Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие цементной промышленности связано с внедрением новых технологий и оборудования, в том числе совершенствования техники н технологии тонкого измельчения сырья, клинкера и добавок в барабанных шаровых мельницах. Одним из перспективных направлений при этом является внедрение в настоящее время нельниц о поперечно-продольным движением (ППЦ) мелющих тел, которое реализу -ется в различных внутримельничных устройствах (наклонных менкамер-ных перегородках, эллипсннх. сегментах, кольцах, специальных футеро-вках и т.п.). оЗМсктивность измельчения достигается .уменьшением количества мелкцих тел более чем на 20;?. Экономия электроэнергии составляет, например, на цементной мельнице б 4x13,5 м свыше 1,5 млн. кВт. ч/год.
Развитие этого направления сдергивается, так как неояределены рациональные параметры г те кватерной перегородки, такие как:зоны контакта мелпцих тел к наклонней перегородки, рациональное располокэ -::г;е полой на перегородке, направление щелей в перегородке, что влияет на своевременней отвод фракций материала, размер которого не требует измельчения ^ этей части барабана.Не рассчитаны на проч-' носіь олепентн конструкции наклонной перегородки. Необходим попек технических рзеізниіі, устраняющий недостатки наклонных перегородок.
Г::;гние гт:нх проблем обеспечит повышение эффективности процесса лвмельчепия клинкера. Поэтому проведение научнчх исследований в отоЗ области является актуально! задачей, что а составило содержа -ние диссертационной работа.
Проведенная работа связана с научной тематикой БеХГТАСМ и направлена на решение проблемы экономии электроэнергии по отраслевой программе 010.01- "Топливо", задание Т.І "Разработать и внедрять конструктивно-технологические элементы трубных нельниц is 2,6-4,0 и (бронефутеровки, межкамерные и кольцевые диафрагмы, внергообкенные устройство), обеспечквапдие снижение энергозатрат яа 10%".
['ель работы. Разработка способов интенсификации процесса измельчения в цементных ме.гьннцах различных типоразмеров яа основе конп -лексного метода расчета кинематических, энергетических и конструк -тивне—технологических параметров мельниц.
({аучная новизна.
Исследована осоеенность кинематики движения мелщах тел бара -банных мельниц с ППД загрузки.
Разработана методика расчета зоны контакта мелющей ерэды с наклонной межкамерной перегородкой.
Определено располоЕение, форма и величина отверстий на наклонной перегородке.
Изучена транспортирующая способность перегородки в зависимости от угла ее наклона, направления отверстий и кивого сечения.
Определено изменение диаметра средневзвешенного шара при замене вертикальной перегородкой на наклоннув перегородку.
Исследовано влияние угла наклона перегородки, располокения на ней отверстий, массы медалях тел и материала, частоты вращения барабана мелышцы на потребляемую мощность, удельный расход энергии, внергонапряаенность мелющих тел.
Разработаны патентно-чистые конструкции внутрамельничных эне-ргообмеяных устройств.
Практическая ценность..
Разработаны методическое и программное обеспечение расчета кинематических и энергетических параметров мельниц, позволяющих определить рациональный способ измельчения для различных конструкций внутршлельничных устройств, дан расчет конструктивно-технологических параметров мельниц с ЩЩ мелющих тел.
Разработана методика определения вони контакта мелющих тел с наклонной перегородкой, позволяющая определить зону контакта и параметры других конструкций внутршлельничных устройств.
-разработаны новые конструкции внутримолышчннх устройств, которые учитывают свойства измельчаемых материалов, типоразмер мельницы, Их использование обеспечивает экономии удельного расхода электроэнергии до 15%, повышает производительность мельниц на 5-8%,
Совместно с АО "Волгоцеммаы" разработана документация для литого варианта наклонной перегородки, что позволит стабилизировать работу помольного агрегата, увеличить срок слукбы наклонной перегородки .
Конструкции мельниц с ІВД мелющих тел внедрены на Новоспасском и Карачаево-Черкесском цементных заводах, на Ахангаранском и Жигулевском комбинатах строительных материалов. Документация передана на цементные заводы Югославии, КНР, где в настоящее время мельницы о ІШД мелющих тел эксплуатируются. Фактический годовой экономически эффект на Новоспасском цементном заводе и Ахангаранском комбинате строительных материалов составил 167,6 тыс.рублей (в ценах 19 90 гола).
Апробагшя_работы. Основные научные полокения и практические результаты работы обсувдолись и получили одобрение на:
УП научно-техническсй и научно-методической конференции (г.Белгород, 1986 г.); Республиканской научно-технической конференции "Экономия и рациональное использование сырьевых,.топливно-энергетических и других материальных ресурсов в строительстве" (г.Харьков,) 19.86 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития элэктротехнологии" (г.Иваново, 1987 г.); Всесоюзной конференции "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении" (г.Белгород, 1989 г.); Всесоюзной конференции "Физико-химические проблеми материаловедения и новые технологии" (г.Белгород, 1991 г.); на Международной конференции "Ресурсосберегающие технологии строительных материа -лов, изделий и конструкций" (г.Белгород, 1993 г.); технических совещаниях в ПО "Волгоцсшаш", Карачаево-Черкесском, Новоспасском цементных заводах, Жигулевском и Ахангаранском комбинатах строи -тельных материалов; встречах с представителями фирмы "Крупп Поли-зиус" Германия, СФРЮ, КНР; Всесоюзном семинаре ВДНХ СССР/ 1987 г., где работа удостоена бронзовой медали.
Публикации. По теме диссертации опубліковано 28 печатных работ, в том число 12 авторских свидетельств на изобретение.
Структура и объог работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и общих выводов по работе. Изложена на is4 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 8 та^тиц, 131 наименований библиографии.
В первой главе дал анализ различных конструкций пемольши агрегатов, технологии пзмольчепия, перспективам тх развития. Самими распространенными в бляяайпше десятилетия для измельчения клинко-ра и добавок останутся трубные шаровые мэльшщы, которые к яа стоячому врэмоин "достигли своих продольных размеров.
Одним из направлений совершенствования процесса пзмэльчения является нспользовэк..е трубных паровых мэлысщ с ШД .чэлщпх тол, которое достигается использованием наклонных мкпщмерннх тарего -родок, колоц, футоровод и других Бнутргглольцичншс зноргообмешшх устройств.
Однако, некоторые вопросы іштенсифлкацип движения ігалщлх тел не рассмотрены,не определена зона контакта медвдих тел и наклонной межкамерной перегородки, а следоЕатольно рациональное расположение и фора щелей на ней. Не определено изменение диаметра
средневзвешенного шара калъшщ с наклонной перегородкой от мельниц с вертикальной перегородкой.
Для обеспечения наибольшей эффективности процесса измельчения необходим кошиїекснціі расчет всех параметров кинематики движения мелящих тел,определения зоны контакта мелыцих тел и перегородок.
Одним из эффективных технологических приемов, регулируыщх энергетическое воздействие мелвдей загрузки.является создание новых внутримздьнкчних энергообменних устройств.
В диссертационной работе ставятся задачи:
-
Исследовать особенности кинематики движения малщих тел цементных мельниц с ПОД малщих тел, их влияние на процесс из -мельчения.
-
Разработать методику определения зоны контакта мелидих тел с наклонной перегородкой.
-
Установить рациональное расположение, направление, форлу и величину отверстии на перегородке.
-
Определить изменение диаметра средневзвешенного шара мельниц с ШЩ при замене вертикальной перегородки на наклонную перегородку.
-
Провести экспериментальную проверку разработанных методик расчета различных параметров цементных мзлышц в лабораторных и промышленных условиях.
6. Разработать патентно-чистые конструкции внутрииелышчных устройств с ШЩ мелкщнх тол, учитиващие фг.зцко-мехышческие свойства измельчаемого материала и типоразмер мельницы.
Но лтороіі глппе рассмотрены особенности кинематики движении мс-їілійх тел мельниц с П1ІД загрузки, построены зависимости углов отрыва uiupa от барабана р> и перегорода» Ji>p , углы падения ьара т барабан jb п от располокення шара но перегородке У . Определена кинетическая энергия пара мелььнц с П1ІД мелщпх тел, которая ире-ьпиает кинетическую оперты ызра мельницы о вертикальной парего -родкон з 1,.
Одним из основных параметров рабо:1; мілких тех меыкимерноп iw pt-ісродкн является зона их контакта.
Превецен расчет зоны контакта малі^ей среди и наклонной ыерзге-[і.ді:оі1 її мильніших с иоперечно-продольиш дьіІЕанием Багрузки, В исішшцах с поперечним движением загрузки зони контакта вертикальней перегородки с мелщеіі средо в сі.ієшііх камерах мельницы опре-iiiKUf-ji, в перыуш очередь, ков Пациентами заполнения кшор и
практически совпадают і каждый момент времени. В мельницах с ПЩ 8агрузки, вызываемом наклонной межкамерной перегородкой, расположение вон по отношению к перегородке различно и контактирование в первой и второй камерах разнесено во времени. Такой характер взаимодействия загрузки о наклонной перегородкой позволяет, путем соот-ветствунцэго Еыбора формы, размеров, ориентации в плоскости перегородки щелей, регулировать скорость прохождения-татерналз чореэ мельницу, величину обратного потока, классификаций измельчаемого катериа-ла внутри мельницы и аспирациошый раздш.
Из сказанного,очевидна ваглооть решения задачи об определении вояпчипы л форм зоны контакта загрузки с наклонной перэгородкой, а также'исследование влияния на эти характеристики зоны контакта такій параметров, гак частота вращения мельницы, длина камер, коэффициент заполнения, угол наклона перегородки и угол естественного откоса загрузки. '
Расчет зоны контакта по уровни загрузки. Определение следа загрузки на наклонной перегородко. В неподвижной системе координат, показанной на рис. I," уравнение плоскости перегородки в зависимости от . угла поворота барабана мэдьшщы имеет следующий вид:
О.
(I)
где J5 - угол паклена перегородки.
Отпосятольый уровень х загрузки в камере определяется урав -пением:
рлс.І. Расчетная схека какеры с наклонной перегородкой при {| =0 б - радиус барабана мельншы, L- - дллна камеры, \-\ - уровень загрузки,
агсьиах\М-Х-2 =
(2) (3)
соь1
0-1)
QCV +
ь/2
лх.цр
f - коэффициент загрузки; Я. - относительная длина камеры.
Таким образом, координаты точек поверхности барабана (таких точек две), в которых пересекаются плоскости перегородки и уровня загрузил, определяются из системы,
уравнений, оптаїващих соответствущиз поверхности:
х sin ^ - u-ЦJb ч- z сог, |= - О, w
я- -х
в координатах, нормированных на радиус барабана R . Выражая из (4) координаты указанных точек в явном виде, найдем:
- 2 * - X
уг= - ctcj >(V4 - X^ln"^ +Хcos1=) 2, = - X
Рис.2. Пдоскость наклонной перегородки
Рассштривая далее плоскость пе-перегородки (Рис.2) и переходя к системе координат ^0 , жестко связанной с перегородкой, запишем об -щпй вид уравнения прямой уровня загрузки в ваде:
S^^J*,
(7)
Геометрическая интерпритация параыетроз V и JA ясна рз рисунка. После ряда преобразовашін выразшл уравнение а явном виде:
<= в _ь«_1_ п_ - . 1 (8)
и затем рассчитываем координаты точок Aj_ и А0 в система координат
1S : .
V^
+ COS
Ч - X Sun.
^ = (^ bin 1-Х;/ (bi-ri Jb cos % ) ;
(9)
'г
Х- sin % - cos % \fА - ха ,
.(гы.ч|-*,)/( &LriJb toS |Jt (I0)
Поскольку величина X. , входящая в формулу (9) и (10), является функцией | , f , 1 и может быть определена при численном решении уравнения (2), расчет координат точек AjAg для различных значений угла поворота барабана ^ выполняется на IBM совместила компьв -торах. Текст програти нанпсан на языке БЭПСИК, в програшів предусмотрен вывод результатов в цифровой и графической форме.
Расчет огибзпдэй уровпей загрузки. С целью расчета координат точек линии, ограничивавшей зону контакта, будем исходить из положения, что эта линия является огибакщей семейства прямых АЖ- Получение аналитического выражения для уравнения огибакщей с&язана с необходимостью выполнения большого числа математических операций и приводит к излишке слогішм выражениям, поэтому нагла предлагается [.:отод численного расчета контура зоны контакта, достаточно просто рзалпэусъый на ЭВМ и позволявдпй рассчитать контур загрузки с достаточной степенью точности.
Для расчета коордиьлт точек огибающей прямых АтА2 (контура зоны контакта), пз уравнения (8) определим координаты 40S0 точки К пересечения прямых уровня загрузил AjA2 с лучом 0 и,:
S= Vr7' So=J-%V (И)
і длину X*j. отрезка OK:
Таким образом, зафиксировав угол cL и выполнив расчеты С*, по формуле (12) для набора значений угла поворота барабана l'tT О ;о ЗС с шагом &f , к., получим ряд значений F oti , t = 1,2..., ^, Напклшн, что X-t , есть решение уравнения (2) при
Величины Г <ц есть длипы отрезков ОК для следов уровня загрузки грп = 0,д f , 2 if ,... . Наименьшая из них молит быть принята ;а точку контура зоны загрузки. Соответствуодая ему'длина отрезка Ж определяется формулой:
а координаты этой точки контура рассчитываются следующим образом
. 1**^^ (14)
Быполвив указанную процедуру вычислений для ряда значений <- от О до Ж, мы получим соотввтствупций ряд коордиват Ifc.Sfc точек огибающей следов уровней загрузки на наклонной перегородке, т.е. координат точек контура зоны контакта ваклонной перегородки о загрузкой.
Расчет зоны контакта по углу естественного откоса. Предложена математическая модель для описания изменения объема загрузки в камерах мельницы о вакловвой межкамерной перегородкой. Если в предыдущее модели предполагается, что влияние перегородки на загрузку распространяется на всю длину камеры, то в основе второй модели лежит предположение об ограниченности зоны влияния перегородки на загрузку. В рамках второй модели определяются координата Ни наивысшей и координата г і наиболее низкой точек контакта перегородки с загрузкой, при.этом показано, что 2а и ? L являются двумя различными корнями одного уравнения:
| Н [ ? \1* - г'+ агсът Н + 5Г( ^ - Ч>) ^ + (15)
где Є есть угол естественного откоса загрузки, % определяется уравнением:
и корни уравнения z a, 2 L находятся в интервалах
х <. Ее, % А , (Г?)
А ^ 2 i. ^ - X
Учитывая, что крайние пологения достигаются при f = 0 и = (JC когда манду Я и \ выполняется соотношение
ІТ.1ЧМ /si-njb,
ЦВ)
наименьшее значеній дашш l\ отрезка OK будет достигаться при ^=0в опо раЕПО;
*Y- |Z а наибольшее, Ра - при о = 5Г и, соответственно, равно: Лх = \ z і \ / sin. jb , (20) Полагая далее, что с изменением об от 0 до 5Ґ длина г отрезка ОК изменяется от ^і до fo, пропорционально величине утла сС , зависимость Р от оС выразим одедущим образом: Г* П+f (Ta-Vi), (2D так, что'координаты Ч* , St точек контура зоны контакта в рамках модели об ограниченности зоны влияния наклонной перегородки будут определяться формулами; ( п - Г sin. оС , \ tfe (22) L „--»" cos <<-, . При выполнении расчетов принято, что длины камер превышают рада-усы зон влияния наклонной перегородки, поэтому длина камер не является параметром, влияющим на величину и форму зоны контакта. Не давая подробного анализа полученных зависимостей, отметим здесь лишь следующее: величина зоны контакта, расчитанная в рамках второй модели, меньше, чем рассчитанная по первой; изменение входных параметров на величину зоны контакта сказывается сильнее в рамках второй модели. В основе каздой из рассмотренных моделей лзглт допущення, упро -щавдие реальный процесс движения загрузки, п этилу были выполнены экспериментальные исследования. Лабораторные исследования выполнялись на модели мельницы 0 0,2х х0,9 м. В шаровую загрузку добавлялся графит, на наклонную перого -родку накладывался лист бумаги с координатной точкой. При работе мельницы зона контакта окрашивалась в черный цвет.' Поскольку в обеих рассмотренных моделях в качестве входного параметра не учитывалась частота вращения, были выполнены соответствующие экспериментальные иссдедования. На осповашш представленных данных сделан вывод о том, что при небольших изменениях частоты вращения (относительно пироко используемой в промышленности частоты У - 0,76) раамеры зоны контакта меняются шло. При рассмотрении эксдепрментальных данных: в верхней части плоскости перегородки ( *L« 0) лучшее соот -ввтствие с экспериментальными данными имеется при методе расчета по углу естественного откоса; в окрестности значений ^«0 (правая часть), лучшее совпа -дение дает метод расчета по уровни загрузки; в низшей части плоскости перегородки обе методики расчета дают значения кривой контура, значительно отличавдихся от полученных в экспериментальных исследоваших. Комбишгоованнни метоп расчета. На основании сравнительного ана -лиза экспериментальных и теоретических данных, разработан комбшш -ровашши метод расчета контура активного влияния молодей загрузки и зоїш контакта ыелщой загрузки с наклонной перегородкой. Суть его состоит в следунцеы. Пусть »"u (<Л) - контур загрузки, рассчитанный в рамках модели по уровню загрузки, *е (ol) - в рамках модели по углу естественного откоса. Примем, что угол об отсчитываотся от оси против часовой стрелки. Тогда: rU)= ?„(*)+^[гж)-гм]г (23) При этом: О <. ot < 4" и і „., Д , (24) (_ %= V* Cot) ЇЛП oL , а лиши контура нине оси 2. получается зеркальным отображением. Расчет контура зоны контакта комбинированным методом дает хорошее совпадение с экспериментальными данными для всех значений входных параметров. В третьем главо представлены методики экспериментальных исследовании, дана характеристика стендовых установок, приведены результаты многофакторного эксперимента. В качестве плана использован центральный композиционный рототабельный план. Получена система урав -нзнпй регрессии в кодированной, натуральной и безразмернсй форме, которая позволяет рационально вести процесс измельчения в цементных мельницах с ЩЦ мэлнцих тел. Дополнительное движение мелвдих тел существенным образом начешет характер их даикения и энергетический режим процесса измельчения в целом. Исследования проводили на модели трубной мельницы 0,5x1,95 м, оснащенной наклонной перегородкой и работаыцой в открытом цикле измельчения. Измельчался клинкер вращающихся печей Карачаево-Чер -кесского цементного завода. В качестве основных факторов, влиящих на эффективность процесса ізаельчония, приняты; угол наклона перегородки $> , ыасса мелпцпх гол и материала характеризуемые соответственно коэффициентами заг -рузки Ч\ и Уі , а также частота вращения барабана мельницы, выра -кенная безразмерным параметров У . Получены уравнения регрессии, адекватно описывавдие процесс из -чюльчения клинкера в мельницах с ПЦД медвдих тел". Л/ = 1,88 + 0,35 Л - 0,01 У + 0,02 4>г + 0,03jb - 0,02^ - - 0,62 %%+ 0,02 f,f> - 0,02^ + 0.02 ^jb - 0,03 Ч* + 0,79^ + 0.69f„ - 0,57У^г + 0,72^ + 0,41 Чг - 0,57 Ч>? + 1,23 уг + 0,05 Ч>* + 0,57 Jba ; С^= '3,58 + 0,03 Ч\ - 0,02 У + 0,04 Чг- + 0,06 jb - 0,04 ф, 4>г- 0,03 Ya У + 0,03 У + 0,01 f а + 0,07 S>f + 0,19 У * - 0,05 4"f + 0,09 >* ; %= 4,94 + 0,85 4« - 0,03 У + 0,06 ^г + 0,08 р - 0,605 ^,М? - - 0,05^,^+ 0,05 Ч\ + 0,05 УЦ>г + 0,05 УР + 0,02 Ч2 + + 0,02 f/ + 0,23 ^г - 0,09 Ц"г + 0,10 >* . Полученные уравнения регрессии позволили определить рациональны., значения параметров: р , 4*, , 4>г и ^У . Установлено, что в цементші: .".ельшщах с ПОД мелющих тэд удельный расход энергии снияается на [0.. .12$ по сравнению с мельницами без ПЦД мзлщих тел. В четвертой главе на основе проведенных экспериментальных иссликований, разработанных методик расчета конструктивно-технологичес -tax параметров цементных мелышц созданы патентно-чистыо конструк -[ції! трубных мелышц (А.с. :кі І404І09, І720І87) впутрпмелънпчных устройств (А.с. .'.'Ji 1573608, I8I49I9), наклонных перегородок (А.с. ^ 1599093, I720I87, 1622038, 1736039), футерової; (А.с. їіїі 17303446, І73834І5), которые обеспечивают интенсификации процесса нзмельченл:.. внутримелъннчную классификацию измельчаемого материала за счет поперечно-продольного движения загрузки. Труоная молышца (Рис.3), включающая корпус, разделенный меака-ыерной перегородкой на камер» грубого и тонкого помола, в которых установлены кольцевио диафрагмы, состояло к з чередующихся кезду с-,- бой сплошных и перфорированных наклонных одна к другой полок, образующих в поперечном сечении зигзагообразный профиль, что обеопечв -вает внутримельничную классификаций измельчаемого матеріала. Использование данной конструкции повышает производительность мельницы на 8*10$, снижает удельный расход електроэнергеии на 5+10#. Рио. -3. Трубная мельница В пятой главе представлены результаты комплексных промышленных испытаний цементных мельниц с ІЩ мелющих тел, оснащенных наклонными менкамерными перегородками. В результате промышленных испытаний и статистической обработки экспериментальных данных подтверждена эффективность использования цементных мельниц с ППД мелицах тел. Выданы рекомендации по модернизации различных типоразмеров цементных мельниц, выпускающих различные виды цемента. Мельницы с ППД мелющих тел были внедрены на Карачаево-Черкесском, Новоспасском цементных заводах, на Жигулевском и Ахангаранском комбинатах строительных материалов. Внедрение на Новоспасском цементном заводе внутрямельничных устройств, с ППД мелщих тел на мельнице 0 4x13,5 м (В 3) по?чоллло повысить производительность цементной мельницы на 2 т/час,загрузку мелщих тел уменьшить на 58 т, снизить удельный расход электроэнергии на 3 кВт ч/т. Внедрение на цементной мельнице t 2,6 х ІЗ м с ППД мелщих тол па Ахангаранском комбинате строительных материалов обеспечило: повышение производительности с 24,9 т/ч до 25,1 т/ч, снижение предельного расхода электроэнергии с 38,1 ::Вт ч/т до 35,3 кВт ч/т, сниЕение расхода мелющих тел с 0,81 кг/т до 0,59' кг/т. Промышленные испытания, проведенные на цементных мельницах раз-:ичпых заводов, показали, что при внедрении устройства о ППД мелю-[их тел экономия электроэнергии достигает 12. экономия мелющих ел - 0,29 кг/т, срок слуйби этих устройств увеличивается в полтора аза. Разработан технологический регламент для получения различных видав цемента на мельницах: 2,6 х 13 м; 3 х 14 м; 3,2 х 15 м; 4 х 13,!:м. Экономический эффект при внедрении мельниц с ППД мелющих тел на ;овоспасском и Ахангаранском цементных заводах составил 167 тыс. іублей (в ценах 1990 года).
+ 0,10 У"2 - 0,03 ff + 0,05 Jba ;Похожие диссертации на Интенсификация процесса измельчения и расчет конструктивно-технологических параметров цементных мельниц с поперечно-продольным движением мелющих тел
