Kulový mlýn ve výrobě cementu: princip a využití

Kulový mlýn je klíčovým zařízením pro drcení a následné drcení materiálu. Tento typ brusky má vložit do hlavně určitý počet ocelových kuliček jako mlecí médium. Je široce používán v cementu, silikátových výrobcích, nových stavebních materiálech, žáruvzdorných materiálech, hnojivech, zušlechťování černých a neželezných kovů a skleněné keramice a dalších výrobních odvětvích. Slouží k suchému nebo mokrému mletí různých rud a jiných brousitelných materiálů.

Princip fungování kulového mlýna

Kulový mlýn se skládá z horizontálního válce, dutého hřídele pro podávání a vynášení materiálů a mlecí hlavy. Válec je dlouhý válec a válec je vybaven mlecím tělesem. Obecně se jedná o ocelovou kuličku, která se nakládá do válce podle různých průměrů a určitého poměru. Mlecí těleso může být i ocelové. Volí se podle velikosti částic mlecího materiálu. Materiál je nakládán do sudu dutou hřídelí na podávacím konci kulového mlýna.

Při otáčení válce kulového mlýna je mlecí těleso připevněno k vložce válce působením setrvačnosti, odstředivé síly a třecí síly. Odnese to válec, a když je vyneseno do určité výšky, je vlastní gravitací vrženo dolů a padající mlecí těleso drtí materiál ve válci jako projektil. Během otáčení válce také sklouzává mlecí těleso. Během kluzného procesu je materiál podroben broušení. Suroviny jsou do dutého válce přiváděny přes dutý čep k mletí a válec je vybaven mlecími médii různých průměrů (ocelové kuličky, ocelové tyče nebo štěrk atd.).

Když se válec otáčí určitou rychlostí kolem vodorovné osy, působením odstředivé síly a třecí síly médium a suroviny ve válci opustí válec, když je gravitace válce větší než odstředivá síla válce, dosáhne určité výšky. Vnitřní stěna je projektována tak, aby spadla nebo se skutálela dolů a rozbila rudu v důsledku síly nárazu. Současně při rotaci mlýna vytváří kluzný pohyb mlecích médií mezi sebou také mlecí účinek na suroviny.

Kulový mlýn je vodorovný válec částečně naplněný ocelovými kuličkami (nebo příležitostně jinými tvary), který se otáčí kolem své osy, čímž koulím uděluje pád a kaskádu. Materiál přiváděný do mlýna se drtí nárazem a drtí otěrem mezi kuličkami. Brusná média jsou obvykle vyrobena z vysoce chromové oceli. Menší stupně jsou příležitostně válcové ("pebs") spíše než kulové.

Čtěte také: Zjistěte vše o PVC kulových ventilech a jejich použití

Kritická rychlost

Existuje rychlost rotace ("kritická rychlost"), při které by obsah mlýna jednoduše přejížděl přes střechu mlýna v důsledku odstředivého působení.

Kritická rychlost (ot/min) je dána:

nC = 42.29/√d,

kde d je vnitřní průměr v metrech.

Kulové mlýny jsou normálně provozovány při přibližně 75 procentech kritické rychlosti, takže mlýn o průměru 5 metrů se bude otáčet přibližně 14 otáčkami za minutu.

Čtěte také: Funkce a typy kulových kohoutů SIKO pro zahradu

Typy a konfigurace kulových mlýnů

Kulové mlýny jsou vhodné pro mletí různých rud a jiných materiálů. Lze je rozdělit na suché a mokré způsoby broušení. Podle různých způsobů vypouštění je možné jej rozdělit na dva typy: mřížkový typ a typ přepadu.

Vícekomorové mlýny

Mlýn je obvykle rozdělen na minimálně dvě komory (i když to závisí na velikosti vstupního vstupu - mlýny včetně válcového lisu jsou většinou jednokomorové), což umožňuje použití různých velikostí mlecích médií. Velké kuličky se používají na vstupu k drcení uzlů slínku (které mohou mít průměr přes 25 mm). Průměr kuličky je zde v rozmezí 60-80 mm. Ve dvoukomorovém mlýnu jsou média ve druhé komoře typicky v rozsahu 15-40 mm, i když se někdy vyskytují média až do 5 mm.

Obecně platí, že velikost média musí odpovídat velikosti mletého materiálu: velká média nemohou produkovat ultrajemné částice požadované v hotovém cementu, ale malá média nemohou rozbít velké částice slínku. Kdysi se používaly mlýny s až čtyřmi komorami, které umožňovaly těsné oddělení velikostí médií, ale to se nyní stává vzácností.

Alternativy k vícekomorovým mlýnům jsou:

• páry mlýnů, běžící v tandemu, naplněné médii různé velikosti.
• použití alternativní technologie (viz Válcové lisy níže) k drcení slínku před jemným mletím v kulovém mlýnu.

Materiál vstupuje do první komory mlýna spirálovitě a rovnoměrně z podávacího zařízení přes podávací dutou hřídel. V komoře je stupňovitý obkladový plech nebo vlnitý obkladový plech a uvnitř jsou instalovány různé specifikace ocelových kuliček. Rotace válce generuje odstředivou sílu, aby se ocelové kuličky dostaly na určitou úroveň. Když spadne po výšce, má to na materiál silný náraz a broušení. Poté, co materiál dosáhne hrubého mletí v prvním skladu, vstupuje přes jednovrstvou dělicí desku do druhého skladu. Sklad je vykládaný plochou obkladovou deskou a má ocelové kuličky pro další mletí materiálu. Prášek je vypouštěn přes vynášecí rošt, aby se dokončila operace mletí.

Čtěte také: Kulové ventily PVC 50 mm: Podrobný průvodce

Aby bylo možné efektivně využít mlecího účinku, při mletí materiálu s větší velikostí částic je mlecí těleso umístěno na mlecím tělese. Dělí se přepážkou na dvě sekce, to znamená, že se stává dvojskladem. Když materiál vstupuje do prvního skladu, je rozdrcen ocelovými kuličkami. Když materiál vstupuje do druhého skladu, ocelová sekce materiál brousí a kvalifikovaný materiál je vyhlouben z výstupního konce. Hřídelový výsyp, při mletí materiálů s malými částicemi krmiva, jako je písková struska č. 2, hrubý popílek, sud mlýna může být jednosilový mlýn bez přepážek a mlecí těleso může být i ocelové.

Kulový mlýn v procesu výroby cementu

Cementový kulový mlýn je typ mlecího mlýna, který se používá k mletí a míchání materiálů pro použití v procesech úpravy minerálů, barev, pyrotechniky, keramiky a selektivního laserového slinování v procesu výroby cementu. Funguje tak, že se otáčí válec s mlecím médiem (jako jsou ocelové kuličky) uvnitř. Cementové kulové mlýny se běžně používají v procesu výroby cementu k mletí cementového slínku a dalších materiálů na jemný prášek potřebný pro výrobu cementu. Proces mletí v cementovém kulovém mlýnu obvykle zahrnuje několik fází, včetně primárního drcení, sekundárního drcení a mletí. Cementové kulové mlýny jsou kritickým zařízením v cementárnách a jsou typicky provozovány buď v konfiguracích s otevřeným nebo uzavřeným okruhem mletí. Při mletí v otevřeném okruhu je materiál přiváděn do mlýna na jednom konci a mletý cement je vypouštěn na druhém konci mlýna. Kulové mlýny na cement jsou navrženy tak, aby fungovaly spolehlivě a efektivně, s nízkou spotřebou energie a minimálními nároky na údržbu.

Energetická náročnost a optimalizace

Mletí je energeticky náročný proces. Na 1 tunu cementu je potřeba 20-30 kWh. Pro snížení spotřeby energie se do cementu přidávají aktivátory mletí. Tyto látky spoří energii až o 35 %. Na mletí slinku se sádrovcem se spotřebuje přibližně 1 % energie, zbytek se přemění na teplo. Účinnost mletí se udává v desetinách procenta. Dochází k výraznému ohřevu cementu, a to až na 180 °C. Cement v mlýnici je chlazen proudem vzduchu, který zároveň odvádí páry vzniklé rozpadem sádrovce. Nejvhodnější velikost částic je 5-35 μm. S rostoucí jemností meliva se zvyšuje množství spotřebované energie a výkon mlýna značně klesá. Tato skutečnost je způsobena vzrůstajícím odporem meliva při pokračujícím rozpojování částic.

Tradiční mletí v trojkomorovém mlýně je časově a energeticky náročné. Příspěvek se věnuje alternativnímu způsobu mletí, kterým je vysokorychlostní mletí s cílem redukce mlecího času a energie. Výsledky ukazují, že se zkrácenou dobou mletí, potřebnou k dosažení stejného měrného povrchu, dochází k snížení spotřeby elektrické energie. Efekt mechanochemické aktivace má malý vliv na hydrataci cementu.

Mlýnem prochází proud vzduchu. To pomáhá udržovat mlýn chladný a odstraňuje odpařenou vlhkost, která by jinak způsobila hydrataci a narušila tok materiálu.

Výzkum a srovnání s jinými technologiemi

Název portlandský cement byl odvozen od vzhledu betonu, který se podobal pískovci, jež se nacházel u anglického města Portland. V roce 1824 byl Johnu Aspdinovi udělen patent na výrobu portlandského cementu. Jedním z klíčových kroků ve výrobním procesu cementu je mletí.

Před uskladněním v krytých halách dochází k předrcení slinku na částice o velikosti 5 až 10 mm. Drcení probíhá v kuželovém nebo odrazovém drtiči. Následné odložení trvá okolo tří týdnů. Mlýn pro mletí slinku je většinou komorový kulový mlýn. Důležité je správné plnění mlecími tělesy a surovinou. Dále se používají mlýny oběhové, ve kterých se mele na uzavřený okruh a výmel je tříděn ve větrném třídiči a nedomleté částice se vracejí zpět do mlýna, kde se dále melou. Oběh meliva je obstaráván mechanicky nebo pneumaticky.

Mechano-chemická aktivace se zabývá fyzikálně-chemickými změnami v látkách ve všech stavech agregace vlivem mechanické energie. Jako výchozí suroviny pro přípravu portlandského cementu byly zvoleny slinek z cementárny Mokrá a chemosádrovec z Prechezy a.s. Přerov, jenž se vyznačuje vysokou čistotou a bílou barvou. Jako referenční vzorek byl zvolen cement CEM I 42.5 R z produkce cementárny Mokrá.

Následně byly základní suroviny dostatečně homogenizovány po dobu 24 hod. Po homogenizaci byly uloženy do laboratorního kulového mlýna (BRIO OM 20), kde se předemlely na výchozí měrný povrch 300 m2/kg. Takto připravený vzorek byl rozdělen do dvou šarží. První šarže byla pomleta vysokorychlostním kolíkovým mlýnem - desintegrátorem DESI osazeném rotory SR PV. Následně byla zjištěna hodnota měrného povrchu. Druhá šarže byla pomleta na odpovídající měrný povrch, tj. 380 kg/m2, pomocí kulového mlýna.

Morfologie zrn byla stanovena pomocí skenovací elektronové mikroskopie SEM. Použit byl přístroj Tescan MIRA 3 XMU s detektorem sekundárních elektronů. Distribuce částic byla určena pomocí laserového granulometru Malvern Mastersizer 2000 ve vzdušném disperzním prostředí. Mineralogické složení po 7 a 28 dnech hydratace bylo určeno rentgenové difrakce REM. Použitým přístrojem byl XRD Empyrean. Pomocí diferenčně termické analýzy DTA analýzy bylo určeno množství CaO, použitým přístrojem byl Mettler Toledo TGA/DSC 1.

Výsledky analýz

Portlandský slinek, odebraný z cementárny Mokrá a chemosádrovec z Prechezy Přerov a.s. byly podrobeny chemické analýze, výsledky jsou zaznamenány v tabulkách 1 a 2. Po dostatečné homogenizaci byly suroviny uloženy do laboratorního kulového mlýna, kde se mlely na výchozí měrný povrch tj. 300 m2/kg po dobu 90 minut. Takto připravená surovina byla rozdělena na dvě poloviny. První polovina byla pomleta vysokorychlostním rotorovým mlýnem (Dezintegrátor), druhá polovina byla pomleta pomocí kulového mlýna (Kulový mlýn).

Z takto připraveného cementu se odebraly vzorky na stanovení měrného povrchu pomocí Blainova přístroje. Elektronovým mikroskopem byla sledována velikost a tvar částic. Pro porovnání byly vybrány snímky s 600× zvětšením. Z mikroskopických snímků je patrné, že při domletí došlo ke značnému zmenšení zrn. Částice mleté v dezintegrátoru i v kulovém mlýně mají krychlový až kulovitý tvar.

Křivka zrnitosti byla stanovena pomocí laserového granulometru. Z grafů je patrné, že průběh granulometrie je u kulového mlýnu i u dezintegrátoru prakticky stejný. Pomocí RTG analýzy byl sledován hydratační proces u vzorků mletých na kulovém mlýně a dezintegrátoru ve stáří 7 a 28 dní. Z rentgenogramu při 7denním zrání jsou patrné shodné velikosti píku jednotlivých minerálů. U vzorků z 28denního zrání je na detail píku viditelný větší podíl portlanditu u vzorku mletém na vysokorychlostním dezintegrátoru. Z DTA analýzy bylo vypočteno množství CaO. Z vypočtených hodnot je patrné, že nejvyšší obsah CaO při 28denním zrání má komerčně vyráběný cement. Nejnižší hodnota byla zjištěna u vzorku mletém na kulovém mlýně. Na jednotlivých vzorcích byly sledovány fyzikálně-mechanické vlastnosti. Z naměřených hodnot je patrné, že druh mletí neměl zásadní vliv na vývoj pevností.

Výchozí suroviny byly předemlety pomocí kulového mlýna na měrný povrch 300 m2/kg. Takto předpřipravená surovina byla rozdělena na dvě poloviny. První část byla domleta na vysokorychlostním dezintegrátoru a druhá pomocí kulového mlýna na srovnatelný měrný povrch. REM analýza prokázala, že použitím dezintegrátoru bylo dosaženo prakticky shodné granulometrie jako u vzorku mletého na kulovém mlýně. Po provedení RTG analýzy je zřejmé, že hydratační proces probíhá u obou vzorků identicky. Pouze u vzorku mletého na dezintegrátoru byly po 28 dnech zrání pozorovány vyšší bazální linie portlanditu.

Pomocí DTA analýzy se stanovil obsah CaO v jednotlivých vzorcích po 7 a 28 dnech zrání. Po 7 dnech byl u vzorku mletého na kulovém mlýně pozorován nižší obsah CaO ve srovnání se vzorkem připraveným pomocí dezintegrátoru. Tato skutečnost může být způsobena nižší reaktivitou vzorku. Při 28denním zrání byl obsah CaO takřka srovnatelný. Vzorek mletý v dezintegrátoru měl celkově vyšší obsah CaO. Ze stanovení fyzikálně-mechanických vlastností je patrné, že technologie mletí má minimální vliv na pevnosti v tlaku. Největší rozdíl byl v mlecím čase a spotřebované energii. Při mletí na srovnatelný povrch, vysokorychlostní dezintegrátor ukazuje výhody vůči kulovému mlýnu, a to z časového i energetického hlediska.

Budoucí výzkum

Jednou z možností, jak snížit energetickou náročnost mletí je využití mechano-chemické aktivace pomocí vysokorychlostního dezintegrátoru. Důvodem, proč nebylo této technologie hojně využíváno v minulosti je složitá konstrukce mlýnů a nesnadná údržba. Z výsledků provedených zkoušek plyne, že použitím dezintegrátoru lze vyrobit cement, který má stejné vlastnosti jako komerčně vyráběný. Předpokladem perspektivního využití je výroba směsných cementů. Použití této metody je však potřeba hlouběji prozkoumat. V současné době patří ekonomické aspekty k důležitým a mnohdy i k rozhodujícím faktorům nejrůznějších technologických procesů. U energeticky náročné výroby portlandského cementu se tak jedná o téma velice aktuální. Tento příspěvek se zabývá studiem vlivu způsobu mletí finálních složek portlandského cementu na jeho vlastnosti. Použitá metodika reflektuje bohaté zkušenosti a technické zázemí autorského kolektivu. Prezentované výsledky jsou velice přínosné a mohly by zásadně přispět ke zvýšení energetické efektivity výroby cementu. Při navazujícím výzkumu by bylo vhodné experimentální program doplnit o studium vlivu na reologii čerstvých past cementů připravených v různých režimech mletí.

Tabulka: Vliv mletí na vlastnosti cementu

tags: #kulovy #mlyn #vyroba #cementu #princip

Oblíbené příspěvky:

• Vše o pochozí opravné betonové stěrce
• Vše o lištách a profilech pro dlažby a omítky
• moderní osvětlení do sádrokartonových podhledů
• Výhody a nevýhody bílých střech
• Bezpečné polyuretanové povrchy