Практика производства шлаковых цементов в роликовых мельницах (1)
Практика производства шлаковых цементов в роликовых мельницах
Л.Лонхерр, К. Менцель, Крупп Полизиус АГ, Германия
При
совместном измельчении клинкера и доменного шлака в шаровой мельнице,
последний в силу худшей измельчаемости, концентрируется в
крупнозернистой фракции. Полупромышленные испытания, проведенные Крупп
Полизиус, показали, что в роликовой мельнице клинкер и шлак
измельчаются до одной и той же крупности. Таким образом,
шлакопортландцемент с небольшой долей шлака может весьма эффективно
производиться на роликовых мельницах Крупп Полизиус. Более ранние
исследования показали, что более тонкое измельчение шлаковой фракции
весьма сильно сказывается на развитии прочности шлакового цемента , в
то время как более тонкое измельчение клинкерной фракции в смеси дает
весьма небольшое преимущество. Таким образом, более тонкое измельчение
шлака является путем для более полного использования его гидравлических
свойств, особенно для шлакопортландцементов с высокой долей шлака. При
совместном измельчении клинкера и шлака до высокой тонкости помола нет
необходимости в переизмельчении клинкерной фракции, что обеспечивает
преимущество раздельному измельчению. Мельница, оборудованная
сдвоенными роликам, и также обладает преимуществом при отдельном
измельчении доменного шлака до высокой тонкости помола, благодаря своим
выдающимся сушильным способностям. В первом примере (завод в Бернбурге)
доменный шлак измельчается и высушивается в роликовой мельнице,
спроектированной для измельчения сырьевых материалов, и затем
комбинируется с клинкерной мукой в замкнутом цикле установки
комбинированного измельчения. Во втором примере показано
низкоэнергозатратное экономичное производство измельченной шлаковой
муки крупностью до 5300 см2/г в роликовой мельнице в Корее.
1. Введение Гидравлическое
затвердевание доменного шлака известно с 1862 года. Первый шлаковый
цемент был произведен в 1882 году. В 1917 г. шлаковый цемент был
разрешен для строительства всех государственных учреждений. Стандарт
DIN 1164 от 1932 г., касающийся шлакового цемента, портландцемента и
шлакопортландцемента действует и по сей день в его версии от 1994г. В
зависимости от соотношения компонентов (табл. 1) следует различать
шлаковый цемент (ШЦ) и шлакопортландцемент (ШПЦ).
Таблица 1. Типы и композиция цементов согласно DIN 1164-1: 1994-10
Тип цемента
Название
Обозначение
Клинкер, %
Доменный шлак, %
Добавки, %
СЕМ II
Шлакопортландцемент
СЕМ II/А-S
80-94
6-20
0-5
СЕМ II/B-S
65-79
21-35
0-5
СЕМ III/A
Шлаковый цемент
СЕМ III/A
35-64
36-65
0-5
СЕМ III/В
20-34
66-80
0-5
В
1963 г. при определении влияния условий охлаждения и химического
состава на гидравлические свойства доменного шлака Schwiete и Doelbor
отметили эффект от раздельного и совместного измельчения клинкера и
доменного шлака, заключающийся во влиянии крупности измельчения шлака
на развитие прочности. Было также отмечено, что при совместном
измельчении клинкер и шлак измельчаются до различной тонкости,
соответствующей различию в их измельчаемости (рис1).
Рис. 1. Влияние совместного и раздельного измельчения на распределение грансостава (1-цемент, 2-шлак, 3-клинкер)
Рис. 2. Развитие прочности на сжатие в зависимости от тонкости измельчения клинкера и доменного шлака
2. Испытания по измельчению в роликовой мельнице
При
полупромышленных испытаниях в роликовой мельнице RM 8/4 производили
шлакопортландцемент СЕМ II/B-S и шлаковый цемент СЕМ III/A.
Конфигурация установки соответствовала обычной промышленной системе, а
подогрев осуществлялся при помощи теплогенератора. Мельница была
оборудована высокоэффективным сепаратором и ковшевым элеватором. В
таблице 2 переведены свойства полученного цемента. Соответствующее
водопотребление в размере 31% или 31,5% для достижения стандартной
жесткости находится в верхних пределах величин, обычных для ШПЦ и ШЦ.
Шлакопортландцемент СЕМ II/B-S хорошо соответствует диапазону прочности
стандарта классов 32.5 R и 42.5, а шлаковый цемент СЕМ III/A достигает
крепости класса 32.5 R. Для достижения большей крепости потребовалось
бы более тонкое измельчение.
Таблица 2. Свойства комбинированных цементов, полученных в роликовой мельнице.
Наименование
Ед. изм.
СЕМ II/B-S
СЕМ III/A
Содержание шлака
%
33
54
Крупность по Блэйн
см2/г
3860
4145
Остаток на сите 32 мкм
%
13,10
8,80
Наклон кривой грансостава
0,99
1,05
Водопотребление для стандартной жесткости
%
31
31,5
Время схватывания Начало Окончание
ч : мин
3:20 4:20
3:00 4:00
Прочность на сжатие 2-х дневная 7-и дневная 28-и дневная
Н/мм2
15,6 25,2 49,1
10,3 18,3 44,4
Класс прочности
42.5 или 32.5 R
32.5 (32.5 R)
Для оценки связи между развитием прочности и
тонкости измельчения шлака (рис.2) изготавливалась смесь клинкера и
шлака, соответствующая СЕМ III/A без добавки гипса. Проба продукта была
проклассифицирована в воздушном сепараторе на фракции, и затем
определялись свойства доменного шлака из различных фракций (таблица 3).
Цифры, приведенные в таблице, отмечают отсутствие концентрации шлака в
крупнозернистых фракциях. Это также было подтверждено сравнением
удельных энергорасходов на измельчение клинкера, шлака и их смеси
(таблица 4).
Таблица 3. Содержание шлака во фракциях крупности СЕМ III/A
Размер фракции, мм
Выход шлака во фракцию, %
Процентное содержание шлака, %
0-6
10,4
67,3
6-12
7,1
60,6
12-16
8,2
60,3
16-24
16,8
58,0
24-32
12,2
56,2
>32
41,8
58,3
Итого:
96,5
Таблица 4. Измельчаемость клинкера и доменного шлака в роликовой мельнице
Компоненты
Ед. изм.
Клинкер
Доменный шлак
СЕМ III/A
Происхождение
Печь Леполь
Тиссен шлак
46%/54%
Влажность
%
9,2
Измельчаемость по Ziesel при 3500 см2/г
кВтч/т
34,5
44,4
Измельчаемость в шаровой мельнице при 4145 см2/г
кВтч/т
50,2
70,53
61,17
Коэффициент выигрыша
1,6
2,3
Около 2
Измельчаемость при совместном измельчении
кВтч/т
31,0
После
оценки величин измельчаемости отдельных компонентов и расхода энергии
при производстве шлакового цемента СЕМ III/A было установлено, что
удельные расходы энергии на измельчение клинкера и доменного шлака в
шаровых мельницах сильно отличаются. Однако, использовать хорошо
известные величины выигрыша в приложении к роликовой мельнице (это
соотношение, связывает удельный расход энергии при шаровом измельчении
в замкнутом цикле с другой системой измельчения) и ввести коэффициент
1,6 для клинкера и 2,3 – для доменного шлака, то получим такую же
измельчаемость для измельчения клинкера и доменного шлака в роликовой
мельнице.
Удельный расход энергии на измельчение 31,0 кВтч/т при крупности
измельчения в испытаниях соответствующей 4145 по Блэйн подтверждает
величины, приведенные в таблице 4, 31, 4 кВтч/т для клинкера и 30,7
кВтч/т для доменного шлака. Поэтому можно заключить, что доменный шлак
не теряет свои свойства межчастичного измельчения даже при совместном
измельчении клинкера и шлака, поэтому при измельчении клинкера и шлака
фактически достигается одна и та же крупность. При этом важным
предварительным условием является тонкий и стабильный слой измельчения,
который легко устанавливается на роликовых мельницах Полизиус со
сдвоенными роликами.
При совместном измельчении в роликовых мельницах клинкер измельчается в
сравнительно большей степени, чем это необходимо, что снижает
достигаемую экономию энергии, по сравнению с его измельчением в шаровых
мельницах. Наибольшая экономическая эффективность достигается при
совместном измельчении шлакового цемента СЕМ III, содержащего высокую
долю доменного шлака.
3. Производство цементов, содержащих доменный шлак, на цементном заводе в Бренбурге
Схема, приведенная на рис. 3, показывает установку для измельчения
сырьевого материала на цементном заводе в Бренбурге компании Schwenk
Zementwerke KG. Две роликовых мельницы RM 54/27 с приводом мощностью
3200 кВт, спроектированы так, чтобы каждая мельница сама могла
обеспечивать печь сырьевой мукой. Еще на стадии проектирования
подразумевалось, что мельница № 2 в основном будет использоваться для
производства специальной продукции, включая муку из доменного шлака.
Такая конструкция установки характеризуется 2-я энергосберегающими аспектами:
- использование отходящего тепла печи для сушки специальных продуктов,
использование двигателей с изменяемой скоростью для вентиляторов
мельницы, так чтобы они могли соответствовать параметрам установки, что
также позволяет экономить энергию.
Кроме того, с самого начала мельница 2 была оборудована соответствующей
системой износозащиты и усовершенствована за счет добавки
дополнительного редуктора. Это позволило при измельчении доменного
шлака уменьшать скорость вращения стола измельчения до 80% от
номинальной. Доменный шлак измельчается вместе с гипсом до крупности
3600 по Блэйн, складируется в силосе и дозируется в бункер установки
для помола цемента.
Рис. 3. Схема установки для измельчения сырьевых материалов на цементном заводе в Бренбурге
Следует упомянуть, что вторая роликовая мельница испытывалась и для цементного помола, что позволяет использовать ее все время.
Комбинированная помольная установка, состоит из измельчающих валков высокого давления и шаровой мельницы (рис. 4).
Рис. 4. Схема установки комбинированного измельчения для производства композитных цементов.
Предварительно измельченный доменный шлак подается в классификатор
схемы шаровой мельницы. Доменный шлак, измельченный совместно с гипсом,
используется для производства цементов СЕМ II, СЕМ III/А и СЕМ III/В.
Некоторые наиболее важные технические данные приведены в таблице 5.
По материалам 4 международной конференции ПетроЦем-2006