원밀
Rawmill
원료분쇄기는 시멘트 제조 과정에서 원료를 '원료'로 갈 때 사용하는 장비다.그리고 나서 Rawmix를 시멘트 가마에 먹이고, 그것은 그것을 클링커로 변형시키고, 그 다음 시멘트 방앗간에서 시멘트를 만들기 위해 갈아진다.공정의 원밀링 단계는 마감된 시멘트의 화학(그리고 따라서 물리적 특성)을 효과적으로 정의하며, 전체 제조 공정의 효율성에 큰 영향을 미친다.
역사
원료 연삭 기술 발전 역사는 시멘트 기술의 초기 역사를 규정한다.시멘트 제조의 다른 단계들은 초기에는 기존의 기술을 사용했다.유압 라임, 천연 천장, 파커의 로마 시멘트와 같은 초기 수압 재료는 모두 "자연적인" 원료를 바탕으로, 불에 탄 "as-dug"를 기반으로 했다.이러한 천연 미네랄의 혼합은 드물게 발생하기 때문에, 제조업체들은 석회석이나 점토와 같이 쉽게 구할 수 있는 미네랄을 같은 방법으로 사용할 수 있는 미세한 인공 혼합물을 만드는 데 관심이 있었다.전형적인 문제는 75%의 분필과 25%의 점토를 친밀하게 혼합하여 이것을 태워 "인공 시멘트"를 만드는 것이다.도자기 산업에서 미세한 점토를 생산하는 "습토" 방식의 개발이 이를 위한 수단을 제공했다.이 때문에 초기 시멘트 업계는 원료를 물과 함께 갈아 넣는 '습기공정'을 활용해 20~50%의 물을 함유한 슬러리(slurry)를 생산했다.루이 비카트와 제임스 프로스트는 모두 19세기 초에 이 기술을 사용했으며, 1890년까지 포틀랜드 시멘트의 생화물을 만드는 유일한 방법으로 남아 있었다.초창기 산업에서 사용한 기법의 변형으로는 단단한 석회암이 점토 슬러리와 결합하기 전에 불에 타서 벗겨지는 '이중 연소'가 있었다.이 기술은 단단한 돌의 갈기를 피하고, 무엇보다도 조셉 아스프딘에 의해 채용되었다.초기 연삭 기술은 형편없었고, 초기 슬러리는 물 함량이 높은 얇게 만들어졌다.그 후 슬러리는 몇 주 동안 대형 저수지에 서 있을 수 있도록 허용되었다.땅속에 있지 않은 큰 입자들은 바닥으로 떨어지고, 과도한 물은 위로 올라간다.그 물은 도기 점토와 같은 빳빳한 케이크가 남아있을 때까지 주기적으로 제거되었다.이것은 얇게 썰어 밑바닥의 거친 재질을 버리고 가마에서 태웠다.습식 연삭은 비교적 에너지 효율적이어서 좋은 건조 그라인딩 장비를 이용할 수 있게 되었을 때 습식 공정이 20세기 내내 계속 사용되었고, 종종 요시야 웨드우드가 인식할 수 있는 장비를 채용하였다.
재료 접지
생화물은 가마의 규산칼슘(알라이트·벨라이트)과 플럭스(알루미네이트·페라이트)의 생산을 위해 정확하게 균형 잡힌 화학 성분을 함유하도록 제조되었다.시멘트 제조에 있어서의 화학적 분석 데이터는 산화물 단위로 표현되고 있으며, 이 가운데 가장 중요한 것은 생화 설계에 있어서 SiO2, AlO23, FeO23, CaO이다.원칙적으로 이러한 산화물 중 어느 하나라도 기여할 수 있는 물질은 원료로 사용할 수 있다.필요한 주요 산화물은 CaO이기 때문에 가장 보편적인 원믹스 성분은 석회석이고, 다른 것들은 대부분 점토나 셰일에 의해 기인한다.화학에 대한 사소한 조정은 아래 그림과 같은 물질의 작은 추가에 의해 이루어진다.
일반적인 Rawmix 성분 화학 분석:
| 산화물 | 그레이 석회암 | 화이트 석회암 | 말 | 점토 | 모래 | 밀스케일 | 카올린 | 보크사이트 | 플라이애쉬 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SiO2 | 6.6 | 2.1 | 14.1 | 61.6 | 98.0 | 1.3 | 46.1 | 11.1 | 48.1 |
| 알로23 | 1.5 | 0.3 | 3.3 | 17.5 | 0.9 | 1.2 | 38.5 | 54.4 | 26.5 |
| Fe2O3 | 0.7 | 0.13 | 1.3 | 7.5 | 0.13 | 96.8 | 0.35 | 9.7 | 6 |
| CaO | 48.4 | 53.7 | 43.8 | 1.1 | 0.1 | 0.3 | 0.3 | 0.6 | 4.7 |
| MGO | 2.0 | 0.8 | 0.7 | 1.1 | 0.0 | 0.6 | 0.1 | 0.1 | 1.2 |
| Na2O | 0.07 | 0.02 | 0.07 | 0.5 | 0.02 | 0.11 | 0.01 | 0.05 | 0.3 |
| K2O | 0.27 | 0.08 | 0.43 | 1.9 | 0.37 | 0.05 | 0.09 | 0.05 | 1.3 |
| 티오2 | 0.06 | 0.02 | 0.15 | 0.8 | 0.06 | 0.30 | 0.9 | 2.1 | 1.5 |
| 엠노23 | 0.03 | 0.01 | 0.02 | 0.12 | 0 | 0.63 | 0 | 0.09 | 0.07 |
| 로이950 | 40.0 | 42.7 | 35.8 | 6.8 | 0.3 | 0 | 13.7 | 20.8 | 9.1 |
참고: LoI는950 950 °C에서 점화 시 손실이며, 가마를 가공하는 동안 손실된 구성품을 나타낸다.주로 탄산염의 CO2, 점토 하이드레이트의 HO2, 유기탄소로 구성된다.
이러한 재료를 사용하여 일반적인 생화소를 구성할 수 있다.
- 혼합물 1: 범용 시멘트: 회색 석회석 88.0%, 점토 8.9%, 모래 2.2%, mill scale 0.9%
- 혼합 2: 황산염 저항 시멘트: 회색 석회석 87.6%, 점토 5.2%, 모래 5.0%, 밀크 2.2%.
- 혼합 3: 백색 시멘트: 82.3%의 백색 석회석, 6.8%의 카올린, 10.9%의 모래.
이러한 생화물의 화학적 분석은 다음과 같다.
| 산화물 | 믹스 1 | 믹스 2 | 믹스 3 |
|---|---|---|---|
| SiO2 | 13.46 | 13.91 | 15.55 |
| 알로23 | 2.91 | 2.30 | 2.96 |
| Fe2O3 | 2.16 | 3.14 | 0.14 |
| CaO | 42.69 | 42.47 | 44.23 |
| MGO | 1.86 | 1.82 | 0.67 |
| Na2O | 0.11 | 0.09 | 0.02 |
| K2O | 0.41 | 0.35 | 0.11 |
| 티오2 | 0.13 | 0.10 | 0.09 |
| 엠노23 | 0.04 | 0.05 | 0.01 |
| 로이950 | 35.8 | 35.4 | 36.1 |
표시된 원료와 혼합물은 "일반적"일 뿐이며, 사용 가능한 원재료에 따라 상당한 변동이 가능하다.
부요소의 제어
주요 산화물(CaO, SiO2, AlO23, FeO23)을 제외하고, 경미한 산화물들은 기껏해야 클링커의 희석물이며, 해로울 수도 있다.그러나 시멘트 원료는 지구의 지각에서 파낸 대부분의 부분을 위한 것이며 주기율표에 어느 정도 원소들을 포함하고 있다.따라서 제조자는 경미한 원소의 유해한 영향을 최소화하거나 통제 하에 유지하기 위해 재료를 선택한다.자주 접하는 사소한 요소는 다음과 같다.
- 불소는 낮은 온도에서 알라이트가 형성될 수 있다는 점에서 가마 공정에 이롭다.그러나 클링커에서 0.25%를 초과하는 수준에서 시멘트 설정 시간이 지연되고 불규칙하게 된다.
- 알칼리 금속(주로 나트륨과 칼륨)은 가마 시스템에서 휘발성 염을 형성하기 때문에 가공 문제를 일으킨다.이러한 것들은 가마 연소 지역에서 증발하고 예열기의 냉각된 지역에서 다시 응결되어 막힘 현상을 일으킨다.알칼리는 또한 콘크리트에 유해하며, 알칼리 실리카 반응을 일으킬 가능성이 있다.이러한 이유로 많은 표준은 알칼리(일반적으로 NaO2 + 0.658 KO인2 "총 등가 소다"로 표현됨)를 제한한다.대표적인 규격 한계는 0.5~0.8% 범위에 있다.
- MgO는 2.5% 이상의 수준에서 문제를 일으킨다.소량은 클링커 광물의 고체 용액에 수용되지만, 2.5% 이상 클링커에는 페리클라아제로서 "무료" MgO가 존재한다.경화된 콘크리트의 팽창으로 Mg(OH)2에 서서히 수분을 공급하여 균열을 일으킬 수 있다.미세결정 형태로 페리클라아제를 유지하기 위한 클링커의 세심한 처리를 통해 심각한 영향 없이 최대 5%까지 레벨을 관리할 수 있다.모든 표준은 MgO를 제한하며, 일반적인 한계는 4-6% 범위에 있다.
- 0.5%를 초과하는 수준의 PO는25 느린 설정과 낮은 클링커 반응성을 야기하기 시작한다.
- 염소는 매우 휘발성이 강한 염분과 그에 따른 예열제 막힘을 생성하며, 보통 생화합물에서는 0.1% 미만으로 제한된다.
- TiO는2 어디에나 있지만 문제를 일으킬 수 있는 수준(~1%)에서는 거의 존재하지 않는다.
- 크롬은 시멘트에서 크롬(Cr[VI])으로 끝날 수 있으며, 특히 클링커가 황산염 함량이 높을 때 더욱 그러하다.염색체는 시멘트 사용자에게 알레르기 접촉성 피부염을 유발하며, 이 때문에 시멘트 Cr[VI] 함량은 많은 기준에서 0.0002%로 제한된다.대표적인 천연 생화물은 0.01% 정도의 CrO를23 함유하고 있으며, 이 수준에서는 Cr[VI] 형성을 제어할 수 있다.시멘트에 Cr[로 존재하는 크롬III]는 중요하지 않다.
- MnO는23 철을 대신하는 유해하지 않다.그러나 철분보다 시멘트에 더 많은 색상을 기여하고 있으며, 고MnO23 Cendment (>1%)는 거의 검은색이다.
- ZnO는 일부 원믹스 첨가물(가마 연료로 사용되는 타이어뿐만 아니라)에서 만난다.0.2%를 초과하는 수준에서 설정 속도가 느려지고 클링커 반응성이 낮아진다.
- 스트론튬과 바륨은 칼슘 대체제로 작용하며, 각각 1.5%, 0.2% 수준에서 클링커 반응도를 낮추기 시작할 뿐이다.
- 독성 중금속: 이 중 비소, 셀레늄, 카드뮴, 안티몬, 텅스텐의 낮은 수치는 음이온으로서 기본적인 클링커 구조에 흡수되기 때문에 문제가 되지 않는다.반면 수은, 탈륨, 납은 가마 배기가스에서 휘발성 할로겐화물로 배출될 수 있으므로 세심하게 관리해야 한다.
습식 생밀
물갈이는 물이 새로 형성된 깨진 입자의 표면을 코팅하고 재집합을 방지하기 때문에 건조 분쇄보다 효율적이다.생균을 혼합하고 균질화하는 과정도 슬러리 형태로 있을 때 훨씬 쉬워진다.단점은 그 결과로 생긴 슬러리의 물을 이후에 제거해야 한다는 것이고, 이것은 보통 많은 에너지를 필요로 한다.에너지는 저렴했지만 습식 연삭은 흔했지만 1970년 이후 상황이 급변해 지금은 새로운 습식 공정 공장이 거의 설치되지 않고 있다.습식 연삭은 두 가지 뚜렷한 수단으로 행해진다: 세면기와 볼밀이다.
워시밀
이것은 가장 초기 생밀링 기술을 나타내며, 분필이나 점토와 같은 부드러운 재료를 갈 때 사용되었다.그것은 오히려 푸드 프로세서와 비슷하다.큰 그릇(지름 최대 15m)으로 구성되며, 그 안에 부순(지름 250mm 이하) 원료가 물줄기와 함께 기울어져 있다.그 물질은 해로 세트를 돌려서 휘젓는다.그릇의 외벽은 미세한 제품이 통과할 수 있는 거름판이나 구멍이 뚫린 판으로 이루어져 있다.그라인딩은 대체로 자가생성적이며(즉, 원재료 덩어리의 충돌에 의해 발생하며), 재료가 부드럽다면 폐열을 거의 발생시키지 않는 등 매우 효율적이다.일반적으로 두세 개의 세척기가 직렬로 연결되며, 연속적으로 작은 배출구 천공이 제공된다.전체 시스템은 건조톤당 5kW·h의 전력 소비로 슬러리(slurry)를 생산할 수 있다.혼합물의 비교적 단단한 광물(부싯돌 등)은 연삭 공정에 다소 손대지 않고 주기적으로 파내는 방앗간 밑바닥에 자리를 잡는다.
볼밀과 워시드럼
볼밀은 분필보다 더 흔한 단단한 리메스톤을 갈 수 있게 해준다.볼밀은 축에서 회전하는 수평 실린더로 구성된다.강철 또는 다양한 세라믹 소재일 수 있는 15~100mm 크기의 구형, 원통형 또는 로드형 연삭 매체를 보유하고 있으며, 밀크 부피의 20~30%를 점유하고 있다.방앗간 껍질에는 강철이나 고무판이 줄지어 있다.그라인딩은 그라인딩 매체 사이의 충격 및 소모에 의해 영향을 받는다.생화소의 다양한 미네랄 성분이 물과 함께 일정한 비율로 방앗간으로 공급되고, 슬러리는 배출구 끝에서 흐른다.세면기는 비슷한 개념을 가지고 있지만, 더 큰 원재료 조각의 계단식 작용에 의해 자동생성이 되는 연삭 매체를 거의 또는 전혀 함유하지 않는다.부드러운 소재에 적합하며, 특히 언그라운드 부싯돌이 연삭 매체 역할을 하는 부싯돌 분필에 적합하다.
슬러리 미세성 및 수분 함유량
큰 입자(탄산칼슘의 경우 150 μm, 석영의 경우 45 μm)를 원미에서 제거하여 가마의 화학적 결합을 용이하게 하는 것이 필수적이다.슬러리의 경우 더 큰 입자는 하이드로사이클론이나 체이빙 장치로 제거할 수 있다.이것은 고압 펌프에 의해 공급되는 일정량의 에너지를 필요로 한다.이 프로세스와 슬러리의 이동 및 혼합은 슬러리 점도의 세심한 제어를 필요로 한다.분명히, 더 얇은 슬러리는 물을 더 추가함으로써 쉽게 얻을 수 있지만, 그 이후의 제거에 드는 높은 에너지 소비의 희생으로 얻을 수 있다.따라서 실제로 슬러리는 발전소 장비가 처리할 수 있는 두께만큼 만들어진다.시멘트 생화 슬러리는 빙엄 플라스틱으로, 비등방성 또는 지각변동을 나타낼 수도 있다.원하는 속도로 슬러리를 펌프하는 데 필요한 에너지는 주로 슬러리의 항복 응력에 의해 제어되며, 이는 슬러리 고체/액체 비율에 따라 다소 기하급수적으로 변화한다.실제로 저습도 함량에서 펌프성을 유지하기 위해 제분비료를 첨가하는 경우가 많다.(일반적으로 선량률 0.005–0.03%) 사용되는 일반적인 탈구균제는 탄산나트륨, 규산나트륨, 폴리인산나트륨, 리뇨설폰산염이다.바람직한 상황에서는 25% 미만의 물을 사용하는 펌핑 가능한 슬러리를 얻을 수 있다.
생화과는 종종 석회석이나 석영과 같이 대조되는 경도의 미네랄을 함유하고 있다.연성 재료를 연마할 때 연마 에너지가 우선적으로 사용되기 때문에 이를 동시에 연마하는 것은 비효율적이다.이것은 많은 양의 지나치게 미세한 부드러운 물질을 초래하고, 이것은 단단한 광물의 분쇄를 "쿠션"시킨다.이 때문에 모래를 따로 갈아서 주원료에 미세한 슬러리로 먹이는 경우도 있다.
건조 생밀
건식 원유는 현재 설치된 일반 기술로 에너지 소비량과 CO2 배출량을 최소화할 수 있다.일반적으로 시멘트 원료는 주로 채석되기 때문에 일정량의 천연 수분을 함유하고 있다.난해한 "무더기"가 형성되기 때문에 젖은 재료를 갈려고 하는 것은 성공적이지 못하다.반면에, 큰 입자들은 그들의 구조 깊은 곳에 수분을 가지고 있기 때문에 거친 것보다 미세한 물질을 말리는 것이 훨씬 쉽다.따라서 원료에서 재료를 동시에 건조하고 갈아내는 것이 보통이다.이 열을 공급하기 위해 온풍로를 사용할 수도 있지만, 대개 가마에서 나오는 뜨거운 폐가스가 사용된다.이 때문에 보통 원밀을 가마 예열장 가까이에 둔다.건조 원료에는 볼 밀, 롤러 밀, 해머 밀 등이 있다.
볼 밀스
이것들은 시멘트 공장과 비슷하지만, 종종 더 큰 가스 흐름을 가지고 있다.가스 온도는 냉기피에 의해 제어되어 제분기를 과열시키지 않고 건조한 제품을 보장한다.이 제품은 공기 분리기로 통과하며, 이것은 큰 크기의 입자를 밀 입구로 되돌려준다.때때로, 그 방앗간에는 대부분의 건조 작업을 하고 방앗간 크기의 사료를 생산하는 열공흡수식 해머밀이 선행된다.볼 밀은 다소 비효율적이며, 일반적으로 1톤의 원료를 만들기 위해서는 10–20 kW·h의 전력이 필요하다.에어로폴 밀은 때때로 큰 습식 사료를 미리 응고하는 데 사용된다.지름의 짧은 반자생식 방앗간으로, 일반적으로 매우 큰(130 mm) 그라인딩 공의 부피로 15%를 함유하고 있다.사료는 최대 250 mm까지 될 수 있으며, 덩치가 큰 덩어리는 그라인딩 작용의 많은 부분을 생산한다.방앗간은 공기흡입식이고, 벌금은 가스천에 떠내려간다.찌그러뜨리고 말리는 것이 효율적이지만 제품은 거칠고(약 100µm), 보통 별도의 볼밀에 재접착된다.
롤러 밀스
이는 수직 스핀들 밀이라고 불리는 현대 설비에서 표준형식이다.일반적인 배열에서 자재는 회전 테이블 위에 공급되며, 강철 롤러가 아래로 누른다.높은 속도의 뜨거운 가스 유량이 접시 가까이에 유지되어 미세한 입자가 생산되는 즉시 쓸려내게 된다.기체 흐름은 미세한 물질을 통합 공기 분리기로 운반하고, 이는 더 큰 입자를 그라인딩 경로로 되돌려준다.이 미세한 물질은 배기가스에 휩쓸려 나가 사이클론에 의해 포착된 뒤 펌프로 저장된다.남아 있는 먼지 가스는 보통 주 가마 분진 관리 장비로 반납하여 청소를 한다.공급 크기는 최대 100mm까지 될 수 있다.롤러 밀은 볼 밀의 절반 정도의 에너지를 사용하는 등 효율적이며, 사용 가능한 크기에는 제한이 없어 보인다.시간당 800톤 이상의 출력을 내는 롤러 밀이 설치됐다.볼 밀과 달리, 방앗간으로의 공급은 규칙적이고 중단되지 않아야 한다. 그렇지 않으면 공진 진동이 설정된다.
해머 밀스
뜨거운 가마 배기가스에 쓸린 해머 밀(또는 "크러셔 드라이어")은 부드럽고 젖은 원재료를 갈고 있는 곳에서는 제한적으로 사용할 수 있다.단순 설계는 다른 제분소보다 높은 온도에서 가동할 수 있어 건조 용량이 크다는 것을 의미한다.그러나 그라인딩 작용이 불량하여 제품이 볼밀레에 재접착되는 경우가 많다.
