Zement und Beton geh\u00f6ren zu den am h\u00e4ufigsten 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 h\u00e4ufig als zementgebundener Bestandteil bei der Herstellung von Beton, Stahlbeton und verschiedenen M\u00f6rteln verwendet. Der Zementbedarf beim Bau neuer Geb\u00e4ude und Bauwerke sowie bei deren Instandsetzung und Sanierung ist weiterhin stabil hoch.<\/p>\n
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 f\u00fcr Zement, da sie die Menge des hydratisierbaren Materials bestimmt. Die Hydratationsrate und der Kraftanstieg h\u00e4ngen auch davon ab. Schleifprozesse sind energieaufwendig. Sie verbrauchen bis zu 20% des weltweit erzeugten Stroms. Gleichzeitig entfallen rund 70% des Energieverbrauchs f\u00fcr die Gewinnung von Zement auf das Mahlen von Klinker. Darauf aufbauend lassen sich die wichtigen Aufgaben der Zementindustrie im gegenw\u00e4rtigen Entwicklungsstadium wie folgt formulieren:<\/p>\n
Das Funktionsprinzip von Kugelm\u00fchlen ist einfach. Die Zusammensetzung solcher Vorrichtungen umfasst eine Trommel und Mahlk\u00f6rper (Stangen, Kugeln usw.). Das Mahlgut wird in die Trommel gegeben. Die Trommel beginnt sich zu drehen. In diesem Fall bewegen sich die Mahlk\u00f6rper und das Material zun\u00e4chst 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 Schleifk\u00f6rper bewegen sich relativ zueinander) und Aufprall. Die h\u00e4ufigsten Anwendungen von Kugelm\u00fchlen in Zementwerken sind das Mahlen von Ausgangsmaterial und das Feinmahlen von Zement.<\/p>\n
Der weitverbreitete Einsatz von Kugelm\u00fchlen in Zementmahlprozessen ist auf mehrere Faktoren zur\u00fcckzuf\u00fchren, unter denen ein relativ einfaches Design und eine hohe Produktivit\u00e4t hervorzuheben sind. Solche Vorrichtungen sind jedoch nicht ohne Nachteile. So wurde festgestellt, dass direkt 2 bis 20% des verbrauchten Stroms f\u00fcr das direkte Mahlen verwendet werden. Der Rest wird zur \u00dcberwindung von Reibung, Vibration, Schallschwingungen aufgewendet und in Form von W\u00e4rme freigesetzt. Kugelm\u00fchlen sind aufgrund des schnellen Verschlei\u00dfes der Arbeitselemente auch sehr materialintensiv. Dar\u00fcber hinaus zeichnen sich solche Ger\u00e4te durch einen hohen Ger\u00e4uschpegel aus.<\/p>\n
Gibt es Ger\u00e4te, die in naher Zukunft Kugelm\u00fchlen in Zementmahlprozessen ersetzen k\u00f6nnen? In diesem Artikel werden wir eine der m\u00f6glichen Optionen betrachten – die Verwendung von Ger\u00e4ten mit einer Wirbelschicht aus ferromagnetischen Partikeln.<\/p>\n
Die Wirbelschichtvorrichtung \u00e4hnelt etwas einer Kugelm\u00fchle, ist jedoch im Allgemeinen eine Vorrichtung mit einer grundlegend anderen Wirkung auf die zu verarbeitende Substanz. Die erste \u00c4hnlichkeit ist das Vorhandensein einer Arbeitskammer, in der gemahlen wird. Wenn jedoch die Trommel in einer Kugelm\u00fchle beweglich ist, ist die Arbeitskammer der Wirbelschichtvorrichtung station\u00e4r, kleiner und muss aus nichtmagnetischem Material bestehen. Die zweite \u00c4hnlichkeit ist das Vorhandensein von Arbeitselementen (sie haben eine zylindrische Form und bestehen aus ferromagnetischem Material). Bewegen sich jedoch bei einer Kugelm\u00fchle die Arbeitselemente infolge der Bewegung der Trommel, so beginnen sich bei den Vorrichtungen der Wirbelschicht die Arbeitselemente unter dem Einflu\u00df eines rotierenden elektromagnetischen Feldes entlang komplexer Bahnen zu bewegen. Dieses Feld wird in der Arbeitskammer mit Hilfe von Wicklungen erzeugt. Tats\u00e4chlich \u00e4hnelt der Aufbau der Wirbelschichtvorrichtung dem Aufbau eines Asynchronmotors mit einem herausgezogenen Rotor, an dessen Stelle ein Rohr (Arbeitskammer) angeordnet ist.<\/p>\n
Das prim\u00e4re elektromagnetische Feld, das von einer externen Stromquelle erzeugt wird, interagiert mit den Feldern ferromagnetischer Partikel, was zu einer Reihe zus\u00e4tzlicher Effekte f\u00fchrt, die sich g\u00fcnstig auf die verarbeitete Substanz (Zement) auswirken:<\/p>\n
Die spezifische Kraft dieser Effekte ist so gro\u00df, dass Zement nicht nur gemahlen und aktiviert, sondern auch intensiviert werden kann. Jedes ferromagnetische Teilchen ist sowohl eine M\u00fchle 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 Kugelm\u00fchle. Wenn die Behandlung in anderen M\u00fchlen mehrere zehn Minuten und Stunden dauern kann, dauert es bei Ger\u00e4ten mit einer Wirbelschicht aus ferromagnetischen Partikeln Sekunden oder einige Minuten.<\/p>\n
Die folgenden Parameter und Eigenschaften beeinflussen die Effizienz des Mahlens und Aktivierens von Materialien in Pflanzen mit einer Wirbelschicht:<\/p>\n
Die Optimierung der aufgelisteten Parameter und Eigenschaften kann in Abh\u00e4ngigkeit von der Art des zu verarbeitenden Materials empirisch durchgef\u00fchrt werden.<\/p>\n
Ein Vergleich der Eigenschaften von Kugelm\u00fchlen und Vorrichtungen einer Wirbelschicht aus ferromagnetischen Partikeln zeigt folgendes. Wirbelschichtvorrichtungen \u00fcbertreffen Kugelm\u00fchlen in einer Reihe von Parametern. Insbesondere sind die Vorrichtungen der Wirbelschicht multifunktionale Vorrichtungen. Im Gegensatz zu Kugelm\u00fchlen k\u00f6nnen sie Zement ultrafein mahlen, ohne den Wirkungsgrad zu verringern, und die verarbeiteten Substanzen zus\u00e4tzlich aktivieren, wenn sie einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt werden. Gleichzeitig sind alle notwendigen Prozesse viel schneller. Beispielsweise wird eine Erh\u00f6hung der spezifischen Oberfl\u00e4che von 2800 auf 6800 cm\u00b2 \/ g nach 120 Sekunden Verarbeitung von Zement in der Vorrichtung erreicht. Das Ger\u00e4t arbeitet im Gegensatz zu einer Kugelm\u00fchle fast ger\u00e4uschlos. Es ist m\u00f6glich, Zement ohne Verwendung von ferromagnetischen Partikeln zu aktivieren, indem er einfach durch die Arbeitskammer gesch\u00fcttet wird. In diesem Fall ist die Leistung des Prozesses um ein Vielfaches h\u00f6her.<\/p>\n
Die kurzzeitige Verarbeitung von Zement in der Wirbelschichtapparatur f\u00fchrt zu einer Verk\u00fcrzung der Aush\u00e4rtungszeit von Beton unter nat\u00fcrlichen Bedingungen, einer Verringerung des Zementverbrauchs oder einer Erh\u00f6hung der Betonqualit\u00e4t und zur Erzielung einer hohen Plastizit\u00e4t von Gemischen. Die Verwendung von aktiviertem Zement in allen zementhaltigen Zusammensetzungen liefert hohe physikalische, mechanische und spezifische Eigenschaften der Produkte.<\/p>\n
Die Wirbelschichtvorrichtung erm\u00f6glicht auch das Magnetisieren von Wasser zum Mischen von Betonmischungen. Das Mischen von Zement mit magnetisiertem Wasser f\u00fchrt zu einer deutlichen Erh\u00f6hung der Festigkeit des Steins. Beim Mischen mit gew\u00f6hnlichem 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.<\/p>\n
Nun, und vielleicht ist einer der wichtigsten Vorteile der Wirbelschichtvorrichtungen eine h\u00f6here Energieeffizienz. Der spezifische Energieverbrauch pro Tonne Zementbruch liegt um ein Vielfaches unter dem einer Kugelm\u00fchle.<\/p>\n