Partikelgrößenanalyse von Zement in Echtzeit mit einem On-line-Lasersystem

Energiekosten für Zement

Mehr als 1 % der weltweit verbrauchten Energie wird verwendet, um Zement auf eine bestimmte Feinheit zu mahlen, so dass er eine für seine Verwendung geeignete Größe hat. Um den Zement auf eine geeignete Größe zu mahlen, werden Mühlen eingesetzt, die jedoch im Allgemeinen ineffizient sind. Auf die Mahlanlagen in der Zementherstellung entfallen etwa 85 bis 90 % des gesamten Stromverbrauchs der Anlage, aber weniger als 5 % dieser Energie wird sinnvollerweise für die Zementmahlung verwendet.

Bei einer weltweiten jährlichen Zementproduktion von ca. 4.100 Millionen Tonnen/Jahr in den letzten 7 Jahren bis zu diesem Jahr gibt es jede Menge Einsparungsmöglichkeiten. Die Energiekosten für Zement können durch gute Haushaltsführung, die Umstellung auf energieeffizientere Verfahren und kapitalintensive Investitionen in die Modernisierung bestehender Anlagen gesenkt werden.

Verbesserte Überwachungs- und Kontrollsysteme und ein Energiemanagement der Anlagen werden jedoch immer die schnellste Investitionsrendite bringen. Der hohe Energiebedarf beim Fertigmahlen bedeutet, dass eine Verbesserung der Effizienz des Mahlens und der Trennung des gemahlenen Klinkers zu erheblichen Energieeffizienzsteigerungen und Kosteneinsparungen führen kann. Wie lässt sich dies am besten erreichen? Die Antwort liegt in der Analyse.

Echtzeit-Messung von Zement

Wir wissen, dass Laser-Partikelmesssysteme im Labor die Qualität des Zements verbessern, aber wie können sie online angepasst werden, um die bestmögliche Zementfeinheit zu erzielen?

Die Partikelgröße wird mit einer robusten Version des in Zementlabors verwendeten Laserbeugungssystems bestimmt, aber dieses System ist viel stabiler und widersteht den starken Vibrationen, die in einer Zementfabrikumgebung auftreten. Der Bettersize BT-Online1 Partikelgrößenanalysator misst diese repräsentative Probenmenge kontinuierlich und in Echtzeit. Bis zu 10 kg Zement/Stunde werden von der Rinne/dem Düsenkopf an der Probenahmestelle entnommen. Da es sich bei Zement um ein abrasives Produkt handelt, ist der Probenflussweg bis zur und nach der Messzelle mit Keramik ausgekleidet. Die Messung erfolgt ähnlich wie im Labor: Die Partikel passieren die Messzelle, das Licht wird gestreut und von der Empfängerlinse gesammelt und auf einen Detektor fokussiert, wo es mit hoher Geschwindigkeit für eine kontinuierliche Echtzeitanalyse abgetastet, aufgezeichnet und digitalisiert wird (Abbildung 1).

Abbildung 1. Vorder- und Rückansicht des BT-Online1 mit der durch den Pfeil dargestellten Probenahmeröhre.

Vergleich von Online- und Laborergebnissen

Wie sind die Online-Ergebnisse im Vergleich zum Bettersize-Laborsystem und anderen historischen Techniken? Bettersize hat Tests durchgeführt, bei denen die mit ihrem Labor-Laserbeugungssystem und dem Online-System gemessenen Ergebnisse verglichen wurden.

Aufgrund der unterschiedlichen optischen Systeme und Algorithmen, die von den Online- und Laborgeräten verwendet werden, gibt es einen leichten Unterschied in den Messergebnissen. Es ist anzumerken, dass eine gute Konsistenz der Ergebnisse mit beiden verschiedenen Arten von Instrumenten erzielt werden kann, so dass eine gute Korrelation zwischen den Ergebnissen erreicht werden kann, aber die absoluten Werte sind nicht immer genau gleich.

Aus den Abbildungen 2 und 3 ist ersichtlich, dass die typischen Partikelgrößenwerte und Gehalte von Zementen verschiedener Festigkeitsklassen, die mit dem Online- und dem Laborsystem gemessen wurden, ziemlich übereinstimmen. Mit zunehmender Druckfestigkeit des Zements nimmt die von beiden Geräten ermittelte durchschnittliche Partikelgröße (D50) allmählich ab, und der Gehalt von 3-32μm % (der wichtigste Beitrag zur 28-Tage-Festigkeit des Zements) nimmt langsam zu. Daher ergeben die Messergebnisse eine gute Korrelation.

Abbildung 2. Mittlere Partikelgröße (D50) verschiedener Zemente, ermittelt mit Labor- und Online-Systemen

Abbildung 3. Gehalt zwischen 3-32 μm verschiedener Zemente, ermittelt mit Labor- und Online-Systemen

Darüber hinaus wurden Tests durchgeführt, bei denen das Online-System mit der Nasssiebanalyse verglichen wurde. Es ist allgemein bekannt, dass einer der Vorteile der Laserbeugung darin besteht, dass alle Orientierungen der Partikel gemessen werden können, so dass alle drei Dimensionen berücksichtigt werden. Siebe melden jedoch nur die zweitgrößte Abmessung, so dass unregelmäßig geformte Partikel unterdimensioniert sind, weil die längste Partikelabmessung nicht berücksichtigt wird. In solchen Situationen müssen wir akzeptieren, dass die Siebergebnisse eine Unterdimensionierung aufweisen. Sie sind nicht falsch, aber sie können je nach dem Seitenverhältnis der Partikel etwas unterschiedlich sein.

Abbildung 4. Die Ergebnisse der Nasssiebung und die Ergebnisse des Online-Verfahrens für die Verteilung des Zementgehalts über 45 um

Wichtig ist jedoch, dass die Siebergebnisse mit den Ergebnissen des Online-Prozesses übereinstimmen, und wie in Abbildung 4 zu sehen ist, haben die Tests, bei denen die Online-Ergebnisse mit den durch die Siebe gemessenen Ergebnissen verglichen wurden, mit großem Erfolg stattgefunden. Wenn der Prozentsatz der Partikel über 45 Mikrometer auf dem Bettersize-Sieb anstieg, dann war auch ein proportionaler Anstieg auf den Sieben zu verzeichnen und umgekehrt.

Schlussfolgerungen

Für die Zementindustrie ist es unerlässlich, ein robustes, vollautomatisches Bettersizer-Online-Lasersystem zu installieren, das auf denselben Prinzipien basiert, aber keine menschliche Eingabe erfordert. Es kann die Zementfeinheit messen und liefert Schlüsselparameter wie % < 3 µm, % > 3µm und < 32 µm, % > 45 µm in Echtzeit. Es kann diese aktuellen Werte mit den optimalen Werten vergleichen, die im Computer im Zementkontrollraum gespeichert sind. Die Messung, Kontrolle, Automatisierung und Optimierung des Mahlkreislaufs senkt die Produktionskosten und sorgt für eine gleichbleibend hohe Produktqualität und damit für eine höhere Rentabilität Ihres Zementwerks.