Изобретение относится к сфере измельчения различных материалор и может найти наиболее эффективное применение при производстве цемента и других строительных материалов.

На сегодняшний день интенсификаторы помола цемента или, как их еще называют, ПАВ (поверхностно активные вещества) используются в цементной промышленности при изготовлении цементного порошка. Добавление их к измельчаемому в мельнице цементному клинкеру позволяет:

- продлить межремонтные периоды мельницы за счет снятия электростатического заряда с поверхности перемалываемых частиц и предотвращения последующего агрегирования мелких частиц, что приводит к их налипанию на мелющие органы мельниц и, в результате, перегрузке агрегатов мельницы;

- снизить энергозатраты на помол за счет понижения твердости измельчаемых продуктов (эффект П.А. Ребиндера) и предотвращения налипания мелких частиц на мелющие тела мельницы.

- изменить коэффициент сцепления (трения) между мелющими телами, бронефутеровкой и материалом, тем самым повысить силу удара и истирающего воздействия;

- повысить скорость продвижения материала по мельнице и циркуляцию в поперечном сечении.

Технический результат использования интенсификатора помола при измельчении цементного клинкера заключается в:

- повышении производительности помольных агрегатов при заданной тонкости помола, что позволяет снизить удельные энергозатраты на помол на 2-10 кВт*ч/т цемента;

- повышении гарантированной прочности при повышении тонкости помола при заданной производительности мельницы;

- изменении гранулометрического состава цемента, что может способствовать изменению таких свойств как водоотделение, сроки схватывания, ускорение набора ранней прочности;

- повышении эффективности работы сепараторов в замкнутом цикле из-за снижения доли агрегированных частиц;

- повышении текучести цемента (особенно этот показатель важен при транспортировке цемента по аэрожелобам, работе пневмокамерных насосов, выгрузке цемента из силосов.

1

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Из всего вышеперечисленного видно, что интенсификаторы цомола цемента существенно влияют на процесс измельчения, а также на характеристики готового продукта (цементного порошка).

Существует большое количество интенсификаторов помола, применяемых при измельчении цементного клинкера, например, пропиленгликоль, триэтаноламин (ТЭА), мылонафт, соапсток, сульфит-спиртовая барда и др. Эффективность применения интенсификаторов помола зависит не только от их состава, но и от способа их введения в перемалываемый цементный клинкер.

Уровень техники

На цементных заводах чаще всего встречается достаточно экономный вариант технологической линии для измельчения цементного клинкера, которая не предусматривает никакого специального оборудования для подачи интенсифиактора помола цемента. В таком случае интенсификатор помола просто выливают на цементный клинкер, который перемещается по транспортёрной ленте в мельницу или заливают весь необходимый объем интенсификатора в загрузочное отверстие мельницы.

Недостаток такого способа заключается в том, что интенсификатор соединяется с цементным клинкером только в начале цикла до попадания в первую камеру мельницы, не попадая в свободной форме во вторую её камеру. В итоге где-то на кдинкер попадает избыток интенсификатора, а где-то и вовсе отсутствует. Для более равномерного распределения интенсификатора необходимо увеличивать его количество, что приводит к неэкономичному его использованию, а иногда может ухудшить качества цемента. По этой же причине по сравнению с нижеуказанными аналогами данный способ обеспечивает довольно низкую эффективность при:

- снижении электростатических зарядов с перемалываемых частиц;

- увеличении производительности мельниц помола цемента;

- сокращении удельного энергопотребления на 1 т производимой продукции;

- увеличении тонкости помола;

- улучшении гранулометрии цемента;

- противодействии явлению налипания цемента на мелющие тела и футеровочные плиты мельницы;

- улучшении текучести цемента;

- стабилизации режимов работы оборудования.

Известен способ введения интенсификатора помола, при котором готовый раствор ПАВ самотеком поступает в основной расходный бак, емкость которого равна примерно суточной потребности цеха в ПАВ. Из расходного бака через коллектор раствор подают индивидуальными шестеренчатыми насосами к форсункам. Сюда же по воздушной магистрали поступает сжатый воздух под давлением 2 — 3 атм, который, разбивая струю раствора в форсунке, образует тонкодисперсную туманообразную смесь. Длину выходящей из форсунки струи и угол распыления при постоянном давлении воздуха и раствора регулируют изменением величины воздушного кольцевого зазора в форсунке. Для контроля и регулирования работы установки используется контрольно-измерительная

2

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) аппаратура. (Дешко Ю. И. и другие «Измельчение материалов в цементной промышленности», 1966 г., с.186)

Данный аналог имеет существенное преимущество по сравнению с вышеуказанным, так как, за счет распыления интенсификатора в виде туманообразной смеси последний взаимодействует с большим объемом всей измельчаемой цементной смеси, при этом эффективность применения интесифитора выше за счет присутствия взвешенных капель раствора в первой камере мельницы. Однако к недостаткам стоит отнести то, что давление, под которым подается сжатый воздух, разбивающий струю раствора в форсунке, составляет всего 2-3 атм. Такого давления недостаточно, чтобы весь раствор воды и интенсификатора поступал на измельчаемый цементный клинкер в виде туманообразной смеси, что в понимании автора заявляемого изобретения должно представлять собой облако взвешенных мелких капель раствора. При разбивании струи раствора сжатым воздухом под давлением 2-3 атм образуется большая часть раствора в виде довольно больших по размеру капель, которые тут же опадут в начале первой камеры мельницы под действием сил гравитации.

Автор заявляемого изобретения считает, что взаимодействие интенсификатора именно в виде взвешенных капель помола с измельчаемым материалом, в частности цементным клинкером, во всем объеме мельницы даёт максимальный эффект применения интенсификаторов. Это положительным образом отражается на производительности оборудования, снижении потребления ним электроэнергии, снижении расхода интенсификатора, а также на улучшении свойств и качества готового продукта (цементного порошка).

Известен также способ ввода интенсификатора помола цемента сразу в 2 камеры мельницы. Осуществляется этот способ устройством для ввода и распыления охлаждающей воды и поверхностно-активных веществ в многокамерную трубную мельницу (авторское свидетельство SU 1457994 от 15.02.1989).

Устройство содержит 2 трубопровода (внутренний и наружный) в загрузочной части мельницы размещены аксиально один внутри другого. При этом внутренний трубопровод заканчивается форсункой и служит для ввода и распыления раствора ПАВ в первую камеру, а наружный трубопровод заглушен с торца и к нему присоединен периферийный трубопровод с форсункой для ввода охлаждающей воды во вторую камеру. Причем оба трубопровода вращаются вместе с мельницей, последний снабжен опорами и гибким элементом и является несущим. В результате конструкция устройства, в частности вертлюга, упрощается и обеспечивается возможность подачи ПАВ во вторую камеру мельниц большего типоразмера.

Недостатком данного аналога является то, что указанный способ применяется лишь вместе с указанным устройством и предполагает реконструкцию мельницы.

Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является способ измельчения материалов в шаровых барабанных мельницах, раскрытый в описании к авторскому свидетельству SU 1543627 от 20.01.1995. Описанный способ предусматривает

3

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) введение раствора поверхностно-активных веществ (интенсификатора помола) в мельницу путем распыления посредством форсунки на определенные участки мельницы.

Описанный способ применим только для определённых типов мельниц имеющих загрузочное устройство с центральным отверстием по оси мельницы для ввода интенсификатора. Следовательно, в цитированом аналоге решение предусматривает определенное изменение традиционной конструкции оборудования в ожидании получения отдельных локальных эффектов.

Большинство цементных заводов имеют свою линию для измельчения цементного клинкера, которая, чаще всего, содержит как минимум шаровую мельницу, состоящую из 2 камер, первая из которых имеет загрузочное отверстие, через которое поступает цементный клинкер, а вторая - разгрузочное устройство для выхода измельченного цементного клинкера. При этом у разгрузочного устройства располагается устройство для аспирации мельницы, которое, хоть и не по прямому своему назначению, но обеспечивает постоянный поток воздуха в двух камерах мельницы, от загрузочного отверстия до разгрузочного устройства. В налаженном производстве внесение изменений в конструкцию технологической линии несет в себе большие финансовые и временные потери, поэтому чаще всего оказывается нерентабельной. Однако неэкономичный расход электроэнергии и использование дорогостоящих интенсификаторов помола цемента заставляют искать пути решения этих проблем для уже имеющейся технологической линии, в большинстве случаев, позволяющих решить их без внесения изменений в конструкцию её элементов.

Именно на решение такой технической задачи направлено заявляемое изобретение. Автор заявляемого изобретения предлагает создать такой способ помола материала, который может быть применен при использовании большинства видов измельчительного оборудования, гарантировано повышая его эффективность, качество помола и общую производительность.

Поставленная задача решается путем регламентации параметров физического состояния обрабатывающего вещества при непосредственном его использовании. Предлагается способ измельчения материала в шаровой барабанной мельнице с использованием распылённого интенсификатора помола. Суть предложения состоит в том, что распыление осуществляют путем генерации облака состоящего из взвешенных частиц интенсификатора помола, -размер более 60% которых составляет 1-60 мкм, при этом обработку материала осуществляют путем распространения взвешенных частиц интенсификатора помола в мельнице с помощью аспирационного воздуха.

Способ может быть реализован в преимущественных формах исполнения, оговоренных далее.

Наиболее хорошо предложенные условия способа подходят при использовании в качестве измельчаемого материала цементного клинкера.

Оптимальная эффективность достигается, когда распыленный интенсификатор помола вводят в загрузочное отверстие шаровой барабанной мельницы.

4

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Для генерации и ввода интенсификатора предпочтительно могут быть использованы ультразвуковое и/или гидравлическое и/или пневматическое и/или механическое устройство распыления.

Рекомендовано для осуществления способа, применение шаровой барабанной мельницы, состоящей, по крайней мере, из двух камер, образованных пропускными межкамерными перегородками во внутреннем пространстве барабана мельницы.

Отдельно примечательное отличие предложенного способа, по сравнению с известными аналогами из уровня техники, заключается в том, что при осуществлении способа производят распыление, при этом общая часть частиц веществ должна поддерживаться в пределах определенного размера (1-60 мкм) микрометров и не меньше определенной концентрации (60 %).

Так же отличие предложенного способа, заключается в том, что распылённое ПАВ вводится непосредственно в загрузочное устройство (отверстие) мельницы при одновременной загрузке в мельницу измельчаемого материала. (Фиг.1).

Между совокупностью существенных признаков заявленного изобретения и полученным техническим результатом существует четко установленная причинно- следственная связь.

Предложенный размер частичек интенсификатора помола в установленной концентрации позволяет свободно распространяться мелкодисперсным каплям по всей протяжности подачи и обработки материала за счёт их лёгкого веса. Подхватываемые аспирационным воздухом мельницы мелкодисперсные капли обрабатывающего вещества значительно равномерней обволакивают перемалываемые частицы сырья, а также мелющие тела мельницы. Таким образом заметно снижается расход интенсификатора помола цемента, повышается качество помола и эффективность использования обрабатывающего агента интенсификатора.

Создание взвешенных частиц интенсификатора менее 1 мкм, технически сложная, энергозатратная и дорогостоящая задача, которая приведёт к неэффективному применению интенсификатора за счёт возможного быстрого вытягивания таких мельчайших частиц из мельницы аспирационным воздухом. Концентрация частиц интенсификатора более 60% при размере 1-60 мкм обеспечивают необходимое и достаточное количество подаваемой смеси на всем протяжении обработки, при этом обеспечивается установленная на практике устойчивость протекания технологического процесса помола. Увеличение размера частиц свыше 60 мкм утяжеляет их массу и, соответственно, устойчивость взвешенного состояния, ухудшая возможность их распространения аспирационным воздухом. Концентрация частиц 1-60 мкм может быть и выше 60%, но это зависит от вида применяемого интенсификатора, метода распыления и требует в каждом случае отдельного подхода.

Соблюдение обозначенных условий определяет основные преимущества предложенного способа по сравнению с известными решениями из уровня техники, где применение распыления готовых растворов интенсификатора помола цемента приводит к сложностям контролирования как размеров капель интенсификатора, так и их

5

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) распространения в мельнице. Все перечисленное приводит к перерасходу обрабатывающего интенсификатора помола и обуславливает ранее перечисленные недостатки.

Основным элементом устройства ввода интенсификатора помола цемента в загрузочное отверстие мельницы является устройство для генерации облака состоящего из взвешенных частиц интенсификатора. Одним из вариантов такого устройства является ультразвуковое устройство, которое построено по принципу эффекта распыления в ультразвуковом фонтане. Основу ультразвукового распылителя составляет излучающий диффузор (находящийся в закрытой сверху ёмкости с жидким интенсификатором), состоящий из металлокерамической мембраны и генератора. Напряжение, генерируемое встроенным генератором ультразвуковой частоты, заставляет мембрану колебаться с частотой около 2 МГц. Мембрана, находясь в растворе интенсификатора на определенном уровне (25 — 40 мм от поверхности), образует небольшой водяной столб высотой 10-15 мм над поверхностью раствора (ультразвуковой фонтан), от которого активно отделяются капли диаметром 1-25 мкм, образующие плотный устойчивый туман интенсификатора. Сформировавшийся туман (облако) мелкодисперсных взвешенных капель смешивается с подаваемым в ёмкость потоком воздуха (через впускной патрубок), и выводится за пределы емкости (через выпускной патрубок). Стандартный диаметр мембраны 20 мм.

Одна мембрана способна преобразовать в туман около 250-300 мл раствора интенсификатора помола цемента в час. Мембраны являются легкосъемными.

Производительность устройства можно увеличить за счёт увеличения количества излучающих мембран. Промышленный мембранный излучающий моноблок состоит из 10 мембран и потребляет около 250 Вт*ч и преобразует в туман около 3000 мл раствора интенсификатора. Увеличение блоков позволяет увеличивать производительность устройства.

Также в ёмкость с мембранным излучающим блоком может быть встроен нагреватель. Задача последнего заключается в том, что при нагревании интенсификатора уменьшается вязкость и поверхностное натяжение интенсификатора, что способствует большему образованию облака взвешенных частиц (тумана). Нагреватель может быть расположен внутри ёмкости с мембранным излучающим блоком, а может быть в виде отдельного нагревательного блока, где происходит нагрев интенсификатора помола и затем, уже нагретым, подаётся в ёмкость с мембранным излучающим блоком.

Более детально предложенный способ будет раскрыт с использованием перечисленных далее графических фигур на примере использования в качестве устройства для генерации облака, состоящего из взвешенных частиц интенсификатора помола цента, ультразвукового устройства.

Фиг. 1 - Общая схема реализации способа с помощью (двухкамерной) барабанной шаровой мельницы.

Фиг. 2 - Схема ультразвукового устройства, применяемого для получения взвешенных частиц интенсификатора помола.

С помощью Фиг.1 продемонстрирован пример общей схемы способа перемалывания материалов, а также отдельные особенности его осуществления согласно предложенному изобретению.

6

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Предложенный способ реализуется следующим образом. Подготовленный интенсификатор помола цемента, насосом 1 (Фиг. 2), через трубопровод и электромеханический клапан 2, поступает в ёмкость 9 (Фиг. 2). Уровень интенсификатора помола в ёмкости 7-8 см поддерживается с помощью уровнемера 3 и электромеханического клапана 2. Мембранный излучающий блок 11 генерирует мелкодисперсное распыление ПАВ (интенсификатора). В ёмкость через воздушный фильтр 5 нагнетается окружающий воздух 4 вентилятором 6. Сгенерированное облако взвешенных мелкодисперсных капель интенсификатора, состоящее из капель размером от 1 до 25 мкм, захватывается проходящим воздухом и выносится за пределы ёмкости. Далее по гибкому трубопроводу 7 доставляются в загрузочное устройство 8 цементной мельницы.

За электропитание, автоматику и сигнализацию отвечает электронный блок 10.

Часть мелкодисперсных взвешенных капель интенсификатора 12, (Фиг. 1) сразу же смешивается с поступающим в загрузочное отверстие цементной мельницы 8 цементным клинкером 13. Так же подхватываемая аспирационным воздухом 14 мельницы остальная часть мелкодисперсных взвешенных капель-интенсификатора проходит дальше в первую 15 и во вторую 16 камеры мельницы с помольными шарами 17. Источником генерации аспирационного воздуха мельницы является аспирационная система мельницы 18, содержащая, по меньшей мере, 1 вытяжной вентилятор. Последний создаёт воздушный поток 14, который, проходя через мельницу, обеспечивает транспортировку взвешенных мелкодисперсных частиц интенсификатора 12 в первую 15 и вторую 16 камеру мельницы. Это позволяет осуществить соединение взвешенных мелкодисперсных частиц интенсификатора помола цемента как с крупными кусками, так и с мельчайшими взвешенными частицами измельчаемого материала. Именно такой способ соединения интенсификатора помола и измельчаемого материала (цементного клинкера, гипса и других добавок) позволяет добиться максимальной эффективности применения интенсификатора помола цемента.

В результате реализации способа обеспечиваются следующие преимущества и технический результат:

- улучшается процесс интенсификации помола за счёт введения во взвешенном виде мелкодисперсных взвешенных капель интенсификатора помола цемента, что позволяет увеличить поверхность массообмена (межфазную поверхность) между измельчаемым материалом и мелкодисперсными каплями ПАВ в среднем более чем в 10000 раз по сравнению со струйным вливанием на поверхность клинкера. Удельная поверхность вводимого ПАВ увеличивается (при размере капли 2 мкм в 30000 раз, при размере капли 30 мкм в 2000 раз);

- улучшается проникновение мелкодисперсных капель интесификатора в микротрещины измельчаемого материала, увеличивая таким образом расклинивающий (разупрочняющий) эффект, способствующий лучшему измельчению;

7

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) обеспечивается свободное проникновение мелкодисперсных капель интенсификатора помола цемента во вторую камеру тонкого помола мельницы за счёт их лёгкого веса и захвату аспирационным воздухом мельницы;

- улучшается снятие электростатических зарядов на мелющих телах и измельчаемом материале за счёт большого количества мелкодисперсных капель от 40 миллионов при размере капли 30 мкм и до 130 миллиардов при размере капель 2 мкм на 1 грамм интенсификатора помола цемента и лучшему распределению интенсификатора по всему объёму мельницы;

- в случае разбавления интенсификатора с водой улучшается охлаждение мельницы за счёт испарения водной фазы мелкодисперсных капель раствора интенсификатора в процессе помола цемента;

- снижается нагрузка на мельницу при измельчении цементного клинкера за счет снижения налипания на мелющие тела и футеровочные плиты мелкодисперсных перемалываемых частиц клинкера;

- увеличивается межремонтный период мельницы;

- на 8-10% снижается расход электроэнергии за счет уменьшения нагрузки на мельницу, связанной с налипанием на мелющие тела и футеровочные плиты мелкодисперсных перемалываемых частиц клинкера;

- в 2-3 раза снижается расход дорогостоящих интенсификаторов помола цемента;

- улучшается тонкость помола, увеличивается удельная поверхность цемента;

- увеличивается производительность мельницы на 10-12%.

В качестве устройства генерации облака взвешенных частиц интенсификатора можно применять также (вместо ультразвукового устройства) устройство для генерации гидравлического или пневматического распыления, механического распыления или гибриды, совмещающие как минимум 2 из перечисленных.

Размеры капель облака взвешенных частиц интенсификатора помола цемента в зависимости от типа устройства генерации.

8

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)