PL239441B1 - Sposób sterowania pracą młyna obrotowego i separatora przeznaczonych do rozdrabniania wsadu mineralnego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania pracą młyna obrotowego i separatora przeznaczonych do rozdrabniania wsadu mineralnego, mające zastosowanie w przemyśle budowlanym, w cementowniach przy optymalizacji uziarnienia cementu.

Cement otrzymuje się w wyniku wspólnego przemiału materiału wsadowego o ściśle ustalonym składzie procentowym w układzie zamkniętym z zewnętrznym separatorem. Materiałem jest zależnie od typu produktu: klinkier cementowy, gips, żużel, popiół, kamień wapienny, oraz inne dodatki służące do ulepszenia właściwości cementu.

Właściwości cementu zależą w głównej mierze od utrzymania w toku jego wytwarzania odpowiednich, stabilnych parametrów procesowych, obejmujących w szczególności zachowanie wymaganej receptury wsadowej oraz utrzymanie optymalnego dla danego gatunku cementu uziarnienia produktu. Materiały wsadowe są precyzyjnie ważone i dozowane do młyna przenośnikiem taśmowym, wyposażonym w wagę zbiorczą.

Klinkier oraz żużel cechują się wysoką odpornością na ścieranie, co znacząco zwiększa zużycie energii dla uzyskania wymaganego rozdrobnienia cząstek w cemencie. Dodatki do młyna takie jak: gips, popioły, wapienie, pucolany, wykazują niższą odporność na ścieranie i nie wymagają dla uzyskania wysokich stopni rozdrobnienia dużych nakładów energii. Zatem w młynie znajdują się jednocześnie cząstki trudnomielne i łatwomielne co powoduje, że konieczne jest ciągłe nadzorowanie procesu mielenia aby uzyskać wymagany stopnień rozdrobnienia mieszanki przy jak najmniejszym nakładzie energii na mielenie.

W układzie zamkniętym przemiału część przemielonego cementu, spełniająca wymogi rozkładu ziarnowego, trafia za pośrednictwem separatora do silosów produktu gotowego, natomiast zbyt grube cząstki zostają oddzielone i powracają do młyna do ponownego przemiału.

W rozkładach granulometrycznych obecnie produkowanych cementów widoczne są niekorzystne udziały ilościowe cząstek zbyt drobnych (0-5 μm) oraz zbyt grubych (zależnie od produkowanej marki cementu), np.:

CHM I 52,5R-NA oraz CEM I 52,5N-SR3/NA > 50 μm;

CEM I 42,5R-NA oraz CEM I 42,5N-NA oraz CEM I 42,5N-SR5/NA > 100 μm;

CEM II A-S 42,5N-NA oraz CEM II A-V 42,5N-NA > 100 μm;

CEM II B-M(S-V) 42,5N oraz CEM II B-M(V-LL) 32,5R > 100 μm.

Brak zadowalającej stabilności jakościowej, czyli rozrzut wielkości ziarna przekłada się na konieczność zwiększania udziału cementu w wytwarzanych do konkretnych zastosowań mieszankach betonu. Znany jest problem zmiany wielkości cząstek produktu zależnie od stopnia wypełnienia młyna, przy zmiennych parametrach wsadów, dla różnych marek cementu (różnych surowców wsadowych). Zbyt duże rozdrobnienie (ziarno < 5 μm) powoduje rozwarstwienie, zmienność reakcji wiążących ziarno, brak wychwytu drobnych cząstek przez filtry workowe. Zbyt grube uziarnienie pogarsza cechy wytrzymałościowe cementu.

Obecnie proces ręcznego sterowania pracą młyna zapewnia uzyskanie:

• rozkładów granulometrycznych dla np. cementu CEM 142,5 N-NA na poziomie R100 < 10% badanych w zakresie od 0 do 1000 μm, • rozrzutu powierzchni właściwej: Dpw = ±200 cm²/g.

• wytrzymałości wczesnej: 2 dni, Średnia - 20,3 MPa MIN - 17,5 MPa Max - 25,9 MPa • wytrzymałości normowej 28 dni: Średnia - 51,58 MPa MIN - 45,8 MPa MAX - 59,4 MPa

Oznaczanie stopnia rozdrobnienia cementu są tradycyjnie wykonywane pośrednią metodą określania powierzchni właściwej wg Blaine'a, w której określa się powierzchnię w cm² jaką zajmuje 1 g badanego materiału (PN-EN 196-6:2011 - Metody badania cementu).

Badania składu granulometrycznego rozdrobnienia cementu dokonuje się m. in. w granulometrach laserowych, pozwalających określić udziały poszczególnych średnic cząstek ziarnistych.

Struktury obliczeniowe są coraz częściej wykorzystywane przy rozwiązywaniu problemów technologicznych, także w zakresie produkcji materiałów budowlanych, jednakże dotychczas stosowanie tych metod do sterowania procesem przemiału jest nieznane.

W pracy doktorskiej Gerarda Bursy z roku 2008 r. pod tytułem „Sterowanie neuronowe procesem przemiału cementu” w oparciu o dane technologiczne pochodzące z Cementowni Górażdże autor wykonał informatyczne modele sterownia procesami przemiału cementu.

PL 239 441 B1

Autor zaproponował metodę racjonalnego sterowania procesem przemiału cementu w zamkniętym układzie przemiałowym, przy uwzględnieniu różnych uwarunkowań związanych z niepewnościami modelu procesu, nieliniowościami, fluktuacjami jego parametrów oraz niestacjonarnym charakterem zakłóceń oddziałujących na proces.

Z polskiego opisu patentowego Pat.225969 pod tytułem „Układ sterowania przemysłowym młynem obrotowym” znane jest rozwiązanie obejmujące sterowanie pracą młyna obrotowego przy rozdrabnianiu urobku mineralnego m.in. w przemyśle cementowym. Zaproponowany układ sterowania zawiera urządzenie pomiarowe do oceny własności urobku mineralnego po jego rozdrobnieniu i urządzenie pomiarowe do oceny parametrów pracy młyna oraz wyposażony jest w komputerowe urządzenie sterujące, przystosowane do sterowania prędkością obrotową młyna. Układ wyposażony jest w miernik składu mineralnego, który razem z miernikiem do oceny stopnia uziarnienia, umieszczone są na przenośniku taśmowym przed wejściem urobku mineralnego do młyna obrotowego, a urządzenie pomiarowe do oceny własności urobku po jego rozdrobnieniu ma postać miernika, jakości urobku rozdrobnionego umieszczonego na przenośniku taśmowym po wyjściu urobku z młyna obrotowego. Wyjścia mierników połączone są z komputerowym urządzeniem sterującym, sprzężonym z członem wykonawczym, sterującym prędkością obrotową młyna na podstawie sygnałów przetworzonych w komputerowym urządzeniu sterującym.

Natomiast z europejskiego opisu wynalazku za numerem EP2962164 pod tytułem „Sposób kontrolowania procesem mielenia” znane jest rozwiązanie, w którym to zespół urządzeń do mielenia uroku zawiera m.in. urządzenia monitorujące. Sposób obejmuje monitorowanie co najmniej jednego parametru operacyjnego i kontrolowanie rozdrobnienia cząstek online przez dostosowanie co najmniej jednego z następujących parametrów operacyjnych: natężenie przepływu materiału zasilającego ciąg technologiczny, gęstość materiału zasilającego ciąg technologiczny, prędkość wału, szybkość napełniania w młynie, gęstość mielenia i czas retencji.

Z kolei z innego amerykańskiego opisu patentowego US2004255680 znane jest rozwiązanie, które obejmuje metodę bezpośredniego, dynamicznego i on-line pomiaru różnych parametrów związanych z objętością dynamicznie zajmowaną przez wewnętrzne obciążenie wirujących młynów podczas ich pracy, w szczególności pomiar on-line całkowitego wypełnienia dynamicznego obciążenia objętościowego, dynamicznego objętościowego obciążenia kulkowego, dynamicznego objętościowego napełnienia mineralnego i pozornej gęstości wewnętrznego obciążenia młyna. Niniejszy wynalazek obejmuje także szereg bezprzewodowych czujników akustycznych przymocowanych do zewnętrznego korpusu młyna, jednostkę odbiorczą i/lub kondycjonującą umieszczoną w pobliżu młyna, jednostkę przetwarzającą i jednostkę komunikacyjną.

Z chińskiego rozwiązania wedle dokumentu CN101318158 znany jest sposób optymalizacji procesu mielenia surowców jedynie w młynie, po przez sterowanie elektroniczne pracą młyna, w tym pływu gazów za pomocą wentylatorów.

Kluczowa przewagą zaproponowanego wedle wynalazku rozwiązania, nad rozwiązaniami znanymi ze stanu techniki jest to, że inne znane rozwiązania po analizie przyjemniej jednego sygnału pomiarowego wystawiają po analizie wielu danych wejściowych jeden sygnał sterujący praca jednego elementu, np.: zwiększ lub zmniejsz nadawę wsadu do młyna lub zmniejsz/zwiększ prędkość obrotową młyna. Istotą wynalazku jest zastosowanie wielu sygnałów wejściowych, osobne zestawy dla młyna i osobne zestawy danych dla separatora, i wypracowanie wiel u sygnałów sterujących młynem i separatorem oraz nadawami surowców, w celu optymalizacji procesu. Przedmiotowe rozwiązanie obejmuje etapowy pomiar parametrów mielenia i optymalizację produktu poprzez optymalizację składu produktu.

Celem rozwiązania wedle wynalazku jest opracowanie metody optymalizacji procesu produkcji cementu, otrzymanie jak najlepszych parametrów jakościowych, udział frakcji korzystnych, minimalizację frakcji niekorzystnych dla zadanej receptury cementu.

Sposób sterowania pracą młyna obrotowego i separatora przeznaczonych do rozdrabniania wsadu mineralnego, wykorzystujący parametry zmierzone przez przynajmniej dwa urządzenia pomiarowe do oceny rozkładu ziarnowego cementu, zamontowane na linii technologicznej produkcji cementu w szczególności za wyjściem z młyna i za wyjściem z separatora, przy użyciu komputerowego urządzenia sterującego układami wykonawczymi pracy młyna i separatora, w którym to za pomocą miernika rozkładu ziarnowego zamontowanego za wyjściem z walczaka młyna w trybie ciągłym lub okresowym mierzy się wielkość ziaren cementu podawanego następnie na wejście do separatora, jednocześnie za pomocą miernika rozkładu ziarnowego zamontowanego za wyjściem cementu goto

PL 239 441 B1 wego z separatora także w trybie ciągłym lub okresowym określa się wielkość ziarna cementu gotowego a uzyskane informacje sygnałowo przesyła się do sterownika urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu, przy czym miernik rozkładu ziarnowego umieszony jest na wysypie z walczaka młyna, zaś miernik rozkładu ziarnowego umieszony jest na wysypie cementu gotowego z separatora, zaś w sterowniku urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu dla mierników rozkładu ziarnowego będących laserowymi analizatorami wielkości cząstek określa się aktualny i/lub chwilowy udział frakcji ziaren cementu. Sposób charakteryzuje się tym, że rzeczony udział frakcji ziaren cementu określa się tak że jeśli udział procentowy frakcji grubych dla miernika rozkładu ziarnowego wykracza poza ustalony przedział to za pomocą sygnałów ze sterownika urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu sygnałowo zmniejsza się ilościowo nadawę wsadu dozowanego przez dozowniki do walczaka młyna i/lub zmniejsza się sterując pracą wentylatora przepływ aspiracyjny przez walczak młyna, jeśli udział procentowy frakcji drobnych dla miernika rozkładu ziarnowego wykracza poza ustalony przedział to za pomocą sygnałów ze sterownika urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu sygnałowo zwiększa się ilościowo nadawę wsadu dozowanego przez dozowniki do walczaka młyna i/lub zwiększa się sterując pracą wentylatora przepływ aspiracyjny przez walczak młyna oraz jednocześnie, jeśli udział procentowy frakcji grubych zmierzony miernikiem pomiaru uziarnienia jest wyższy od wartości wymaganych dla zadanej receptury cementu gotowego to za pomocą sterownika urządzenia komputerowego do automatycznego przemiału cementu sygnałowo zmniejsza się przepływ obiegowy wentylatorem przez separator, i/lub zwiększa się prędkość silnika wirnika separatora, jeśli udział proc entowy frakcji drobnych zmierzony miernikiem pomiaru uziarnienia jest wyższy od wartości wymaganych dla zadanej receptury cementu gotowego to za pomocą sterownika urządzenia komputerowego do automatycznego przemiału cementu sygnałowo zwiększa się przepływ obiegowy wentylatorem przez separator i/lub zmniejsza się prędkość silnika wirnika separatora, przy czym czynności wykonuje się aż do zarejestrowania miernikami rozkładu ziarnowego wartości zgodnych z oczekiwanymi udziałami procentowymi uziarnienia mieszaniny o przewadze frakcji korzystnych.

Przedmiot wynalazku został zaprezentowany w przykładzie wykonania, na rysunku, na którym Fig. 1 uwidoczniono schemat urządzeń do realizacji sposobu, Fig. 2 zaprezentowano schemat obrazujący czynności sposobu wedle wynalazku.

Zastosowanie analizatorów wedle wynalazku umożliwia zagęszczenie pobierania wyników do wartości 60 pomiarów/h, przy obecnie stosowanym pomiarze manualnym wykonywanym przez pracownika co 2 h. Czas przejścia materiału wsadowego do młyna przez cały proces mielenia, zależnie od marki produkowanego cementu oscyluje obecnie od 15 do 20 minut. Przy zastosowaniu rozwiązania wedle wynalazku możliwe jest uśrednianie pobieranego cementu w trybie „on-line” przez 20 minut i na podstawie tych wielu wyników wykonanie jednego wyniku rozkładu ziarnowego. Ponadto, rozwiązanie wedle wynalazku umożliwia pobieranie kilku próbek np. 4 lub 5 minutowych i wykonywanie z nich rozkładów ziarnowych oraz wyliczenie dla interwału 20 minut średniej wybranego parametru dla algorytmu sterującego młynem. Zastosowanie rozwiązania powoduje skrócenie czasu reakcji algorytmu na uzyskany wynik jego działania z obecnego przedziału czasu 150 minut, (120 minut próbkowania i mieszania, 30 minut na przeniesienie próbki i ręczny pomiar tzw. powierzchni właściwej wg Blaine’a), do 20 minut, co pokryje się z czasem przejścia partii wsadu przez proces mielenia.

Sposób sterowania pracą młyna obrotowego i separatora przeznaczonych do rozdrabniania wsadu mineralnego, w którym to za pomocą miernika rozkładu ziarnowego 1 zamontowanego za wyjściem z walczaka młyna 3 w trybie ciągłym lub okresowym mierzy się wielkość ziaren cementu podawanego następnie na wejście do separatora 4. Jednocześnie za pomocą miernika rozkładu ziarnowego 2 zamontowanego za wyjściem cementu gotowego z separatora 4 także w trybie ciągłym lub okresowym określa się wielkość ziarna cementu gotowego a uzyskane informacje sygnałowo przesyła się do sterownika urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu 5. Sposób charakteryzuje się tym, że w sterowniku urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu 5 dla miernika rozkładu ziarnowego 1, 2 określa się aktualny i/lub chwilowy udział frakcji ziaren cementu w taki sposób, że:

- jeśli udział procentowy frakcji grubych wykracza poza ustalony przedział to za pomocą sygnałów ze sterownika urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu 5 sygnałowo zmniejsza się ilościowo nadawę wsadu dozowanego przez dozowniki 6 do walczaka młyna 3 i/lub zmniejsza się sterując pracą wentylatora 7 przepływ aspiracyjny przez walczak młyna 3,

PL 239 441 B1

- jeśli udział procentowy frakcji drobnych wykracza poza ustalony przedział to za pomocą sygnałów ze sterownika urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu 5 sygnałowo zwiększa się ilościowo nadawę wsadu dozowanego przez dozowniki 6 do walczaka młyna 3 i/lub zwiększa się sterując pracą wentylatora 7 przepływ aspiracyjny przez walczak młyna 3 oraz jednocześnie,

- jeśli udział procentowy frakcji grubych zmierzony miernikiem pomiaru uziarnienia 2 jest wyższy od wartości wymaganych dla zadanej receptury cementu gotowego to za pomocą sterownika urządzenia komputerowego do automatycznego przemiału cementu 5 sygnałowo zmniejsza się przepływ obiegowy wentylatorem 8 przez separator 4, i/lub zwiększa się prędkość wirnika 9 separatora 4,

- jeśli udział procentowy frakcji drobnych zmierzony miernikiem pomiaru uziarnienia 2 jest wyższy od wartości wymaganych dla zadanej receptury cementu gotowego to za pomocą sterownika urządzenia komputerowego do automatycznego przemiału cementu 5 sygnałowo zwiększa się przepływ obiegowy wentylatorem 8 przez separator 4, i/lub zmniejsza się prędkość wirnika 9 separatora 4.

Czynności wykonuje się aż do zarejestrowania miernikami rozkładu ziarnowego 1, 2 wartości zgodnych z oczekiwanymi udziałami procentowymi uziarnienia mieszaniny o przewadze frakcji korzystnych FK. Mierniki rozkładu ziarnowego 1, 2 to laserowe analizatory wielkości cząstek. Miernik rozkładu ziarnowego 1 umieszony jest na wysypie z walczaka młyna 3, zaś miernik rozkładu ziarnowego 2 umieszony jest na wysypie cementu gotowego z separatora 4.

Sposób optymalizacji składu granulometrycznego wykorzystuje zależność udziału procentowego wsadu mineralnego w mieszaninie o przewadze frakcji niepożądanych FN na poszczegó lnych etapach produkcji w stosunku do zmierzonego udziału w mieszaninie o przewadze frakcji korzystnych FK. Mieszanina o przewadze frakcji niekorzystnych FN posiada w składz ie granulometrycznym większy od ustalonych recepturą udział ziaren małych i grubych, niż mieszanina o przewadze frakcji korzystnych FK, posiadająca w swoim składzie przeważającą ilość ziaren o odpowiedniej i zamierzonej granulacji.

Sterowanie pracą młyna wg wynalazku pozwoli na:

• uzyskanie stabilności procesu czyli niższego rozrzutu powierzchni właściwych cementu w następujący sposób:

o reszta R50 < 5% masy przy rozrzucie powierzchni właściwej Dpw < 100cm²/g dla CEM I52,5R-NA CEM I52,5NSR3/NA, o reszta R100 < 5% masy przy rozrzucie powierzchni właściwej Dpw < 100 cm²/g dla CEM I42,5N-NA. CEM I42.5R-NA, CEM I42.5NSR5 NA, CEM II/A-S 42,5NNA. CEM II A-V 42,NNA, CEM II B-M(S-V) 42,5N, CEM lI B-M( V-LL) 32,R • zawężenie rozrzutu powierzchni właściwej do wartości Dpw = ±100 cm²/g, • uzyskanie wytrzymałości wczesnej 2 dni : Średnia - 20 MPa MIN - 18 MPa Max -22 MPa, • uzyskanie wytrzymałości normowej 28 dni: Średnia - 50 MPa MIN 47 MPa MAX 53 - MPa.

Claims (1)

1. Sposób sterowania pracą młyna obrotowego i separatora przeznaczonych do rozdrabniania wsadu mineralnego, wykorzystujący parametry zmierzone przez przynajmniej dwa urządzenia pomiarowe do oceny rozkładu ziarnowego cementu, zamontowane na linii technologicznej produkcji cementu w szczególności za wyjściem z młyna i za wyjściem z separatora, przy użyciu komputerowego urządzenia sterującego układami wykonawczymi pracy młyna i separatora, w którym to za pomocą miernika rozkładu ziarnowego (1) zamontowanego za wyjściem z walczaka młyna (3) w trybie ciągłym lub okresowym mierzy się wielkość ziaren cementu podawanego następnie na wejście do separatora (4), jednocześnie za pomocą miernika rozkładu ziarnowego (2) zamontowanego za wyjściem cementu gotowego z separatora (4) także w trybie ciągłym lub okresowym określa się wielkość ziarna cementu gotowego a uzyskane informacje sygnałowo przesyła się do sterownika urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu (5), przy czym miernik rozkładu ziarnowego (1) umieszony jest na wysypie z walczaka młyna (3), zaś miernik rozkładu ziarnowego (2) umieszony

PL 239 441 B1 jest na wysypie cementu gotowego z separatora (4), zaś w sterowniku urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu (5) dla mierników rozkładu ziarnowego (1, 2) będących laserowymi analizatorami wielkości cząstek określa się aktualny i/lub chwilowy udział frakcji ziaren cementu, znamienny tym, że rzeczony udział frakcji ziaren cementu określa się tak że jeśli udział procentowy frakcji grubych dla miernika rozkładu ziarnowego (1) wykracza poza ustalony przedział to za pomocą sygnałów ze sterownika urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu (5) sygnałowo zmniejsza się ilościowo nadawę wsadu dozowanego przez dozowniki (6) do walczaka młyna (3) i/lub zmniejsza się sterując pracą wentylatora (7) przepływ aspiracyjny przez walczak młyna (3), jeśli udział procentowy frakcji drobnych dla miernika rozkładu ziarnowego (1) wykracza poza ustalony przedział to za pomocą sygnałów ze sterownika urządzenia komputerowego automatycznego przemiału cementu (5) sygnałowo zwiększa się ilościowo nadawę wsadu dozowanego przez dozowniki (6) do walczaka młyna (3) i/lub zwiększa się sterując pracą wentylatora (7) przepływ aspiracyjny przez walczak młyna (3) oraz jednocześnie, jeśli udział procentowy frakcji grubych zmierzony miernikiem pomiaru uziarnienia (2) jest wyższy od wartości wymaganych dla zadanej receptury cementu gotowego to za pomocą sterownika urządzenia komputerowego do automatycznego przemiału cementu (5) sygnałowo zmniejsza się przepływ obiegowy wentylatorem (8) przez separator (4), i/lub zwiększa się prędkość silnika wirnika (9) separatora (4), jeśli udział procentowy frakcji drobnych zmierzony miernikiem pomiaru uziarnienia (2) jest wyższy od wartości wymaganych dla zadanej receptury cementu gotowego to za pomocą sterownika urządzenia komputerowego do automatycznego przemiału cementu (5) sygnałowo zwiększa się przepływ obiegowy wentylatorem (8) przez separator (4), i/lub zmniejsza się prędkość silnika wirnika (9) separatora (4), przy czym czynności wykonuje się aż do zarejestrowania miernikami rozkładu ziarnowego (1) (2) wartości zgodnych z oczekiwanymi udziałami procentowymi uziarnienia mieszaniny o przewadze frakcji korzystnych (FK).