ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ НА ПЕРЕРАБОТКУ СЫРЬЯ ПРИ МОКРОМ СПОСОБЕ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА

УДК 666.9.022

Златковский  А.Б., Польский Л.Л., Здоров А.И., Трушко В.В.
Гос ОАО НИИ «Укрдицемент» (Харьков, Украина)

В связи с особенностями сырья, используемого цементными заводами СНГ, более 80 % выпускаемого цемента производится мокрым энергоемким способом.

Исследования, проектные и конструкторские проработки перевода цементных заводов с «мокрого» способа на «сухой» показали, что реализация  этих предложений для потенциально возможных заводов требует значительных капиталовложений.

На ряде цементных заводов, использующих мел в качестве основного карбонатного компонента сырьевой смеси, получение стабильной влажности сырьевого шлама является одной из главных задач технологического процесса.

Различие в вещественных составах и свойствах используемых мелов приводит к отклонениям (на 3 и более %) по влажности нормальных по химическому составу шламов, даже при использовании мелов с одинаковым содержанием карбонатов Са и Мg и, кроме того, влияет на реакционную способность смеси.

Результаты наших исследований показали, что практически для всех мелов, а также мелово-глинистых шламов, прослеживается зависимость влажности шламов от титра мела – с его увеличением влажность шлама снижается.

Для ряда разновидностей мелов равнозначных титров, приготовленные на их основе меловые шламы имеют различную влажность при идентичности остальных параметров (растекаемость, гранулометрический состав). Причина указанного несоответствия связана с особенностями мела, заключающаяся в том, что его свойства и, в первую очередь, гидрофильность зависит от состава его карбонатной части, дисперсности, величины активной поверхности, жесткости коагуляционной структуры, количества примесей в меле и их химического и минералогического состава, наличия аморфного кремнезема и др.

Так, в пределах одного содержания СаО в меле с увеличением соотношения SiО2 к Аl2О3 влажность меловых шламов понижается. Кроме примесей гидрофильность мелов определяется также соотношением между содержанием в них кальцита и остатков микроорганизмов (органогенной части), причем карбонаты Са органического происхождения имеют в воде отрицательный заряд, а неорганического – заряжены в воде положительно. Совокупность приведенных и других факторов обуславливает толщину гидратных оболочек вокруг частиц мела, определяющих величину влажности меловых шламов.

Большое влияние на величину влажности приготавливаемых мелово-глинистых шламов оказывает химический и минералогический состав глинистого компонента. При этом следует подчеркнуть, что вследствие неаддитивности свойств влажность мелово-глинистых шламов, получаемых при совместной переработке мела и глины, всегда будет (на 5-10 %) ниже, чем влажность шлама, полученного при раздельном приготовлении мелового и глинистого шламов и последующего их смешения.

Практически результаты проведенных исследований реализуются посредством разработки технологической схемы оперативного прогнозирования и стабилизации влажности получаемых цементно-сырьевых шламов в зависимости от химического и минералогического состава исходного сырья.

Основу системы прогноза составляет пакет программ для ЭВМ, способных вычислять составы сырьевых смесей и их технологических характеристик по данным анализов исходных сырьевых компонентов. Исходными данными служат результаты химических анализов проб сырья, полученных из скважин эксплуатационной разведки месторождения, составляющие базу данных, которая нуждается в периодической корректировке на основе опережающего контроля сырья. В случае необходимости предусматривается осуществить предварительное шихтование добываемого сырья непосредственно на карьере.

Таким образом, в результате выполненных расчетов можно получить оперативный технологический регламент режима работы сырьевого передела на заданный период времени, обеспечивающий стабилизацию требуемых технологических параметров.

Следующим этапом сырьевого передела является переработка добытого цементного сырья.

Благодаря работам, проведенным «Укрдицементом», «Южгипроцементом» и «Гипроцементом» практически на всех цементных заводах бывшего Союза были внедрены мельницы мокрого самоизмельчения «Гидрофол».

Опыт эксплуатации этих мельниц при переработке различных сырьевых материалов показал, что они являются надежными и высокопроизводительными агрегатами для первичного измельчения цементного сырья и приготовления грубомолотых сырьевых шламов. Применение таких мельниц исключает стадию дробления сырья, уменьшает количество единиц перерабатывающего оборудования, значительно снижает затраты по переделу переработки сырья.

Вместе с тем, для получения кондиционного по тонкости помола  шлама необходимо последующее его доизмельчение в шаровых мельницах. Для решения проблемы получения кондиционного шлама в одном агрегате были проведены работы по созданию на базе полупромышленной мельницы «Гидрофол» агрегата, сочетающего в себе функции первичной и вторичной переработки.

Результаты проведенных испытаний на созданной установке показали, что совмещение камер первичного измельчения и камеры домола, загруженной мелющими телами дает возможность получить в одном агрегате  кондиционный по тонкости помола шлам из мягкого и твердого сырья.

Эти результаты положены в основу разработки исходных данных для составления технического задания машиностроителям на создание опытного образца мельницы «Гидрофол» совмещенной с камерой домола. В качестве базовой для создания промышленной установки принята мельница «Гидрофол» типа ММС-7 х 2,3 м. Расчетная производительность установки по смеси мела и глины в зависимости от свойств сырья составит 450-500 т/час по сухому (кондиционному по тонкости помола) материалу. Расчет производился по аналоговому принципу, базирующемуся на данных полупромышленных и промышленных испытаний по уточненной нами (применительно к условиям цементного производства) формуле К.А.Разумова:

Расчетная производительность установки по смеси мела и глины

где значения показателей степени «n» составляют: для известняков – 0,69; для мергеля – 0,6; для мела – 0,57; для глины – 0,3.

Создание такого совмещенного агрегата позволит:

  • совместить стадии дробления, предварительного и тонкого измельчения в одной установке;
  • снизить численность обслуживающего персонала;
  • снизить количество основного и вспомогательного оборудования;
  • снизить удельные затраты электроэнергии на переработку сырья.

Так, по предварительным расчетам, за счет совмещения  процессов переработки сырья экономия электроэнергии на одну технологическую линию с печью 5 х 185 м составит 4,8 млн. кВт  в год.

Одним из локальных приемов снижения расхода электроэнергии и эксплутационных затрат на переработку сырья и приготовление шламов является также и их гидравлическая классификация в гидроциклонах. Нами в течение ряда лет проводились работы по исследованию и промышленному внедрению гидроциклонов на цементных заводах, использующих в качестве карбонатного  компонента мела и мергели (Амвросиевском, Балаклейском, Белгородском, Себряковском, Бахчисарайском и других цементных заводах). Результаты промышленных проверок и данные эксплуатации гидроциклонов показали возможность снижения на 40-50 % расхода мелющих тел и электроэнергии на помол сырья.

Однако предварительная гидравлическая классификация цементно-сырьевых шламов не стала постоянно действующим фактором в технологических схемах цементных заводов в связи с рядом обстоятельств:

  • сравнительно быстрым износом некоторых конструктивных узлов гидроциклонов, изготавливаемых из неизносостойких материалов;
  • необходимостью установки насосов, обеспечивающих стабильное давление шлама на входе в гидроциклон в пределах 5-6 атм, а также осуществления соответствующего наблюдения и контроля за их работой;
  • низкая стоимость электроэнергии в бывшем Союзе.

Учитывая резко изменившуюся ситуацию в экономике предприятий, в обеспечении их электроэнергией и ее стоимости, нам представляется, что в сложившихся условиях цементным заводам с целью снижения энергозатрат следует использовать в технологических схемах приготовления шламов предварительную их гидравлическую классификацию с применением гидроциклонов. Тем более, что их приобретение и установка потребует незначительных капитальных затрат.

Гидравлическая классификация шламов из твердых пород цементного сырья в гидроциклонах практически не осуществлялась. Это вызвано тем, что в процессе разделения шлама по гранулометрическому составу происходит также резкое разделение продуктов верхнего и нижнего сливов по влажности. В связи с указанным, некондиционная часть шлама (нижний слив), поступающая на домол в мельницу, по мере измельчения теряет свою текучесть, что приводит к нарушению режима работы сырьевой мельницы и для его стабилизации требуется дополнительная подача воды, приводящая к повышению общей влажности готового шлама.

В «Укрдицементе» разработана технологическая схема, позволяющая стабилизировать процесс по влажности готового шлама с использованием гидроциклонов для классификации шламов из твердых пород.

Что касается абразивного износа гидроциклонов (особенно при классификации шламов из твердых пород), то в Украине в настоящее время имеются предприятия изготавливающие гидроциклоны и отдельные узлы и детали к ним из износостойких материалов.

Кроме того, по данным информации Европейского представительства  фирмы KREBS (США) она поставит гидроциклоны из различных типов износостойких материалов.

В случае необходимости институт «Укрдицемент» может оказать помощь цементным заводам в реализации приведенных выше технических решений.