изменение потребляемой мощности мельницы является фактор х2 -температура клинкера, но его влияние в 2 раза меньше, чем влияние фактора х4. Влияние факторов Х\ - объема аспирационного воздуха и х2 -живого сечения межкамерной перегородки в сравнении с фактором х4 существенно меньше, в 2,94 и 3,7 раза соответственно. Понятно, что количество материала более существенно влияет на потребляемую мельницей мощность, чем количество воздуха, проходящего через барабан мельницы. Например, с уменьшением объема аспирационного воздуха с 90 м7ч до 10 м7ч мощность снижается с 2559,24 Вт до 2509,96 Вт, т.е. на 49,28 Вт.

         Положительные знаки при факторах хх, х2 и х4 показывают, что с увеличением любого из них потребляемая мощность привода возрастает. Отрицательный знак при факторе х3 говорит о том, что с увеличением живого сечения межкамерной перегородки потребляемая мощность снижается. Например, при увеличении живого сечения межкамерной перегородки с 0,11 до 0,19 потребляемая мощность снижается с 2544,16 до 2515,48 Вт, т.е. на 28,68 Вт. Но фактор х3 оказывает наименьшее влияние на изменение потребляемой мощности мельницы.

         Анализ взаимодействия х\Х2 показывает, что при одновременном увеличении объема аспирационного воздуха и температуры клинкера, потребляемая мощность снижается, а при уменьшении эффекта ххх2 — увеличивается. То же самое можно сказать и о влиянии эффекта взаимодействия Х\х3.

         При максимальной температуре клинкера, равной 90 С и максимальном объеме аспирационного воздуха, просасываемого через мельницу, равном 90 м7ч, потребляемая мельницей мощность составит 2495,48 Вт, а при объеме аспирационного воздуха, равном 10 м7ч и температуре клинкера, равной 30С, потребляемая мощность практически не уменьшается. Это очевидно, т.к. не изменяется величина массы загрузки и, как следствие, величина крутящего момента. Этот вывод подтверждает адекватность полученного уравнения регрессии.

         Таким образом, в ходе анализа уравнения регрессии показано качественное и количественное влияние всех исследуемых факторов х\ , хъ хъ\ ХА и эффектов их взаимодействия на формирование функции отклика Р =f(x\, х2, х3) х4).

         По результатам данных исследований установлено, что максимальное влияние на потребляемую мельницей мощность оказывает фактор х4, в меньшей мере факторы х\, х2 и х3. причем с увеличением факторов х4, х2, хх потребляемая мощность возрастает, а при увеличении фактора х3 наоборот снижается.

         На рис. 4.12-4.17 представлены графические результаты экспериментальных исследований. Анализ результатов экспериментальных исследований позволяет сделать следующие выводы:

         Зависимость Р =f(x\) при х2 = 0; х3 = 0 и х4 (ф?) изменяющимся от -2 до -ті (рис. 4.12) носит экстремальный характер при коэффициентах загрузки ф2 = 0,06, ф2 = 0,1 и ф2 = 0,14, а при коэффициентах ф2 = 0,18 и ф2 = 0,22 графики мощности имеют возрастающий характер.

         Эта зависимость (рис. 4.13) показывает, что при изменении фактора х2 от -2 до +2, что соответствует увеличению температуры клинкера с 30 С до 90 С, график мощности носит экстремальный характер при наименьших коэффициентах загрузки материалом ф2 = 0,06, ф2= 0,1, а при коэффициентах загрузки материалом ф2 = 0,14, ф2 = 0,18 и ф2 = 0,22 он имеет возрастающий характер, т.е. происходит увеличение потребляемой мощности.

         На рис. 4.14 представлена графическая зависимость Р =f(x3) при х, = 0; х2 = 0 и и х4(ф2) изменяющимся от -2 до +2. Она показывает, что увеличение живого сечения перегородки с 0,11 до 0,19 приводит к снижению потребляемой мощности привода при всех коэффициентах загрузки, кроме наибольшего из исследуемых ф2= 0,22. В этом случае график мощности носит экстремальный характер, однако мощность при живом сечении г\ = 0,19 все же больше, чем при /7 = 0,11. А при ф2= 0,18 график имеет точку