تدريب على عمليات طاحونة الكرات

لتنزيل هذا المنشور + جميع الكتيبات والكتب وجداول Excel وجميع الملاحظات التي جمعتها على مدار 23 عامًا من خبرتي في صناعة الأسمنت، انقر هنا الآن 

مقدمة

يُعد التكسير عملية تشغيلية رئيسية في مصنع الأسمنت، حيث يمثل حوالي 50-75% من إجمالي استهلاك الطاقة في المصنع.

يُعد الطحن الدقيق بشكل عام عملية غير فعالة للغاية. تبلغ كفاءة أفضل المطاحن المتوفرة في السوق حوالي 8-9٪، مما يعني أن 8-9٪ فقط من الطاقة تُستخدم في عملية الطحن، بينما يتم تحويل الجزء الأكبر منها بشكل أساسي إلى حرارة. يتميز مطحنة الكرات بأدنى كفاءة مقارنة بجميع أنواع المطاحن المتوفرة في السوق. فلا يُستخدم سوى 4٪ من الطاقة في عملية التكسير. ومع ذلك، عندما يكون الطحن ضروريًا، فإن المطحنة الكروية هي العنصر الأكثر قبولًا في عملية طحن الأسمنت. وتتمثل الأسباب في الموثوقية العالية، والإمكانية الجيدة لتجفيف الجبس، والتشغيل «البسيط» (وهو ما لا يعني بالضرورة الكفاءة)، وبساطة التصميم التي تسهل صيانتها.

تشغيل المطحنة الكروية

تتكون المطاحن الكروية المخصصة لطحن الأسمنت النهائي عادةً من حجرتين. يفصل حاجز وسيط بين الحجرتين. تُملأ الحجرة الأولى بكرات خشنة وبطانات رفع، وتُستخدم لطحن الجسيمات الخشنة مسبقًا. أما الحجرة الثانية فهي غرفة الطحن الدقيق، وهي مجهزة بكرات أدق وبطانات تصنيف. تضمن البطانات المصنفة فصل الكرات عن بعضها، بحيث تتراكم الكرات الخشنة في بداية الحجرة، بينما تتجمع الكرات الدقيقة في نهايتها. وهذا يضمن أنه كلما أصبحت المادة أكثر نعومة، أصبحت كرات الطحن أكثر نعومةً بدورها.

حركة الكرات

اعتمادًا على نوع الطحن المطلوب، يُفرق بين نوعين من حركة الكرات:

1. حركة الشلال (الطحن بسبب الصدم والاحتكاك)
2. حركة الشلال (الطحن بسبب الاحتكاك)

في حركة الشلال، ترتفع الكرات إلى مستوى أعلى ويتم طرد المزيد من الكرات من السطح في الجزء العلوي من المطحنة. تسقط هذه الكرات بحرية. ويحدث الطحن بشكل رئيسي بسبب قوى التصادم. تُستخدم حركة الشلال للطحن الخشن في الحجرة الأولى. تساعد البطانات الرافعة في هذه الحجرة على حركة الشلال.

تُستخدم حركة الشلال في حجرة الطحن الناعم. حيث يتم رفع الكرات بفعل الاحتكاك وتتدحرج لأسفل على السطح. ويحدث الطحن بشكل رئيسي بفعل الاحتكاك.

تعتمد حركة الكرات على:

• سرعة المطحنة
• كمية الكرات
• شكل البطانة
• قطر المطحنة

سرعة المطحنة

غالبًا ما تُعبَّر عن سرعة مطحنة الكرات كنسبة مئوية من السرعة الحرجة. وتُبلغ السرعة الحرجة عندما تكون قوة الطرد المركزي عالية لدرجة أن جميع الكرات تلتصق بجدار المطحنة وتدور معها. اعتمادًا على الاستخدام، تتراوح سرعات التشغيل العادية لمطاحن الأسمنت الخاصة بالطحن النهائي حول 75٪ من السرعة الحرجة.

السرعة الحرجة هي دالة لقطر المطحنة ويمكن حسابها على النحو التالي:

نظرًا لأن غالبية مطاحن الأسمنت تعمل بنسبة 75٪ تقريبًا من السرعة الحرجة، يمكن حساب سرعة التشغيل على النحو التالي:

حمل الكرات

تعمل مطاحن الكرات لطحن الأسمنت عادةً بدرجة ملء تتراوح بين 25 و35٪. تُعرَّف درجة الملء بأنها حجم وسائط الطحن (الكرات) كنسبة مئوية من الحجم الإجمالي للمطحنة. ونظرًا لأن سرعة الطاحونة وشكل البطانة وقطر الطاحونة عادةً ما تكون معلمات غير قابلة للتغيير، فإن التعديل الوحيد الذي يمكن إجراؤه في الطاحونة هو تعديل مستوى التعبئة وتوزيع أحجام الكرات. توضح الصورة 3 حركة الكرات كدالة لدرجة التعبئة والنسبة المئوية للسرعة الحرجة.

شكل البطانة

بالنسبة للمطاحن ذات الحجرتين، فإن البطانات الأكثر استخدامًا في صناعة الأسمنت هي البطانات الرافعة لحجرة الطحن الخشن وبطانات التصنيف (الفصل) لحجرة الطحن الناعم. يمكن تجهيز المطاحن ذات الحجرة الواحدة ببطانات رافعة أو بطانات تصنيف اعتمادًا على حجم جسيمات مادة التغذية.

تُستخدم البطانات الرافعة عمومًا لرفع وسائط الطحن إلى ارتفاع كافٍ للسماح بتأثير الصدم المطلوب للطحن الخشن.

يعتمد مبدأ البطانات المصنفة على أن شكل البطانات يؤدي إلى تصنيف أحجام كرات الطحن، مما ينتج عنه انخفاض في الحجم على طول مسار الطحن. ونظرًا لأن المواد الأكثر دقة تتطلب كرات أكثر دقة، فإن كفاءة المطحنة عادةً ما تزداد عند استخدام البطانات المصنفة. لا يلزم أن يكون تأثير الرفع واضحًا جدًّا في حجرة الطحن الدقيق، حيث إن الاحتكاك أكثر أهمية من الصدم في الطحن الدقيق. توضح الصورة 5 مبدأ التصنيف في الحجرة الثانية. وبسبب قوى الصدم الأكبر، ترتد الكرات الأكبر حجمًا عن البطانات أكثر من الكرات الأصغر. وبالتالي، تتحرك الكرات الأكبر عكس اتجاه تدفق المواد نحو الحاجز الفاصل أو مدخل المطحنة (في حالة وجود حجرة واحدة فقط). أما الكرات الأصغر، فتتمتع بقوة صدم أقل وتبقى في مكانها أو حتى تُدفع نحو مخرج مطحنة الكرات.

متطلبات طاقة المحرك

تعتمد سعة النظام على قابلية الكلنكر للطحن ودرجة النعومة التي يُطحن إليها. توضح الصورة 6 استهلاك الطاقة للكلنكر من مصادر مختلفة كدالة لدرجة النعومة.

يُحسب استهلاك الطاقة لعمود الطاحونة على أنه حاصل ضرب قابلية الطحن في سعة الإنتاج.

P_shaft = w × M

P_shaft – طاقة عمود الطاحونة (kW)

w – قابلية الطحن (kWh/t)

M – السعة (t/h)

لحساب الطاقة عند العداد، يلزم معرفة كفاءة المحرك.

P_counter = P_shaft / كفاءة المحرك.

P_counter – الطاقة الموضحة على عداد الطاحونة (kW) كفاءة المحرك – كفاءة المحرك