Структура и технологические свойства сырьевых шихт

Перемешивание сырьевой муки

На некоторых зарубежных заводах применяется система перемешивания, разработанная фирмой Смидт, где материал в силосах перемешивается как за счет установки аэрационных плиток на днище силоса, так и за счет вертикального вала с горизонтальными лопастями, установленными по центру силоса. В последнее время значительные успехи достигнуты в области пневматического перемешивания сырьевой смеси в секторных силосах системы Фуллер. Этот способ на шел широкое распространение на цементных заводах США.

Перемешивание сырьевой муки в секторных силосах системы Фуллер осуществлялось в двух смесительных силосах, емкость которых рассчитана на 24-часовую работу завода. Диаметр и высота каждого силоса составляет 12 м, емкости около 2000 т. На дне силосов уложены плитки, через которые подается воздух. Эти плитки размещены четырьмя секторами, каждый из которых снабжается воздухом отдельно. В три сектора воздух поступает в количестве, необходимом для того, чтобы материал находился у днища в псевдосжиженном состоянии.

Четвертый сектор в это время получает избыток воздуха, в результате чего слой материала над ним становится полностью аэрированным, и за счет своего меньшего объемного веса по сравнению с остальным порошком начинает подниматься и перемещаться над материалом других секторов.

Таким образом достигается активная циркуляция порошков в силосе, обеспечивающая полное и эффективное его перемешивание.

Этот процесс повторяется 15-минутными циклами последовательно на всех секторах. Силосы работают поочередно.

Анализы показали, что при перемешивании материала по этой системе 95% всех проб имели отклонение от нормального состава не более 0,2%.

Расход воздуха по описанной системе составляет до 12 м3/мин при давлении до 2 ат, расход электроэнергии до 0,75 квт-ч/т. Размеры силосов достигают 12 м в диаметре, высотой до 20 м.

Сырьевые шихты получают в виде сухих порошков, пластичных масс или жидких суспензий (шламов). При значительном разнообразии их химического состава и количества присутствующей жидкой фазы сырьевые шихты имеют ряд общих признаков, определяющих в свою очередь общность их свойств и поведения в ходе дальнейшей переработки. Все они – дисперсные системы, близкие к коллоидным, термодинамически активным, агрегативно неустойчивые, способные к саморегулированию свойств и чувствительные к внешнему воздействию. Эти системы обладают высокой поверхностной энергией.

Сырьевые цементные шламы – полидисперсные и полиминеральные суспензии, в которых твёрдая фаза представлена частичками известняка, глины, кварца и других минералов, а жидкая - водой. Размер твёрдых частиц колеблется в широких пределах: от тысяч нанометров до сотен микрометров и более. Крупные фракции представлены в основном непластичными минералами (кварцем, кальцитом, полевым шпатом), а мелкие – глинистыми минералами, аморфной кремнекислотой, гидроксидами железа, алюминия.

Структура шламов представлена в виде пространственной сетки – каркаса: частицы, образующие такие структуры, связаны между собой через тонкие прослойки жидкой среды атомным, молекулярным сцеплением. Такая система тиксотропна, т.е. после разрыва связей под действием внешних сил она способна восстанавливать свою структуру. Такая структура, с одной стороны, обеспечивает текучесть шламов, возможность их перемешивать, а с другой - предотвращает расслаивание.

Шламы имеют мицеллярное строение. Мицеллы (лат. micella уменьшен. от micа крошка¸ крупица) – в коллоидных системах – частицы малых размеров, окружённые жидкой средой. Можно выделить три типа, находящейся в них воды:

· прочно связанная в сольватных оболочках минеральных частиц (соединениях растворённого вещества с растворителем), когда диполи воды имеют определённую устойчивую ориентацию, а толщина оболочек составляет сотни нм;

· вода, входящая в рыхлосвязанный диффузионный слой, находящийся за сольватной оболочкой, в которой степень упорядоченности диполей воды уже существенно ниже; при этом степень ориентации обратно пропорциональна расстоянию от этой поверхности;

· свободная вода - это вода, находящаяся в пространстве между частицами, и не входящая ни в сольватный, ни в диффузный слой.

В состоянии покоя большинство гидратированных частиц шлама имеет поверхности контакта (соприкасаются), что делает систему структурированной и вязкой. Если на систему воздействовать механически, то диффузные оболочки в мицеллах сжимаются за счёт перехода части воды из диффузной области в разряд свободной, располагающейся в прослойках. Эти прослойки позволяют агрегатам скользить по поверхности подобных себе частиц, при этом текучесть повышается. Таким образом, для разрушения структуры шлама и увеличения его текучести требуется механическое воздействие.

Реологические свойства шламов регулируют также, вводя в их состав добавки-разжижители: щелочные электролиты или поверхностно-активные вещества (ПАВ). Действие органических разжижителей более универсально и меньше зависит от состава шлама. Применение разжижителей позволяет снизить влажность цементных шламов на 3…4 %, без снижения их текучести соответственно сократить расход энергии на сушку. В цементном производстве снижение влажности на 1 % приводит в повышению производительности печи примерно, на 1 % с одновременным снижением расхода топлива на 1…1,5 %.

В сухих порошкообразных смесях структурообразование происходит ещё более интенсивно, поскольку водные прослойки не препятствуют контакту частиц. В любой момент времени при помоле, транспортировании, перемешивании порошков между частицами возникают и разрушаются миллионы контактов. Такие контакты назывют аутогезионными. При оставлении порошка в покое структурообразование резко интенсифицируется, формируется порошковое тело, обладающее в зависимости от условий заметной прочностью. Прочность дисперсных структур, формирующихся в порошках, зависит от размера частиц (чем дисперсность выше, тем сильнее взаимодействие), их формы (угловатая форма способствует повышению прочности структуры, шероховатости и природы материала, а также от условий хранения (увеличение высоты столба порошка и его влажности ведёт к усилению контактов). Аутогезионные свойства порошков особенно наглядно проявляются при длительном хранении.

Образование пористых дисперсных структур при аутогезионном взаимодействии порошкообразных материалов вызывает ряд осложнений в ходе технологических процессов. Усложняется выгрузка силосов (цемента, сырьевых смесей) вследствие сводообразования и зависания материалов на стенках. Пылеулавливающие аппараты забиваются пылью, Поэтому необходимо предотвращать образование аутогезионных контактов и разрушать их в случае возникновения. Решается эта задача в основном аэрацией порошков.

Дата добавления: 2014-11-29