Определение производительности трубной мельницы, оснащенной внутримельничным классифицирующим устройством Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

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.