Научные основы создания технологических систем помола цемента на основе шаровых мельниц замкнутого цикла Шарапов Рашид Ризаевич

Научные основы создания технологических систем помола цемента на основе шаровых мельниц замкнутого цикла Шарапов Рашид Ризаевич

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ‘, MOUSEOFF, FGCOLOR, ‘#FFFFCC’,BGCOLOR, ‘#393939’);» onMouseOut=»return nd();»> Диссертация — 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат — бесплатно , доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Шарапов Рашид Ризаевич. Научные основы создания технологических систем помола цемента на основе шаровых мельниц замкнутого цикла : диссертация . доктора технических наук : 05.02.13 / Шарапов Рашид Ризаевич; [Место защиты: Белгород. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова].- Белгород, 2009.- 429 с.: ил. РГБ ОД, 71 10-5/136

Введение к работе

Актуальность работы. В России одним из национальных проектов является строительство доступного жилья, основой для которого является строительный материал — цемент. В 90-е годы XX в. производство его снизилось до 26 млн. т. в год. После этого началось возрождение цементной промышленности, и в настоящее время потребность в нем составляет не менее 100 млн. т. каждый год.

Основной технологической операцией при производстве цемента является помол клинкера и добавок, который в нашей стране осуществляется в трубных шаровых мельницах, получивших широкое распространение вследствие простоты конструкции и обслуживания, а также в относительно низкой их стоимости. Недостатки их известны — это большой удельный расход электроэнергии, мелющих тел и футеровки, сложность в управлении процессом измельчения и получении высокомарочных цементов. Данные мельницы снижают и без того низкую эффективность производства цемента на изношенном более чем на 50 % ныне действующем оборудовании.

Основная проблема современной технологии производства цемента — оптимизация дисперсных характеристик цемента, позволяющая повышать энергетическую эффективность процесса помола клинкера и добавок относительно активности и других технологических свойств цемента.

Одним из действенных способов повышения качества получаемого цемента и эффективности всего цементного производства в целом является перевод существующих шаровых мельниц в замкнутый цикл измельчения.

Наметившееся в России строительство новых цементных заводов основывается в основном на строительстве помольных комплексов, как правило, на базе шаровых мельниц. Однако несистематизированные и обрывочные сведения об эксплуатации шаровых мельниц замкнутого цикла ставят ряд вопросов перед исследователями и эксплуатационщиками данных измельчителей.

В связи с этим актуальной задачей является использование более эффективных и экономичных способов измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла на основе новых конструктивных и технологических решений, разработка научных и методологических основ их расчета и проектирования.

Работа выполняется в рамках одного из основных научных направлений Белгородского государственного технологического университета

«Теоретические основы создания энергосберегающих процессов тонкого измельчения материалов строительного производства».

Цель работы заключается в разработка научных основ и методов создания технологических систем помола цемента на основе шаровых мельниц замкнутого цикла, обеспечивающих повышение производительности, снижение удельного расхода электроэнергии и повышение качества конечного продукта за счет управления процессом формирования зернового состава готового продукта.

Методология и методы исследования. В процессе теоретических и экспериментальных исследований автором изучены и обобщены результаты существующих научных разработок в области техники и технологии тонкого помола.

При разработке и исследовании шаровых мельниц замкнутого цикла использовался системный подход к изучению и описанию основных значимых факторов, влияющих на исследуемые параметры. С этой целью были использованы теории подобия и анализа размерностей, методы физического и математического моделирования, математическая статистика, современные компьютерные технологии.

Исследования проводились с использованием комплекса стендовых лабораторных установок и в условиях действующих производств, где проверялись теоретические положения работы, на основе чего определялись рациональные конструктивные параметры мельниц и режимы измельчения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена принятием в основу исследований объективно существующих математических, физических законов и закономерностей и подтверждается: использованием математических методов планирования экспериментальных исследований и статистических методов обработки результатов; применением измерительных приборов высокой точности и лазерной гранулометрии; достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; положительным опытом внедрения полученных результатов, а также всесторонней апробацией.

Научная новизна работы заключается в разработке: методик расчета производительности и мощности, потребляемой приводом шаровых мельниц замкнутого цикла; математических моделей определения параметров кинетики процесса измельчения цементного клинкера в шаровых мельницах замкнутого цикла; математических моделей сепарации продуктов помола с учетом турбулентной диффузии частиц; матричных моделей преобразования зернового состава материала в элементах системы замкнутого цикла; аналитических соотношений

для определения дисперсных характеристик сепарированных цементов; дискретных математических моделей в виде уравнений регрессии, позволяющих получать рациональные конструктивные, технологические и энергетические параметры шаровых мельниц замкнутого цикла; в создании патентно-чистых конструкций внутримельничных энергообменных и классифицирующих устройств, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами СССР, патентами на изобретение и полезную модель РФ.

Автор защищает следующие основные положения:

1. Методологию расчета и проектирования шаровых мельниц замк
нутого цикла помола включающую:

математическую модель расчета производительности шаровых мельниц замкнутого цикла, учитывающую конструктивно-технологические параметры системы замкнутого цикла и свойства измельчаемого материала;

математическую модель расчета величины мощности потребляемой шаровой мельницей, оснащенной наклонной межкамерной перегородкой, позволяющую определять ее энергосиловые параметры при различных углах поворота барабана мельницы;

математическую модель кинетики процесса помола клинкера и добавок в шаровых мельницах замкнутого цикла, учитывающую как конструктивно-техно логические параметры их работы, так и дисперсные характеристики измельчаемого материала.

Теоретическую модель процесса разделения продуктов помола с учетом турбулентности потока сепарационного воздуха, учитывающую как диффузию частиц, так и конструктивно-техно логические параметры применяемых сепараторов.

Матричные модели преобразования гранулометрического состава измельчаемого материала в основных типах технологических схем помола замкнутого цикла, позволяющие прогнозировать производительность помольного агрегата и зерновой состав готового продукта.

Аналитические соотношения для определения в матричном виде дисперсных характеристик сепарированных цементов, отражающих изменение зернового состава готового продукта от величины удельной поверхности порошка.

Дискретные математические модели в виде эмпирических уравнений регрессий, позволяющие осуществить оптимизацию конструктивных, технологических и энергетических параметров шаровых мельниц замкнутого цикла помола.

6. Практические результаты экспериментальных исследований,
проведенных на лабораторных установках и в условиях действующих

производств, позволяющие уточнять рациональные конструктивно-технологические параметры систем замкнутого цикла помола на базе шаровых мельниц, а также влияние этих параметров на дисперсные характеристики получаемых порошков.

7. Патентно-чистые конструкции внутримельничных энергообменных и классифицирующих устройств шаровых мельниц, способа измельчения, обеспечивающих повышение производительности, снижение удельного расхода энергии и повышение качества конечного продукта за счет управления процессом его формирования.

Практическая ценность работы. Разработаны инженерная методика расчета и соответствующее программное обеспечение расчета технологических и энергетических параметров работы шаровых мельниц замкнутого цикла. Созданы конструкции внутримельничных устройств, способ измельчения, позволяющие повышать производительность шаровых мельниц, снижать удельный расход энергии и улучшать качество конечного продукта за счет управления процессом формирования зернового состава готового материала. По результатам теоретических и экспериментальных исследований созданы алгоритмы и программы комплексных расчетов на ЭВМ основных конструктивно-технологических параметров шаровых мельниц замкнутого цикла.

Практические результаты работы защищены авторскими свидетельствами и патентами. Полученные результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, выполнении курсовых проектов, работ и в дипломном проектировании в БГТУ.

Внедрение результатов работы. Основные результаты работы внедрены в производство и применяются в настоящее время:

на ПО «Ахангаранцемент», ОАО «Белгородский цемент», ОАО «Топкинский цемент», ЗАО «Жигулевские стройматериалы», ООО «Орловский комбинат отделочных материалов»;

результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, выполнении курсовых и дипломных работ в БГТУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации и практические результаты обсуждались и получили одобрение: на технических советах Ахангаранского, Невьянского, Липецкого, Белгородского, Топкинского, Жигулевского и Мальцовского цементных заводов, Всесоюзных научно-технических конференциях в Белгороде (БТИСМ, 1990, 1991); Международной конференции в Белгороде (БТИСМ, 1993), I Международной конференции в Полтаве (1996), Международной конференции в Белгороде (БелГТАСМ, 1997, 2000, 2001), Международной конференции в Санкт-Петербург (2001), Международной Интернет-конференции в Белгороде (БГТУ, 2003), на Международном

конгрессе в Белгороде (БГТУ, 2003), Международной конференции в Белгороде (БГТУ, 2007), Международном конгрессе производителей цемента «Производство цемента — основа развития строительной отрасли» 9-12 октября 2008 г. в Белгороде (БГТУ, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 56 работ, в том числе в аннотированных ВАК изданиях — 11 и без соавторов — 7, получено 4 авторских свидетельства СССР на изобретения, 1 патент на изобретение и 1 патент на полезную модель РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов по работе, библиографического списка (285 наименований) и приложений, которые включают результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде таблиц; акты внедрения и промышленных испытаний. Общий объем диссертации состоит из 362 страниц, содержащих 83 рисунка и 22 таблицы.

Помол в замкнутом цикле

При помоле в замкнутом цикле крупная фракция материала проходит через мельницу несколько раз. Мелкая фракция после отделения в сепараторе становится готовым продуктом и боль­ше не возвращается в мельницу. Благодаря своевременному удалению мелкой фракции из мельницы готовый продукт имеет однородный гранулометрический состав.

При одновременном прохождении материала через длинные многокамерные мельницы возникает большое число зерен раз­личных размеров (широкий диапазон крупности), в том числе по­являются фракции, ухудшающие качество продукта.

Работа измельчения осуществляется только в мельнице. Се­паратор лишь отделяет мелкую фракцию, которая уже содер­жится в размолотом материале; этим он улучшает условия ра­боты измельчителя.

В состав помольной установки замкнутого цикла входят трубная мельница, элеваторы, сепараторы и вентилятор (рис. 12.1). Эти вспомогательные агрегаты требуют дополни­тельных затрат энергии, которые составляют от 10 до 20% энер­гозатрат мельницы. Поэтому нелегко доказать, что сепаратор­ные мельницы характеризуются более низкими удельными энер­гозатратами. При возрастании удельной поверхности материала эффективность применения мельниц замкнутого цикла стано­вится более очевидной.

Рис. 12.1. Циклы помола: замкнутый (а) и открытый (б)

При помоле цемента’важно не только значение удельной по­верхности; цемент должен также иметь заданный грануломет­рический состав. Обычно высокой удельной поверхности соот­ветствует повышенное содержание мелких фракций. Однако са­ми по себе мелкие фракции не определяют гидравлическую активность цемента. При помоле в замкнутом цикле измельчение в основном затрагивает крупные зерна материала, поэтому в противоположность помолу в открытом цикле здесь предотвра­щается образование избытка мелкой фракции. Мельницы замк­нутого цикла производят материал от «среднего» до «узкого» гранулометрического состава. Это свидетельствует о превосход­стве сепараторных мельниц перед многокамерными.

По Бёрнеру [138], мельницы, работающие в замкнутом цик­ле, производят цемент большей гидравлической активности; это означает, что при одинаковой прочности цемент, полученный в многокамерных мельницах, должен иметь удельную поверхность по Блейну выше на 350 см2/г.

По данным Кайля [139], средняя удельная поверхность по Блейну при помоле цемента различных марок в открытом цикле

Должна составлять, см2/г: для цемен­та марки 275—3100, марки 375—3500, марки 475—5200.

С учетом указанной разности удель­ная поверхность, по Блейну, цемента разных марок при помоле в замкнутом цикле следующая, см2/г: для цемента марки 275 она равна 3100—350 = 2750, марки 375 — 3500—350=3150, марки 475 — 5200—350=4850.

Производительность мельниц при помоле цемента с различной удельной поверхностью может быть определена на основании кривых производитель­ности по Якобу [106], устанавливаю­щих связь между удельной поверхно­стью и удельной производительностью мельницы (рис. 12.2).

По действующим в ФРГ нормам DIN 1164 прежние марки цемента 275, 375 и 475 преобразованы в марки 350, 450 и 550, означающие прочность це­мента при сжатии после 28 дней твер­дения. В отношении тонкости помола цемента можно отметить, что по DIN 1164 для цементов всех марок норми­руется величина удельной поверхности, по Блейну, не менее 2200, а в особых

Случаях — 2000. Верхний предел удельной поверхности не уста­новлен.

В нормах ASTM (США) для портландцемента типов I, II, IV и V предусмотрена удельная поверхность, по Блейну, не ме­нее 2800, а для быстротвердеющего (высокопрочного) цемента типа III норматив по удельной поверхности не установлен.

Рис. 12.2. Зависимость меж­ду удельной производи­тельностью мельницы (ин­дексом работы по Бонду В) и удельной поверхно­стью по Блейну S; PZ — портландцемент; EPZ — же­лезистый портландцемент: HOZ — шлакопортландце­мент; TrZ — трассовый це­мент

Пример 12.1. Для цементной мельницы производительностью L — = 24 т/ч цемента марки 275 с удельной поверхностью, по Блейну, 3100 см2/г определить: а) производительность L< для цемента марки 375 с удельной ловерхностью, по Блейиу, 3500 см2/г; б) производительность 12 Для цемента марки 475 с удельной поверхностью, по Блейну, 5200 см2/г.

Решение: согласно рис. 12.2, удельной поверхности 3100 соответствует удельная производительность f= 0,8, удельной поверхности 3500—/i=0,65 и удельной поверхности 5200—f2= 0,35.

Прн переходе от цемента марки 275 к цементу марки 375 получаем сниже­ние производительности на

А при переходе от цемента марки 275 к цементу марки 475 производитель­ность падает на

Теперь можно определить производительность при помоле цемента в замкнутом цикле с учетом уменьшенных значений удельной поверхности и кривых удельной производительности по рис. 12.2.

Для цемента марки 275 при удельной поверхности 2750 см2/г получаем

Для цемента марки 375 при удельной поверхности 3150 см2/г

Для цемента марки 475 при удельной поверхности 4850 см2/г

Повышение производительности по сравнению с помолом в открытом цикле составляет, %:

Для цемента марки 275 ————— :—— 100 = 22,5;

Для цемента марки 375 ————— ———— 100 = 26,1;

Для цемента марки 475 ————— ———— 100 = 11,4.

Примерно так же снижаются значения удельных энергозатрат на помол.

Этим примером Якоб обосновывает преимущество мельницы замкнутого цикла по сравнению с мельницей с однократным прохождением материала, особенно при помоле высокомарочно­го цемента. По мнению Бельвинкеля [140], кроме того, нужно учитывать следующее.

1. Крупные помольные агрегаты обеспечивают удельные энергозатраты на 10—15% ниже по сравнению с небольшими мельницами.

2. Для получения высокой производительности рекомендует­ся применять помол в замкнутом цикле с сепараторами.

3. Для помола цемента переменной дисперсности следует применять замкнутый цикл, так как это более гибкая схема. Многокамерные мельницы, работающие в открытом цикле, труд­но приспособить к изменяющимся требованиям. Крупные много­камерные мельницы, предназначенные для помола стандартного цемента, непригодны для более тонкого помола. Изменение дис­персности продукта многокамерных мельниц требует изменения состава мелющих тел.

4. Замкнутый цикл более пригоден для совместного помола материалов различной размалываемости.

Кроме того, можно отметить, что при увеличении кратности циркуляции материала при помоле цемента снижается доля осо­бо мелких и слишком крупных частиц; при помоле в замкнутом цикле снижается износ; рост кратности циркуляции повышает конечную прочность цемента, а ее снижение приводит к повыше­нию начальной прочности цемента1.

Замкнутый цикл помола цемент

Лидер российской промышленности строительных материалов Холдинг «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» и Правительство Ленинградской области в рамках Российского инвестиционного форума в Сочи заключили соглашение о социально-экономическом сотрудничестве. Подписи под документом поставили Губернатор Ленинградской области Александр Дрозденко и Президент «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» Михаил Скороход.

Соглашение предполагает взаимодействие Правительства Ленинградской области и Холдинга «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» по вопросам создания и развития промышленной инфраструктуры Ленинградской области, а также формирования условий для реализации проектов по переводу сразу двух предприятий Холдинга, расположенных в Ленинградской области, на новую технологическую платформу.

Проекты включают строительство на площадке «Петербургцемента» (Сланцевской район) собственной газопоршневой теплоэлектростанции мощностью 24,9 МВт, а также перевод отделения помола цемента АО «Пикалевский цемент» (Бокситогорский район) на замкнутый цикл помола цемента.

«Для нас крайне важно, что предприятие, входящее в производственную цепочку моногорода Пикалево, строит отношения с Ленинградской областью на долгосрочной основе. После завершения модернизации завод в Пикалево займет лидирующие позиции в областном кластере производства строительных материалов», — прокомментировал губернатор Александр Дрозденко.

Как отметил Президент «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» Михаил Скороход, объем инвестиций Холдинга в предприятия, расположенные в Ленинградской области, за последние 10 лет составили 23 млрд руб.

«Более миллиарда рублей будет инвестировано «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» в развитие пикалевского завода в 2018 году. Планируется строительство замкнутого цикла помола цемента, внедрение новых технологических решений, повышение энергоэффективности», — подчеркнул Михаил Скороход. — Реализация данного проекта позволит «Пикалевскому цементу» увеличить объемы производства, повысить качество продукции, освоить выпуск высокомарочного цемента, который ранее в области не производился. Увеличение выпуска цемента с улучшенными качественными характеристиками будет способствовать снижению зависимости северо-западного региона от импортных стройматериалов и замещению импортного цемента продукцией пикалевского завода».

Говоря о перспективах «Петербургцемента» Глава Холдинга подчеркнул, что завершение до конца 2018 года проекта по внедрению на заводе малой генерации энергии приведет к значительному росту эффективности производства цемента, сокращению себестоимости и стабилизации цен. Объем инвестиций в повышение эффективности «Петербургцемента» в 2018 году составит около 1,2 млрд руб.

Реализация программ по модернизации и повышению эффективности производства на предприятиях «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» в Ленинградской области позволит создать современные конкурентные предприятия и обеспечить растущие потребности строительного комплекса Северо-Западного региона в высококачественных материалах.

научная статья по теме Моделирование технологического процесса помола цементного клинкера Биология

Цена:

Авторы работы:

Научный журнал:

Год выхода:

Текст научной статьи на тему «Моделирование технологического процесса помола цементного клинкера»

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОМОЛА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

Мью Лин Аунг, Хейн Хтет Аунг, Исмоилов М.И., Гогиберидзе О.Э.

ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ’)», Российская Федерация, г. Москва, http://www.madi.ru, ismoilov_mi@mail.ru

В статье рассматриваются вопросы организации и моделирования технологического процесса помола цементного клинкера. Представлена математическая модель управления технологическим процессом помола цементного клинкера в замкнутом цикле, на основе которой была разработана имитационная модель. Приведены результаты имитационных экспериментов.

Ключевые слова: цемент, цементный клинкер, помол цементного клинкера, моделирование, мельница, сепаратор.

MODELING OF THE TECHNOLOGICAL PROCEss OF CEMENT CLINKER GRINDING

Myo Lin Aung, Hem Htet Aung, Ismoilov M.I., Gogiberidze O.E.

State Technical University — MADI, Russian Federation, Moscow, http://www.madi.ru, ismoilov_mi@mail.ru

In the article considered the questions of the organization and modeling of the technological process of grinding cement clinker. Presents the math-

ematical model of process control of a cement clinker grinding in a closed loop, on the basis of which was developed the simulation model. The results of simulation experiments are presented.

Keywords: cement, cement clinker, cement clinker grinding, modelling, mill, separator.

Цементная промышленность является ведущей отраслью в производстве строительных материалов. Технологический процесс производства цемента отличается высокой степенью сложности, и включает в себя следующие основные операции [1]:

• приготовление сырьевой смеси;

• помол цементного клинкера.

Наиболее ответственным и энергоемким является технологический процесс помола цементного клинкера. В производстве цемента потребление электроэнергии, связанное с измельчением сырья и клинкера составляет примерно 75% от затрат на производство цемента [2].

Следует отметить, что именно от организации процесса помола во многом зависит качество продукции, поэтому системы управления процессом помола должны поддерживать основной технологический параметр процесса — тонкость помола и обеспечивать максимальную производительность.

Как известно, измельчение цементного клинкера на цементных заводах производится на основе двух технологий: помол клинкера по открытому циклу и помол в замкнутом цикле.

Технологическая схема по открытому циклу на основе трубных мельниц широко используется на цементных заводах, но считается устаревшей технологией, и обделена такими недостатками как: повышенное энергопотребление, большие габаритные размеры, невысокая производительность и качество и т.п.

При использовании второй технологии трубные мельницы открытого цикла заменяются шаровыми, работающими по замкнутому циклу, вследствие чего достигается более высокое качество продукции и производительность. Эта схема применяется на большинстве современных цементных заводов во всем мире.

Объектом исследования в данной статье является технологический процесс помола цементного клинкера замкнутого цикла.

Основная идея технологии помола замкнутого цикла заключается в том, что измельченный в шаровой мельнице материал поступает в сепаратор, где из него извлекается только фракция тех размеров, которые требуются для готового продукта, а более крупные частицы направляются обратно в шаровую мельницу для дополнительного измельчения. Таким образом, образуется замкнутый цикл, где из поступаемой массы материала непрерывно извлекаются частицы требуемого размера.

На рис. 1 представлена технологическая схема процесса помола замкнутого цикла.

Технологический процесс помола замкнутого цикла

Рис. 1. Технологическая схема системы помола замкнутого цикла

Поток подачи — (клинкер и добавки) входит во вращающуюся мельницу, где измельчается стальными шариками. Измельченный продукт

после мельницы — транспортируется в сепаратор с помощью элеватора, где подразделяется на поток мелких частиц М1> в зависимости от регулируемых регистров, и поток крупных частиц М, который возвращает во вход мельницы. Суммарный сырьевой поток Мс и поток рециркуляции Мк составляют в общем поток на мельницу М .

При измельчении фрагменты классифицируются в соответствии с их размерами. Шаровую мельницу можно рассматривать как трубчатый реактор, в котором происходит фактическая фрагментация материала. Следовательно, процесс помола можно рассматривать как распределение фрагментов по размерам и поведения системы можно описать уравнением массового баланса:

1 по теме «Биология»

• Имитационное моделирование неоднородности строительной смеси в горизонтальном барабанном смесителе

ВЭЙ ПЬОАУНГ, МЬО ЛИН АУНГ, ОСТРОУХ А.В., СУРКОВА Н.Е. — 2014 г.

ИБЕ ЕКАТЕРИНА ЕВГЕНЬЕВНА, КОЗЛОВА ВАЛЕНТИНА КУЗЬМИНИЧНА — 2013 г.

ВЕРТОПРАХОВА Л.А., КЛИМОВ В.Е., СКАКУН В.П., СОЛОВЬЕВА И.А. — 2011 г.

ВЭЙ ПЬО АУНГ, ИСМОИЛОВ МУХАМАДЖОН ИДИБОЕВИЧ, МЬО ЛИН АУНГ, ОСТРОУХ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ — 2012 г.