Проектирование цементных заводов (стр. 6 )

Поточная схема горно-транспортных работ по добыче мягкого сырья (глины, мела) включает роторный экскаватор — самоход­ный бункер — ленточный конвейер. Приготовление глиняного и глиняно-мелового шламов по побочной технологии добычи бази­руется на использовании передвижных комбайнов, оборудован­ных рабочим органом роторного типа, и-роторными мельницами абразивного действия тонкого измельчения. Приготовленный в роторных мельницах шлам через разгрузочные решетки мельниц поступает в шламовый сборник, откуда находящимся на комбай­не шламовым насосом перекачивается в промежуточные емкости для шлама. Шламо - и водопроводы в местах подсоединения к комбайну оборудуются гибкими участками, что обеспечивает ма­невренность комбайна в работе.

Выемочно-погрузочные работы на карьерах цементного сырья, осуществляемые по традиционной цикличной схеме, основывают­ся на использовании преимущественно экскаваторов типа прямая лопата с ковшом ёмкостью до 8,0 м3 и автосамосвалов грузо­подъемностью до 40 т. Экскаваторы драглайн, в основном, при­меняют при выемочно-погрузочных работах по «мягким» породам (мел, глина и т. д.), а также при перевалке цементного сырья на транспортный горизонт. Обеспечение высокопроизводительной работы экскаваторов может быть достигнуто при соблюдении сле­дующих условий:

- тип экскаватора и ёмкость ковша должны соответствовать горно-техническим условиям разработки месторождения;

- ёмкость кузова автосамосвала должна превышать ёмкость ковша экскаватора в три и более раза;

- экскаватор должен постоянно иметь соответствующий фронт горных работ.

Высота уступа не должна превышать: для экскаваторов типа прямая лопата, при разработке с применением взрывных ра­бот,— более чем в 1,5 раза высоту черпания экскаватора; при этом высота развала после взрыва не должна превышать высоту черпания экскаватора. Также дополнительно следует осуществ­лять меры, препятствующие обрушению «козырьков», навесов и т. д.

При разработке без применения взрывных работ высота ус­тупа не должна превышать максимальную высоту черпания экс­каватора.

Транспорт вскрышных пород и цементного сырья в зависи­мости от рельефа поверхности и физико-механических свойств горных пород, как внутрикарьерный, так и внешний, может быть автомобильный или железнодорожный. На карьерах преимуще­ственное применение получил автомобильный транспорт.

Подъем карьерных автодорог и заездов должен быть не более 6,08 (в исключительных случаях до 0,10). Уклоны в порожняковом направлении ограничиваются условиями безопасности движения, но не должны превышать 0,12—0,15. Радиусы кривых должны быть не менее 20 м. В качестве транспортного оборудования на карьерах цемсырья, в основном, используются автосамосвалы грузоподъемностью 12—40 т. Выбор типа и грузоподъемности автосамосвалов для карьерных перевозок производится на осно­вании технико-экономических расчетов.

Железнодорожный транспорт на карьерах цементного сырья получил распространение при добыче мягкого карбонатного сырья, на которых из-за низкой несущей способности грунта ис­пользование автотранспорта затруднительно. На карьерах наи­более часто используются тепловозы типа ТГМ-1, ТГМ-3, ТЭМ-1 и вагоны-думпкары грузоподъемностью 60 и 80 тонн.

Величина уклонов железнодорожных карьерных путей уста­навливается в зависимости от назначения путей, вида обращаю­щихся на них составов и типа локомотива.

Радиусы кривых следует принимать не менее 200 м, а на передвижных забойных путях и на отвалах карьера — до 100 м.

Запрещается укладка железнодорожных путей в карьерах и на отвалах без балласта. В качестве балласта можно использо­вать местные материалы, за исключением глины, торфа, расти­тельного грунта и т. д.

Восстановление (рекультивация) нарушенных горными работа­ми земель является одним из важнейших направлений в области охраны природы. Вопросы рекультивации для каждого карьера ре­шаются конкретно с учетом геологических, горнотехнических ус­ловий, ландшафта местности и почвенно-климатических зон райо­на карьера.

6.3. ДРОБЛЕНИЕ И ПОМОЛ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

После добычи в карьере сырьевые материалы подвергаются первичному измельчению — дроблению, которое может произво­диться на заводе или на карьере. Предварительное измельче­ние — это подготовка материала для помола его в мельницах. Так как энергетические затраты на дробление значительно мень­ше, чем затраты на помол, желательно дробить материал до возможно мелких фракций.

Сырьевые материалы, применяемые в производстве портлан­дцемента, обладают различными физико-механическими свойст­вами (твердостью, прочностью) и делятся на три группы: высокой твердости, средней твердости и мягкие. В табл. 6.2 приведены значения прочности различных сырьевых материалов при сжатии.

Таблица 6.2.

Прочность сырьевых материалов (горных пород)

Наименование пород	Прочность при сжатии, МПа
Мраморизированные, окремненные и плотные известняки, порфироиды	100-200
Известняки средней плотности и крепкие мергели	50-120
Пористые известняки, известняки-ракушечники, плотные мергели	20-60
Твердый туф, кремнистые опоки	30-100
Плотные глинистые сланцы	60-150
Мергель глинистый, мягкий сланец	20-60
Мягкий туф, трепел, пемза, глиежи, мягкие мергели, гипс	10-30
Глины влажностью до 10-12%, мел	2-9
Глина влажностью до 25%, суглинки, лесс	0,2-1

В процессе проектирования для каждого из этих видов сырь­евых материалов выбирается определенная технологическая схе­ма дробления и соответствующее дробильное оборудование, по­зволяющее производить измельчение до оптимальных размеров зерен. Основными факторами, определяющими выбор оборудова­ния для дробления сырьевых материалов, являются их физико-механические свойства и размеры кусков, поступающих на дроб­ление. Оптимальная начальная крупность сырья высокой и средней прочности для заводов мощностью до 2500 т/сут. состав­ляет 1000 мм, для заводов мощностью более 2500 т/сут.—1200— 1500 мм. Начальная крупность мягкого сырья — 300—500 мм, а при добыче роторным экскаватором — до 100—120 мм.

Для дробления материалов различных свойств применяют обо­рудование (дробилки), сведения о котором приведены в табл. 6.3.

Таблица 6.3.

Дробилки, используемые для дроблении сырьевых материалов и угля

Порода	Стадия дробления
1	2	3
Известняк окремненный, мрамор, порфироид	Щековая, конусная или роторная (ударно-отражательная)	Молотковая, конусная или роторная	Конусная или молотковая
Известняк плотный, крепкие мергели	Щековая, конусная или молотковая	То же	То же
Известняк-ракушечник, плотный мергель	Щековая или самоочищающаяся молотковая	Самоочищающаяся молотковая или конусная	То же
Туф твердый, кремнистые опоки	То же	То же	То же
Глинистые сланцы, мергели	Щековая, самоочищающаяся молотковая	То же	То же
Туф, трепел, глиежи, пемза, гипс	Валковая или самоочищающаяся молотковая	То же	То же
Мергель глинистый, мягкий сланец	То же	То же	То же
Глина, мел	Валковая или самоочищающаяся молотковая или «Гидрофол», «Аэрофол», «Хацемаг»	Самоочищающаяся молотковая или конусная	Конусная или молотковая
Уголь каменистый, антрацит	Молотковая	То же	То же

Конечная крупность продукта дробления определяется требо­ваниями к сырью, обусловленными принятой схемой последую­щего процесса измельчения, и составляет:

— для схемы с трубной мельницей 20—30 мм (для сырья твер­дого и средней твердости) и до 50 мм (для мягкого);

— для схемы с мельницей «Аэрофол» — 250—400 мм (в зави­симости от диаметра цапфы);

— для схемы с вертикальной тарельчато-роликовой (валковой) мельницей — 40—150 мм (для сырья средней твердости) и до 300 мм для мягких материалов.

Первичное дробление твердых пород осуществляется в щековых, конусных, молотковых, ударно-отражательных дробилках, в том числе в передвижных. Вторичное дробление — в молотковых и ударно-отражательных.

Технологические схемы и количество стадий дробления вы­бирают в зависимости от физико-механических свойств сырьевых материалов (прочности, влажности, пластичности, твердости), способов их добычи и оборудования.

По крупности кусков сырьевых материалов определяется сте­пень его дробления и количество стадий дробления. Для опре­деления производительности выбираемых дробилок и общей схе­мы дробления необходимо знать количество подлежащего переработке сырья и средства его транспортирования к дробиль­ным агрегатам.

Одностадийное дробление (рис. 6.1, а) применяют при исполь­зовании мельниц «Гидрофол» (мокрый способ), мельниц «Аэрофол» или дробилок с одновременной сушкой сырья (сухой спо­соб) — при переработке мягкого сырья (мергель, мел, мергельно-меловые породы, трепел, глина и др.).

При одностадийном дроблении технологические схемы упро­щаются за счет объединения (при сухом способе производства) процессов сушки и измельчения сырьевых материалов в одном агрегате. При мокром способе измельчения применение мельницы «Гидрофол» позволяет заменить несколько глиноболтушек. Легко раскалывающиеся известняки, не требующие больших затрат электроэнергии на помол, следует измельчать также в одну ста­дию, используя для этой цели ударно-отражательные дробилки с высокой степенью измельчения. Ударно-отражательные дробил­ки могут измельчать материал с крупностью кусков до 1000 мм и выдавать продукт размером 25—30 мм.

При двухстадийном дроблении (рис. 6.1, б) по открытому цик­лу материал из приемного бункера колосниковым или пластин­чатым питателем равномерно подается на щековую дробилку I стадии. Дробленый продукт из дробилки I стадии поступает по конвейеру на грохот для отсева из него мелкой фракции (подситный продукт). Крупная фракция, не прошедшая через сито грохот (надситный продукт), направляется в дробилку II стадии. Подситный продукт и материал, прошедший II стадию дробления, направляются в бункера мельниц для помола или на сырьевой склад для создания запаса.

Двухстадийное дробление применяют при переработке твер­дого и средней твердости сырья с применением дробилок тяже­лых типов: на I стадии — конусных или щековых, на II ста­дии — одно - или двухроторных молотковых или конусных дробилок.

При проектировании высокопроизводительных дробильных от­делений (10000 т/сут и более) для плотных известняков без пла­стичных включений целесообразно предусмотреть установку ко­нусных дробилок на I стадии дробления и двухроторных молотковых дробилок на II стадии.

Конусные дробилки имеют высокую производительность (больше, чем у щековых), низкий удельный расход электроэнер­гии. Они могут работать под завалом и для загрузки не требуют установки пластинчатых питателей. Для дробильных отделений средней и небольшой производительности (до 5000 т/сут) целе­сообразно применить на I стадии щековую дробилку, на II ста­дии — однороторные молотковые дробилки.

При трехстадийном дроблении (рис. 6.1, в) иногда после ко­лосникового или пластинчатого питателя устанавливают грохот; полученный подситный продукт направляют сразу на II стадию Дробления. Материал после II стадии вновь рассеивают на гро­хоте; III стадии дробления подвергается только надситный продукт, полученный после рассева продукта, вышедшего яз дро­билки II стадии дробления.

Трехстадийное дробление желательно применять для очень плотных и твердых пород. Для первой и второй стадий дробления целесообразно применять те же типы дробилок, что и при двух-стадийном дроблении, а для третьей стадии — однороторные мо­лотковые или конусные. Конечный продукт дробления при трехстадийном измельчении известняка состоит из фракций размером 10—12 мм.

При одностадийном мокром измельчении мягких пород по замкнутому циклу для классификации продукта применяют ду­говые грохоты или гидроциклоны, из которых крупная фракция возвращается в мельницу «Гидрофол»; при сухом способе уста­навливают воздушно-проходные сепараторы, из которых крупка возвращается в мельницу «Аэрофол» для дальнейшего измель­чения. При двухстадийном дроблении по замкнутому циклу ма­териал из дробилки П стадии поступает на грохот, где отсеива­ется мелкая фракция (кондиционная), а более крупные зерна вновь поступают в дробилку. При трехстадийном дроблении в замкнутом цикле с грохотом работает дробилка II стадии измель­чения.

Дробление в замкнутом цикле с грохочением материала по­зволяет значительно повысить производительность помольных установок, улучшить качество получаемого продукта, снизить удельный расход электроэнергии.

Дробильные отделения размещаются, как правило, на площад­ках цементных заводов или на борту карьеров. В дробильных отделениях располагаются расходные бункера сырьевых матери­алов, оборудование для дробления, грохочения, обеспыливания, а также системы дистанционного управления и автоматики. В качестве транспортирующих механизмов, осуществляющих пере­дачу от одного дробильного агрегата к другому, а также пода­ющих готовый продукт в сырьевой цех или на склад, применяют ленточные конвейеры и элеваторы.

Для первичного дробления сухих непластичных известняков средней твердости целесообразно применять дробилки ударно-от­ражательного действия (роторные). Дробильные установки с удар­но-отражательными дробилками могут быть как стационарными, так и передвижными. Наиболее экономично использование пере­движных или самоходных дробильных установок СДУ (или агрегатов-СДА), оборудованных приемным бункером, питателем, дро­билкой и транспортером, выдающим измельченный продукт. Такие агрегаты выполняются на гусеничном, шагающем или ко­лесном ходу и работают в забое карьера совместно с экскавато­ром. Технологическая схема такой установки приведена на рис. 6.2. Производительность СДУ достигает 1000 т/ч. Такие агрегаты могут принимать куски материала размером до 1000— 1200 мм. Применение такой схемы переработки сырья полностью исключает промежуточный автомобильный транспорт, т. к. из­мельченный материал доставляется на цементный завод ленточ­ными транспортерами значительной протяженности (до несколь­ких километров).

6.3.1. Примеры технологических схем дробления

При первичном дроблении мягкого сырья (глина, мел) приме­няют валковые и молотковые самоочищающиеся дробилки. Гли­на, поступающая из карьера с размером кусков до 500 мм, из­мельчается в дробилках до 100 мм. Технологические схемы дробления мягкого сырья представлены на рис. 6.3 и 6.4.

По схеме, представленной на рис. 6.3, можно дробить раз­дельно мел и глину, а также глинистый мергель.

На рис. 6.4 приведена технологическая схема первичного дробления глины и мела в одной дробилке. При такой схеме дробления в дробилку подается смесь мела и глины в соответ­ствующих пропорциях. Применение такой схемы возможно в том случае, если дробилки расположены на цементном заводе или карьеры мела и глины расположены рядом.

При использовании мельницы «Гидрофол», как правило, в первичном дроблении нет необходимости, за исключением слу­чая, когда размер кусков материала превышает 1000 мм. При дроблении твердых пород на отечественных цементных заводах, в основном, принята двухстадийная схема дробления. Обычно на дробление поступают куски карбонатного компонента размером 100—1000 мм. После дробления продукт не должен содержать фракций крупнее 25 мм. Однако для обеспечения экономичной работы мельниц рекомендуется загружать их материалом круп­ностью 8—10 мм, поэтому многие зарубежные фирмы используют трехстадийные схемы дробления.

Технологическая схема дробления твердых известняков без мажущих включений представлена на рис. 6.5. По этой схеме дробление известняка производится в две стадии. Подача изве­стняка от забоя карьера осуществляется автосамосвалами в приемный бункер, затем с помощью пластинчатого питателя 2 в дробилку 3 первичного (крупного) дробления. Передача дроб­леного известняка (300 мм) от I стадии дробления на вторичное дробление производится ленточным транспортером.

Места пылевыделения (места перегрузки материала) находятся под разрежением, создаваемым вентилятором аспирационной ус­тановки; запыленный воздух можно очищать с помощью рукав­ного фильтра.

Отделение вторичного дробления с бункерами и питателями размещают в самостоятельном здании, соединенном с отделени­ем первичного дробления галереей, в которой размещен ленточ­ный транспортер 4. Вторичное дробление осуществляется в мо­лотковой дробилке до крупности 0—25 мм. Дробленый в молотковой дробилке материал ленточным транспортером 7 по­дается на склад или в бункер мельницы. Для предотвращения запыления окружающей среды молотковые дробилки и места перегрузок материала необходимо оборудовать вентиляционной установкой и рукавными фильтрами для очистки запыленного воздуха.

Дробление твердых карбонатных пород с применением замк­нутого цикла осуществляется по схеме, аналогичной приведенной на рис. 6.6. Отличием является то, что после II стадии дробления материал классифицируется на грохоте и крупная фракция воз­вращается назад в дробилку.

В случае использования влажных известняков средней твер­дости с мажущими включениями можно применить такую же технологическую схему, заменив обычную молотковую дробилку на самоочищающуюся молотковую дробилку.

6.3.2. Помол сырьевых материалов

Процесс тонкого измельчения (помол) увеличивает поверх­ность взаимодействия материалов и их реакционную способность. Чем тоньше измельчены сырьевые материалы, тем скорее про­исходят физико-химические процессы в зонах контакта взаимо­действующих частиц.

Для тонкого измельчения материалов применяют различные типы мельниц: шаровые, трубные, валковые и роликовые (коль­цевые), а также мельницы самоизмельчения. В отечественной цементной промышленности измельчение твердых сырьевых ма­териалов для сырьевой смеси осуществляют, в основном, в труб­ных мельницах.

Мокрый и сухой способы помола сырья. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды до образования водной суспензии — шлама с влажностью от 36 до 50%, в зависимости от физико-химических характери­стик используемых материалов.

При сухом способе дробления сырьевые материалы частично подсушивают, дозируют в заданных соотношениях и подают в мельницу, где они измельчаются до требуемой тонкости. Процес­сы сушки и измельчения могут совмещаться в одном агрегате.

Помол сырьевых материалов осуществляют по открытому или по замкнутому циклу.

В схемах по замкнутому циклу при сухом помоле в качестве классификаторов применяются сепараторы, при мокром — гидро­циклоны и грохоты.

В схеме по открытому циклу (рис. 6.7 а, б) весь размалываемый материал при прохождении через мельницу измельчается до задан­ной тонкости и выходит в виде готового продукта. Применение открытого цикла помола требует длительного пребывания матери­ала в мельнице (для достижения необходимой тонкости), поэтому такой помол осуществляется в длинных трубных мельницах.

В практике работы отечественной цементной промышленности наиболее распространенной схемой мокрого помола сырьевой смеси является схема открытого цикла.

Для мокрого помола по открытому циклу известняков высокой и средней твердости применяются трубные мельницы с. соотно­шением диаметра к длине от 1:4,7 до 1:6, а для помола мягких известняков и мергелей — более короткие трубные мельницы с соотношением D:L порядка 1:2,5—1:2,7.

Кроме шаровых трубных мельниц в цементной промышлен­ности применяются мельницы, в которых первая «мера, да происходит грубое измельчение, заполняется металлическими стержнями, автора» (тонкое измельчение) - металлическими шарами. Эти мельницы имеют более высокие технико-экономи­ческие показатели при помоле твердых сырьевых материалов.

В схемах, работающих по замкнутому циклу, помол в мель­нице сопровождается последующей классификацией материала в сепараторе с выделением крупки и тонкого продукта. При сухом помоле (рис. 6.8 а, б, в, г) весь выходящий из мельницы материал, как крупный, так и мелкий, проходит через сепаратор, в котором мелкие зерна отделяются от крупных; при этом крупные зерна (крупка) из сепаратора возвращаются в мельницу для домола. При мокром помоле (рис. 6.9 а, б) для выделения грубой фракции используют грохоты или гидроциклоны. При этом способе помола применяют более короткие мельницы, чем при помоле по откры­тому циклу. Применение в схемах мокрого помола классифика­торов, при определенных условиях, обеспечивает повышение про­изводительности мельниц и снижение удельного расхода электроэнергии на помол.

Классификаторы шлама дают существенный эффект при из­мельчении сырья, содержащего трудноразмалывающиеся включе­ния. При однородном составе сырья эффективность классификации снижается. Поэтому выбор той или иной схемы помола нужно про­изводить, учитывая физические свойства сырьевых материалов. Кроме того, классификация шламов после мельницы затрудняется вследствие невысокой влажности шлама (до 40%). Более целесооб­разно применять классификаторы, в частности гидроциклоны, для сепарации грубых шламов и при влажности свыше 40%, т. е. после болтушек или мельниц самоизмельчения с последующим помолом крупных фракций в шаровой мельнице (рис. 6.10).

Использование виброгрохотов ограничивается вследствие их низкой производительности. Чаще на цементных заводах применяются дуговые грохоты, обладающие более простой конструк­цией, чем виброгрохоты. Они являются наиболее эффективными классификаторами плотных шламов при работе на сырьевых ма­териалах с пластичными включениями, частично размучивающи­мися в воде, или же на шламах из твердых кристаллических известняков.

Несмотря на некоторые преимущества замкнутого цикла мок­рого помола сырьевой смеси, сырьевые цеха крупных цементных заводов преимущественно оборудуются помольными агрегатами для открытого цикла работы, так как он является более надеж­ным при переработке больших масс сырьевых материалов. При использовании в качестве компонентов сырьевой смеси мягких материалов (глины и мела) используют помол в замкнутом цикле в мельнице «Гидрофол» по технологической схеме, приведенной на рис. 6.11. В мельницу «Гидрофол» подается глиноогарочный шлам и мел, которые измельчаются до состояния, когда в шламе содержится ~80% готового продукта. После классификации в гидроциклонах крупка возвращается в мельницу «Гидрофол», а тонкая фракция — через промежуточный бассейн поступает в че­тыре гидроциклона, которые выделяют готовый продукт и круп­ку, далее направляемую в шаровую мельницу для окончательного измельчения.

Для тонкого измельчения сырьевой муки (сухой способ) пре­имущественно применяют технологические схемы с мельницами для одновременного помола и сушки. Этот вопрос рассматрива­ется в разделе «Совмещение помола сырья с сушкой».

Помол и сушка сырьевых материалов. При сухом способе производства высокая влажность сырьевых материалов вызывает необходимость сушки их перед помолом. Определяющими пара­метрами процесса сушки являются влажность (абсолютная и от­носительная) и температура теплоносителя (сушильного агента). Абсолютной влажностью называют количество влаги в граммах, содержащейся в виде пара в 1 м3 воздуха или газа. Относитель­ной влажностью W (%) называют отношение массы водяного пара тп, содержащегося в 1 м3 газа при данной температуре, к массе водяного пара тн, который может содержаться в 1 м газа при полном его насыщении при той же температуре, т. е.

Материал высушивается только в том случае, когда относи­тельная влажность воздуха или газа менее 100%. Чем она мень­ше, тем быстрее будет проходить процесс сушки.

При охлаждении воздуха с постоянной абсолютной влажно­стью относительная влажность непрерывно увеличивается, дости­гая при определенной температуре 100%. Температура, при ко­торой воздух становится насыщенным, называется точкой росы. При понижении температуры ниже точки росы из воздуха начи­нает выделяться влага в виде капель (роса, туман). Точка росы — важная характеристика теплоносителя.