NO312488B1 - Fremgangsmåte for styring av malings- og blandingsprosesser i kalk-, sement- og mineralindustrien - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for overvåkning og/eller styring av malings- og blandingsprosesser i kalk-, sement- og mineralstoffindustrien.

Det har hittil ikke foreligget pålitelige og hurtige systemer for on-line overvåkning og styring av forholdene i malings- og blandingsprosesser i kalk- og sementindustrien. Det har i det hele tatt vært vanskelig å utføre målinger på produktene i de vanskelige, støvete og slitasjeforårsakende forhold som råder f.eks. ved en kalk- eller sementproduktkvern. For styring av prosessen har man vanligvis tatt ut prøver av produksjonen og undersøkt disse utenfor prosessen. Prøvetaking og undersøkelse av prøven tar tid. En styring av prosessen utgående fra disse prøver skjer derfor med en forholdsvis lang tidsforskyvning.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte hvor de ovenfor nevnte ulemper reduseres.

Den foreliggende oppfinnelse har derved spesielt som formål å tilveiebringe en fremgangsmåte for kontinuerlig overvåkning og styring av malings- og blandingsprosesser i kalk-, sement- og mineralstoffindustrien.

Det ovenfor nevnte formål oppnås med en fremgangsmåte som er kjennetegnet ved det som er angitt i de etterfølgende patentkrav.

Ifølge oppfinnelsen påvises statisk elektrisitet for en materialstrøm av innmatet partikkelsuspensjon og/eller produkt-suspensjon kontinuerlig, ved hjelp av et målesystem bestående av et følerorgan, en detektor, en spenningsmåler og en prosesseringsenhet. I detektoren er det en mellom følerorganet og spenningsmåleren koplet kapasitiv krets med integrerende innvirkning på de målesignaler som avleses av spenningsmåleren. Fra disse målesignaler beregnes i prosesseringsenheten parametre for kontinuerlig overvåkning og/eller styring av malings- eller blandingsprosessen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til figurene, der fig. 1 viser skjematisk en utførelse av målesystemet ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser et målesignal påvist med et målesystem ifølge fig. 1.

På fig. 1 vises et målesystem ifølge oppfinnelsen hvor et føleorgan, en såkalt antenne 10, innsettes i et rør 12 i nærheten av en prøvestrøm 14 av ladet partikkelformet materiale, som skal males eller blandes eller som har blitt malt eller blandet. Antennen er koplet til en kapasitiv krets 16, i hvilken det er en kabel 18 og en motstand 20. Denne kapasitive krets er koplet til en spenningsmåler 22 i en prosesseringsenhet 24. En monitor 26 og en skriver 28 er koplet til prosesseringsenheten. Antennen er vist i større målestokk enn de øvrige deler av systemet.

Den statiske elektrisitet i en prøvestrøm i malings-eller blandingsanordningens innløpsrør og/eller utløpsrør avleses enkelt ved hjelp av en antenne innsatt i røret. Antennen kan f.eks. utgjøres av en metallelektrode eller en enkel ledende métallskrue, innsatt i det omtalte rør gjennom en åpning i rørveggen,som vist på fig. 1.

Den kapasitive kretsen oppnås ved hjelp av en mellom antennen og spenningsmåleren koplet krets bestående av en kondensator, eller så som vist på fig. 1 en signalkabel 18, med en stor kapasitans C > 1 nF og en motstand med stor resistans > 1 Mohm.

Et målesystem ifølge oppfinnelsen kan utnyttes på mange måter f.eks. for regulering av innmatningen av forskjellige utgangs- eller tilsatsmidler i prosesser, for regulering av reaksjonstiden for prosesser, for regulering av malingsgraden for utgangsstoffer eller produkter, for regulering av varmetilførse-len i prosesser og/eller for styring av forbrenningsprosesser. Ladef orholdene av utgangsstof fer og produkter gir en mulighet til å se forskjellige styreparametres innvirkning på prosessene.

Malingsprosessen er en typisk prosess hvor en måling av partiklenes elektriske felt kan utnyttes for prosesstyring. Ved maling oppstår det i det dielektriske materiale tripoelektrisk opplading eller såkalt friksjonsopplading av partiklene fordi disse kommer i kontakt med hverandre og/eller andre materialpar-tikler. Ladningene oppstår på overflaten av materialet, slik at materialets spesifikke overflate har vital betydning for materialets opplading.

Statisk elektrisitet i partikler utøver kraftvirkning på andre ladede partikler som kommer i nærheten av dem. Når partikler med forskjellig polaritetsladning kommer nær hverandre oppstår det en kraftvirkning mellom dem. Dersom trekkraften er tilstrekkelig stor kan partiklene dras til hverandre og danne agglomerater. På tilsvarende måte oppstår kraftvirkning mellom overflater og nærliggende partikler med forskjellig polaritet. Dersom kraftvirkningen er tilstrekkelig stor oppstår belegg på overflatene.

Agglomerater og belegg på overflater forårsaker lette forstyrrelser i malingsprosessen. Ved maling oppstår frie overflater som kan bli kraftig ladet. Dersom partiklenes overflater lades opp med forskjellig polaritet oppstår agglomerering av partiklene. Agglomerering og belegg av overflater kan forhindres ved anvendelse av malingsmiddel. Malingsmidlet er ofte et polart stoff i væskeform. Det elektriske felt fra en positivt ladet partikkel vrir malingsmidlets molekyler slik at den negative polen dras mot feltet. På tilsvarende måte dras den positive polen av malingsmidlet mot en negativt ladet partikkel. Malingsmidlet dras inn til partikkelflaten og hindrer dermed andre partikler fra å feste seg til partiklen, dvs hindrer de f .eks. agglomerering eller belegg av flater. Malingsmidlet utgjør en ekstra kostnad som bør holdes på et lavest mulig nivå.

Agglomerater av partikler gir svakere elektrisk felt enn tilsvarende partikler med en tilsetning av malemidler, fordi ladningene av forskjellig polaritet i agglomeratene tar ut hverandre. Ved en måling av det elektriske felt ifølge denne oppfinnelse kan man dermed få en oppfatning om materialets agglomereringsgrad og/eller få en oppfatning om behovet for malemidler. Målesystemet kan anvendes for å styre tilsetningene av malemidler.

Da den spesifikke overflate for partikler er en kvadra-tisk funksjon av diameteren, dvs jo mindre partikkeldiameter desto større spesifikk overflate og desto større spesifikk ladning pr kilo masse, kan på den annen side en måling av det elektriske felt til og med gi en oppfatning om malegraden. Målesystemet ifølge oppfinnelsen kan utnyttes for styring av f.eks. oppholdstiden i kvernen.

Et elektrisk ladet pulver danner en såkalt statisk elektrisk pute som partiklene glir på uten å berøre hverandre alt for sterkt. Statisk elektrisitet kan altså gi bra flytegenskaper for bestemte pulvere. Jo sterkere elektrisk felt partiklene i pulveret oppnår, desto bedre flytegenskaper kan pulveret forventes å ha. Måling av det elektriske felt gir dermed også en indikasjon på pulverets flytegenskaper.

Målesystemet ifølge oppfinnelsen passer godt for on-line styring av forskjellige maleprosesser i kalk-, sement- og mineralstof f industrien. Formålet med malingen er å holde en jevn pulverkvalitet med en bestemt partikkelstørrelsesfordeling uten agglomerat. Flere forskjellige variabler påvirker partikkelstør-relsen, så som f.eks. materialstrøm, oppholdstid i kvernen, temperatur, målemiddelhold, undertrykk i kvernen, separasjonssteg osv. Disse variabler er sterkt koplet, noe som tidligere har gjort malestyringen komplisert og gjort det vanskelig å oppnå en produktspesifikasjon med begrensede variasjoner. Med målesystemet ifølge oppfinnelsen kan man likevel lett og hurtig se hver variabels innvirkning på produktene, dvs på produktenes elektriske felt. Ved å variere frekvensbåndet for standardavviket kan ønsket variabels innvirkning styres. Dermed gir målesystemet en mulighet til å optimere maleprosessen. Man kan f.eks. holde prosessen optimal selv om noen variabel forandres, ved å kompensere den med en annen variabel.

Kull som males før forbrenningen i kalk- eller sement-produktovnen må tørkes før malingen. Fuktighetsinnholdet, partikkelstørrelsen og fremfor alt mengden agglomerat i den innmatede kullsprayen, dvs suspensjonen av kull, luft og vanndamp, har stor betydning for forbrenningens nyttegrad. Ladningsbalansen i sprayen har sannsynlig også en viss betydning ved forbrenningen. Ladningsbalansen er direkte avhengig av ladningene i kullsprayen. Ved hjelp av målesystemet ifølge oppfinnelsen kan man styre malingen samt forbrenningen av kullsprayen slik at agglomeratdannelsen hindres eller vesentlig reduseres, og slik at ladningene i sprayen holdes på et hensikts-messig nivå.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan dermed med fordel utnyttes for

- styring eller overvåkning av maling eller blanding av kalkbaserte produkter, så som brent kalk, lesket kalk, kalkstein, dolomitt, sement eller slagg; - styring eller overvåkning av kullmaling før kullets innmating i en kalk- eller sementproduktovn, og - styring eller overvåkning av maling eller blanding av mineraler, så som kvarts, feltspat, talkum, wollastonitt eller kaolin.

I en kalkkvern utgjør massestrømmen av kalk og malemiddel samt undertrykket i kvernen hovedparametre, som påvirker partikkelstørrelsen. Det har blitt konstatert at disse parametre påvirker ladningen i partiklene etter kvernen. Ved å undersøke partiklenes ladning, ifølge den foreliggende oppfinnelse, kan man da også få en oppfatning om disse parametres størrelse.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes for samtidig overvåkning av partikkelsuspensjoner ved forskjellige punkter av prosessen, for utgående fra disse resultater å styre forskjellige parametre i prosessen og forskjellige egenskaper i produktene så som

- produktenes finhet og jevnhet,

- flytbarhetsegenskaper med eller uten malemiddel,

- leskningsgrad for brent kalk eller

- fuktighetsinnhold i male- eller blandingsprosess.

Fremgangsmåten kan derved også utnyttes for optimering av kjemikalietilsetningsdosering, så som tilsetning av malemiddel i male- eller blandingsprosesser. Man har ved eksperimenter kunnet konstatere en kraftig korrelasjon mellom målesignaler oppnådd ifølge den foreliggende nye fremgangsmåte og målemiddel-tilsetningene. Både produktpartiklenes og målemidlets elektriske egenskaper antas å påvirke målesignalene.

På fig. 2 er det vist en rekke målesignaler påvist med et målesystem ifølge fig. 1. Målesystemets antenne er innsatt i prøvestrømmen etter en kalkkvern. Ut fra målesignalene kan innholdet av tilsetningsstoff i produktene tydelig avleses. Den vertikale akse angir signalenes størrelse og den horisontale akse tiden. Kvernen ble startet ved tiden 4, hvoretter tilsettings-stoff nivået ble holdt på et ønsket nivå til tiden 8. Ved dette nivå fikk man ikke agglomererende produkter med passende flytbarhetsegenskaper. Ved tiden 8 skjedde et silobytte, hvilket også tydelig kan avleses av signalene. Deretter, i tiden 9-11, var tilsettingsstoffnivået for høyt. Man tilsatte altså unødven-dig mye av en eventuelt dyr kjemikalie. En korrigering ble gjort først i tiden 11 - 13 til et for lavt nivå, men eventuell tilbøyelighet i materialet til agglomerering. Tilsettingsstoffnivået ble korrigert slik at det ved tiden 13 var optimalt. Man kan altså lett ved å studere signalene styre tilsettingsstoffnivået til passende nivå. Dette er en vesentlig forbedring i maleprosessen. Dette er en vesentlig forbedring i maleprosessen.

Man har også kunnet konstatere en korrelasjon mellom massestrømmen av innmatet kalk i kvernen og målesignalene, samt mellom undertrykket i kvernen og målesignalene. Ved en kontinuerlig påvisning av elektrostatisk lading i inngående eller utgående massestrømmer fås en god oppfatning om hvordan de forskjellige parametre påvirker målesignalene, og man kan derved også tolke de signaler man får ved påvisningen. Det er da lett f.eks. på grunnlag av målesignalene hurtig å kunne påvise forskjellige forstyrrelser i prosessene og oppfølge hendelsesforløpene under malingen. Tidligere har en forstyrrelse kunnet bli upåvist forholdsvis lenge.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de ovenfor viste tilpasninger, men kan tilpasses i bred utstrekning innenfor oppfinnelsestanken så som den som er definert i de etterfølgende angitte patentkrav.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for overvåkning og/eller styring av malings- og blandingsprosesser i kalk-, sement- og mineralstoffindustrien, karakterisert ved at - statisk elektrisitet for en materialstrøm av innmatet partikkelsuspensjon og/eller produktpartikkelsuspensjon påvises kontinuerlig, ved hjelp av et målesystem bestående av et følerlegeme (10), en detektor (16), en spenningsmåler (22) og en prosesseringsenhet (24), hvor det i detektoren (16) er en mellom følerlegemet (10) og spenningsmåleren (22) koplet kapasitiv krets bestående av en signalkabel eller en kondensator med en kapasitans C > 1 nF og en motstand R > 1 Mohm, med integrerende innvirkning på de målesignaler som avleses av spenningsmåleren, og at - de målesignaler som avleses i prosesseringsenheten (24) omvandles for kontinuerlig overvåkning og/eller styring av malings- eller blandingsprosessen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at statisk elektrisitet avleses ved hjelp av et følerlegeme, såkalt antenne innsatt i et innløpsrør og/eller et utløpsrør til en malings- eller blandingsanordning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den utnyttes for styring eller overvåkning av maling eller blanding av kalkbaserte produkter, så som brent kalk, lesket kalk, kalksten, dolomitt, sement eller slagg.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den utnyttes for styring eller overvåkning av kullmaling før kullets innmating i en kalk- eller sementproduktovn.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den utnyttes for styring eller overvåkning av maling eller blanding av mineraler, så som kvarts, feltspat, wollastonitt, talk eller kaolin.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den utnyttes for styring eller overvåking av produktets finhet, jevnhet, flytbarhetsegenskaper med eller uten malemiddel, leskningsgrad eller mktighetsinnhold i malings- eller blandingsprosessen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den utnyttes for optimering av kjemikalietilsetningsdosering i malings- eller blandingsprosesser.