CC BY
36
Богданов В. С., д-р техн. наук, проф.; Фадин Ю. М., канд. техн. наук, проф.; Латышев С. С., канд. техн. наук, доц. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУБНОЙ МЕЛЬНИЦЫ, ОСНАЩЕННОЙ ВНУТРИМЕЛЬНИЧНЫМ КЛАССИФИЦИРУЮЩИМ
УСТРОЙСТВОМ
lat.sergej@gmail.com
В статье представлена методика определения производительности трубной мельницы оснащенной внутримельничным устройством. Рассмотрены основные эффекты влияния устройства на процесс измельчения в помольном агрегате.
Ключевые слова: цемент, помол, трубная мельница, рецикл, классификация, внутримельничное устройство, радиальный лифтер, движение.
Не смотря на появление новых строительных материалов одним из основных является цемент. В последнее время объемы его производства и потребления растут.
Кроме этого в июне, июле и августе 2013 г поставлен еще один рекорд, впервые ежемесячные объемы производства превысил отметку 7 млн. т. За первое полугодие 2013 г прирост объемов производства цемента по сравнению с аналогичным периодом 2012 г уже составил 7,2 %.
Однако наращивание объемов производства отстает от роста потребностей внутреннего рынка, что в первую очередь связанно с состоянием производственных мощностей. По различным оценкам износ активной части основных фондов на большинстве предприятий превысил 70 %. В эксплуатации находится оборудование со сроком службы более 30 лет. В такой ситуации конечная стоимость цемента является высокой, что приводит к увеличению его импорта
2012 год для цементной промышленности России стал рекордным. Впервые за 20 лет годовой объем производства цемента превысил отметку в 60 млн. т. Прирост объемов производства по сравнению с 2011 г. составил 10 % [1].
Себестоимость составляет порядка 50-60 % от конечной цены российского цемента, наибольшую долю занимают энергозатраты, в том числе затраты на измельчение клинкера и добавок. Традиционно на этом переделе технологического процесса используются трубные мельницы, которые зарекомендовали себя как высокопроизводительный и надежный агрегат. Основным недостатком трубных мельниц является высокое энергопотребление при низком коэффициенте полезного действия.
В работах [2, 3, 4] рассмотрены предложения по повышению эффективности измельчения материалов в трубных шаровых мельницах за счет разрушения застойных зон и интенсификации движения мелющих тел с помощью внутримельничных энергообменных устройств.
млн. т.
65
60
50 45 40 35 30 25 20
I Производтсво
59,9
2007
•% к предыдущему году 13,8%
55,9
2008
2011
61,5
10%
2012
%
20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20
Рис.1. Объемы производства цемента в России в 2007-2012 гг.
Повысить эффективность работы агрегата можно также с помощью внутримельничного устройтсва, которое позволяет организовать внутри камеры помола рецикл измельчаемого материала, его классификацию и вывод готовых частиц из зоны измельчения. В ходе промышленных испытаний данного устройства на ЗАО «Белгородский цемент» получены результаты, которые позволили эксперименталь-
но подтвердить полученные математические зависимости для определения производительности трубной мельницы оснащенной внутри-мельничным устройством [5].
Для определения производительности трубной мельницы оборудованной внутри-мельничным устройством было выбрано уравнение, которое в В.З. Пироцкий своей работе [6] рекомендует использовать на практике:
Q = 5,05 • О^5 • Lп • у • р0,8 • Умг • Ь • Кш • КА , (кВт), где О п, Ь п - полезные диаметр и длина барабана мельницы, м; у - относительная частота вращения барабана мельницы; (р - коэффициент заполнения барабана мельницы мелющими
АЯ = Я гРЕБ • 10"к-Д1 СГ" :
(1) (3)
телами и материалом; у мг - насыпная плотность
мелющих тел, т/м3; Ь - удельная производительность мельницы, т/кВт-ч; Кгп - поправочный коэффициент на тонкость помола; КА - коэффициент аспирации.
Изменение производительности трубной мельницы, оборудованной внутримельничным устройством связанно с рядом причин. Одной из них является увеличение среднего времени пребывания материала в зоне измельчения, что приводит к повышению его тонкости помола. При заданном качестве продукта это позволяет повысить производительность.
Эффект от увеличения среднего времени пребывания материала в зоне измельчения учтём с помощью переходного коэффициента тонкости помола.
Изменение среднего времени измельчения материала рассчитывается согласно выражения:
А^ср =
I - о
Н
-• к
V ■ z
ср
(2)
где ЬУ - длина внутримельничного устройства, м; I - расстояния от торца внутримельничного устройства обращенного к разгрузочной решетке до осей лифтеров, м; иср - средняя скорость
движения материала в камере помола, м/с; z -количество лифтеров внутримельничного устройства; kQ - коэффициент характеризующий
отношение расхода материала через внутри-мельничное устройство к его расходу через мельницу.
В соответствии с уравнением С.Е. Андреев [7], описывающим содержание крупного класса в зависимости от продолжительности размола, изменении остатка на сите №008 связанное с влиянием внутримельничного устройства определим с помощью выражения:
где Я гРЕБ - требуемое в соответствии с регламентом содержание крупного класса в готовом продукте мельницы, %;
к - параметр, характеризующий относительную скорость измельчения;
т - параметр, характеризующий изменение относительной скорости измельчения.
Параметр к и т рассчитываются по формулам:
к = №1^).
1п
т = ■
1в(100/К2) 1в(100/К1)
1§
У
1п(100/Я2) 1п(100/Я1)
(4)
. (5)
1§(^2 /^1) Ь^)
Тогда поправочный коэффициент на тонкость помола с учетом влияния внутримель-ничного устройства определяется выражением:
/ \-1/т
К'
0,434 • 1п-
^0
Яг
АЯ
(6)
где Я0 - содержание фракции +0,080 мкм в исходном продукте, %.
Поправочный коэффициент тонкости помола изменяется при изменении коэффициента загрузки мельницы, так как в таком случае изменяется «классическая» производительность трубной мельницы, а следовательно изменяется коэффициент kQ, что приводит к изменению
среднего времени пребывания материала в мельнице.
Немаловажной причиной изменения производительности является увеличение доли материала, выносимого из трубной мельницы с потоками аспирационного воздуха. Это связано с дополнительным байпасом материала из полости трубошнека. При высыпании загрузки из лифтеров в полость трубошнека происходит интенсивное «продувание» ее потоками аспираци-онного воздуха, пылеунос происходит также и с загрузки, движущейся по тракту трубошнека внутримельничного устройства.
т
1
Для того чтобы учесть воздействие этого эффекта на производительность трубной мельницы воспользуемся корректировкой коэффициента аспирации в формуле (1.21).
Классический коэффициент аспирации является эмпирическим и выбирается в зависимости от скорости аспирационных потоков в барабане трубной мельницы. Он учитывает прирост производительности за счет выноса материала потоками аспирационного воздуха.
Учитывая, что в полости трубошнека внут-римельничного устройства «продуванию» подвергается только -ая часть расхода материала через мельницу, а также, что эффективность аспирации в внутримельничного устройства выше в 1,4- 1,6 раза получаем выражение коэффициента аспирации для трубной мельницы оборудованной внутримельничным устройством:
КА ВКУ = КА +(КА - 1)' кд •15 , (7)
где КА - классический коэффициент аспирации.
Однако воздействие внутримельничного устройства на производительность трубной мельницы не ограничивается положительными моментами. Существует граничное значение коэффициента загрузки фГ камеры тонкого помола, при котором происходит контакт мелющих тел и трубошнека внутримельничного устройства. Очевидно, что при более высоких коэффициентах загрузки в контакт вступает большая часть мелющих тел вследствие чего резко снижается их способность измельчать.
Основной процесс измельчения, при каскадных режимах работы загрузки осуществляется в ее скатывающихся слоях. Согласно методике определения контуров поднимающихся и скатывающихся слоев при каскадном режиме представленной Д.К.Крюковым [8] в сечении соответствующем углу поворота загрузки относительно вертикали ширина потока скатывающихся слоев равна половине высоты сегмента загрузки, т.е. основная работа по измельчению совершается потоком, характеризующимся шириной 0,5 Н, где Н - высота сегмента загрузки.
Ширину потока контактирующего с тру-бошнеком внутримельничного устройства можно определить вычитанием из высоты сегмента загрузки разницы между внутренним радиусом барабана мельницы и внешним радиусом тру-бошнека.
Анализ данных, полученных при исследовании кинематики загрузки в трубной мельнице на модели мельницы с прозрачным дном показывает, что уровень величины высоты сегмента
загрузки при работе мельницы увеличивается на 12 - 17 % в зависимости от коэффициента заполнения. Этот факт необходимо учесть при определении ширины потока мелющих тел контактирующих с трубошнеком внутримельнично-го устройства путем увеличения высоты сегмента загрузки на 15 %.
Необходимо также учесть, что контакт происходит по длине мельницы соответствующей длине трубошнека внутримельничного устройства, т.е. падение эффективности измельчения происходит пропорционально отношению длины трубошнека к длине камеры помола.
Учтем отрицательный эффект воздействия внутримельничного устройства в формуле (1.21) с помощью коэффициента эффективности:
~ РВКУ 9 ^^ ВК
Н-1,15--
К ЭФ = 1 ""
Н-1,15 2
После преобразований получаем:
Ь В
V- — 1 1 Рп Рвку
к ЭФ= 142 "ПНТГВГ
(8)
(9)
Высоту сегмента загрузки для 0,12 < ф < 0,88 с достаточной для инженерных расчетов точностью можно определить выражением [6]:
Н =1,68-(ср+ 0.1)-^ . (10)
С учетом (2.87) выражение (2.85) принимает вид:
( \
ЬВ
к ЭФ = 1 "
2--
РП РВКУ
1.68-(ф + 0.1)-^-1.15
2 у
.. (11)
На рисунке 22 представлено сопоставление результатов расчета трубной мельницы 03х14м, оборудованной внутримельничного устройства без учета его воздействия (классический вариант), с учетом воздействия внутримельничного устройства (разработанная методика) и экспериментальные данные, полученные на ЗАО «Белгородский цемент».
Кривая характеризующая зависимость 0 от ф в соответствии с разработанной методикой носит экстремальный характер. Функция достигает максимума при ф = 0,23. Это значение является граничным, т.е. определяет наименьший коэффициент загрузки камеры помола, при котором между трубошнеком внутримельничного устройства и мелющими телами наблюдается контакт. С увеличением ф более 0,23 доля загрузки вступающей в контакт с трубошнеком внутримельничного устройства увеличивается, что приводит к снижению эффективности из-
мельчения. Вследствие этого наблюдается падение производительности, а при ф ~ 0,29 ее величина становится равной производительности определяемой по «классической» методике.
д,т/ч
Из графиков видно, что предложенная методика расчета производительности позволяет учесть влияние внутримельничного устройства на процесс измельчения в помольном агрегате и дает оценку производительности агрегата более эффективно, чем классическая методика.
Рис. 2. Графики зависимости производительности р от коэффициента загрузки ^ : 1 - данные расчета по классической методике; 2 - данные расчета по предложенной методике; 3 -данные, полученные в ходе проведения промышленного эксперимента
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Российский рынок цемента 2013 г. [Электронный ресурс] Систем.требования: AdobeAcrobatReader. URL: http://alto-group.ru/aswf/007/files/assets/downloads/publicatio n.pdf (дата обращения: 10.10.2013)
2. Богданов В.С., Ханин С.И. Определение основных параметров процесса мокрого измельчения сырьевых материалов в трубной мельнице // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.
2010. №1. С. 87-90.
3. Богданов В. С. Энергообменное устройство для шаровых барабанных мельниц // Стекло и керамика. 1985. № 6. С. 19-21.
4. Фадин Ю.М. Расчёт энергии передаваемой шароматериальной загрузке наклонной перегородкой в трубной шаровой мельнице // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.
2011. №4. С.62-64.
5. Повышение эффективности работы трубных мельниц открытого цикла измельчения / В.С. Богданов, Ю.М. Фадин, С.С. Латышев, Д.В. Богданов, О.Р. Соловьев // Цемент и его применение. 2005. №1. С.49-53.
6. Андреев С.Е. Товаров В.В., Перов В.А. Закономерности измельчения и исчисление характеристик гранулометрического состава.- М.: Металлургиздат, 1959. 427 с.
7. Пироцкий В.З. Цементные мельницы: технологическая оптимизация.- СПб.: Издательство Центра профессионального обновления «Информатизация образования», 1999. 145 с.
8. Крюков Д.К. Футеровки шаровых мельниц.- М.: Машиностроение, 1965. 184 с.
