Способ измельчения хрупких материалов

 

Использование: измельчение хрупких материалов в строительной индустрии, например, в цементном производстве при измельчении клинкера, известняка, техногенных компонентов и других материалов. Сущность изобретения: материал предварительно разрушают до степени измельчения 5-15% , затем измельчают в валковом агрегате до степени 30-40% , после чего диспергируют до степени 5-7% , а затем осуществляют помол в шаровой мельнице или вибромельнице до степени измельчения 35-60% . 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измельчению хрупких материалов в строительной индустрии и может быть использовано в цементном производстве при измельчении клинкера, известняка, техногенных компонентов и др. материалов.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности измельчения при снижении энергоемкости помольных агрегатов.

На фиг. 1 показана кинетика процесса измельчения мелкокусковых материалов и диаграмма уплотнения; на фиг. 2 - схема реализации предлагаемого способа измельчения хрупких материалов.

Процесс тонкого измельчения мелкокусковых материалов описывается экспоненциальной зависимостью (кривая 1, фиг. 1) тонкости помола (остатка на сите, R. % ) от времени ( τ) измельчения (или длины помольного агрегата, L), характеризующейся резким снижением крупности измельчаемого материала на I стадии и замедленным приростом тонкости помола на последней III стадии, сопровождающейся наибольшим расходом электроэнергии.

Процесс уплотнения порошкообразных материалов также описывается экспоненциальной зависимостью (кривая 2, фиг. 1) степени плотности материала Е = (ρ_i/ρ)·100% , где ρ_i- плотность материала, соответствующая определенному усилию прессования, Р_i, ρ_о - исходная насыпная масса материала, от усилия прессования P. Аналогичный характер кривых 1 и 2 (фиг. 1) свидетельствует о взаимосвязи процессов измельчения и уплотнения (прессования) материалов.

Предлагаемый способ измельчения хрупких материалов включает постадийный помол материалов в отдельных агрегатах (фиг. 2). Первые стадии процесса измельчения (фиг. 1, кривая 1) вынесены за пределы трубной мельницы в валковый измельчитель 4 (фиг. 2), обеспечивающий непосредственное раздавливающее воздействие на мелкокусковой материал вместо неэффективного крупношарового воздействия в трубной мельнице. Учитывая наличие протяженной I стадии уплотнения материала (кривая 2, фиг. 1), незначительную протяженность зоны динамического воздействия (разрушения) в валковом измельчителе, а также наличие полифрикционного состава измельчаемых материалов (клинкера, известняковых пород и т. д. ) с различной прочностью частиц различных размеров (для крупных частиц - прочность наименьшая, для мелких - наибольшая), перед валковым измельчителем используется устройство 3 для предразрушения материалов и стабилизации гранулометрического состава (фиг. 2). Для дизагломерации спрессованных в пресс-валковом измельчителе 4 пластин материала используется дезагломератор 5. Окончательный домол предварительно измельченного и дезагрегированного материала осуществляется в барабанной мельнице 6, оснащенной внутримельничными энергообменными устройствами, наклонной межкамерной перегородкой 7 и лопастным эллипсным сегментом 8. Использование внутримельничных энергообменных устройств для домола предварительно измельченного в валковом агрегате материала обеспечивает сдвиговые деформации (вдоль корпуса мельницы) мелющей загрузки, что является более эффективным способом разрушения частиц с микродефектной структурой, полученной в валковом измельчителе, чем обычный способ измельчения в шаровых мельницах (без поперечно-продольного перемещения мелющих тел).

В качестве помольного агрегата для помола материала могут быть использованы и другие помольные агрегаты, например, вибромельницы. Экспериментально установили, что степень измельченности материалов по указанным стадиям должна соответствовать значениям: на первой стадии - 5 - 15% , на второй - 30 - 40% , на третьей - 5 - 7% , на четвертой - 35 - 60% . Выбор указанных диапазонов обусловлен рациональным распределением энергии, затрачиваемой на разрушение зерен материала определенной крупности (см. фиг. 1).

Диапазон первой стадии (5-15% ) обусловлен получением микродефектной структуры материала с уменьшенным d_ср средним размером - например, в щековом предизмельчителе (3, фиг. 2). Подача материала с уменьшенным d_срразмером зерна с микродефектной структурой в валковый измельчитель обеспечивает более благоприятные условия для разрушения частиц (при постоянном коэффициенте уплотнения К_упл. = ρ_i/ρ), чем шихты полифракционного состава. При степени измельчения ( η) менее 5% наблюдается лишь упаковка зерен материала без существенной деформации. При η> 15% необходимо приложение значительных усилий, что затруднительно осуществить в устройствах для предразрушения материалов без превращения его в измельчительный агрегат.

Диапазон второй стадии (30-40% ) обусловлен наиболее рациональным расходом энергии (усилий прессования) с соответствующим эффективным приростом тонкости помола материала. Значение η < 30% характерно для валковых измельчителей невысоких усилий прессования (Р < (0,5-1) 10⁶ > >н/м, что не характерно для промышленных валковых измельчителей с диаметром валков D > 0,5 м. Получение степени измельченности η> 40% в наиболее распространенных промышленных валковых измельчителях (с усилием прессования Р = (1,5-2) 10⁶ н/м затруднительно. Использование валковых измельчителей с Р > 2˙ 10⁶ н/м связано с повышенным расходом электроэнергии и износом рабочих органов-валков.

Для обеспечения дезагломерации предварительного измельченного в валковом измельчителе материала необходима степень измельченности η = 5-7% . При значениях η< 5% не обеспечивается дезагломерация (разрушение) спрессованных в валковом измельчителе спрессованных пластин. Использование дезагломератора (5, фиг. 2) при η> 7% нецелесообразно, т. к. при указанных значениях η происходит не разрушение аутогезионного взаимодействия частиц в пластинах, (не требующее значительных энергозатрат), а измельчение самих частиц, что целесообразно осуществлять при значительно больших энергозатратах, например, в шаровых или вибрационных мельницах.

Наиболее энергоемкой стадии измельчения соответствует степень измельченности η = 35-60% . При значениях η < 35% не обеспечивается регламентированная тонкость помола конечного продукта, например, для цементного клинкера R₀₀₈ < <10-15% . При η > 60% процесс измельчения сопровождается значительными энергозатратами с незначительным приростом тонины помола и соответствующим агрегированием измельченных частиц.

Для получения конечного продукта высокой тонины помола (например, цемента с удельной поверхностью S > 400 м²/кг) целесообразно использовать на последней стадии вибропомол, осуществляемый в вибромельнице. Для этого предшествующие стадии измельчения должны обеспечивать максимальную степень подготовки (измельченности) материала, для предлагаемого способа η= 15% ; η= 40% ; η= 7% .

Таким образом, использование предлагаемого способа измельчения хрупких материалов по сравнению с известным позволяет получить следующие преимущества: обеспечивает рациональное использование энергии, затрачиваемой на измельчение материала, по отдельным стадиям, что не требует использования металлоемкого оборудования замкнутого цикла измельчения; создает более благоприятные условия (с меньшим расходом электроэнергии и лучшим качеством продукции) для измельчения материала (с уменьшенным размером d_ср зерна материала, имеющего микродефектную структуру) в валковом измельчителе; использование постадийного измельчения с указанными диапазонами степени измельчения материала, а также использование на стадии домола трубной мельницы, оснащенной внутримельничными энергообменными устройствами, или вибромельницы обеспечивают возможность регулирования тонкости помола (а, следовательно, производительность) конечного продукта, обеспечивать рациональные условия измельчения материалов с учетом их различных физико-механических свойств (размолоспособности, исходной и конечной гранулометрии и т. д. ). (56) Заявка ФРГ N 3518543, кл. В 02 С 19/00, 1980.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ, включающий стадию измельчения материалов в валковом агрегате, последующее диспергирование и помол в мельнице, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса измельчения при снижении энергоемкости помольных агрегатов, материал предварительно разрушают до степени измельчения 5 - 15% , затем измельчают в валковом агрегате до 30 - 40% , после чего диспергируют до 5 - 7% , а помол осуществляют в шаровой мельнице с внутримельничными энергообменными устройствами или вибромельнице до степени измельчения 35 - 60% .

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании вибромельницы значения степени измельчения первых трех стадий выбирают максимальными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2