Τεχνολογία Παραγωγής Τσιμέντου και Σκυροδέματος Διδάσκων: Κωνσταντίνος Γ. Τσακαλάκης Καθηγητής Ε.Μ.Π. Ενότητα 6 η Βελτιστοποίηση διεργασιών παραγωγής αδρανών υλικών
Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.
Εισαγωγή (1/3) 3 Η διαδικασία παραγωγής αδρανών υλικών είναι μια σχετικώς απλή διεργασία, εμπεριέχει όμως παραμέτρους, που αξίζει να διερευνώνται διεξοδικά κατά περίπτωση ώστε να είναι αποδοτική και οικονομική. Η περιβαλλοντική διάσταση των διεργασιών παραγωγής αδρανών υλικών, όσον αφορά στο ποσοστό απόληψης χρήσιμων κλασμάτων υλικού από τη συγκεκριμένη διαδικασία, είναι επίσης σημαντική. Επειδή τα μηχανήματα ελάττωσης μεγέθους (θραυστήρες) έχουν την ουσιαστικότερη επίπτωση στις διεργασίες παραγωγής αδρανών υλικών, στην παρούσα εργασία γίνεται προσπάθεια διερεύνησης της επίδρασης διαφόρων τύπων θραυστήρων στην ποσοστιαία (% κατά βάρος) κατανομή των παραγόμενων προϊόντων με στόχο τη μείωση του ποσοστού του λεπτόκκοκου υλικού (-5 mm, άμμος). Όπως είναι γνωστό, το ποσοστό του λεπτόκοκκου (-5 mm) υλικού αυξάνει από την πρωτογενή στη δευτερογενή και στα επόμενα στάδια θραύσης και εξαρτάται σημαντικά από το στάδιο θραύσης, τον τύπο μηχανήματος και τον τύπο του πετρώματος.
Εισαγωγή (2/3) 4 Επίσης, το ποσοστό του υλικού αυτού στο προϊόν της πρωτογενούς θραύσης εξαρτάται σημαντικά από τη διαδικασία ανατίναξης (blasting). Η εξόρυξη ενός πετρώματος χωρίς τη χρήση εκρηκτικών μπορεί να μειώσει σημαντικά (μέχρι 10-15%) το ποσοστό των λεπτομερών που παράγονται στο στάδιο της πρωτογενούς θραύσης, λόγω μείωσης του φαινομένου των ρωγματώσεων του πετρώματος. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η παραγωγή αδρανών υλικών από τη διαδικασία ελάττωσης μεγέθους ασβεστολιθικού υλικού, μέγιστου μεγέθους τεμαχίων 700 mm, για την παραγωγή κατάλληλων κοκκομετρικών κλασμάτων (διαβαθμίσεων) αδρανών υλικών σκυροδέματος με εφαρμογή των παρακάτω τριών διαφορετικών μεθοδολογιών: Με συνδυασμό θραυστήρα σιαγόνων ως πρωτογενή θραυστήρα και με χρησιμοποίηση κωνικού θραυστήρα για τη δευτερογενή θραύση.
Εισαγωγή (3/3) 5 Με συνδυασμό θραυστήρα σιαγόνων ως πρωτογενή θραυστήρα και με χρησιμοποίηση κωνικών θραυστήρων για τη δευτερογενή και τριτογενή θραύση. Με συνδυασμό θραυστήρα σιαγόνων ως πρωτογενή θραυστήρα και με χρησιμοποίηση κρουστικού-περιστροφικού θραυστήρα για τη δευτερογενή θραύση. Η δυναμικότητα της εγκατάστασης παραγωγής αδρανών υλικών είναι 500 t/h, δηλαδή για λειτουργία της μονάδας 14 ώρες=2 βάρδιες/24ωρο), η συνολική ετήσια παραγωγή (300 ημέρες λειτουργίας) είναι 2.100.000 t/χρόνο.
Πεδία εφαρμογής και συμπεριφορά διαφόρων τύπων θραυστήρων 6 Σχήμα 6.1 Ποσοστό λεπτ/ρούς υλικού (-5 mm) στο προϊόν του θραυστήρα (% κατά βάρος) συναρτήσει του σταδίου θραύσης (τύπος μηχανήματος) και του τύπου του πετρώματος.
Θραυστήρας σιαγόνων 7 Σχήμα 6.2 Θραυστήρας σιαγόνων.
Κωνικός Θραυστήρας 8 Σχήμα 6.3 Κωνικός Θραυστήρας.
Κωνικός Θραυστήρας 9 Σχήμα 6.4 Κωνικός Θραυστήρας.
Κρουστικός θραυστήρας 10 Σχήμα 6.5 Κρουστικός Θραυστήρας.
Κατανομές προϊόντων θραύσης κρουστικών θραυστήρων 11 Σχήμα 6.6 Καμπύλες κατανομής προϊόντων θραύσης.
Κατανομές προϊόντων θραύσης διαφόρων τύπων θραυστήρων 12 Σχήμα 6.7 Ενδεικτικές κοκκομετρικές αναλύσεις προϊόντων θραύσης (1 - Θρ. Σιαγόνων, 2 - Θρ. Κωνικός, 3 - Θρ. Κρουστικός)
Ποσοστιαία κατανομή κοκκομετρικών κλασμάτων από κωνικούς θραυστήρες. 13 Σχήμα 6.8 Κοκκομετρικές αναλύσεις προϊόντος κωνικού θραυστήρα συναρτήσει του κλειστού ανοίγματος αποκένωσης.
Ποσοστιαία κατανομή κοκκομετρικών κλασμάτων από κρουστικούς θραυστήρες. 14 Σχήμα 6.9 Κοκκομετρικές αναλύσεις προϊόντος κρουστικού θραυστήρα συναρτήσει του κλειστού ανοίγματος αποκένωσης.
Διάγραμμα ροής σιαγονωτού - 2 κωνικών θραυστήρων ανοίγματος αποκένωσης 22 mm. 15 Σχήμα 6.10 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρα σιαγόνων - δύο θραυστήρων κωνικού ανοίγματος αποκένωσης 22 mm).
Διάγραμμα ροής σιαγονωτού - 2 κωνικών θραυστήρων ανοίγματος αποκένωσης 25 mm. 16 Σχήμα 6.11 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρα σιαγόνων - δύο θραυστήρων κωνικού ανοίγματος αποκένωσης 25 mm).
Διάγραμμα ροής σιαγονωτού - 2 κωνικών θραυστήρων ανοίγματος αποκένωσης 38 mm. 17 Σχήμα 6.12 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρα σιαγόνων δύο θραυστήρων κωνικού ανοίγματος αποκένωσης 38 mm).
Διάγραμμα ροής σιαγονωτού - 2 κρουστικών θραυστήρων ανοίγματος αποκένωσης 50 mm. 18 Σχήμα 6.13 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρων σιαγόνων και δύο θραυστήρων κρουστικού ανοίγματος αποκένωσης 50 mm).
Διάγραμμα ροής σιαγονωτού - 1 κρουστικού θραυστήρα ανοίγματος αποκένωσης 60 mm. 19 Σχήμα 6.14 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρων σιαγόνων και ενός κρουστικού ανοίγματος αποκένωσης 60 mm).
Διάγραμμα ροής σιαγονωτού - 2 κρουστικών θραυστήρων ανοίγματος αποκένωσης 60 mm. 20 Σχήμα 6.15 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρων σιαγόνων και δύο θραυστήρων κρουστικού ανοίγματος αποκένωσης 60 mm).
Διάγραμμα ροής σιαγονωτού - κωνικών Ανοίγματα αποκένωσης 51 και 20 mm. 21 Σχήμα 6.16 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών. (Συνδυασμός θραυστήρων σιαγόνων και κωνικών ανοιγμάτων αποκένωσης 51 και 20 mm.)
Συμπεράσματα (1/3) 22 Διαπιστώνεται ότι, με χρήση κωνικών θραυστήρων στη θέση των κρουστικών-περιστροφικών, το ποσοστό του επί τοις % παραγόμενου λεπτόκοκκου υλικού (-5 mm) είναι σε κάθε περίπτωση μικρότερο τουλάχιστον κατά 7.5% περίπου από αυτό που παράγεται με χρήση κρουστικών θραυστήρων. Αυτό δικαιολογείται από το σημαντικά μικρότερο λόγο κατάτμησης των κωνικών έναντι των κρουστικών θραυστήρων. Το αποτέλεσμα αυτό έχει σημαντική επίπτωση στην οικονομικότητα της διεργασίας παραγωγής, εφόσον η μείωση αυτή αντιστοιχεί σε αύξηση των χρήσιμων προϊόντων περίπου κατά 157.500 t/χρόνο για την ετήσια δυναμικότητα (2.100.000 τόνοι) της μονάδας. Η αύξηση των εσόδων από την πώληση των εμπορεύσιμων προϊόντων (για μέση τιμή πώλησης αδρανών 4 / t) αναμένεται να είναι: 157.500 t/χρόνο 4 / t = 630.000 / χρόνο Το αυξημένο κόστος αγοράς των κωνικών έναντι των κρουστικών θραυστήρων αναμένεται να αποσβεστεί σε δύο έως τρία χρόνια λειτουργίας της εγκατάστασης θραύσης.
Συμπεράσματα (2/3) 23 Αν όμως ληφθεί υπόψη το σημαντικό περιβαλλοντικό όφελος από την παραγωγή συμπληρωματικού χρήσιμου υλικού, από τη μείωση της εξορυσσόμενης ποσότητας ασβεστολιθικού υλικού, από τη μειωμένη επιφάνεια απόθεσης του λεπτόκοκκου υλικού και από τα μικρότερα έξοδα συντήρησης των κωνικών θραυστήρων έναντι των κρουστικών, γίνεται ακόμη περισσότερο φανερό το όφελος από τη χρήση κωνικών έναντι των κρουστικών θραυστήρων στη διαδικασία παραγωγής αδρανών υλικών. Τα παραπάνω επιβεβαιώνουν τις διαπιστώσεις των Mitchell & Benn (2007) και Τσακαλάκης (2008h). Οι πρώτοι, χρησιμοποιώντας κατάλληλο λογισμικό που ανέπτυξαν, ασχολήθηκαν με τη βελτιστοποίηση των κυκλωμάτων παραγωγής αδρανών υλικών και ο δεύτερος διερεύνησε διεξοδικά τη δυνατότητα βελτιστοποίησης των κυκλωμάτων θραύσης ταξινόμησης εξετάζοντας πολλές εναλλακτικές περιπτώσεις και συνδυασμούς τόσο μηχανημάτων (θραυστήρες-κόσκινα) όσο και ρυθμίσεών τους.
Συμπεράσματα (3/3) Πίνακας Κοκκομετρικών Κλασμάτων Εναλλακτικών Διαδικασιών Θραύσης Ταξινόμησης. 24 Σχήμα 6.17 Πίνακας Ποσοστών Κοκκομετρικών Κλασμάτων Εναλλακτικών Διαδικασιών Θραύσης Ταξινόμησης.
Κατάλογος Αναφορών Σχημάτων (1/3) 25 Σχήμα 6.1 Ποσοστό λεπτ/ρούς υλικού (-5 mm) στο προϊόν του θραυστήρα (% κατά βάρος) συναρτήσει του σταδίου θραύσης (τύπος μηχανήματος) και του τύπου του πετρώματος, www.goodquarry.com, 2007. Σχήμα 6.2 Θραυστήρας σιαγόνων, http://www.mine-engineer.com/mining/jaw_crusher.htm Σχήμα 6.3 Κωνικός Θραυστήρας, http://www.lmmobilecrusher.com/blog/cone-crusheranimation/ Σχήμα 6.4 Κωνικός Θραυστήρας, http://www.mine-engineer.com/mining/cone_crusher.htm Σχήμα 6.5 Κρουστικός Θραυστήρας, http://www.conquip.us/uploads/ham_ani.gif Σχήμα 6.6 Καμπύλες κατανομής προϊόντων θραύσης, Metso Expert Results, Crushing and Screening Handbook, 4th Edition. Σχήμα 6.7 Ενδεικτικές κοκκομετρικές αναλύσεις προϊόντων θραύσης (1 - Θρ. Σιαγόνων, 2 - Θρ. Κωνικός, 3 - Θρ. Κρουστικός), Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο). Σχήμα 6.8 Κοκκομετρικές αναλύσεις προϊόντος κωνικού θραυστήρα συναρτήσει του κλειστού ανοίγματος αποκένωσης, Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο). Σχήμα 6.9 Κοκκομετρικές αναλύσεις προϊόντος κρουστικού θραυστήρα συναρτήσει του κλειστού ανοίγματος αποκένωσης, Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο).
ΣχήματαΚατάλογος Αναφορών Σχημάτων (2/3) 26 Σχήμα 6.10 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρα σιαγόνων - δύο θραυστήρων κωνικού ανοίγματος αποκένωσης 22 mm), Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο). Σχήμα 6.11 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρα σιαγόνων - δύο θραυστήρων κωνικού ανοίγματος αποκένωσης 25 mm), Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο). Σχήμα 6.12 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρα σιαγόνων δύο θραυστήρων κωνικού ανοίγματος αποκένωσης 38 mm), Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο). Σχήμα 6.13 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρων σιαγόνων και δύο θραυστήρων κρουστικού ανοίγματος αποκένωσης 50 mm), Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο). Σχήμα 6.14 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρων σιαγόνων και ενός κρουστικού ανοίγματος αποκένωσης 60 mm), Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο). Σχήμα 6.15 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών (Συνδυασμός θραυστήρων σιαγόνων και δύο θραυστήρων κρουστικού ανοίγματος αποκένωσης 60 mm), Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο).
Κατάλογος Αναφορών Σχημάτων (3/3) 27 Σχήμα 6.16 Διάγραμμα ροής παραγωγής αδρανών υλικών. (Συνδυασμός θραυστήρων σιαγόνων και κωνικών ανοιγμάτων αποκένωσης 51 και 20 mm.), Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο). Σχήμα 6.17 Πίνακας Ποσοστών Κοκκομετρικών Κλασμάτων Εναλλακτικών Διαδικασιών Θραύσης Ταξινόμησης, Τσακαλάκης Κωνσταντίνος (προσωπικό αρχείο).
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.