УДК 666.94.052
Артамонов А.В.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова
Около 85% электроэнергии, затрачиваемой на производство цемента, приходится на дробление и помол. Коэффициент полезного действия мельниц оценивается по-разному, в зависимости от точки зрения и определения этого понятия. Согласно имеющимся данным, от 2 до 20% энергии, потребляемой мельницей, переходит в работу по измельчению материала; остальная энергия расходуется на взаимное трение частиц материала и трение между частицами материала и элементами мельницы, на образование звука, тепла, вибрации, турбулентностей потока материала в мельнице, на преодоление сил трения в приводе между двигателем и мельницей [1].
Несмотря на полезный технологический эффект тонкого измельчения материала, высокий расход затрачиваемой энергии себя не оправдывает.
Для помола клинкера с добавками применяют почти исключительно шаровые мельницы. Несмотря на постоянное совершенствование этих аппаратов, себестоимость помола цемента остается весьма высокой. Это происходит по причине высокого удельного расхода электроэнергии, высокого износа мелющих тел и бронефутеровки.
Развитие процессов измельчения клинкера и добавок определяется необходимостью расширения строительно-технических свойств цемента, повышенными требованиями к его качеству и стабильности, в значительной степени гарантируемых рациональными дисперсными характеристиками цемента. Фирмы-изготовители поставляют рядовые цементы с удельной поверхностью Sбл = 3200 ¸ 4200 см2/г, что на 500 ¸1000 единиц превышает этот показатель цементов, выпускавшихся ранее. Сегодня оценка тонкости помола характеризуется классом 45мкм и все чаще параметрами зернового состава. Повышение дисперсных характеристик цемента, сопровождающееся ростом удельных энерго- и металлозатрат, предопределяет создание эффективных энерготехнологических решений.
Среди современных технологических систем измельчения клинкера и добавок можно выделить такие как «трубная мельница», «трубная мельница — динамический сепаратор», «прессвалковый измельчитель — трубная мельница», «прессвалковый измельчитель — трубная мельница — динамический сепаратор», «прессвалковый измельчитель – центробежный дезагрегатор – динамический сепаратор», «барабанно-роликовая мельница – динамический сепаратор», «валковая мельница – динамический сепаратор», «центробежно-ударная мельница» и другие [2].
В данной работе найдены основные свойства и зерновой состав цемента, полученного измельчением на центробежно-ударной мельнице. Измельчение в такой мельнице происходит преимущественно ударом при взаимодействии частицы с ротором и футеровкой корпуса. Корпус мельницы представляет собой вертикально расположенный стальной барабан, на котором изнутри закреплена бронефутеровка. Внутри корпуса находится ротор-измельчитель. Вся система аспирируется вентилятором, который нагнетает воздух в зону измельчения. Частицы цемента, подхваченные воздушным потоком, уносятся в сепаратор, расположенный над корпусом мельницы. Тонкие частицы, выделенные сепаратором, направляются в систему очистки. Крупные – направляются на доизмельчение.
Кроме низких энерго- и металлозатрат центробежно-ударную мельницу характеризуют:
- малая масса;
- малая площадь, занимаемая мельницей;
- низкая температура получаемого цемента – 45 оС;
- отсутствие вибрации и, следовательно, отсутствие необходимости установки специальных массивных фундаментов;
- низкий уровень шума.
В работе использовался клинкер и шлак Магнитогорского цементно-огнеупорного завода (МЦОЗ). Химический состав сырьевых материалов представлен в табл. 1.
Клинкер МЦОЗ характеризуется следующими показателями:
- коэффициент насыщения, КН=0,94;
- силикатный модуль, СМ=1,93;
- глиноземистый модуль, ГМ=1,35;
- минералогический состав (C3S=62.5%; C2S=9,4%; C3A=8,2%; C4AF=13,2%).
- содержание SO3 в гипсе – 31,2%.
В настоящее время на МЦОЗ получают шлакопортландцемент М300 (клинкер – 55%, шлак – 45%). Для замедления сроков схватывания вводится добавка гипса в размере 4% от массы клинкера.
Помол цемента ведется по открытому циклу в трубных мельницах 2,6X13 до удельной поверхности Sбл=2800 см2/кг. При этом удельный расход электроэнергии составляет около 56 кВт*ч/т. Свойства ШПЦ М300, полученного путем помола в трубной мельнице 2,6X13, представлены в табл. 2 (цемент №2).
Что касается данных анализа цемента №2, то все три показателя (ситовый анализ, удельная поверхность, седиментационный анализ) не противоречат друг другу. Дело в том, что у этих двух цементов отличаются способы помола. Цемент №2 помолот в шаровой мельнице и, следовательно, измельчение происходило путем удара, разламывания, истирания. В случае цемента №1 измельчение происходило почти исключительно путем удара. Из этого следует, что у цементов различна форма частиц. Видимо, частицы цемента №1 обладают большей дефектностью, и слой порошка из таких частиц лучше пропускает воздух. То есть прибор ПСХ-2 «тарирован» на измерение цемента, молотого традиционно в шаровой мельнице, и в случае цемента №1 показывает неверный результат. Удельная поверхность цемента №1 фактически должна быть выше, и это доказывают данные ситового и седиментационного анализов. Что касается активности цементов, то они практически равны.
Цемент аналогичного состава был помолот на центробежно-ударной мельнице МЦ-1,6 (диаметр ротора – 1,6 м). Удельный расход электроэнергии составил около 45 кВт*ч/т. Его свойства представлены в табл.2 (цемент №1).
Удельная поверхность цементов была определена на приборе ПСХ-2. Удельная поверхность цемента №1 составляет всего 2343 см2/кг, однако проход через сито №008 – 100%. Данные седиментационного анализа (табл.3) также противоречивы с показателем удельной поверхности. Что касается данных анализа цемента №2, то все три показателя (ситовый анализ, удельная поверхность, седиментационный анализ) не противоречат друг другу.
Учитывая только такие статьи калькуляции себестоимости цемента, как вспомогательные материалы и электроэнергия на технологию (помол), представленные в табл. 4, себестоимость цемента №1 будет на 3 руб. 99 коп. ниже себестоимости цемента №2 (в ценах июня 1999г.). Если учесть еще, что затраты на текущий и капитальный ремонт у центробежно-ударных мельниц намного ниже аналогичных затрат шаровой мельницы, то можно сказать, что себестоимость цемента №1 еще значительно снизится.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что шлакопортландцемент марки 300 можно получить путем более низких затрат, применяя при помоле центробежно-ударную мельницу. При этом свойства такого цемента будут не хуже свойств цемента, молотого в шаровой мельнице.
В настоящее время ведутся исследования по изучению свойств других видов цементов, молотых в центробежно-ударной мельнице.
Библиографический список
- Дуда В. Цемент/ Пер. с нем. Е.Ш. Фельдмана; под ред. Б.Э. Юдовича. — М.:Стройиздат, 1981.
- Пироцкий В.З., Богданов В.С. Технологические системы измельчения (ТСИ) клинкера: характеристики и энергоэффективность// Цемент.- 1998. — №4.
