第六章 水泥生产过程与设备

第六章 水泥生产工艺过程与设备,2013.10,6.1 原料的开采与运输,（1）原料开采 绝大多数水泥厂都是就地取材，将厂址建设在石灰石矿山附近。 在开采矿山之前必须对他进行勘测普查，同时要评估有用矿的储量，便于对不同品位的矿石实行有计划的分片开采、搭配使用，这样既可以稳定进场原料成分，满足配料要求，又可以经济合理地充分利用矿山资源。,黏土质原料不像石灰石那样坚硬，呈松散的块状或颗粒状，开采前除进行勘测普查外，还要进行筛分析，必要时应加做颗粒分析和塑形指数试验，它的用量与石灰石相比要少得多，可以就地取材，但需对开采条件及矿区地址情况进行调研。 一般石灰石、黏土矿层可以露天开采，为了采出有用矿石，必须先进行覆盖层的剥离工作，也就是说“采剥并举、剥离先行”。如果覆盖层是较松散的浮土，可直接用人工、电铲、水冲洗的办法将其剥离；如果是硬质的废矿，需对覆盖层先爆破、再剥离。覆盖层的剥离工作应在原料开采前6个月内进行，剥离工作不宜在冬季进行。,如果有用矿是松散状的白垩或黏土，可直接用电铲或人工挖掘。对硬质物料的石灰石，需先钻孔爆破，钻孔深度、孔的数目和位置分布可根据矿山的具体情况和岩石的物理性质决定。常用的矿山钻孔设备有：手持式风动凿岩机（孔径3545mm），浅孔钻机（孔径150170mm），回转钻机（孔径90120mm），牙轮钻机（孔径150250mm）。使用铵油炸药、浆状炸药、采用深孔多排微差爆破，机械化装药和填塞，爆破规模大、质量好、有害作用小，是石灰石矿山爆破普遍采用的方法。矿山钻孔爆破必须严格遵守爆破安全规程（GB 6722）国家标准的规定。,（2）原料运输进厂 石灰石质原料与黏土质原料经开采后便须经运输进入下一道生产工序为生产作准备。根据运距、地形、生产规模等可采用不同的运输方式，主要有公路、铁路、斜坡卷扬道、平硐溜井（槽）、胶带输送机道及联合运输等。具体选择何种运输方式应进行综合比较，应选择流程简单可靠、经营费用较低、基边工程量少、施工期短、基建投资省的方案。常见的几种运输方式及适用条件如表6.1所示。,（一）粉碎的定义与分类 1.定义：以外力克服固体物料质点间内聚力而使物料几何尺寸减小的过程称为粉碎。由于粉碎机械均有一定的粉碎比，并需要考虑适宜的经济入磨粒度，因此，粉碎作业只能分段进行。根据粉碎前后物料尺寸减小的程度，可将粉碎分为破碎、粉磨和超细粉碎三个阶段： 通常情况下，可将毫米及以上尺寸的颗粒划分为粒体，数百微米及以下尺寸的颗粒划分为粉体，或简单地认为，破碎大都获得的是粒体，粉磨获得的是粉体。,6.2 破碎,破碎难易程度的表征 易碎系数Km，是指采用同一破碎机械，在相同物料尺寸变化条件下，破碎标准物料的单位电耗Eb(kw·h/t)与破碎干燥状态下某一物料的单位电耗E(kw·h/t)之比，即 Km =Eb / E 物料的易碎系数越大，越容易破碎。,（二）方法与分类 按施力方式可分为挤压a、劈裂b、弯折c、磨剥d和冲击e五种。,挤压所需力较大，劈裂和弯折因其作用力较集中，所需力仅为挤压的1/10左右。冲击属瞬时动载荷，对脆性物料有较好的破碎效果，但工作部件磨损较大。磨剥的破碎效率较低，但对一些具有明显解理面的矿物，这种方式有利于破碎产品保持矿物原有晶体形态。,（三）破碎比 1.破碎比 原料和破碎产品的粒度之比。通常是指破碎前后物料的平均粒径之比（平均破碎比）。 2.公称破碎比 破碎机的最大进料口宽度与其最大出料口宽度之比。平均破碎比一般要低于公称破碎比。 3.总破碎比 可由各级破碎设备破碎比的连乘积求得。 I0 = I,（四）粒径表示方法,1.单颗粒粒径 将颗粒以最大稳定度（重心最低）置于一平面，假想其外切长方体，以该长方体的长（l）、宽（b）、高（h）定义为颗粒的三维尺寸。 通常通过数学处理转化为一维尺度粒径。如三轴算术平均径，三轴几何平均径等。 工程实践中，常以同质球形的某一性质为标准作等量代换，定义各种其它形状颗粒的等球当量径。 表1-3 单颗粒粒径的计算方法 长轴径 L 三轴调合平均径 3/(1/l)+(1/b)+(1/h) 短轴径 B 等体积球当量径 (6V/)1/3 二轴算术平均径 (l+b)/2 等表面积球当量径 (S/)1/2 三轴算术平均径 (l+b+h)/3 表面积平均径 (lb+bh+hl)/3 三轴几何平均径 (lbh)1/3 投影圆当量径 (4/)1/2 注：l长；b宽；h高；V体积；S表面积；A投影圆面积。,2. 颗粒群平均直径 以等粒度同质量的理想颗粒群描述实际颗粒群。如两者在指定过程的粒度效应完全等效，则此理想颗粒群的粒径即为实际颗粒群的平均粒径。 工程上确定颗粒群的平均粒径，一般是先测定颗粒群的粒度参数，即颗粒群样品的质量、粒径范围以及各粒径颗粒对应的颗粒量，再选用某种统计公式计算出颗粒群平均粒径。 实际的测定方法有两种计量方式，即计量各颗粒对应的颗粒个数或颗粒质量。相应地统计计算也采用两种基准，个数基准和质量基准。,破碎机械按照施力方式，主要分为挤压式和冲击式两大类。 挤压式破碎机包括颚式、旋回、圆锥、辊式等类型。这些破碎机在破碎物料的过程中，主要通过固定面和活动面对物料的相互挤压，并可能兼施剪切力或弯折力而实现粉碎。 冲击式破碎机主要指锤式破碎机和反击式破碎机。其特点是利用高速旋转体上的锤子或冲击板来击碎物料，同时兼施剪切力和磨剥作用力。,（五）破碎机械的分类与适用性,二、破碎设备,颚式破碎机主要由机架、偏心轴、大皮带轮、飞轮、侧护板、肘板、肘板后座、调隙螺杆、复位弹簧、固定颚板与活动颚板等组成，其中肘板还起到保险作用。,简摆式破碎效率不高，但偏心轴连杆受力较小，可以制成大型破碎机，其破碎比i = 36。 复摆式动颚有上下运动，又有水平摆动，且其顶部水平摆幅大而底部垂直摆幅大。有利于增强破碎力和排料能力，提高生产能力。破碎比提高，i = 610。但磨损加剧，外偏心轴受力增大，不宜制成大规格机型。 综合摆动式是一种改进型，其动颚的运动方式比复摆式更合理，但其动颚和连杆都悬挂在偏心轴上，使之受力状况恶化，且构造复杂。因此也只适于制造小型机。 颚破的规格用给料口宽度和长度表示。国产定型产品PEF和PEJ系列，如PEF900×1200意为复摆颚式破碎机，其给料口宽900mm，长1200mm。 教学视频大型颚式破碎机工作原理 颚式破碎机型号_矿山机械_新浪播客.flv,（二）圆锥破碎机,图6.4 菌型圆锥破碎机示意图 1-动锥；2-定锥；3-球面座,圆锥破碎机可用于粗碎和中细碎。粗碎用机称旋回破碎机，由于粗碎机要求进料口尺寸大。旋回破碎机动锥正置而定锥倒置。中、细碎圆锥破碎机又称菌形破碎机，要求生产能力大，故动、定锥都正置，见图6.4，且动锥角度较大，其卸料口附近有一段长度的平行破碎区以控制卸料粒度。 根据破碎腔形状和平行破碎区的长度，可将菌形破碎机分为三种形式：标准型，平行区最短，作中碎用；中间型，平行区居中，中细碎均可；短头型，平行区最长，作细碎用，见图6.5。,图6.5 圆锥破碎机破碎腔的类型,教学视频圆锥破碎机工作原理演示_keyjian.flv,旋回破碎机可破碎坚硬物料，生产能力较大，破碎比46。其规格用进料口和排料口宽度表示。国产机在规格前冠以汉语拼音字母PX，表示旋回破碎机之意，如PX900/150，即为进料口宽900mm，排料口宽150mm的旋回破碎机。 菌形破碎机的显著特点是效率高、功耗少、产量大、产品粒度均匀，其规格用动锥底部的直径D表示，国产机有PYB、PYZ、PYD三种系列，即标准型、中间型和短头型。,（三）锤式破碎机,图6.6单转子锤式破碎机 1-电机；2-联轴器；3-轴承部；4-主轴；5-圆盘； 6-销轴；7-轴套；8-锤子；9-飞轮；10-进料口； 11-机壳；12-衬板；13-筛板。,锤式破碎机工作原理,锤式破碎机主要是靠冲击作用来破碎物料的。其结构主要由转子、锤头、篦条、冲击板和机壳组成。铰接锤头可绕销轴自由摆动，工作时锤头受离心力作用沿转子径向展开。物料进入破碎机中，遭受到高速回转的锤头的冲击而破碎，破碎了的物料，从锤头处获得动能，高速冲向架体内挡板，筛条，与此同时物料相互撞击，遭到多次破碎，小于篦条之间隙的物料，从间隙中排出，个别较大的物料，在篦条上再次经锤头的冲击，研磨，挤压而破碎，物料被锤头从间隙中挤出。从而获得所需粒度的产品。,锤式破碎机是利用装在机壳内高速旋转的锤头动能而击碎物料。,锤式破碎机生产能力大，破碎比高，一般i=1015，最高可达40，而且机械结构紧凑简单，但金属磨耗大，不适于破碎粘湿物料。 锤式破碎机通常用于石灰石、页岩、煤炭、石膏、白垩等中硬以下脆性物料的中碎。 锤式破碎机按转子数目可分为单转子和双转子两类。单转子有回转方向可逆和不可逆两类，双转子通常两个转子平行安装，相向旋转，其生产能力相当于两台同规格单转子锤式破碎机。,图6-7双转子锤式破碎机 1-弓形篦篮；2-篦条；3-锤子；4-挂锤体； 5-篦条筛；6-机壳；7-方轴;8-马鞍状砧座,（四）反击式破碎机,图6-8反击式破碎机的破碎机构 1-转子；2-板锤；3-悬挂螺栓；4-第二反击板； 5-第一反击板；6-链幕；7-入料口；8-机壳,反击式破碎机是锤式破碎机的改进型，二者结构上非常相似，都属冲击型破碎机。反击式破碎机也利用高速转子和锤头工作，但其锤头和转子的连接采用刚性方式。可利用转子整体的惯性来冲击物料，使物料不仅遭受破碎而且获得很高的弹射速度。 反击板与锤头之间的间隙大小决定了产品粒度。 反击式破碎机与锤式破碎机相比，破碎空间较大，且具有选择破碎机制，即大块料获得的动能更大，碰撞的机会也更多。因此反击式破碎机在破碎比以及产品粒度均匀性方面都优于锤式破碎机。 反击式破碎机的结构形式很多，但主要有单转子和双转子两类。国产机有PF和2PF两种系列，其规格用转子的直径和长度表示。,（五）辊式破碎机,图6.8辊式破碎机示意图 1-后辊；2-前辊；3-给料部；4-固定轴承； 5-活动轴承；6-弹簧；7-机架,辊式破碎机可分为单辊、双辊、三辊、四辊四种机型，辊子的工作表面可采用光面、槽面或齿面。常用的是双辊破碎机，其破碎机构是一对棍子，见图6.8。 光面辊主要以挤压方式破碎物料，适用于中硬或坚硬物料。槽形辊则挤压、剪切兼施，适用于硬度不大的脆性或粘湿性物料。齿面辊除挤压作用外，还具有一定的劈裂作用。双辊破碎机属有强制卸料作用的连续作业破碎机，破碎比 i 一般为4左右，通常用于中硬或松软物料的中、细碎。其规格用辊子直径和长度D(mm)×L(mm)表示。 三辊和四辊破碎机实际上由单辊和双辊机串联和叠置构成，以减少占地面积，提高破碎比。,试判断下列型号各是什么破碎机？ 1. PEJ900×1200 2. PYB1200 3. PX900/150 4. PC1000×800 5. 2 PF500×400 6. 2PG500×400,6.3 脱水与干燥,第一节 概述 脱水的方法有三种：1、重力脱水；2、机械脱水；3、加热脱水（干燥或烘干） 干燥的方法有两种：自然干燥与人工干燥。 人工干燥的加热方式有外热源法和内热源法。 外热源法：指在物料的外部对物料表面加热使物料受热，蒸发水分，而得以干燥，外热源法的加热方式有三种：1、对流加热；2、辐射加热；3、对流辐射加热。 内热源法：指将湿物料放在高频交变的电磁场中或微波场中，使物料本身的分子产生剧烈的热运动发热或使交变电流通过物料而产生热量，物料中水分蒸发，物料本身得以干燥。 值得注意的是：不同的物料因具体的工艺不同，对其干燥温度有一定的要求。如粘土小于400ºC，煤小于200ºC，矿渣小于700ºC。,第二节 干燥的物理过程,一、物料中水分的性质 按照水和物料结合程度的强弱，物料中的水分可以分为以下三类： （一）化学结合水：与物料结合最好为牢固，加热400700ºC，不属于干燥的范围。 （二）物理化学结合水：又