УДК 666.92:691.51
Артамонов А.В., Гаркави М.С.
ПРИМЕНЕНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНО-УДАРНЫХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗВЕСТИ
Для обжига известняка при производстве строительной воздушной извести наибольшее распространение получили шахтные печи различной конструкции. При этом эффективность работы печного агрегата независимо от его конструктивных особенностей в значительной степени зависит от зернового состава сырья и способа его подготовки для обжига.
Скорость и степень процесса декарбонизации зависит не только от размера обжигаемых кусков карбонатной породы, но и от состояния их поверхности. Это обусловлено тем, что декарбонизация является типичным твердофазным процессом, протекающим на границе раздела фаз, причем образование зародышей и рост кристаллов CaO определяется концентрацией активных центров на поверхности исходного карбоната кальция [1].
Действенным средством раскрытия дефектов, увеличения концентрации и повышения свободной энергии поверхностных центров является использование при измельчении исходного известняка энергонапряженных измельчителей, к которым относятся центробежно-ударные дробилки ДЦ, поставляемые ЗАО «Урал-Омега» [2].
Частицы материала измельчаются почти исключительно путем свободного удара о бронеплиты, что сказывается на форме частиц получаемого продукта. Частицы дробленого материала однородны по форме, что способствует улучшению аэродинамики зернистого слоя.
Основной особенностью этих дробилок является наличие в них газового подшипника, заменившего систему традиционных опорных подшипников и жидкой смазки. Это позволило увеличить окружные скорости до 100-120 м/с и, таким образом, разрушать материалы любой крепости. Применение газового подшипника позволило создать самобалансирующуюся систему рабочих органов дробилки, обеспечивающую гашение возникающих дисбалансов. Вследствие этого дробилка ДЦ характеризуется низким уровнем вибрации, что в сочетании с малыми металлоемкостью и массой позволяют размещать ее на легких фундаментах на любой отметке производственного здания. Съемные изнашиваемые детали дробилки ДЦ имеют малый износ, а благодаря незначительной массе (до 30 кг) продолжительность их замены не превышает 45-60 мин.
В данной работе рассмотрено влияние центробежно-ударного измельчения известняка и доломита на свойства получаемой при его обжиге строительной и доломитовой извести.
В качестве объекта экспериментального исследования был использованы известняк и доломит месторождения «Белый Камень» (Пермский край), химический состав которых приведен в таблице 1.
Таблица 1 Химический состав карбонатных пород
Порода
Массовая доля составляющих, %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
ппп
SO3
Известняк
0,53
0,15
0,3
53,28
2,65
42,83
0,09
Доломит
0,14
0,105
0,18
31,68
20,81
46,6
0,42
Указанные породы были измельчены в центробежно-ударной дробилке с получением кускового материала фракций 5-10 мм и 10-20 мм. В качестве контрольных были использован кусковой материал тех же фракций, полученный измельчением указанных пород в щековой дробилке.
В работе [3] показано, что при центробежно-ударном измельчении изменяются физико-механические показатели измельчаемых горных пород. Это имеет место и при дроблении исследуемых пород, для которых установлено изменение их насыпной плотности и пустотности кускового материала (таблицы 2 и 3).
Таблица 2 Влияние способа измельчения на насыпную плотность карбонатных пород
Вид дробилки
Известняк
Доломит
Насыпная плотность, кг/м3, для фракций, мм
5-10
10-20
5-10
10-20
Щековая
1141
1226
1435
1361
Центробежно-ударная
1396
1381
1475
1421
Таблица 3 Влияние способа измельчения на пустотность карбонатных пород
Вид дробилки
Известняк
Доломит
Пустотность, %, для фракций, мм
5-10
10-20
5-10
10-20
Щековая
55,3
52,0
44,4
47,3
Центробежно-ударная
45,4
46,0
42,9
45,0
Как следует из приведенных данных материалы, измельченные в центробежно-ударной дробилке, обладают более высокой насыпной плотностью, что обусловлено кубовидной формой зерна [3]. Изменение насыпной плотности закономерно приводит и к изменению пустотности материалов, которая определяется в данном случае более плотной укладкой кубовидных зерен.
Следует отметить значительное влияние способа дробления на пустотность известняка. Если применительно к доломиту использование центробежно-ударного измельчения позволяет уменьшить пустотность на 3...5%, то применение этого способа для дробления известняка позволяет уменьшить его пустотность на 13...21%. Это может быть обусловлено прочностными показателями карбонатных пород, которые рассмотрены ниже.
Увеличение однородности свойств карбонатных материалов центробежно-ударного измельчения улучшает фильтрационные свойства зернистого слоя при его обжиге в шахтной печи, т.е. способствует повышению равномерности обжига и, соответственно, улучшает качество готового продукта [4].
Прочностные свойства дробленых карбонатных пород оценены по показателю их дробимости (таблица 4).
Таблица 4 Влияние способа измельчения на дробимость карбонатных пород
Вид дробилки
Известняк
Доломит
Дробимость, %, для фракций, мм
5-10
10-20
5-10
10-20
Щековая
10,6
15,5
9,6
13,4
Центробежно-ударная
7,5
7,8
6,4
8,6
Материалы, полученные в центробежно-ударной дробилке, характеризуются более высокими прочностными показателями (дробимость ниже), что обусловлено кубовидной формой зерен. Прочность материала после измельчения в центробежно-ударной дробилке почти в 2 раза превышает аналогичный показатель материала, полученного в щековой дробилке. Это чрезвычайно важный показатель для сырья, обжигаемого в шахтных печах, где не должно быть измельчения материала при его движении по шахте.
Влияние способа измельчения отражается в изменении гранулометрического состава известняка в процессе обжига при различной температуре (рисунки 1 и 2). Независимо от размера кусков исходного материала, наименьшие изменения зернового состава имеют место для известняка, измельченного в центробежно-ударной дробилке. Этот результат хорошо согласуется с физико-механическими характеристиками (таблица 4).
Рисунок 1. Влияние температуры обжига на изменение зернового состава известняка фракции 10-20мм
Рисунок 2. Влияние температуры обжига на изменение зернового состава известняка фракции 5 -10 мм
Следует отметить, что наилучшие результаты достигаются при обжиге известняка фракции 10-20 мм, измельченного в центробежно-ударной дробилке.
При обжиге доломита для получения доломитовой извести наиболее полная диссоциация независимо от способа измельчения достигается его обжигом при температуре 950оС. фракции 10-20 мм, измельченного в центробежно-ударной дробилке.
Вследствие более высокой прочности доломита (таблица 4) при его обжиге имеет место меньшее изменение зернового состава, особенно у доломита, измельченного в центробежно-ударной дробилке (рисунок 3).
Рисунок 3. Влияние способа измельчения на изменение зернового состава доломита
Свойства строительной воздушной извести, полученной при обжиге известняка, измельченного в различных дробилках, приведены в таблице 5.
Таблица 5 Свойства продукта обжига известняка
Наименование показателя
Значение показателя в зависимости от вида измельчителя и размера кусков (мм)
ДЩ
ДЦ
10-20
5-10
10-20
5-10
Непогасившийся остаток, %
3,0
4,5
0,0
3,17
Скорость гашения, мин
1,0
1,5
1,0
1,5
Максимальная температура при гашении, оС
99,0
99,5
99,0
99,5
Активность извести, определенная на усредненных пробах составила
Аср = 96,56%, а фактическая степень карбонизации xср = 0,983.
Как следует из данных таблицы 5, строительная воздушная известь, полученная из сырья, измельченного в центробежно-ударной дробилке, имеет более высокое качество (меньше непогасившийся остаток). Это свидетельствует о более равномерном обжиге данного материала, что обусловлено однородной формой зерен.
Свойства доломитовой извести, из сырья, измельченного в разных дробилках, приведены в таблице 6, откуда следует, что применение центробежно-ударной дробилки способствует повышению качества готового продукта.
Таблица 6 Свойства продукта обжига доломита
Наименование показателя
Значение показателя в зависимости от вида измельчителя и размера кусков (мм)
ДЩ
ДЦ
10-20
5-10
10-20
5-10
Потери при прокаливании (ппп), %
1,06
1,61
0,96
1,47
Скорость гашения, мин
3,0
3,0
5,0
5,0
Максимальная температура при гашении, оС
71
68
68
66
Таким образом, проведенные исследования показали высокую эффективность применения центробежно-ударных дробилок для подготовки сырья при производстве извести.
Список литературы:
1. Браун М., Доллимор Д., Галвей А. Реакции твердых тел. – М.:Мир, 1983. – 360 с.
2. Воробьев В.В., Кушка В.Н., Свитов В.С., Гаркави М.С. Современное оборудование для измельчения и классификации материалов // Вестник БГТУ. –2003.- №6. – С.280-284.
3. Воронин К.М., Гаркави М.С., Кушка В.Н. О возможностях получения высококачественного щебня // Строительные материалы. – 1998. - №2. – С.12-13.
4. Kocabiyik S., Kadirgan N. Effect of temperature and type of ash on amount of impurities in lime // Cement, lime, gypsum. - 2008. - №1. – P.63-71.
