Postęp techniki w technologii przemiału cementu na

125

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 2, (2016), 125-133

www.ptcer.pl/mccm

MAGDALENA OLEŚKÓW*, RAFAŁ BUJAK

Cementownia ODRA S.A., ul. Budowlanych 9, 45-005 Opole*e-mail: [email protected]

1. Wstęp Procesy przemiału są najbardziej energochłonnymi ope-

racjami technologicznymi podczas produkcji cementu. Prze-mielane materiały to surowce do produkcji klinkieru, paliwo technologiczne oraz cement. W celu wyprodukowania 1 tony cementu należy zmielić ponad 2,6 tony różnych materiałów. Łącznie ponad 60% energii elektrycznej zużywanej podczas produkcji cementu stanowią procesy przemiału [1]. Nie dziwi zatem fakt, że od początku procesowi temu towarzyszy ciągły rozwój dążący zarówno do obniżania zużycia energii, jak i do zwiększania wydajności.

Od lat dominującą rolę w procesie przemiału cementu odgrywa młyn rurowo-kulowy [2]. Charakterystyczne dla nie-go niskie koszty utrzymania, prostota obsługi, a także duża niezawodność ruchowa stawiają go na czele listy urządzeń mielących współczesnego przemysłu. Utrzymanie tej pozy-cji jest możliwe dzięki ciągłemu udoskonalaniu rozwiązań technicznych młyna. Mimo, iż wiele czynników wskazuje, że popularność młyna kulowego nie jest zagrożona to coraz większą rolę zaczynają odgrywać inne urządzenia rozdrab-

Postęp techniki w technologii przemiału cementu na przykładzie Cementowni ODRA

Streszczenie

Przemiał jest najbardziej energochłonną operacją technologiczną podczas produkcji cementu. Od wielu lat dominującą rolę odgrywa młyn rurowo-kulowy. Rosnące koszty energii wymuszają poszukiwanie nowszych, bardziej energooszczędnych metod przemiału. W artykule przedstawiono aktualny stan technik mielenia cementu oraz podano przykład wykorzystania nowoczesnych, wydajnych i energetycznie oszczędnych urządzeń w Cementowni ODRA. Zmodernizowana linia przemiałowa przyniosła przedsiębiorstwu wiele wymiernych korzyści, takich jak niższe jednostkowe zużycie energii na przemiał, wzrost zdolności produkcyjnej i poprawę parametrów jakościowych cementu.

Słowa kluczowe: przemiał, mielenie cementu, młyn rurowo-kulowy, młyn pionowy rolowo-misowy, Cementownia ODRA

TECHNICAL PROGRESS IN CEMENT MILLING TECHNOLOGY ON AN EXAMPLE OF THE ODRA CEMENT PLANT

Milling is the most energy-consuming technological operation of cement production. Tube ball mills have played dominant role in the cement technology since many years. Ascending costs of energy force searching for new, more energy-saving milling methods. The current state of the cement milling techniques is shown in the paper, together with an example of modern, productive and energy-saving installations used in the ODRA Cement Plant. The modernized milling line brought the plant many advantages, including the lowered unitary energy consumption, the increased productivity, and the improvement of cement quality parameters.

Keywords: Milling, Cement milling, Tube ball mill, Vertical roller pan mill, ODRA Cement Plant

niające, takie jak pionowy młyn rolowo-misowy, prasa wal-cowa czy poziomy młyn rurowo-walcowy typu Horomill [3].

Działania w zakresie rozwoju i modernizacji przemiału cementu są istotne zarówno z uwagi na poprawę aspektów ekonomicznych przedsiębiorstwa, jak i ograniczenia jego negatywnego wpływu na naturalne środowisko. Produkcja cementu wiąże się bowiem z emisją hałasu, zapylenia, a tak-że wibracji [4]. Istotne jest więc szukanie nowych rozwiązań i sposobów zapobiegania i zmniejszania niekorzystnego oddziaływania na środowisko. Było to jednym z powodów, dla których Cementownia ODRA podjęła decyzję o modernizacji linii przemiału cementu.

2. Rodzaje urządzeń mielących

2.1. Młyn rurowo-kulowy

W obrębie cylindrycznej części młyna rurowo-kulowego wyróżnia się trzy główne elementy biorące udział w prze-miale: walczak wraz z wykładziną pancerną, przegroda międzykomorowa oraz mielniki (Rys.1). Rozwój techniki

126 MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 2, (2016)

M. OLEŚKÓW, R. BUJAK

spowodował, że każdy z tych elementów przeszedł szereg ulepszeń. W przypadku mielników udoskonalenia dotyczyły głównie zastosowania nowych, trwalszych materiałów, umoż-liwiających redukcję ilości postojów na uzupełnianie straco-nego ładunku mielników w czasie pracy młyna. Natomiast dla płyt pancernych i przegród poza nowymi materiałami opracowano również nowe rozwiązania konstrukcyjne [6].

Pierwsze młyny kulowe były jednokomorowe [7], a ich długość nie przekraczała 1,2 m przy średnicy 1,0 m. Roz-wój metalurgii i produkcja wysokiej jakości stali pozwoliły konstruktorom zwiększyć długość walczaka w stosunku do jego średnicy i stworzyć wielokomorowe urządzenia mielące. W latach 60-tych i 70-tych ubiegłego wieku powszechnie stosowano młyny czterokomorowe (czasami nawet pięcio-komorowe). Aktualnie dzięki zastosowaniu płyt samosor-tujących możliwe stało się zredukowanie ilości komór do dwóch i zmniejszenie oporów przepływu w młynie, co z kolei korzystnie wpłynęło na wydajność urządzeń i wskaźniki zużycia energii [1].

Przegroda oddzielająca komory procesowe w młynie zapewnia równomierny przepływ rozdrobnionego materiału oraz zapobiega przesypywaniu się mielników między komo-rami. Początkowo była to konstrukcja jednopłytowa z otwo-rami szczelinowymi, których wielkość i kształt poprzecznego przekroju dobierano w taki sposób, aby zapobiec efektowi zatykania się szczelin materiałem [8]. Niestety na skutek uderzeń mielników szczeliny te ulegały zawalcowaniu, co powodowało zmniejszenie powierzchni czynnej przegrody i utrudniało prawidłową pracę młyna w dłuższych okresach czasu [3]. Wprowadzono nowoczesne przegrody dwupłyto-we, których przewaga nad jednopłytowymi polegała na sor-towaniu rozdrabnianego materiału i zawracaniu nadziarna do ponownego zmielenia [1]. Wielu producentów wprowadziło swoje własne rozwiązania konstrukcyjne [3]. Przykładowo fi rma FLS w przestrzeni międzypłytowej umieściła sito, na którym następuje sortowanie materiału [9], a szczeliny wlotowe wzmocniła wykładziną pancerną [3]. Christian Pfeiffer wykorzystał regulatory (kierownice) do sterowania strumieniem materiału, a w obszarach przyprzegrodowych zastosował pierścienie pośrednie odciążające przegrodę

[10]. Firma Estanda swoją konstrukcję wyposażyła w dwa ro-dzaje kierownic podnoszących, którymi regulowana jest ilość materiału w przegrodzie [11]. Rozwiązania konstrukcyjne fi rm podlegały zmianom również podczas eksploatacji w samych cementowniach. Zmieniano kształty lejków, kąty szczelin w płytach czy elementy konstrukcyjne samych przegród. Dzięki zastosowaniu nowych materiałów do wykonania płyt udało się zwiększyć powierzchnię czynną przegród (mniejsze opory przepływu), zachowując odpowiednią wytrzymałość na udarność czy ścieranie, a co za tym idzie trwałość.

Wykładzina pancerna młyna pełni nie tylko funkcję ochronną walczaka, ale także funkcję technologiczną [1]. Z uwagi na to duże znaczenie ma nie tylko trwałość sto-sowanych płyt, ale również ich kształt, który warunkuje kąt podnoszenia mielników oraz ich sortowanie.

Współczesne płyty wytwarza się z materiałów o wysokiej odporności na uderzenia i ścieranie. Wysoko cenione są stale stopowe, które utwardzają się pod wpływem uderzeń mielni-ków [1]. Dobrej jakości płyty pancerne mogą pracować 10 lat bez konieczności ich wymiany [3]. Najsłabszym elementem płyty jest sposób mocowania jej do walczaka młyna. Kla-syczne mocowanie płyty za pomocą śrub znacznie osłabia jej odporność. Dlatego coraz częściej stosuje się systemy częściowo lub całkowicie bezśrubowe [2]. Zastosowanie płyt samoklinujących się nie jest jednak prostym zadaniem, gdyż wymaga idealnego kształtu płaszcza młyna [3].

Obecnie dzięki zastosowaniu płyt sortujących jako mielniki stosuje się wyłącznie kule. W porównaniu do lat 70-tych ubiegłego wieku średnie zużycie mielników spadło o ponad 50% [12]. Zawdzięczamy to nowym, trwalszym materiałom do produkcji mielników, a także lepszej jakości ich wykonania.

Ulepszenia nie ominęły także instalacji przemiałowych. W nowoczesnych cementowniach młyny kulowe nie pracują już samodzielnie, lecz są wspomagane dodatkowymi urzą-dzeniami procesowymi. Powszechne stało się użycie separa-torów i zmiana sposobu pracy młyna procesowego z układu otwartego na zamknięty. Separacja przemielanego materiału prowadzi do przyrostu wydajności układu, podwyższa stopień rozdrobnienia oraz poprawia strukturę składu ziarnowego.

Rys. 1. Młyn rurowo-kulowy dwukomorowy [5].Fig. 1. Double chamber tube ball mill [5].

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 2, (2016) 127

POSTĘP TECHNIKI W TECHNOLOGII PRZEMIAŁU CEMENTU NA PRZYKŁADZIE CEMENTOWNI ODRA

W pierwszych separatorach mechanicznych, dziś nazywa-nych konwencjonalnymi, łopatki wentylatora wytwarzające strumień powietrza umieszczone były wewnątrz obudowy, gdzie pracowały w warunkach wysokiego stężenia pyłu [13]. Niestety takie rozwiązanie powodowało silną erozją jego elementów. Stało się więc oczywiste, że zmiana w konstrukcji separatora konwencjonalnego jest konieczna. I tak od ponad 30 lat dostępne są separatory nowej generacji, w których po-wietrze separujące wytwarza wentylator (bądź wentylatory) umieszczony poza obudową, a w komorze separacji odbywa się wyłącznie rozdział materiału [1].

2.2. Rozwój urządzeń mielących

Młyny kulowe obok wielu zalet, takich jak niezawodność, stałość parametrów i prostota obsługi, posiadają poważną wadę – energochłonność [14]. Przy obecnych kosztach energii elektrycznej jest to bardzo poważny argument, przy-czyniający się do poszukiwania innych urządzeń mielących.

Pierwszym urządzeniem zmieniającym technologię przemiału bazującą na młynie kulowym był zaprojektowany w 1925 przez niemieckiego inżyniera Loesche młyn zwany od nazwiska twórcy młynem Loesche. Był to pierwowzór młynów pionowych, które od ponad trzydziestu lat zyskują coraz więk-szą popularność w cementowniach do przemiału cementu. Wcześniej wykorzystywano je do przemiału surowca i węgla. Poza wysoką efektywnością procesu rozdrabniania w tych młynach uzyskuje się możliwość równoczesnego suszenia, mielenia i separacji materiałów w obrębie jednego urządze-nia, co może stanowić dużą przewagę nad młynami kulowymi [15]. Doświadczenia wielu zakładów [16, 17] pokazują, że przemiał w młynach pionowych jest bardziej ekonomiczny, a gotowy produkt charakteryzuje się lepszymi parametrami jakościowymi. Są to jednak układy skomplikowane mecha-nicznie, wymagające sporych kosztów remontowych.

W młynach pionowych mielenie odbywa się na skutek mechanicznego oddziaływania dwóch elementów mielących na materiał znajdujący się pomiędzy nimi. Początkowo sto-sowane były przede wszystkim do mielenia surowca i węgla, jednak przy obecnym stanie techniki mogą z powodzeniem mielić tak twarde materiały jak klinkier czy żużel wielkopieco-wy [1]. Różnice w rozwiązaniach konstrukcyjnych pozwalają wyodrębnić dwie grupy młynów pionowych: kulowo-pierście-niowe oraz rolowo-misowe [18]. W pierwszej grupie elemen-tem mielącym są kule umieszczone na bieżni pierścienia mielącego, który jest elementem napędzanym [19], w drugiej zespół mielący tworzy obracająca się misa oraz toczące się po niej rolki. Rozdrobniony materiał przenoszony jest przez strumień gazów do separatora wewnętrznego, gdzie następuje oddzielenie nadziarna od produktu końcowego [1, 19]. Schemat cyrkulacji materiału przemielanego i gazów w młynie rolowo-misowym przedstawia Rys. 2.

Wspomniany już na początku rozdziału inżynier Loesche opracował innowacyjną konstrukcję młyna rolowo-misowego, zwanego 2+2 lub 3+3, wyposażonego w pary rolek o rożnej średnicy i masie. Każda para składa się z rolki przygotowaw-czej (rolka S) oraz rolki głównej (rolka M). Zadaniem rolki S jest przygotowanie warstwy materiału do mielenia poprzez ubijanie i odpowietrzanie, a rolki M zmielenie go (Rys. 3). W zależności od wydajności młyna stosuje się 2 lub 3 pary rolek [20, 21].

Niewątpliwie duże znaczenie w postępie technicznym odegrała wysokociśnieniowa prasa walcowa, popularnie zwana ”prasą rolkową” (ang. roller press), skonstruowana w 1977 [3]. Początkowo służyła do przemiału surowca, lecz dzięki zastosowaniu materiałów o wysokiej trwałości, szyb-ko znalazła zastosowanie w przemiale cementu [1]. Prasa składa się z dwóch walców, które rozkruszają podawany grawitacyjnie pomiędzy nie materiał [23]. Schemat działania prasy rolkowej przedstawiono na Rys. 4.

Aby wyeliminować poślizg zgniatanego materiału na wal-cach i zapewnić odpowiednie rozproszenie sił zgniatających wykonuje się bruzdowanie na powierzchni walców, nadając

Rys. 2. Schemat przepływu mediów procesowych w młynie rolowo--misowym (linia ciągła - materiał, linia przerywana – gaz): 1 - pier-ścień bieżni, 2 - misa, 3 - szczelina pierścieniowa [1].Fig. 2. Process media fl ow schematic in a roller pan mill (continuous line – material, dashed line – gas): 1 - race ring, 2 - bawl, 3 - ring gap [1].

Rys. 3. Schemat przygotowania warstwy materiału mielonego w młynie rolowo-misowym Loesche [22].Fig. 3. Schematic of preparation of milled material layer in a Loesche pan roller mill [22].

Rys. 4. Schemat działania prasy rolkowej [24].Fig. 4. Roller press operation schematic [24].



im charakterystyczne ukształtowanie [1]. Przykładowe po-wierzchnie walców przedstawiono na Rys. 5.

Prasa może pracować w układzie z separatorem lub może wspomagać pracę młyna kulowego jako urządzenie do wstępnego rozdrabniania. Zasilanie młynów wstępnie przygotowanym materiałem w prasie przyczynia się do znacznego zwiększenia wydajności układu i zmniejszenia zużycia energii [3].

Najmłodszym urządzeniem rozdrabniającym jest pozio-my młyn walcowy, którego konstrukcję opracowała w 1993 fi r-ma Five-Cail-Babcock we współpracy z włoską cementownią F. Buzzi - Trino i wprowadziła na rynek pod nazwą Horomill [25]. Młyn składa się z obracającego się bębna i dociskanej do jego powierzchni rolki, a siła odśrodkowa oraz specjalne zgarniaki kierują materiał pod rolkę, gdzie następuje jego rozdrabnianie [3]. Schemat działania młyna przedstawia Rys. 6. Szczególną zaletą tego młyna jest niższe zużycie energii w porównaniu z nowoczesnymi dwustopniowymi układami mielącymi (młyn kulowy, separator, prasa walcowa) [25]. Porównanie jednostkowego zużycia energii przy przemiale cementu na obu układach przedstawiono na Rys. 7.

Omawiając maszyny mielące nie można pominąć młynów wibracyjnych, w których podobnie jak w kulowych mielenie odbywa się pomiędzy swobodnymi mielnikami a ruchomą komorą z tą różnicą, że ruch komory jest drgający, a nie obrotowy [27]. Istnieje kilka odmian konstrukcyjnych młynów wibracyjnych, a główna różnica pomiędzy nimi dotyczy ilości, kształtu i wzajemnego ułożenia komór oraz ilości i miejsca usytuowania wibratorów [28]. Wyróżniamy młyny jedno-, dwu-, cztero- i sześciokomorowe, w których połączenia poszczególnych komór mogą być dowolnie zmieniane przez użytkowników [27, 29]. Najczęściej stosowane młyny dwu-komorowe przedstawiono na Rys. 8.

Z uwagi na duże możliwości technologiczne, niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne młyny wibracyjne z powo-dzeniem mogą zastąpić młyny kulowe wszędzie tam, gdzie wymagane jest bardzo duże rozdrobnienie [27]. Urządzenia

Rys. 5. Ukształtowanie powierzchni walców w prasach walcowych [24].Fig. 5. Surface confi guration of rolls in roller presses [24].

Rys. 7. Porównanie jednostkowego zużycia energii przemiału ce-mentu w młynie Horomill i nowoczesnych układach dwuetapowych z młynem kulowym [25].Fig. 7. Comparison of cement milling unitary energy consumption between a Horomill roller mill and modern two stage systems with a ball mill [25].

Rys. 6. Schemat działania poziomego młyna walcowego [26].Fig. 6. Horizontal roller mill operation schematic [26].



te nie są jednak stosowane w przemyśle cementowym, ale sprawdziły się między innymi w przemyśle szklarskim, do mielenia farb i pigmentów drukarskich czy grafi tu [28].

3. Środki powierzchniowo czynne

Poszukiwania sposobów obniżenia zużycia energii na przemiał cementu nie ograniczyły się tylko do udoskonalania rozwiązań konstrukcyjnych i technologicznych urządzeń mielących. Od lat powszechne jest również stosowanie związków chemicznych intensyfi kujących proces mielenia poprzez obniżenie sił napięcia powierzchniowego ziaren. Do najczęściej stosowanych materiałów należą aminy i ich sole, polialkohole, lignosulfoniany, kwasy tłuszczowe oraz ich sole [30]. Nie wszystkie rodzaje środków powierzchniowo czyn-nych działają w taki sam sposób. Klasyczne środki jedynie ułatwiają mielenie w odróżnieniu od dodatków, które poza korzystnym wpływem na sam proces, podwyższają także wytrzymałość normową cementu [31].

Pierwszymi zastosowanymi środkami powierzchniowo czynnymi były kwasy naftosulfonowe, których dodatek przy-niósł pozytywne skutki tylko w końcowych etapach mielenia [32]. Na przestrzeni lat wykorzystywano również ścieki po-butanolowe, fl otanol, a także glikole (etylowy propylenowy polipropylenowy). Nowoczesne intensyfi katory mielenia to

związki dipolowe, których właściwości wykorzystuje się do odseparowania od siebie pojedynczych ziaren [5].

4. Przemiał cementu w Cementowni ODRA 4.1. Stan przed modernizacją

Cementownia ODRA istnieje na rynku od ponad 100 lat. Zakład produkuje cementy powszechnego użytku, a kluczowe znaczenie w tej produkcji odgrywa granulowany żużel wielkopiecowy wprowadzany jako dodatek mineralny. Cementy z jego dodatkiem stanowią około 68% ogólnej produkcji (Rys. 9). Zużycie żużla wynosi ponad 220 tys. ton rocznie.

Zakład wykorzystuje do przemiału cementu młyny ruro-wo-kulowe. Z uwagi na wysokie wskaźniki zużycia energii podjęto decyzję o modernizacji części linii technologicznej. Obejmowała ona układ przemiałowy, zawierający cztery młyny kulowe dwukomorowe, pracujące w systemie otwar-tym. Młyny zasilane są wspólnie przygotowaną mieszanką i posiadają wspólny odbiór cementu (Rys. 10). Taki sposób prowadzenia procesu przemiału (cztery połączone młyny) umożliwiał jedynie optymalizację rozdrobnienia materiału końcowego oraz ilości wprowadzanego dodatku. Modyfi kacja tylko tych dwóch parametrów dawała niewielką możliwość sterowania właściwościami cementów, a cały układ charak-teryzował się wysoką energochłonnością.

4.2. Modernizacja przemiału w Cementowni ODRA

Zwiększanie efektywności przemiału cementu przebiega-ło dwuetapowo. W pierwszym etapie wszystkie cztery młyny „zamknięto” technologicznie wspólnym separatorem nowej generacji. Najważniejszą kwestią był dobór odpowiedniej wielkości separatora do modernizowanego układu. Wybrano urządzenie VTP 3100 fi rmy PSP z Prerowa (Czechy), które gwarantowało ciągłość pracy przy wydajności od 140 t/h do 300 t/h. Tak szeroki zakres pracy wynikał z założeń technolo-gicznych dla modernizowanego układu. Planowano produk-cję „czystych” cementów portlandzkich o niskiej powierzchni właściwej (3500 cm2/g - wg Blaine’a) z łączną wydajnością młynów ok. 120 t/h i zakładanej krotności materiału w obiegu około 1,2. Nie wykluczano również przypadków produkcji cementów o bardzo dużym rozdrobnieniu (5000 cm2/g - wg

Rys. 8. Dwukomorowe młyny wibracyjne: a) z napędem osiowym,b) z napędem bocznym, c) z równoległą pracą komór; 1 - komora, 2 - ładunek, 3 - przegroda sitowa, 4 - pokrywa, 5 - konstrukcja wsporcza, 6 - wlot nadawy, 7 - wylot produktu mielenia, 8 - wibra-tor, 9 - podparcie sprężyste, 10 - rama, 11 - silnik, 12 - przekładnia pasowa [27].Fig. 8. Double chamber vibration mills: a) with axis drive, b) with lateral drive, c) with parallel chambers work; 1 - chamber, 2 - charge, 3 - sieve diaphragm, 4 - cover, 5 - bracket construction, 6 - feed inlet, 7 - milled product outlet, 8 - vibrator, 9 - spring support, 10 - frame, 11 - engine, 12 - belt transmissions [27].

Rys. 9. Charakterystyka profi lu produkcji (dane produkcyjne z 2015).Fig. 9. Production profi le characteristics (production data from 2015).



Blaine’a), dla których wydajność układu młynów kulowych spadłaby do ok. 80 t/h, a krotność obiegu wynosiłaby 2,8.

Istotnym punktem modernizacji było rozwiązanie proble-mu sterowania rozdziałem nadziarna z separatora do czte-rech młynów. Zbudowano cztery osobne zbiorniki, z których każdy posiada osobne układy odbiorcze. Zarządzanie pracą układów rozwiązano przy pomocy dwóch pętli sterowniczych: jedna odpowiada wyłącznie za równe napełnienie zbiorników, druga kieruje dozowaniem materiału do młyna, traktując każdy młyn z jednym zbiornikiem jako osobny układ.

Rys. 10. Schemat linii przemiałowej przed modernizacją.Fig. 10. Schematic of the milling line before modernization.

Drugim etapem modernizacji była budowa nowego mły-na rolowo-misowego do mielenia żużla z równoczesnym jego osuszaniem i połączenie go z unowocześnionym już układem młynów (Rys. 11). Instalacja młyna pionowego umożliwiła oddzielne mielenie składników cementu, co po-zwala na sterowanie ich rozdrobnieniem. Młyn wykorzystuje do suszenia żużla gazy odlotowe z pieca. Suchy zmielony żużel podawany jest do separatora, gdzie następuje jego mieszanie z pozostałymi składnikami cementu zmielonymi w młynach kulowych.

Rys. 11. Schemat linii przemiałowej po modernizacji.Fig. 11. Schematic of the milling line after modernization.



4.3. Ocena pracy układu po modernizacji

Modernizacja linii przemiałowej przyniosła wymierne korzyści ekonomiczne dla zakładu. Zwiększyła się zdecy-dowanie zdolność produkcyjna układu. Wzrost wydajności po kilku miesiącach eksploatacji wyniósł 25%, ale szacuje się, że w przyszłości będzie większy o kolejne 40% (Rys. 12). Zmniejszeniu uległo jednostkowe zużycie energii. Tak jak się spodziewano, największe oszczędności uzyskano mieląc cementy o dużym rozdrobnieniu lub z dużym udziałem żużla wielkopiecowego. Obecnie ilość energii elektrycznej potrzebnej na zmielenie cementu hutniczego CEM III/A 42,5 N jest mniejsza o 12% w porównaniu do lat ubiegłych. Nieco mniejszy spadek uzyskano dla CEM III/A 32,5 N oraz CEM II/B-S 32,5 R - odpowiednio 7% i 4%. Nie są to jednak do-

Rys. 12. Wydajność układu przemiałowego w latach przed i po modernizacji (dane zakładu). Fig. 12. Output of the milling system in years before and after the modernization (factory data).

celowe wyniki. Nadal prowadzone są różnego rodzaju prace i działania, mające na celu jeszcze większe zmniejszenie zużycia energii. Finalnie planowane jest osiągnięcie redukcji na poziomie 22% dla CEM III/A 42,5 N, 20% dla CEM III/A 32,5 N oraz 18% dla CEM II/B-S 32,5 R.

Wprowadzenie do układu przemiału separatora przy-niosło poprawę parametrów jakościowych produktów. Znaczny rozrzut wyników, który był charakterystyczny dla układu otwartego, zdecydowanie uległ zmniejszeniu, co jest widoczne w pomiarach powierzchni właściwej (Rys. 13), jak i wytrzymałości na ściskanie (Rys.14). Dzięki korzystnemu rozkładowi granulometrycznemu cementów zanotowano większe przyrosty ich wytrzymałości. Porównując cementy zmielone w dwóch różnych układach do tej samej po-wierzchni widać wyższe wyniki wytrzymałościowe dla układu zamkniętego (Rys. 15).

Rys. 13. Powierzchnia właściwa cementów produkowanych w układzie otwartym i zamkniętym.Fig. 13. Specifi c surface area of cements produced in the open and closed systems.

Rys. 14. Wytrzymałość normowa cementów produkowanych w układzie otwartym i zamkniętym.Fig. 14. Standard strength of cements produced in the open and closed systems.



Tradycyjne systemy wspólnego mielenia klinkieru z żuż-lem pozwalają kontrolować jedynie granulację gotowego produktu. W spoiwach zawierających duże ilości żużla, nie tylko rozdrobnienie samego spoiwa determinuje wytrzyma-łość, ale również rozdrobnienie jego poszczególnych skład-ników. Ich oddzielne mielenie daje szeroki zakres możliwości technologicznych przy tworzeniu korzystnych wariantów pod względem parametrów jakościowych i ekonomicznych [33]. Po modernizacji możliwe było znaczne zmniejszenie powierzchni właściwej cementów przy zachowaniu dotych-czasowych poziomów wytrzymałości. W Tabeli 1 podano parametry wytrzymałościowe cementu CEM II/B-S 32,5 R zmielonego w dwóch różnych układach, tj. w młynach kulowych pracujących w systemie otwartym oraz układzie zamkniętym, składającym się z młyna pionowego do żużla i młynów kulowych do klinkieru.

Działania inwestycyjne przyniosły również pozytywne efekty ekologiczne. Połączenie procesów przemiału i susze-nia pozwoliło zredukować o 40% zużycie paliw kopalnych

Rys. 15. Wytrzymałość na ściskanie cementu z zawartością 30% żużla o powierzchni właściwej wg Blaine’a 3450 cm2/g.Fig. 15. Compressive strength of cement with 30% slag content and specifi c surface area of 3450 cm2/g in the Blaine test.

Tabela 1. Wyniki badań CEM II/B-S 32,5 R zmielonego w różnych układach.Table 1. Test results of CEM II/B-S 32,5 R milled in different systems.

Parametrmłyny kulowe

nowy układ

powierzchnia właściwa wg Blaine’a [cm2/g]

3 740 3 410

wytrzymałość po 2 dniach [MPa] 15,7 16,2

wytrzymałość po 28 dniach [MPa] 43,1 46,7

wykorzystywanych w suszarniach żużla oraz ograniczyć o około 70 000 nm3 emisję gazów przemysłowych.

5. Podsumowanie i uwagi końcowe

Historia urządzeń mielących, rozpoczynająca się od koła młyńskiego, wydaje się nie mieć końca (Rys. 16). Posiada-na obecnie wiedza teoretyczna o procesie rozdrabniania materiałów i jej wykorzystanie do konstruowania wydajnych i energetycznie oszczędnych urządzeń jest na poziomie satysfakcjonującym dla współczesnych technologów ce-mentu. Mimo to dalszy rozwój maszyn przemielajacych jest nieunikniony.

Przedstawiona w artykule modernizacja procesu prze-miału w Cementowni ODRA z wykorzystaniem separatora nowej generacji oraz młyna misowo-walcowego pokazała, że szukanie nowych rozwiązań technologicznych przynosi wymierne korzyści dla przedsiębiorstwa, zarówno w zakresie energochłonności, wydajności jak i jakości produkowanych wyrobów.

Na podstawie wyników pracy nowego układu przemiało-wego można stwierdzić, że:

− jednostkowe zużycie energii na przemiał jest niższe niż dla młynów kulowych pracujących wcześniej w układzie

Rys. 16. Rozwój technologii i urządzeń mielących [4].Fig. 16. Development of technology and milling equipment [4].



otwartym o 12% dla CEM III/A 42,5 N, 7% dla CEM III/A 32,5 N i 4% dla CEM II/B-S 32,5 R;

− wzrosła zdolność produkcyjna o 25%, − nastąpiła poprawa parametrów jakościowych cementu,

widoczna w korzystnej strukturze rozkładu granulome-trycznego a tym samym większym przyroście wytrzy-małości,

− emisja gazów zmniejszyła się o 70 000 nm3, dzięki wykorzystaniu odpadowego powietrza z chłodnika w młynie pionowym.

Literatura

[1] Nowak, E., Pałka, E., Płocica, M., Stanoch, W., Szeliga, A.: Procesy przemielania i młyny w przemyśle cementowym, tom 1, Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych Nr 26, Wydaw-nictwo Instytut Śląski, Opole 1999.

[2] Kurdowski, W.: Poradnik technologa przemysłu cementowego, Arkady, Warszawa 1981.

[3] Kurdowski, W.: Stan techniki w zakresie przemiału cementu, Cement-Wapno-Beton, R. 3/65, nr 3, (1998), 87-92.

[4] Romaniuk, P.: Zrównoważony rozwój w branży cementowej, Zrównoważony rozwój – Zastosowania, Nr 2, Fundacja Sen-dzimira, 2011, 82-91.

[5] Schneider, M.: CSI/TERI/ECRA Forum, New Dehli, 19/20 September 2008.

[6] Grabski, J.: Optymalizacja zastosowania środków powierzch-niowo-czynnych w procesie przemiału klinkieru na CEM I i CEM II, praca magisterska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH, Kraków 2013.

[7] Scheibe, W.: 100 Jahre Rohrkugelmühle – ein historischer Ruckblick, Zement Kalk Gips, 46, 3, (1993), 123-128.

[8] Brylicki, W., Derdacka-Grzymek, A., Gawlicki, M., Małolepszy, J.: Technologia budowlanych materiałów wiążących, tom 2, Cement, PWSiP, Warszawa 1986.

[9] FLS – Cement Production Seminar, 15-20.04.1996, Kraków.[10] Gudat, G., Albers, J.: Übertragtrennwande der neuen Genera-

tion in Rohrmühlen für die Zementmahlung, Zement Kalk Gips, 1, (1992), 26-31.

[11] Estanda Fundiciones - Steel casting, diaphragms for cement and raw mills, (1994), http://www.estanda.com/en/self-regulat-ing-diaphragms, 2016.

[12] Szlachta, B., Karkowski, A.: Przegląd stosowanych ładunków młynów w przemyśle cementowym, Prace IMMB, Kraków 1978.

[13] Duda, W. H.: Cement data book, Internationale Verfahren-stechniken der Zementindustrie, Bd. 1, Aufl. Wiesbaden, Bauverlag, 1985.

[14] Naziemiec, Z., Saramak, D.: W jakim młynie?, Surowce i ma-szyny budowlane, Nr 1, (572), (2014), 35-38.

[15] Baran, T., Pichniarczyk, P.: Badania cementów portlandzkich produkowanych w różnych systemach mielenia, Instytut Cera-miki i Materiałów Budowlanych, Nr 8, Warszawa-Opole, 2011.

[16] Jorgensen, S. W.: Młyn misowo-rolkowy do mielenia cementu i żużla. Doświadczenia ze stosowania młyna misowo-rolkowego w Ameryce Środkowej i Południowej, Cement-Wapno-Beton, R. 9/71, Nr 4, (2004), 178-186.

[17] Reichardt, Y.: Mielenie kamienia wapiennego i wapna palonego w młynach misowo-rolkowych MPS, Cement-Wapno-Beton, R. 10/72, Nr 3, (2005), 138-141.

[18] Mateuszuk, S.: Wybrane zagadnienia mielenia materiałów w pionowych młynach rokowo-misowych, Prace Instytutu Cera-miki i Materiałów Budowlanych, Wydawnictwo Instytut Śląski Sp. z o.o., R. 5, nr 9, (2012), 113-124.

[19] Mroczek, K., Chmielniak, T.: The infl uence of the constructional features of a ring-ball mill on its effi ciency, Archive of Mechanical Engineering, vol. LIII, Nr 1, (2006), 89-116.

[20] Brundiek, H., Poeschl, J.: Roller mill application for high mois-ture feed, Cement-Wapno-Beton, R. 3/65, Nr 2, (1998), 56-63.

[21] Brundiek H.: The Loesche mill for comminution of cement clinker and interground additives in practical operation, Cement-Wapno-Beton, R. 3/65, Nr 2, (1998), 42-47.

[22] https://loeschegroup.wordpress.com/2009/05/09/the-first-lm63-33/, (2016).

[23] Strasser, S.: Aktualny stan techniki mielenia, Cement-Wapno--Beton, R. 1/63, Nr 5, (1996), 171-176.

[24] Morley, C.: HPGR- FAQ, The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, vol. 110, (2010), 107-115.

[25] Marchal, G.: Grinding energy and plant troughput improvement, World Cement, Nr 9, (1994), 84-90.

[26] http://cement-minerals.fi vesgroup.com/products/grinding/fcb-horomillr.html, (2016).

[27] Sidor, J., Tomach, P.: Rozwój konstrukcji rurowych młynów wibracyjnych”, Maszyny Górnicze, 28, 1, (2010), 27-34.

[28] Sidor, J.: Badania, modele i metody projektowania młynów wibracyjnych, Rozprawy Monografi e, Nr 150, UWND AGH, Kraków 2005.

[29] Drzymała, Z. (red.): Badania i podstawy konstrukcji młynów specjalnych, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 1992.

[30] Bensted, J., Smith, J. R.: Środki ułatwiające mielenie w pro-dukcji cementu, Cement-Wapno-Beton, R. 14/76, Nr 4, (2009), 179-188.

[31] Kurdowski, W.: Chemia cementu i betonu, SPC, PWN, Kraków 2010.

[32] Grzymek, J., Gustaw, K., Ostap, K.: Intensyfi kacja procesu mielenia klinkieru portlandzkiego przy użyciu dodatków po-wierzchniowo-czynnych, Cement-Wapno-Gips, Nr 11 (297), (1966), 297-302.

[33] Ӧner, M., Erdoğdu, K., Günlü, A.: Effect of components fi neness on strength of blast furnace slag cement, Cement Concr. Res., 33, (2003), 463-467.

Otrzymano 8 kwietnia 2016, zaakceptowano 12 kwietnia 2016.

Documents

Postęp techniki w technologii przemiału cementu na