RU2010603C1

RU2010603C1 - Fragile material grinding method

Info

Publication number: RU2010603C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Севостьянов; А.А. Романович; В.С. Богданов; С.И. Ханин; Н.С. Богданов; В.С. Платонов; Ю.Г. Редько; И.Н. Шевченко
Original assignee: Белгородский технологический институт строительных материалов
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: construction. SUBSTANCE: method involves preliminary breaking of material to 5-15% extent of breakage; grinding broken material to 30-40% extent of grinding; effectuating fine grinding to achieve 5-7% extent of grinding; subjecting material to milling in ball mill or vibration mill to 30-60% extent of grinding. EFFECT: increased efficiency and wider operational capabilities. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измельчению хрупких материалов в строительной индустрии и может быть использовано в цементном производстве при измельчении клинкера, известняка, техногенных компонентов и др. материалов. The invention relates to the grinding of brittle materials in the construction industry and can be used in cement production for grinding clinker, limestone, man-made components and other materials.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности измельчения при снижении энергоемкости помольных агрегатов. The aim of the present invention is to increase the grinding efficiency while reducing the energy consumption of grinding units.

На фиг. 1 показана кинетика процесса измельчения мелкокусковых материалов и диаграмма уплотнения; на фиг. 2 - схема реализации предлагаемого способа измельчения хрупких материалов. In FIG. 1 shows the kinetics of the grinding process of small-sized materials and a compaction diagram; in FIG. 2 is a diagram of the implementation of the proposed method of grinding brittle materials.

Процесс тонкого измельчения мелкокусковых материалов описывается экспоненциальной зависимостью (кривая 1, фиг. 1) тонкости помола (остатка на сите, R. % ) от времени ( τ) измельчения (или длины помольного агрегата, L), характеризующейся резким снижением крупности измельчаемого материала на I стадии и замедленным приростом тонкости помола на последней III стадии, сопровождающейся наибольшим расходом электроэнергии. The process of fine grinding of small-sized materials is described by the exponential dependence (curve 1, Fig. 1) of grinding fineness (sieve residue, R.%) on grinding time (τ) (or the length of the grinding unit, L), characterized by a sharp decrease in the size of the grinding material by I stage and a slower increase in grinding fineness in the last stage III, accompanied by the highest energy consumption.

Процесс уплотнения порошкообразных материалов также описывается экспоненциальной зависимостью (кривая 2, фиг. 1) степени плотности материала Е = (ρ_i/ρ)·100% , где ρ_i- плотность материала, соответствующая определенному усилию прессования, Р_i, ρ_о - исходная насыпная масса материала, от усилия прессования P. Аналогичный характер кривых 1 и 2 (фиг. 1) свидетельствует о взаимосвязи процессов измельчения и уплотнения (прессования) материалов.The process of compaction of powdered materials is also described by the exponential dependence (curve 2, Fig. 1) of the degree of density of the material E = (ρ _i / ρ) · 100%, where ρ _i is the density of the material corresponding to a certain pressing force, P _i , ρ _о is the initial bulk density of the material, from the pressing force P. The similar nature of curves 1 and 2 (Fig. 1) indicates the interconnection of the processes of grinding and compaction (pressing) of materials.

Предлагаемый способ измельчения хрупких материалов включает постадийный помол материалов в отдельных агрегатах (фиг. 2). Первые стадии процесса измельчения (фиг. 1, кривая 1) вынесены за пределы трубной мельницы в валковый измельчитель 4 (фиг. 2), обеспечивающий непосредственное раздавливающее воздействие на мелкокусковой материал вместо неэффективного крупношарового воздействия в трубной мельнице. Учитывая наличие протяженной I стадии уплотнения материала (кривая 2, фиг. 1), незначительную протяженность зоны динамического воздействия (разрушения) в валковом измельчителе, а также наличие полифрикционного состава измельчаемых материалов (клинкера, известняковых пород и т. д. ) с различной прочностью частиц различных размеров (для крупных частиц - прочность наименьшая, для мелких - наибольшая), перед валковым измельчителем используется устройство 3 для предразрушения материалов и стабилизации гранулометрического состава (фиг. 2). Для дизагломерации спрессованных в пресс-валковом измельчителе 4 пластин материала используется дезагломератор 5. Окончательный домол предварительно измельченного и дезагрегированного материала осуществляется в барабанной мельнице 6, оснащенной внутримельничными энергообменными устройствами, наклонной межкамерной перегородкой 7 и лопастным эллипсным сегментом 8. Использование внутримельничных энергообменных устройств для домола предварительно измельченного в валковом агрегате материала обеспечивает сдвиговые деформации (вдоль корпуса мельницы) мелющей загрузки, что является более эффективным способом разрушения частиц с микродефектной структурой, полученной в валковом измельчителе, чем обычный способ измельчения в шаровых мельницах (без поперечно-продольного перемещения мелющих тел). The proposed method of grinding brittle materials includes stepwise grinding of materials in separate units (Fig. 2). The first stages of the grinding process (Fig. 1, curve 1) are moved outside the tube mill into a roller grinder 4 (Fig. 2), which provides a direct crushing effect on the small-sized material instead of an ineffective large-ball effect in the tube mill. Given the presence of an extended stage I of compaction of the material (curve 2, Fig. 1), the insignificant extent of the dynamic impact (fracture) zone in the roller grinder, as well as the presence of the polyfriction composition of the crushed materials (clinker, limestone rocks, etc.) with different particle strengths different sizes (for large particles - the smallest strength, for small - the largest), a device 3 is used in front of the roller grinder to pre-fracture materials and stabilize the particle size distribution (Fig. 2). For the disagglomeration of 4 material plates pressed in a press roller grinder, a deagglomerator 5 is used. The final milling of the pre-ground and disaggregated material is carried out in a drum mill 6 equipped with in-mill energy exchange devices, an inclined inter-chamber partition 7 and an ellipse blade segment 8. Use of in-house pre-grinding energy exchange devices for the house material crushed in a roll aggregate provides shear deformations (along mill shells) of the grinding charge, which is a more efficient way of destroying particles with a microdefective structure obtained in a roller grinder than the usual method of grinding in ball mills (without transverse longitudinal movement of the grinding bodies).

В качестве помольного агрегата для помола материала могут быть использованы и другие помольные агрегаты, например, вибромельницы. Экспериментально установили, что степень измельченности материалов по указанным стадиям должна соответствовать значениям: на первой стадии - 5 - 15% , на второй - 30 - 40% , на третьей - 5 - 7% , на четвертой - 35 - 60% . Выбор указанных диапазонов обусловлен рациональным распределением энергии, затрачиваемой на разрушение зерен материала определенной крупности (см. фиг. 1). As a grinding unit for grinding material, other grinding units, for example, vibratory mills, can be used. It was established experimentally that the degree of grinding of materials at the indicated stages should correspond to the values: at the first stage - 5 - 15%, at the second - 30 - 40%, at the third - 5 - 7%, at the fourth - 35 - 60%. The choice of these ranges is due to the rational distribution of energy spent on the destruction of the grains of the material of a certain size (see Fig. 1).

Диапазон первой стадии (5-15% ) обусловлен получением микродефектной структуры материала с уменьшенным d_ср средним размером - например, в щековом предизмельчителе (3, фиг. 2). Подача материала с уменьшенным d_срразмером зерна с микродефектной структурой в валковый измельчитель обеспечивает более благоприятные условия для разрушения частиц (при постоянном коэффициенте уплотнения К_упл. = ρ_i/ρ), чем шихты полифракционного состава. При степени измельчения ( η) менее 5% наблюдается лишь упаковка зерен материала без существенной деформации. При η> 15% необходимо приложение значительных усилий, что затруднительно осуществить в устройствах для предразрушения материалов без превращения его в измельчительный агрегат.The range of the first stage (5-15%) is due to the obtaining of a microdefective structure of the material with a reduced d _cf average size - for example, in the jaw pre-grinder (3, Fig. 2). The supply of material with a reduced d _cf grain size with a microdefective structure to the roller mill provides more favorable conditions for the destruction of particles (at a constant compaction coefficient K _upl = ρ _i / ρ) than the charge of a polyfraction composition. When the degree of grinding (η) is less than 5%, only packing of material grains is observed without significant deformation. At η> 15%, considerable effort is required, which is difficult to implement in devices for prefracturing materials without turning it into a grinding unit.

Диапазон второй стадии (30-40% ) обусловлен наиболее рациональным расходом энергии (усилий прессования) с соответствующим эффективным приростом тонкости помола материала. Значение η < 30% характерно для валковых измельчителей невысоких усилий прессования (Р < (0,5-1) 10⁶ > >н/м, что не характерно для промышленных валковых измельчителей с диаметром валков D > 0,5 м. Получение степени измельченности η> 40% в наиболее распространенных промышленных валковых измельчителях (с усилием прессования Р = (1,5-2) 10⁶ н/м затруднительно. Использование валковых измельчителей с Р > 2˙ 10⁶ н/м связано с повышенным расходом электроэнергии и износом рабочих органов-валков.The range of the second stage (30-40%) is due to the most rational consumption of energy (pressing forces) with a corresponding effective increase in the fineness of grinding of the material. The value η <30% is typical for roller grinders of low pressing forces (P <(0.5-1) 10 ⁶ >> n / m, which is not typical for industrial roller grinders with a diameter of rolls D> 0.5 m. Obtaining the degree of grinding η> 40% in the most common industrial roller grinders (with a pressing force P = (1.5-2) 10 ⁶ n / m is difficult. The use of roller grinders with P> 2˙ 10 ⁶ n / m is associated with increased energy consumption and wear working bodies rolls.

Для обеспечения дезагломерации предварительного измельченного в валковом измельчителе материала необходима степень измельченности η = 5-7% . При значениях η< 5% не обеспечивается дезагломерация (разрушение) спрессованных в валковом измельчителе спрессованных пластин. Использование дезагломератора (5, фиг. 2) при η> 7% нецелесообразно, т. к. при указанных значениях η происходит не разрушение аутогезионного взаимодействия частиц в пластинах, (не требующее значительных энергозатрат), а измельчение самих частиц, что целесообразно осуществлять при значительно больших энергозатратах, например, в шаровых или вибрационных мельницах. To ensure the deagglomeration of the material preliminarily ground in a roller grinder, a degree of milling η = 5-7% is necessary. At values of η <5%, deagglomeration (destruction) of the pressed plates pressed in the roller grinder is not ensured. The use of a deagglomerator (5, Fig. 2) at η> 7% is impractical, since at the indicated values of η the autogenous interaction of particles in the plates does not occur (which does not require significant energy consumption), but the particles themselves are milled, which is advisable when high energy consumption, for example, in ball or vibration mills.

Наиболее энергоемкой стадии измельчения соответствует степень измельченности η = 35-60% . При значениях η < 35% не обеспечивается регламентированная тонкость помола конечного продукта, например, для цементного клинкера R₀₀₈ < <10-15% . При η > 60% процесс измельчения сопровождается значительными энергозатратами с незначительным приростом тонины помола и соответствующим агрегированием измельченных частиц.The most energy-intensive stage of grinding corresponds to the degree of grinding η = 35-60%. When η <35%, the regulated fineness of grinding of the final product is not provided, for example, for cement clinker R ₀₀₈ <<10-15%. At η> 60%, the grinding process is accompanied by significant energy consumption with a slight increase in grinding fineness and the corresponding aggregation of crushed particles.

Для получения конечного продукта высокой тонины помола (например, цемента с удельной поверхностью S > 400 м²/кг) целесообразно использовать на последней стадии вибропомол, осуществляемый в вибромельнице. Для этого предшествующие стадии измельчения должны обеспечивать максимальную степень подготовки (измельченности) материала, для предлагаемого способа η= 15% ; η= 40% ; η= 7% .To obtain the final product of a high grinding fineness (for example, cement with a specific surface area S> 400 m ² / kg), it is advisable to use vibratory mills in the vibratory mill at the last stage. For this, the previous grinding stages should provide the maximum degree of preparation (grinding) of the material, for the proposed method η = 15%; η = 40%; η = 7%.

Таким образом, использование предлагаемого способа измельчения хрупких материалов по сравнению с известным позволяет получить следующие преимущества: обеспечивает рациональное использование энергии, затрачиваемой на измельчение материала, по отдельным стадиям, что не требует использования металлоемкого оборудования замкнутого цикла измельчения; создает более благоприятные условия (с меньшим расходом электроэнергии и лучшим качеством продукции) для измельчения материала (с уменьшенным размером d_ср зерна материала, имеющего микродефектную структуру) в валковом измельчителе; использование постадийного измельчения с указанными диапазонами степени измельчения материала, а также использование на стадии домола трубной мельницы, оснащенной внутримельничными энергообменными устройствами, или вибромельницы обеспечивают возможность регулирования тонкости помола (а, следовательно, производительность) конечного продукта, обеспечивать рациональные условия измельчения материалов с учетом их различных физико-механических свойств (размолоспособности, исходной и конечной гранулометрии и т. д. ). (56) Заявка ФРГ N 3518543, кл. В 02 С 19/00, 1980.Thus, the use of the proposed method of grinding brittle materials in comparison with the known allows you to get the following advantages: provides rational use of energy spent on grinding the material in separate stages, which does not require the use of metal-intensive equipment of a closed grinding cycle; creates more favorable conditions (with lower energy consumption and better product quality) for grinding material (with a reduced grain size d _{cf of a} material having a micro-defective structure) in a roller mill; the use of step-by-step grinding with the indicated ranges of the degree of grinding of the material, as well as the use of a tube mill equipped with in-mill energy exchange devices or vibro-mills at the pre-grinding stage, provide the ability to control the fineness (and, therefore, productivity) of the final product, provide rational conditions for grinding materials taking into account their various physical and mechanical properties (grinding ability, initial and final granulometry, etc.). (56) Application of Germany N 3518543, cl. B 02 C. 19/00, 1980.

Claims

1. METHOD FOR GRINDING FRAGILE MATERIALS, including the stage of grinding materials in a roller unit, subsequent dispersion and grinding in a mill, characterized in that, in order to increase the efficiency of the grinding process while reducing the energy intensity of grinding units, the material is preliminarily destroyed to a degree of grinding of 5 - 15%, then it is ground in a roller aggregate to 30–40%, after which it is dispersed to 5–7%, and grinding is carried out in a ball mill with in-mill energy-exchange devices or a vibratory mill to the degree of grinding 35 - 60%.

2. The method according to p. 1, characterized in that when using a vibrating mill, the values of the degree of grinding of the first three stages are selected as maximum.