无机非金属材料工艺学-水泥工艺2

2.3干燥脱水方法：重力脱水(水和物料密度不同)；机械方法脱水；加热(a)(b)(c)(1)物料水分性质2.3.1干燥的物理过程水分按水与物料的结合的强弱化学结合水(结晶水)物理化学结合水(大气吸附水)机械结合水(自由水)平衡水分可排除水分按干燥过程中水分排出的限度干燥过程中物料表面水蒸气压与干燥介质中水蒸气压达到动态平衡时。干燥（烘干）：用加热的方法达到除去物料中部分物理水分的过程。(2)物料干燥过程加热外扩散内扩散※(1)加热阶段物料温度不断升高，水分蒸发量不断升高。※(2)等速干燥阶段物料温度保持不变，内部水分不断向表面迁移内扩散速率外扩散速率※(3)降速干燥阶段外扩散速率内扩散速率2.3.1干燥设备与工艺(1)回转烘干机倾斜式转筒◄用途：用于连续干燥砂、矿渣、粘土等粉状、颗粒状或小块物料。※(1)顺流式回转烘干机烘干机内气流与物料同向运动。◄特点：干燥速率大、终了温度低，但干燥速度不均匀。◄应用：初水分较高、可以强烈脱水的物料，比如粘土矿渣、煤等物料。举例说明:顺流式回转烘干机流程图混合室物料气流※(2)逆流式回转烘干机烘干机内气流与物料作逆向运动。◄特点：干燥速率均匀，热效率高；◄应用：适合于终水分要求很低而又不能强烈脱水的物料，如：砂子、石灰石等物料。举例说明:逆流式回转烘干机流程图1、湿料加料器；2、余热锅炉及收尘装置；3、回转窑；4、燃烧室；5、燃烧器6、燃料；7、冷却器；8、空气；9、干料仓物料气流混合室(2)流态化烘干机◄工作原理：使热空气通过铺在具有格孔的篦板上的物料层，当气流速度大于临界速度时，物料呈现流化床状态，气固之间进行剧烈的热交换。◄应用：用于连续干燥小块或颗粒状物料，如砂、粘土、矿渣。单层流态化烘干机双层流态化烘干机多层流态化烘干机三层篦板123◄特点：1）在很低的气速下即可获得均匀的流化，从而大大降低了能耗、颗粒间的磨损和粉尘夹带；2）物料停留时间分布均匀，几乎可以认为是“柱塞式流动”，且停留时间易于调节控制，因此可获得干燥非常均匀且质量符合要求的产品；3）可以处理形状不规则的物料。(3)悬浮烘干机◄工作原理：来自燃烧室的高温烟气，以切线方向进入烘干筒，湿物料从烘干筒的上端加入，进入烘干筒后在切向气流和自身重力的作用下程向下的螺旋状运动，物料得以烘干。◄应用：用于烘干粉状及小颗粒物料。◄特点：优点：1)烘干效率高，单位容积蒸发强度可达100-300kg/mh,2)设备结构较回转式烘干机简单，设备质量轻。缺点：1)悬浮式烘干机的使用有其局限性.它只能用来烘干粒状物料，不适用于烘干30mm以上的大块物料.也不适于烘干粉状或黏性物料.2)悬浮式烘干机还有回转件磨损快.扬尘比较严重，消耗动力较多.操作和维修费用大等缺点。2.4粉磨在外力作用下，通过冲击、挤压、研磨等克服物体变形时的应力与质点间的内聚力，使块状物料变为细粉的过程。2.4.1粉磨流程◄水泥厂的粉磨作业有生料、水泥和煤粉。1.基本概念※开路粉磨系统※闭路粉磨系统※系统级数粉磨物料通过一个磨制得产品的称为一级系统。粉磨物料先后通过两个磨制的产品的称为二级系统。一级粉磨系统二级粉磨系统※循环负荷率粉机的回料量T与成品量Q之比，以百分数表示：K=T/Q*100%K——循环负荷率(%)a——出磨物料（即入选粉机物料）通过指定筛孔筛的物料量的百分数。b——回料（指选粉机粗粉）通过指定筛孔筛的物料量的百分数。c——产品（指选粉机细粉）通过指定筛孔筛的物料量的百分数。A——出磨物料（即入选粉机物料）细度筛余百分数(%)B——回料（指选粉机粗粉）细度筛余百分数(%)C——产品（选粉机细粉）细度筛余百分数(%)2.生料和水泥的粉磨系统※1、生料粉磨系统干法生料粉磨系统(开路、闭路之分)采用干法粉磨工艺时，对含有水分的物料要经过烘干。20世纪50年之前，物料都是通过单独烘干设备烘干后入磨的。烘干粉磨系统物料在粉磨过程中进行烘干、磨碎，比表面积不断增大，烘干效果更好。◄优点：节省投资和管理人员，有利于提高粉磨效率。◄缺点：操作复杂、影响产、质量的因素增多。热气流热气流烘干磨用的热风，一般来自窖系统的热废气以及燃烧炉的辅助供热，也可以有单独的燃烧炉提供。※典型的烘干粉磨系统普通风扫磨系统；带预分离的风扫磨系统；尾卸提升循环烘干磨系统；中卸提升循环烘干磨系统；带锤式反击磨兼烘干的风扫磨系统；带立筒烘干机的烘干粉磨系统。风扫磨系统11334422工作原理：在磨尾排风机(1)的抽力作用下，热风进入磨内(2)。已被粉磨的物料由通过磨内的热风带入分离器(3)，分离出来的粗粉再次回磨，合格细粉由旋风收尘器(4)收集下来。优点：热废气利用率高，流程简单，输送设备少，维修工作量小，设备利用率高，允许进磨物料水分高。缺点：粉磨单位产品的总电耗较高，不宜用以粉磨硬质难磨的物料。因物料难磨，增加了循环量，电耗增大。风扫磨系统的优缺点：※2、水泥粉磨系统分类开路粉磨系统（中长磨、长磨）二级闭路粉磨系统（短磨）一级闭路粉磨系统（中长磨、长磨）1)开路粉磨系统◄优点：系统简单、设备少，操作简便，投资低。◄缺点：过粉磨现象严重，电耗高，不经济。◄应用：适于生产比表面积3200~3300cm2/g的水泥。物料经喂料设备喂入磨机进行粉磨，卸出磨机即为成品。开路粉磨系统举例2)一级闭路粉磨系统(尾料提升循环磨)◄优点：减少过粉磨现象，产品粒度可以调节(选粉机)。◄缺点：系统复杂、设备多、维修工作量大、投资高。◄应用：适于生产比表面积2600~6000cm2/g的水泥。出磨物料经选粉机分选，细度符合要求的为成品，粗粉返回磨内重新粉磨，称闭路流程。现代水泥生产中应用比较广泛的水泥粉磨系统。一级闭路粉磨系统举例3)二级闭路粉磨系统虽然可以减少过粉磨现象，减小二级磨的喂料制度，粉磨效率较高，但是系统复杂，设备多，因而应用较少。2.4.2粉磨设备磨机的组合方式粉磨机的种类：粉磨机主要分为管磨机、立式磨、辊压磨、水平辊磨等。1、除辊压磨(机)一般要带打散机外，管磨机,立式磨，水平辊磨均可以独立作为终粉磨。2、组合粉磨。1、管磨机（球磨机）2、球磨机＋辊压机（打散机）目前常用的粉磨组合形式(1)球磨机◄工作原理：主要工作部分为一回转圆筒，靠筒内装入的钢球、刚段等研磨介质的冲击和研磨作用使物料粉碎、细磨。◄分类：◄球磨过程中的三种转动形态：周转状态：研磨体与物料附筒体一道运转（图c，研磨体对物料起不到冲击和研磨作用）；倾斜状态：转速太慢，研磨体和物料因摩擦力被筒体带到等于动摩擦角的高速时，研磨体和物料下滑。（图a，对物料有研磨作用，但无对物料的冲击作用）；抛落状态：研磨体提升到一定高度后抛落下来（图b，研磨体对物料有较大的冲击与研磨作用）1、优点（1）对物料物理性质波动适应性强，能连续生产，且生产能力较大。便于大型化，可满足现代企业大规模生产的需要，（2）粉碎比大，~300甚至可达1000以上，产品细度、颗粒级配易于调节，颗粒形貌近似球形，有利于水泥的水化和硬化。（3）作业方法简单，粉磨的同时对物料有混合、搅拌、均化作用。（4）结构简单，运转率高，密封性能良好，维护管理简单，操作可靠。◄球磨机的特点2、缺点（1）粉磨效率低，电能的利用率较低，据安赛姆（Anselm）的测算，管磨机的效率只有0.6％，大多数学者和专家认为最高也不超过2－9％。（2）设备笨重，总重可达几百吨，噪音大，运行中有较强振动。（3）转速低（一般为15－30r/min），需配置昂贵的减速机。(2)立式磨立式磨是又称碾磨机、环辊磨、中速磨以及以制造厂命名的磨机(莱歇磨、伯力鸠斯立磨等)。◄结构构造：1.磨盘：包括导向环、提升装置等2.磨辊：足够的韧性和耐磨性能3.选粉机：可分为静态、动态和高效组合式选粉机三大类4.加压装置：液压装置，储能器。5.监视装置：摇臂监视、振动监视6.传动装置：电动机、减速器。7.喷水系统：降低温度、稳定料层8.粗粉外循环系统：提升机。◄工作原理：碾磨：电动机通过减速机带动磨盘转动，物料从下料口落到磨盘中央，在离心力的作用下向磨盘边缘移动并受到磨辊的碾压，粉碎后的物料从磨盘边缘溢出。筛选：来自喷嘴环高速向上的热气流将粉料带至与高效选粉机内，粗粉经分离器分选后返回到磨盘上，重新粉磨；细粉则随气流出磨，在系统的收尘装置中收集下来，即为产品。再次粉磨：没有被热气流带起的粗颗粒物料和意外进入的金属件从风环处沉落，由刮料板刮出后，经外循环的斗提机喂入磨内再次粉磨。◄立式磨的类型和构造锥辊-平盘式(eg.莱歇磨机)锥辊-碗-弹簧压力式(eg.雷蒙磨)鼓辊-碗式(eg.MPS磨机)双鼓辊-碗式(eg.伯利鸠斯磨机)圆柱辊-平盘式(eg.ATOX磨机)球-环式(eg.E型磨机)圆柱辊-环式(eg.雷蒙磨机)分类按研磨体的组合形式◄举例说明-MPS磨机(鼓辊-碗式)◄立式磨的应用及特点：应用：集破碎、干燥、粉磨、分级输送于一体，生产效率高，可将块状、颗粒状及粉状原料磨成所要求的粉状物料，广泛应用于水泥、电力、冶金、化工、非金属矿等行业。特点：∆优点：1.生产投资费用大幅降低；2.生产效率高，节能环保；3.物料烘干能力强；4.操作简便，维修方便；5.产品质量稳定易检测。∆缺点：1.不适于粉磨硬质和磨蚀性的物料2.使用寿命较短，维修较频繁(3)辊压机◄结构构造：机架、两个辊系、传动装置、扭矩支承、辊罩、进料装置、液压（加压）系统、主轴承润滑系统、干油润滑系统、电气系统◄工作原理：采用两辊相向旋转，辊间保持一定的工作区间（间隙可调），物料从间隙上方给料，随着辊子的旋转而向下运动，随着物料受到的压力越来越大，物料被粉碎至极细颗粒。物料通过磨辊主要分为三个阶段：满料密集、层压粉碎、结团排料阶段。补充：辊压机和辊式破碎机的区别辊式破碎机辊磨机♠外形：♠作用对象：♠工作原理：辊式破碎机：通过双辊作用在单体颗粒上对物料进行粉碎，利用的是压力、冲击、剪切等综合作用力，对颗粒作用产生裂纹，并粉碎至25mm以下的颗粒产品。辊式破碎机：通过双辊对物料层施加外力，是物料层间的颗粒与颗粒之间的相互施力，形成粒间或料层破碎，辊压机对物料层施加的纯压力，产品粒度在2mm以下。◄辊压机的特点和应用：♠优点：与球磨机相比，粉磨效率高，增产节能，降低钢材消耗，单位磨耗为0.5g/t，噪音低，约为80dB，体积小，质量轻，占地面积小，容易安装。♠缺点：由于辊压机辊子之间作用大，存在辊面材料脱落或过渡磨损，轴承容易损坏，减速器齿轮过早溃裂等设备问题。对工艺要求严格。eg.喂料，物料水分等。2.4.3提高粉磨效率的途径(1)粉磨设备的大型化提高劳动生产率，降低单位产品投资，易于管理，提高粉磨效率，节约能源，提高经济效益。(2)喂料的均匀性、入磨物料的性质※a)喂料的均匀性※b)粉磨物料的性质克服物体变形时的应力与质点之间的内聚力以及生成新的被粉磨物料的表面能，主要取决于被粉磨物料的性质。粒度易磨性表征物料粉磨难易程度的参数。入磨物料温度物料的易磨性随温度的升高而降低，磨内温度高，易使水泥因静电吸引而聚结，粘附在研磨体上，降低粉磨效率。入磨物料水分适宜的物料水分为1%~1.5%,同时注意别“矫枉过正”。(3)助磨剂在粉磨过程中，加入少量的外加剂，可消除细粉的粘附和聚集现象，加速物料的粉磨过程，提高粉磨效率。这类外加剂称为助磨剂。碳素物质(eg.煤、焦炭等)表面活性物质(eg.乙二醇、丙二醇等)分类♠选择原则：选择效果好、成本低的助磨剂，另外应注意助磨剂的加入不能损害水泥的质量。♠作用机理（尚不完全清楚）：碳素物质可消除磨内静电现象所引起的粘附和聚结；表面活性物质依靠其强烈的吸附能力可吸附在物料细粉颗粒表面，使物料之间不在粘结，减弱物料分子力所引起的“愈合作用”。(4)粉磨工艺参数※a)选粉效率与循环负荷选粉效率是指选粉后的成品中所含的通过规定孔径筛网的细粉量与进选粉机物料中通过规定孔径筛网的细粉量之比：选粉效率η——选粉效率(%)a——出磨物料（入选粉机物料），通过指定筛孔筛的物料量(%)b——回料（选粉机粗粉），