Способ тонкого измельчения материала, преимущественно цементного клинкера, в шаровой барабанной мельнице

Изобретение относится к технике измельчения материала, а именно к способам тонкого измельчения в шаровых барабанных мельницах, и может быть использовано в промышленности строительных материалов, металлургической, энергетической, химической и др. отраслях промышленности.

В последнее время большое внимание уделяется роли дисперсности цемента при получении высокопрочных быстротвердеющих цементов. В связи с этим возникла необходимость осуществления направленного процесса тонкого измельчения в шаровой барабанной мельнице.

Известен способ тонкого измельчения материала в шаровой мельнице замкнутого цикла, например, по авт. св. СССР №1079288, МПК В02С 19/00; патент №2275244, МПК В02С 17/14. Недостатком этого способа является высокая энергоемкость и низкая эффективность.

Менее энергоемким и достаточно производительным является способ тонкого измельчения материала в шаровой барабанной мельнице открытого цикла, например способ получения цемента по патенту №2388710, опубл. 10.05.2010 г., МПК С04В 7/00; В02С 23/00. Недостатком данного способа является его сложность, длительность процесса и невысокая интенсивность.

Наиболее близким техническим решением по достигаемому результату является способ, описанный в книге В.Дуда «Цемент» (пер. с нем. Е.Ш.Фельдмана). Под ред. Б.Э.Юдовича. - М., Стройиздат, 1981; с.206 (12.4. «Тонкий помол с помощью малых мелющих тел»). Где приведен способ измельчения цементного клинкера в открытом цикле на установке «Минипебс», состоящей из двух последовательно установленных трубных шаровых мельниц (рис.12.4): мельницы предварительного (крупного) помола материала, заполненной набором крупных мелющих тел, и мельницы тонкого помола, заполненной набором мелких мелющих тел (рис.12.4). В описанном двухступенчатом способе первоначальное измельчение материала (крупными мелющими телами) происходит в мельнице предварительного помола, доизмельчение материала до необходимой дисперсности производится (мелкими мелющими телами) в мельнице тонкого помола.

Недостатком описанного способа является его сложность, недостаточная эффективность и длительность цикла измельчения.

Задачей, стоящей перед изобретением, является повышение эффективности процесса измельчения материала, упрощение способа и сокращение времени цикла измельчения.

Поставленная задача решается следующим образом.

Материал, подлежащий измельчению, загружают в камеру грубого измельчения барабанной шаровой мельницы, разделенной межкамерной перегородкой на камеру грубого (предварительного) измельчения и камеру тонкого измельчения. Каждая из камер предварительно загружена набором мелющих тел (рекомендованным для данного типа мельниц) на 20-30%. Одновременно с материалом, подлежащим измельчению, в камеру грубого измельчения мельницы загружают дополнительные мелющие тела, размер которых меньше, чем размер отверстий в межкамерной перегородке и выходной решетке мельницы. Для обеспечения оптимальной интенсивности процесса измельчения масса дополнительных мелющих тел составляет 30-35% от массы набора мелющих тел, а масса измельчаемого материала составляет 14-18% от суммарной массы мелющих тел.

Сущность изобретения заключается в том, что под действием подпора измельчаемый материал вместе с дополнительными мелющими телами продвигается вдоль камеры грубого измельчения в направлении к межкамерной перегородке, пройдя через отверстия в межкамерной перегородке, измельчаемый материал вместе с дополнительными мелющими телами поступает во вторую камеру, где подвергается тонкому измельчению.

Использование при измельчении материала дополнительных мелющих тел совместно с набором мелющих тел положительно отражается на гранулометрическом составе готового продукта.

Увеличение массы дополнительных мелющих тел приводит к увеличению в готовом продукте количества фракции 5÷30 мкм на 10-15%. Установлено, что фракция 5÷30 мкм характеризует прочность (активность) в поздние сроки твердения, тогда как фракция менее 5 мкм - в ранние.

Следовательно, размер мелющих тел значительно влияет на эффективность процесса измельчения материала в шаровой барабанной мельнице. Опыты показали, что эффективность процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице выше, если она работает на смеси шаров различного диаметра. При этом удельный расход энергии на измельчение материала при использовании дополнительных мелющих тел ниже, чем на измельчение материала при использовании набора мелющих тел. Это объясняется тем, что с уменьшением диаметра шара величина суммарного воздействия на частицы измельчаемого материала увеличивается, а сила единичного воздействия шара уменьшается. Поэтому набор мелющих тел применяют для размалывания частиц материала большей крупности. Более мелкий материал лучше измельчается дополнительными мелющими телами меньшего диаметра. В результате экспериментов было установлено, что с увеличением массы дополнительных мелющих тел наблюдается значительное увеличение удельной поверхности с 2200 до 4200 см²/г. Кроме того, эксперименты показали, что непрерывное воздействие дополнительных мелющих тел во время всего процесса измельчения на измельчаемый материал значительно интенсифицирует процесс измельчения.

Для пояснения выбора массы дополнительных мелющих тел приведен график содержания в готовом продукте частиц размером от 0,22 до 600 мкм.

Для пояснения реализации способа приведены графические материалы.

На фиг.1 схематично изображен способ тонкого измельчения материала в шаровой барабанной мельнице.

На фиг.2 - график содержания в готовом продукте частиц размером от 0,22 до 600 мкм.

Барабан мельницы разделен на камеру 1 грубого измельчения и камеру 2 тонкого измельчения посредством межкамерной перегородки 3, а каждая из камер загружена на 20-30% набором мелющих тел.

Шаровая барабанная мельница оснащена загрузочным устройством 4 с бункерами 5 и 6 для загрузки, соответственно, измельчаемого материала и дополнительных мелющих тел и разгрузочным устройством 7, оборудованным выходной решеткой 8, и загружена набором мелющих тел 9. Дополнительные мелющие тела обозначены поз.10. Поз.11 обозначен грохот для выделения мелющих тел 10 из готового продукта.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Подлежащий измельчению материал из бункера 5 вместе с дополнительными мелющими телами 10, размер которых меньше, чем размер отверстий «а» в межкамерной перегородке 3 и размер отверстий «б» в выходной решетке 8, из бункера 6 подают загрузочным устройством 4 в камеру 1 грубого измельчения, заполненную на 30% набором мелющих тел 9 (фиг.1). Масса дополнительных мелющих тел составляет 35% от массы набора мелющих тел 9. Масса измельчаемого материала составляет 18% от суммарной массы мелющих тел.

В камере 1 грубого измельчения производится измельчение цемента до удельной поверхности, по Блейну, 2500-3000 см²/г. Под действием подпора измельчаемый материал вместе с дополнительными мелющими телами 10 продвигается вдоль камеры 1 грубого измельчения в направлении межкамерной перегородки 3, пройдя через отверстия «а» в межкамерной перегородке, измельчаемый материал вместе с дополнительными мелющими телами 10 поступает в камеру 2 тонкого измельчения, которая также заполнена на 30% набором мелющих тел 9, не прекращая воздействовать на измельчаемый материал, дополнительные мелющие тела 10 перемещаются к выходной решетке 8, обеспечивая непрерывность измельчения.

Измельченный таким образом материал до удельной поверхности около 6000 см²/г по Блейну (готовый продукт) вместе с дополнительными мелющими телами 10, пройдя через выходную решетку 8, так как размер дополнительных мелющих тел меньше, чем размер отверстий «б» в выходной решетке, поступает в разгрузочное устройство 7. После чего, дополнительные мелющие тела 10 выделяют из готового продукта (посредством грохота 11) и вновь загружают в барабан мельницы с подаваемым материалом.

Оптимальная масса дополнительных мелющих тел 10 выявлена экспериментально.

Результаты опытов проиллюстрированы графиком на фиг.2.

Использование при измельчении материала дополнительных мелющих тел 10 массой менее 30% от массы набора мелющих тел 9 эффективность процесса измельчения не повышается, т.к., например, при массе дополнительных мелющих тел 10-20% (кривая 1 на фиг.2) содержание частиц, распределенных в интервале от 5 до 30 мкм, составляет 35%, удельная поверхность готового продукта - 3405 см²/г, производительность мельницы - 3,696 кг/ч.

При массе дополнительных мелющих тел, например, 35% от массы набора мелющих тел (кривая 2 на фиг.2) происходит значительное увеличение содержания частиц, распределенных в интервале от 5 до 30 мкм, до 50%, удельной поверхности готового продукта - 4563 см²/г и повышение производительности до 5,684 кг/ч. Дальнейшее увеличение массы дополнительных мелющих тел не имеет смысла. Так при массе дополнительных мелющих тел, например, 40% от массы набора мелющих тел (кривая 3 на фиг.2) содержание частиц, распределенных в интервале от 5 до 30 мкм, составляет 36%, удельная поверхность готового продукта снижается до 3410 см²/г и производительность падает до 3,710 кг/ч.

Описанный способ позволяет повысить эффективность процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице путем повышения однородности фракционного состава, за счет использования мелющих тел различного размера, обеспечить непрерывность процесса измельчения, сократить время цикла измельчения при сохранении высокого качества готового продукта. При этом способ прост в исполнении.

Таким образом, задача изобретения решена.

Способ тонкого измельчения материла, преимущественно цементного клинкера, в шаровой барабанной мельнице, барабан которой разделен межкамерной перегородкой на камеры грубого и тонкого измельчения, снабженной выходной решеткой, включающий предварительную загрузку набора мелющих тел, подачу материала, его измельчение мелющими телами и выгрузку готового продукта, отличающийся тем, что вместе с измельчаемым материалом в барабан мельницы загружают дополнительные мелющие тела, размер которых меньше, чем размер отверстий в межкамерной перегородке и выходной решетке, причем дополнительные мелющие тела после завершения цикла измельчения выгружают вместе с готовым продуктом, затем последние выделяют из готового продукта и вновь загружают в мельницу с подаваемым материалом, при этом барабан мельницы на 20-30% объема загружен набором мелющих тел, масса дополнительных мелющих тел составляет 30-35% от массы набора мелющих тел, а масса измельчаемого материала составляет 14-18% от суммарной массы мелющих тел.