Классификация вяжущих веществ по условиям твердения.

Классификация вяжущих веществ по условиям твердения.

1. Воздушные вяжущие вещества

2. Гидравлические вяжущие вещества

3. Автоклавные вяжущие вещества

4. Термоотвердевающие вяжущие вещества – твердеют в условиях температур +20÷+400°С

5. Электротермические вяжущие вещества

 

ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ – способны твердеть- приобретать прочность при воздушно-сухих условиях (относительная влажность воздуха не более 60%, t~ 20).

Гипсовые вяжущие вещества

Строительная известь

Магнезиальные вяжущие

Жидкое стекло

Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что будучи смешаны с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетоны, изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются. К воздушным вяжущим веществам относят гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также воздушную известь.

 

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ – способны приобретать прочность как воздушно-сухих условиях, так и в воде.

Портландцемент и его разновидности

Глиноземистый цемент и его разновидности

Гидравлическая известь

Романцемент

Гидравлические вяжущие вещества отличаются тем, что после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны в последующем твердеть как в воздушной, так и в водной среде. Гидравлические вяжущие применяют в производстве разнообразных изделий и конструкций, а также при возведении зданий и сооружений, предназначенных к эксплуатации в воздушной и водной среде. В эту группу входят многие вяжущие вещества, которые, в свою очередь, с некоторой условностью можно разделить на несколько подгрупп.

В первую подгруппу включают гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 10— 20 % активных минеральных добавок. В эту подгруппу входят: а) портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий портландцемент без добавок и с добавками, белый портландцемент; б) глиноземистый цемент; в) романцемеит; г) гидравлическая известь.

Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих друг с другом, а также отдельных вяжущих или их смесей с активными минеральными добавками, вводимыми в количестве более 10—20%. Основные вяжущие этой подгруппы: а) на основе портландцемента — шлаковый и пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов и др.; б) на основе воздушной и гидравлической извести — известково-пуццолановые цементы, известково-кварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-белитовый (нефелиновый) и известково-шлаковый цементы и др.; в) на основе глиноземистого и портландского цементов, а также гипса — расширяющиеся и безусадочные цементы; г) на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок— гипсоцементио-пуццолановые вяжущие и др.; д) на основе доменных гранулированных шлаков — сульфатно-шлаковый цемент, шлакощелочное вяжущее.

 

АВТОКЛАВНЫЕ ВЯЖУЩИЕ – способны твердеть только при гидротермальных условиях (При температурах ≈170-180 градусов и давлении 9-16 атм)

Они наиболее эффективно твердеют при автоклавной (гидротермальной) обработке при давлении насыщенного пара 0,8—1,5 МПа (изб.). К их числу, в первую очередь, относят известково-кварцевое, известково-шлаковое вяжущие и тому подобные смеси, не способные к интенсивному твердению при 20—95 СС. Но по существу и эти вяжущие входят в группу гидравлических.

Исходными материалами для производства вяжущих веществ служат различные горные породы и некоторые побочные продукты ряда отраслей промышленности (металлургической, энергетической, химической и др.). Так, для производства гипсовых вяжущих используются гипсовые породы, состоящие в основном из двуводного гипса CaS04-2H20. Для этой же цели применяют и фосфо-гипс, являющийся отходом производства фосфорных удобрений.

ТЕРМООТВЕРДЕВАЮЩИЕ – твердеют в условиях повышенных температур -400 град. и выше.

ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ – твердеют при пропускании тока.(вяжущие в составе которых графит)

 

Влияние зернового состава вяжущего на его основные свойсва.Требование к зерновому составу.

сновным требованием к сырью в части зернового состава является обеспечение возможности получения скелœета требуемой плотности. Для конструкционных материалов сырьё подбирают по максимальной плотности, для теплоизоляционных, напротив - возможно большей пористости. Во всœех случаях крайне важно владеть соответствующим аппаратом, позволяющим быстро и надежно подбирать соотношения и расходы различных фракций.

 

Заполнитель называют однофракционным, в случае если наименьшая и наибольшая крупность его зерен близки и представляют из себяразмеры отверстий смежных сит стандартного набора: 5..10, 10..20, 20..40 мм и т д. Заполнитель крупностью, к примеру, 5...20 мм представляет собой смесь двух фракций: 5..10 и 10..20 мм.

 

Насыпная плотность, пустотность и другие характеристики заполнителя в значительной степени определяются размерами и формой зерен.

ᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при подборе оптимальных зерновых составов смеси следует руководствоваться следующими соображениями:

 

1. Реальные смеси по своему составу должны приближаться к теоретически рассчитанным; при этом исходя из исходного зернового состава сырья крайне важно руководствоваться общими принципами получения непрерывных, прерывистых или комбинированных плотнейших упаковок;

 

2. Состав смеси должен назначаться с учетом технологических требований, предъявляемых к ним в процессе дальнейшей переработки, – формуемости, спекаемости, нерасслаиваемости и т.д.;

 

3. Зерновой состав исходной смеси должен обеспечивать получение материала с заданными эксплуатационными свойствами, определяемыми пористостью готового изделия – морозостойкость, газопроницаемость, теплопроводность и т.п.;

 

4. При назначении состава смеси крайне важно учитывать экономический фактор, включающий энергетические затраты и трудоемкость процессов измельчения и фракционирования исходного сырья, транспортные расходы, объёмы неиспользуемых по прямому назначению отходов и т.п.

 

Процессы помола портландцементного клинкера. Требования по зерновому составу и его влияние на свойства цемента.

Влияние дисперсности портландцемента на его свойства. Многие свойства портландцемента, в том числе активность, скорость твердения, определяются не только химическим и минеральным составом клинкера, формой и размерами кристаллов алита, белита и др., наличием тех или иных добавок, но и в большой степени тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом и формой частичек порошка.

Цементный порошок в основном состоит из зерен размером от 5—10 до 30—40 мкм. Тонкость помола портландцемента характеризуют обычно остатками на ситах с размером ячеек в свету 0,2, 0,08, а иногда и 0,06 мм, а также удельной поверхностью порошка, определяемой на приборах конструкции В. В. Товарова, ПСХ, Р. Блейна, Ф. Ли и Р. Нерса и др. На этих приборах при точно установленных условиях определяют воздухопроницаемость порошка, а затем по показателям проницаемости и пористости рассчитывают удельную поверхность (с использованием зависимости Козени — Кармана).

В настоящее время обычные портландцемента измельчают до остатка на сите № 008 5—8 % (по массе), цементы же быстротвердеющие — до остатка 2— 4 % и меньше. При этом удельная поверхность соответственно достигает 2500—3000 и 3500—4500 см2/г и более.

С увеличением тонкости помола цемента повышается его прочность и скорость твердения, но лишь до показателей удельной поверхности 7000—8000 см2/г. С этого предела наблюдается обычно ухудшение прочностных показателей затвердевшего цемента. Морозостойкость же его часто начинает ухудшаться и при более низких показателях удельной поверхности (4000— 5000 см2/г).

Разные фракции цементного порошка по-разному влияют на прочность цемента при твердении, а также на скорость твердения. В связи с этим ряд исследователей рекомендует характеризовать цементы не только по удельной поверхности порошка, но и по зерновому составу.

Однако некоторые исследователи считают, что чрезмерное измельчение продукта не всегда целесообразно, так как частички 1—3 и даже 5 мкм быстро гидратиру-ются влагой воздуха уже при кратковременном хранении цементов на складах, что значительно снижает активность материала. Некоторые предполагают, что эти высокодисперсные частички при затвореиии цемента водой гидратируются так быстро, что не участвуют в последующем его твердении.

Однако, говоря о влиянии тонких фракций на активность цементов, следует внимательно учитывать как минеральный состав, так и размеры, структуру кристаллов алита, белита и других компонентов клинкера.

Представление о зерновом составе современных портландцементов, а также о влиянии разных фракций на прочность и интенсивность твердения можно составить по данным опытов, которые Р. Я. Цернес, Л. Н. Шорох и А. В. Бугайчук провели на Здолбуновском цементно-шиферном комбинате. Они изучили до 80 партий цементов, полученных помолом в шаровой мельнице, работавшей в замкнутом цикле с двумя сепараторами. Клинкеры характеризовались следующим средним составом, %: C3S 57, C2S 20, С3А 7, C4AF 14; /(# = 0,9. При помоле получались продукты с удельной поверхностью 2000— 6200 см2/г- На основании опытов исследователи рекомендуют для получения цемента той или иной марки измельчать клинкер в порошок, зерновой состав и удельная поверхность которого приведены в табл. 12. Как видно, на показатели активности цементов (прочность в 28-суточ-ном возрасте) влияют фракции порошка с размером частиц до 20 мкм. Более же крупные частицы (до 30— 50 мкм) влияют на прочность в более отдаленные сроки твердения. Авторы исследования полагают, что фракция 0—5 мкм оказывает решающее влияние ча рост прочности цемента в первые сутки твердения, фракция 5—10 мкм влияет в основном на прочность в 3- и 7-су-точном возрасте, а фракция 10—20 мкм определяет прочность в возрасте 1 мес и более. В частности, измельчая один и тот же клинкер до содержания в порошке 45, 50, 65 и 80 % фракции 0—20 мкм, можно получать цементы марок соответственно 600, 700, 700 ОБТЦ (особо быстротвердеющий) и 800 (при испытании трамбованных образцов). Для получения цементов тех или иных марок исследователи рекомендуют и соответствующие схемы помола клинкеров в шаровых мельницах в замкнутом цикле с центробежными сепараторами.

Многочисленные исследования показывают, что характеристики дисперсности цемента по остаткам на ситах (даже на сите с размером ячейки 0,04 мм) и по удельной поверхности не дают надлежащего представления о содержании различных фракций в порошке и поэтому не позволяют исчерпывающе оценить результаты помола и свойства получаемого цемента.

Для определения содержания различных фракций в цементном порошке используют методы воздушной сепарации, а также седиментациоиный и микроскопический анализы.

Зерновой состав цемента представляют часто в виде кривых в системе координат, где по оси абсцисс наносят логарифмы диаметров зерен, исчисленных- в мкм (обычно от 0 до 200 мкм), а на ординате откладывается суммарное содержание в порошке частиц диаметром от принятого до минимального (в % по массе). Для оценки гранулометрического состава портландцементяого порошка применяют также кривые распределения по массе частиц по фракциям. В этом случае по оси абсцисс наносят значения диаметров зерен в мкм (или их логарифмы, а по оси ординат — процентное содержание (по массе) в цементе частиц той или иной отдельной фракции, лежащей между любыми двумя диаметрами, различающимися лишь очень немного (2—4 мкм). На 30 показаны кривые зернового состава портландцемента заводского.помола с удельной поверхностью 3200 и 4500 см2/г.

Некоторые исследователи показали, что при измельчении клинкера в мельницах получаются цементы с разным числом (1—3) максимумов на кривой содержания различных фракций в измельченном материале в зависимости от вида мельницы. Результаты этих опытов свидетельствуют о значительном влиянии вида помольного агрегата и свойств клинкера на зерновой состав цемента, а следовательно, и на его свойства.

Вопрос о том, как связан зерновой состав портландцемента и, в частности, содержание в нем тех или иных фракций с его активностью, водопотребкостыо, пластичностью теста, скоростью твердения и другими свойствами, изучен пока недостаточно. Мало исследованы н возможности регулирования содержания в цементном порошке зерен тех или иных фракций, а также их формы. Можно лишь отметить, что зерновой состав порошка и форма зерен в большой степени зависят от вида мельницы, применения открытого или замкнутого цикла измельчения, формы и размера мелющих тел, а также от бронеплит в шаровых мельницах, соотношения между длиной и диаметром мельниц, степени заполнения камер мелющими телами и др. Вместе с тем влияние этих факторов при измельчении разных материалов проявляется в разной степени в зависимости от их свойств (прочности, твердости, слоистости, степени хрупкости и т.п.).

Для иллюстрации сказанного можно привести результаты опытов Б. В. Волконского, Л. Г. Судакаса, А. Ф. Краюль и др. по определению повышенной активности цементов, получаемых помолом клинкеров монадо-бластической микроструктуры. По их данным, в этом случае цементные частички получаются «щебеночной» формы с острыми углами и сильно развитой конфигурацией, благоприятствующей интенсивному взаимодействию их с водой. Такая форма частичек, образующихся при измельчении клинкера монадобластической структуры, является следствием кристаллохимических особенностей исходного клинкера. При измельчении клинкера с гломеробластической структурой получаются округленные, галькообразные частички, что при прочих.равных условиях (одинаковые химические состав и тонкость помола) обусловливает пониженную активность получаемого цемента (примерно на ЮМПа).

Размалываемость клинкера и способы ее определения. Все твердые материалы характеризуются присущим им сопротивлением измельчению, причем на разных ступенях тонкого измельчения оно может быть различным, что зависит в основном от макроструктуры и физических свойств материала.

В производстве вяжущих веществ тонкому измельчению подвергаются лишь хрупкие материалы, т. е. такие, у которых предел прочности при сжатии в четыре раза и более превосходит предел прочности при растяжении.

Разные твердые материалы в зависимости от их физических свойств при измельчении в одинаковых условиях с затратой одинакового количества энергии дают продукты, характеризующиеся различной степенью дисперсности. Следовательно, они обладают различно выраженной способностью размалываться. В настоящее время нет методов определения размалываемости материалов, позволяющих оценивать ее в абсолютных единицах применительно к различным способам измельчения. Размалываемость материалов приходится оценивать в значительной мере условно применительно к тем или иным способам помола (сухой или мокрый, в открытом или закрытом цикле) и к различным аппаратам измельчения. Так, размалываемость клинкера и других материалов можно оценивать по кварцу, размалываемость которого принята за единицу.

В производстве цемента материалы измельчают преимущественно в шаровых мельницах. В связи с этим и показатели размалываемости материалов изучались, главным образом, применительно к этим аппаратам.

При измельчении цементов в шаровых мельницах до удельной поверхности 3000—3500 см2/г ее прирост практически пропорционален затраченной работе (по закону Риттингера). Лишь при более высоких степенях, когда наступает агломерация тончайших частичек, прирост удельной поверхности сопровождается повышенным расходом энергии. В соответствии с этим предложено оценивать размалываемость материалов по отношению достигнутой степени дисперсности, устанавливаемой по удельной поверхности полученного порошка, к затраченной работе. Пападакис исчисляет удельную поверхность в см2/г, а работу —в Дж, получая таким образом показатели размалываемости в см2/Дж. Для этого он 20— 40 г материала в виде зерен размером 2,5—5 мм разрушал под давлением в цилиндре, а затем измерял удельную поверхность порошка и затраченную работу. Для разных материалов и при разных затратах работы на измельчение, исчисленной в Дж/г, Пападакис получил показатели удельной поверхности порошков, представленные в виде прямых и ломаных линий на 31. Эти данные свидетельствуют о том, что на разных ступенях измельчения некоторые материалы характеризуются разной размалываемостью, которая оценивается по значению удельной поверхности, полученной при измельчении на 1 Дж работы. Так, клинкер, измельченный до удельной поверхности 3000 см2/г, определенной по методу Ф. Ли и Р. Нерса, имел показатель размалываемости 109 см2/Дж, а при более тонком измельчении —лишь 39см2/Дж.

Размалываемость неоднородных тел зависит от природы, количественного соотношения и размера зерен, слагающих тело. Это видно и на примере одного из доменных шлаков, который, как и клинкер, характеризовался конгломератным строением.

ак уже отмечалось, для помола клинкера с добавками применяют почти исключительно шаровые мельницы производительностью до 50—100 т/ч и более. Клинкер размалывают по открытому или замкнутому циклу с применением одностадийного, а иногда и двухстадийкого измельчения.

Длина шаровых мельниц, работающих по открытому циклу и называемых трубными, в несколько раз превышает их диаметр (в 4—5 раз). На заводах применяют мельницы размерами 4X13,5, 3,2X15, 2,6X13 м и др. Их производительность при помоле клинкера до остатка 8—10% на сите № 008 достигает соответственно 90, 50, 25 т/ч. Первые две мельницы могут переключаться также на работу в замкнутом цикле с сепаратором. Приводятся они во вращение двигателями мощностью соответственно 3200, 2000 и 1000 кВт. Трубные мельницы разделяют по длине дырчатыми перегородками на две, три и более камер.

В многокамерные мельницы загружают шары нескольких размеров и цильпебс (цилиндрики) одного или двух размеров. При этом необходимо соответствие между удельной поверхностью мелющих тел и размалываемого материала во всех камерах. В первую камеру, где дробятся крупные зерна, помещают обычно более крупные стальные шары диаметром 60—120 мм (в зависимости от размера зерен поступающего клинкера). Вторую камеру заполняют шарами размером 40—60 мм, а третью — мелкими шарами 20—30 мм или цильпебсом размером 20—25 мм.

Большое влияние на производительность мельниц оказывает степень заполнения камер мелющими телами. Обычно камеру грубого измельчения заполняют на 26— 32, среднего — на 26—30 и тонкого — на 24—30 %. Однако правильность подбора мелющих тел и степень наполнения при помоле тех или иных материалов должны проверяться по эффективности работы мельницы (часовая производительность ее при заданной тонкости помола и удельный расход электроэнергии). Рациональность ассортимента мелющих тел и степени заполнения контролируют по диаграммам помола (32), которые строят по результатам просеивания проб, отобранных вдоль камер мельницы, через сита № 008, 021, 05, а также более крупные. Расход мелющих тел при помоле известняка и клинкера вращающихся печей составляет ориентировочно 0,8 кг на 1 т продукта.

 

В шаровых мельницах с гладкими бронеплитами, загруженных шарами различного диаметра, мелющие тела во время работы расслаиваются тем больше, чем больше разница диаметров шаров. При этом более крупные шары скапливаются обычно у выходного конца той или иной камеры. Чтобы предотвратить это, мельницы футеруют сортирующими броневыми плитами. В этом случае барабан делят обычно на две камеры, причем камеры грубого и среднего измельчения объединяют в одну и загружают ее шарами различного диаметра. Сортирующие броневые плиты имеют ступенчатый профиль, благодаря чему внутри мельницы образуются конические кольца с углом подъема в сторону разгрузки материала, зависящим от диаметра шаров. Сортирующая конусно-ступенчатая футеровка обеспечивает непрерывную классификацию мелющих тел по длине мельницы, а также необходимую пропорциональность между размером мелющих тел и частицами измельчаемого материала. Для этой же цели используют бронефутеровку так называемого спирального типа.

В СССР применяют преимущественно конусно-ступенчатую кулачковую футеровку из специальной хромо-марганцевой стали. Расход такого металла составляет около 13 г на 1 т цемента при сроке службы более 4 лет.

Расход же обычной марганцовистой стали при гладкой футеровке достигает 100 г/т при сроке службы до 8—9 мес. Применение рациональных видов бронефуте-ровки позволяет увеличить производительность мельниц на 15—20%.

Значительное распространение получает резиновая футеровка мельниц. Ее стойкость против истирания в 3—4 раза выше по сравнению с футеровкой из марганцевой стали. При этом значительно уменьшается шум

При помоле материалов наблюдается значительное выделение теплоты, вызывающее нагревание мелющих тел и материала до 120—150 °С и более, что резко отрицательно сказывается на производительности помольных установок. По данным С. М. Рояка и В. 3. Пироцкого, на измельчение клинкера -до удельной поверхности 2500 см2/г при температуре 40 °С затрачивается около 24, при 120°С —34 и при 150°—39 кВт-ч/т. При тонкости помола до 3300 см2/г с увеличением температуры материала расход электроэнергии еще более повышается (до 130 кВт-ч/т при 150°С). Это объясняется значительной агрегацией наиболее тонких частиц при повышенных температурах вследствие испарения воды, адсорбированной частицами и препятствовавшей их слипанию. В связи с этим размалывать следует только холодный клинкер. Кроме того, большое значение приобретают приемы, способствующие уменьшению температуры материала при его измельчении. Для этого применяют вентиляцию мельниц, а также впрыскивают в них воду. Иногда используют и орошение водой корпуса мельницы снаружи.

Вентиляция достигается просасьтванием через барабан воздуха со скоростью 0,5—0,7 м/с с помощью аспирационной установки, в состав которой входят вентилятор, циклоны, а также рукавные фильтры или электрофильтр. В последних улавливаются тонкие частички, присоединяемые обычно к общей массе продукта.

Большой эффект дает и впрыскивание воды в последнюю камеру мельницы в количестве 1—2 % массы цемента. Это позволяет повысить производительность мельницы на 10%, снизить температуру со 150—200 до 120 °С и повысить степень очистки аспирационного воздуха.

Вода, вводимая в распыленном состоянии, способствует не только значительному снижению температуры материала, но и резко уменьшает агрегацию его частичек и их налипание на мелющие тела. Поэтому целесообразно направлять на помол материал с влажностью около 1—1,5 %. Более высокое содержание влаги уменьшает подвижность цемента, замедляет процесс измельчения, а иногда приводит к замазыванию решеток. Повышение температуры материала в мельнице до 100°С и более способствует испарению из него воды и увеличению склонности сухих частичек к агрегации.

Положительно влияет на процесс измельчения введение в материал интенсификаторов помола в виде поверхностно-активных веществ (ПАВ): СДБ, мылонафта, петррлатума, триэтаноламина, контакта Петрова, угля и некоторых других веществ. Они повышают эффективность измельчения клинкера, так как понижают его сопротивляемость помолу, а также способствуют уменьшению агрегации частичек материала и их налипанию на мелющие тела. Это объясняется, по-видимому, тем, что указанные вещества адсорбируются активными участками частичек. Различные добавки вводят в количестве 0,02—0,5 % массы цемента.

По данным С. М. Рояка и других, наиболее сильно действующими интенсификаторами являются триэтаноламин и его смесь с ССБ (1:1 по массе). Их вводят в первую камеру мельницы в количестве 0,01—0,03 % в виде тонкораспыленного водного раствора, что способствует увеличению производительности мельницы в среднем на 15 %.

По данным кафедры химической технологии Киевского ПТИ, добавка при помоле адипината натрия (отхода капролактамового производства) в количестве 0,1— 0,2 % дает прирост удельной поверхности на 25—30 % и повышает морозостойкость цемента. По ГОСТ 10178—76 (с изм.), для интенсификации процесса помола допускается введение специальных добавок, не ухудшающих качество цемента, в количестве не более 1 % его массы.

Оптимальное количество вводимого в мельницу интенсификатора зависит от свойств его и измельчаемого материала, а также от условий введения его в камеру, Устанавливают его опытным путем.

Трубные мельницы с открытым циклом измельчения применяют для помола сырьевых материалов, а также клинкера. При помоле до удельной поверхности 2800— 3000 см2/г расход электроэнергии достигает 25—30 кВтХ Хч/Т продукта. На 33 показана схема помольной установки с двухкамерной шаровой мельницей, работающей по открытому циклу при помоле клинкера вместе с опокой и гипсом.

Для получения цемента с удельной поверхностью 3000—3500 см2/г и выше применяют обычно более экономичные мельницы, работающие в замкнутом цикле с воздушными сепараторами, одно- и двухкамерные. Чаще используют помольные установки с двухкамерными мельницами.

 

Измельченный в мельнице материал поступает в сепаратор, где из него выделяются фракции тех размеров, какие требуются для готового продукта, а более крупные частицы направляются снова в мельницу на дополнительное измельчение. Таким образом, из материала непрерывно извлекаются наиболее дисперсные частички, которым особенно присуще свойство агрегироваться и прилипать к мелющим телам и стенкам мельницы.

Благодаря этому производительность помольных установок возрастает на 10—20 %.

На помольных установках с сепараторами создается возможность получать высокопрочные быстротвердеющие цементы с удельной поверхностью до 3500—> 4000 см2/г и более при пониженном содержании в них тончайших частиц, быстро теряющих активность. Кроме того, в мельничных установках с сепараторами создаются предпосылки к лучшему охлаждению материала (на 25—35 °С), что положительно сказывается на его измельчении. Эти установки характеризуются большой маневренностью в работе и позволяют выпускать цементы с различной тонкостью помола при постоянных загрузках и размерах мелющих тел. Это недостижимо в мельницах с однократным прохождением материала. Требуемую тонкость помола устанавливают соответствующим регулированием работы сепаратора (скорость воздушных потоков и др.). Недостаток этих установок — их большая сложность и стоимость по сравнению с мельницами, работающими по открытому циклу.

Измельченный материал из мельницы в сепаратор подают элеваторами (ковшовыми и др.) или пневматическим транспортом. В первом случае применяют так называемые сепараторы с замкнутой циркуляцией воздуха, а во втором — сепараторы с проточной вентиляцией воздуха. В них воздух с измельченным материалом просасывается вентилятором из мельницы в сепаратор, где из потока выделяются крупные частицы, направляемые на дополнительный помол в мельницу. Мелкие же фракции выносятся воздушным потоком из сепаратора и осаждаются в циклонах и фильтрах того или иного вида (матерчатых или электрофильтрах) в виде готового продукта.

При помоле цемента применяют в основном установки, работающие по схеме мельница — ковшовый элеватор— сепаратор с замкнутой циркуляцией воздуха. Характеризуются они относительной простотой конструкции и пониженным расходом электроэнергии.

 

Существует несколько схем измельчения материалов в двухкамерных мельницах с сепараторами. Различаются они тем, что отделяемые в сепараторе крупные фракции направляются в ту или иную камеру.

Достаточно часто используется схема, при.которой материал, пройдя все камеры, поступает в один или два сепаратора, откуда грубые фракции направляются на дополнительное измельчение в первую камеру, а тонкие — на склад. На некоторых заводах это практикуется при выпуске быстротвердеющего цемента (с использованием сепаратора) или обыкновенного цемента (при работе мельницы на проход без сепаратора).

Применяется также схема, по которой материал в мельницах с центральной разгрузкой проходит первую камеру и затем направляется в сепараторы. Отсюда крупные фракции идут на дополнительное измельчение во вторую камеру, а далее в элеватор и сепараторы.

Исследования показывают, что эффективность помола клинкера, оцениваемая по оптимальному гранулометрическому составу порошка и минимальному удельному расходу электроэнергии, тем выше, чем быстрее и полнее выделяются из материала наиболее тонкие фракции, затрудняющие процесс измельчения. Для реализации этого положения предложены различные варианты помольных установок, оснащенных сепараторами. В частности, применяют агрегаты, состоящие из двух мельниц и сепаратора. В первой однокамерной мельнице осуществляется грубый помол клинкера до удельной поверхности 800—1000 см2/г. Из нее материал направляется в сепаратор, где выделяется до 25—30 % тонких фракций в виде готового продукта. Крупные же фракции из сепаратора поступают на окончательное измельчение во вторую мельницу, работающую в замкнутом цикле со своим сепаратором.

Более совершенна установка с одной мельницей, имеющей две камеры, работающие независимо друг от друга и снабженные каждая своей группой сепараторов. Материал после начального измельчения в первой камере подают в сепаратор, где выделяются частички крупнее 80—90 мкм. Их направляют обратно в первую камеру. Частички мельче 80—90 мкм направляют во второй сепаратор, где выделяются фракции крупнее 30 мкм, поступающие на дополнительное измельчение во вторую камеру мельницы. После этого материал из второй камеры идет также во второй сепаратор. Фракции 0—30 мкм из этого сепаратора направляют в третий сепаратор, в котором выделяется готовый продукт, а более крупные фракции возвращают во второй сепаратор. Такая достаточно сложная схема сепарирования измельчаемого материала создает возможность получать цементы с удельной поверхностью 3500—5000 см2/г при расходах электроэнергии в 1,5—2 раза меньше по сравнению с расходами при обычных сепараторных мельницах.

Современные помольные установки оснащают системами автоматического регулирования, обеспечивающими

непрерывную их работу и получение продукта с заданной степенью измельчения без участия человека. Приме

няются системы автоматического регулирования работы мельниц, основанные на измерении удельной поверхности получаемого продукта или на зависимости частоты акустического спектра шума у первой камеры мельницы.От ее загрузки материалом. При использовании этих систем производительность мельниц возрастает, а расход электроэнергии уменьшается на 10 %. Качество цемента при этом улучшается.

За рубежом распространены системы автоматического регулирования загрузки многокамерных мельниц, основанные на учете не частоты акустического спектра, а его интенсивности.

Имеются также помольные установки, в которых с помощью автоматических систем точно регулируется питание мельниц заданным количеством материалов, направляемых на измельчение. Управление механизмами и контроль за их работой должны быть вынесены из помольных отделений и сосредоточены на едином пульте с использованием телевизионных устройств.

При мокром помоле сырьевых смесей производительность трубных мельниц повышается примерно в 1,5 раза.

Эффективность работы помольной установки можно оценивать и по полученной удельной поверхности порошка в расчете на 1 кВт-ч, затраченной на измельчение электроэнергии. Полагают, что при помоле клинкеров (до 3000 см2/г) при затрате 1 кВт-ч электроэнергии необходимо получать продукт с удельной, поверхностью не менее 100-106 см2/г. При получении цементов марок 300— 400 удельный расход электроэнергии равен 21—32 к'ВтХ Хч/т, а цемента марок 600 и 500—соответственно 52 и 43 кВт-ч/т.

Измельчение клинкера и других материалов в шаровых мельницах связано со значительным расходом металла в результате износа мелющих тел, бронеплит и межкамерных перегородок. При, производстве цемента этот расход в среднем достигает 1—1,2 кг на 1 т цемента (из них около 150 г приходится на бронеплиты). Применение сталей высокой твердости позволяет снизить этот расход в 5—10 раз, что дает значительный экономический эффект.

Убыль мелющих тел вследствие износа восполняется их догрузкой через определенные промежутки времени (через 150—200 ч работы мельницы). Через 1500— 2000 ч мелющие тела полностью выгружают из мельницы, затем ее загружают вновь шарами и цильпебсом, подобранными по размерам в требуемом количестве.

При грубом и тонком измельчении куски и зерна материалов в различных механизмах подвергаются преимущественно действию сжимающих сил с двух сторон (в щековых, молотковых и других подобных дробилках, шаровых и.других мельницах) или с одной стороны (в ударно-отражательных дробилках). В результате воздействия сжимающих сил в кусках и зернах материала возникают растягивающие напряжения, приводящие при достижении предельных значений к разрыву с образованием более мелких частиц. Но так как материалы, измельчаемые при производстве вяжущих веществ, характеризуются обычно прочностью на сжатие, в 6—12 раз превосходящей прочность при растяжении, то при их измельчении в перечисленных механизмах расходуется энергии во много раз больше, чем необходимо по теоретическим расчетам. В частности, в шаровых мельницах на полезную работу измельчения расходуется не более 1,5—10 % энергии, практически затрачиваемой при помоле. Остальная часть энергии переходит в безвозвратно теряемую теплоту. Это вызывает необходимость разработки улучшенных конструкций шаровых и подобных мельниц, а также изыскания новых способов и аппаратов для измельчения. К этой же области относится и создание вибрационных и струйных мельниц.

В вибрационных мельницах материал измельчается под действием частых ударов вибрирующих мелющих тел. При этом зерна материала размером не более 1— 2 мм подвергаются отчасти дроблению, но преимущественно истираются между мелющими телами, перемещающимися относительно друг друга в результате колебаний корпуса мельницы (1500—3000 кол/мин). В настоящее время созданы вибромельницы объемом 200, 400 и '750 л. Их используют иногда для домола портландцемента или для измельчения других материалов. Однако в производстве цемента их не применяют вследствие низкой производительности (500—600 кг/ч) и большой затраты электроэнергии.

В струйной мельнице материал захватывается струей сжатого воздуха, газа, перегретого пара или их смеси, протекающей с большой скоростью. При этом в результате соударения зерен, взвешенных в газовом потоке, а также истирания происходит их измельчение. Для усиления эффекта измельчения на пути движения взвешенных частиц устанавливают преграды, о которые частицы ударяются.

Исследования Ю. И. Дешко, В. И. Акуиова, В. Л. Панкратова и др. (НИИЦемент) показали, что при измельчении клинкера в струйной мельнице получаются цементы, активность которых на 7,5—15 МПа выше активности цементов той же тонкости помола, но измельченных в шаровой мельнице. Кроме того, цементы струйного помола отличаются высокой скоростью твердения и, следовательно, переходят в разряд высокопрочных и быстротвердеющих. Особенно эффективно получение с помощью струйной мельницы шлакопортлаидцемента марок 500 и 600. Это авторы объясняют осколочной формой частичек с зазубренными острыми краями, благоприятствующей интенсивному их взаимодействию с водой.

По расчетам Гипроцемента, стоимость измельчения клинкера в струйной мельнице производительностью 100 т/ч с приводом от теплового двигателя—0,75 руб/т, а с электроприводом—1,37 руб/т. Стоимость измельчения в шаровой мельнице при прочих равных условиях равна 1,3 руб/т. Струйные мельницы находятся в стадии совершенствования.

В заключение следует указать, что большое уменьшение з<