Mahlen von Zement mit Kugelmühlen und Wirbelschichtmaschinen

Zement und Beton gehören zu den am häufigsten genutzten Rohstoffen der Erde und stehen nach Wasser an zweiter Stelle. Im Durchschnitt bis zu einer Tonne Zement pro Person pro Jahr. Dieses Material wird häufig als zementgebundener Bestandteil bei der Herstellung von Beton, Stahlbeton und verschiedenen Mörteln verwendet. Der Zementbedarf beim Bau neuer Gebäude und Bauwerke sowie bei deren Instandsetzung und Sanierung ist weiterhin stabil hoch.

Das technologische Verfahren zur Zementherstellung umfasst mehrere Stufen und endet mit dem Mahlen von Klinker unter Zusatz von Gips. Die Mahlfeinheit ist ein sehr wichtiges Merkmal für Zement, da sie die Menge des hydratisierbaren Materials bestimmt. Die Hydratationsrate und der Kraftanstieg hängen auch davon ab. Schleifprozesse sind energieaufwendig. Sie verbrauchen bis zu 20% des weltweit erzeugten Stroms. Gleichzeitig entfallen rund 70% des Energieverbrauchs für die Gewinnung von Zement auf das Mahlen von Klinker. Darauf aufbauend lassen sich die wichtigen Aufgaben der Zementindustrie im gegenwärtigen Entwicklungsstadium wie folgt formulieren:

1. Erhöhung der Mahlfeinheit von Rohstoffen.
2. Implementierung von zuverlässigen und einfach zu bedienenden Schleifgeräten.
3. Reduzierung der Energieintensität des Schleifprozesses.

Verwenden einer Kugelmühle zum Mahlen von Zement

Das Funktionsprinzip von Kugelmühlen ist einfach. Die Zusammensetzung solcher Vorrichtungen umfasst eine Trommel und Mahlkörper (Stangen, Kugeln usw.). Das Mahlgut wird in die Trommel gegeben. Die Trommel beginnt sich zu drehen. In diesem Fall bewegen sich die Mahlkörper und das Material zunächst auf einer Kreisbahn entlang der Trommel und fallen dann zu einem bestimmten Zeitpunkt nach unten. Das Schleifen des Materials erfolgt durch Abrieb (Partikel des Materials und Schleifkörper bewegen sich relativ zueinander) und Aufprall. Die häufigsten Anwendungen von Kugelmühlen in Zementwerken sind das Mahlen von Ausgangsmaterial und das Feinmahlen von Zement.

Der weitverbreitete Einsatz von Kugelmühlen in Zementmahlprozessen ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, unter denen ein relativ einfaches Design und eine hohe Produktivität hervorzuheben sind. Solche Vorrichtungen sind jedoch nicht ohne Nachteile. So wurde festgestellt, dass direkt 2 bis 20% des verbrauchten Stroms für das direkte Mahlen verwendet werden. Der Rest wird zur Überwindung von Reibung, Vibration, Schallschwingungen aufgewendet und in Form von Wärme freigesetzt. Kugelmühlen sind aufgrund des schnellen Verschleißes der Arbeitselemente auch sehr materialintensiv. Darüber hinaus zeichnen sich solche Geräte durch einen hohen Geräuschpegel aus.

Gibt es Geräte, die in naher Zukunft Kugelmühlen in Zementmahlprozessen ersetzen können? In diesem Artikel werden wir eine der möglichen Optionen betrachten – die Verwendung von Geräten mit einer Wirbelschicht aus ferromagnetischen Partikeln.

Funktionsweise des Wirbelgeräts

Die Wirbelschichtvorrichtung ähnelt etwas einer Kugelmühle, ist jedoch im Allgemeinen eine Vorrichtung mit einer grundlegend anderen Wirkung auf die zu verarbeitende Substanz. Die erste Ähnlichkeit ist das Vorhandensein einer Arbeitskammer, in der gemahlen wird. Wenn jedoch die Trommel in einer Kugelmühle beweglich ist, ist die Arbeitskammer der Wirbelschichtvorrichtung stationär, kleiner und muss aus nichtmagnetischem Material bestehen. Die zweite Ähnlichkeit ist das Vorhandensein von Arbeitselementen (sie haben eine zylindrische Form und bestehen aus ferromagnetischem Material). Bewegen sich jedoch bei einer Kugelmühle die Arbeitselemente infolge der Bewegung der Trommel, so beginnen sich bei den Vorrichtungen der Wirbelschicht die Arbeitselemente unter dem Einfluß eines rotierenden elektromagnetischen Feldes entlang komplexer Bahnen zu bewegen. Dieses Feld wird in der Arbeitskammer mit Hilfe von Wicklungen erzeugt. Tatsächlich ähnelt der Aufbau der Wirbelschichtvorrichtung dem Aufbau eines Asynchronmotors mit einem herausgezogenen Rotor, an dessen Stelle ein Rohr (Arbeitskammer) angeordnet ist.

Das primäre elektromagnetische Feld, das von einer externen Stromquelle erzeugt wird, interagiert mit den Feldern ferromagnetischer Partikel, was zu einer Reihe zusätzlicher Effekte führt, die sich günstig auf die verarbeitete Substanz (Zement) auswirken:

• direkte Wirkung von Partikeln auf den Stoff;
• Magnetostriktion (Mechanostriktion);
• elektrophysikalische Phänomene usw.

Die spezifische Kraft dieser Effekte ist so groß, dass Zement nicht nur gemahlen und aktiviert, sondern auch intensiviert werden kann. Jedes ferromagnetische Teilchen ist sowohl eine Mühle als auch ein Mischer. Auf komplexen Trajektorien nehmen die Arbeitselemente das gesamte Volumen der Arbeitskammer ein – ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen dem Wirbelschichtapparat und der Kugelmühle. Wenn die Behandlung in anderen Mühlen mehrere zehn Minuten und Stunden dauern kann, dauert es bei Geräten mit einer Wirbelschicht aus ferromagnetischen Partikeln Sekunden oder einige Minuten.

Die folgenden Parameter und Eigenschaften beeinflussen die Effizienz des Mahlens und Aktivierens von Materialien in Pflanzen mit einer Wirbelschicht:

• Intensität und Drehzahl des Magnetfeldes;
• Volumen der Arbeitskammer;
• Füllfaktoren der Arbeitskammer mit ferromagnetischen Partikeln und Material;
• das Verhältnis der Länge eines ferromagnetischen Teilchens zu seinem Durchmesser usw.

Die Optimierung der aufgelisteten Parameter und Eigenschaften kann in Abhängigkeit von der Art des zu verarbeitenden Materials empirisch durchgeführt werden.

Vergleich der Eigenschaften der Wirbelschicht und der Kugelmühle

Ein Vergleich der Eigenschaften von Kugelmühlen und Vorrichtungen einer Wirbelschicht aus ferromagnetischen Partikeln zeigt folgendes. Wirbelschichtvorrichtungen übertreffen Kugelmühlen in einer Reihe von Parametern. Insbesondere sind die Vorrichtungen der Wirbelschicht multifunktionale Vorrichtungen. Im Gegensatz zu Kugelmühlen können sie Zement ultrafein mahlen, ohne den Wirkungsgrad zu verringern, und die verarbeiteten Substanzen zusätzlich aktivieren, wenn sie einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt werden. Gleichzeitig sind alle notwendigen Prozesse viel schneller. Beispielsweise wird eine Erhöhung der spezifischen Oberfläche von 2800 auf 6800 cm² / g nach 120 Sekunden Verarbeitung von Zement in der Vorrichtung erreicht. Das Gerät arbeitet im Gegensatz zu einer Kugelmühle fast geräuschlos. Es ist möglich, Zement ohne Verwendung von ferromagnetischen Partikeln zu aktivieren, indem er einfach durch die Arbeitskammer geschüttet wird. In diesem Fall ist die Leistung des Prozesses um ein Vielfaches höher.

Die kurzzeitige Verarbeitung von Zement in der Wirbelschichtapparatur führt zu einer Verkürzung der Aushärtungszeit von Beton unter natürlichen Bedingungen, einer Verringerung des Zementverbrauchs oder einer Erhöhung der Betonqualität und zur Erzielung einer hohen Plastizität von Gemischen. Die Verwendung von aktiviertem Zement in allen zementhaltigen Zusammensetzungen liefert hohe physikalische, mechanische und spezifische Eigenschaften der Produkte.

Die Wirbelschichtvorrichtung ermöglicht auch das Magnetisieren von Wasser zum Mischen von Betonmischungen. Das Mischen von Zement mit magnetisiertem Wasser führt zu einer deutlichen Erhöhung der Festigkeit des Steins. Beim Mischen mit gewöhnlichem Wasser tritt eine signifikante Induktionsperiode der Kristallisation von Zement auf; Beim Mischen mit magnetisiertem Wasser beginnt die plastische Festigkeit fast unmittelbar nach dem Mischen aktiv zu wachsen.

Nun, und vielleicht ist einer der wichtigsten Vorteile der Wirbelschichtvorrichtungen eine höhere Energieeffizienz. Der spezifische Energieverbrauch pro Tonne Zementbruch liegt um ein Vielfaches unter dem einer Kugelmühle.

Vergleichseigenschaften der Wirbelschichtapparatur und Kugelmühlen als Zementmühlen

Somit ermöglicht die Vorrichtung der Wirbelschicht ferromagnetischen Teilchen als Schleifvorrichtungen drei Hauptaufgaben in der gegenwärtigen Phase Zementindustrie: Zementfeinheit, den Energieverbrauch des Mahlprozesses zu heben und zu senken, während im Betrieb einfach und zuverlässig zu sein.