Третью группу факторов составляют физико-химические свойстваразмалываемого материала и среды в мельнице, определяющие его сопротивляемость размолу, крупность исходного и конечного продуктов, температуру и влажность, адсорбционные свойства среды.

Назначение мельничной системы состоит в том, чтобы придать продукту тонкость, которая приведет к требуемой реакционной способности и, следовательно, к повышению прочности продукта – цемента. Крупность цемента обычно контролируется путем измерения удельная площадь поверхности (Блейн) или остаток продукта на сите. Однако влияние системы измельчения на качество продукта является более сложным, чем то, что отражается на показателях Блейна или остатке на сите. Он включает в себя следующие факторы, связанные с продуктом:

1. Распределение частиц по размерам;

2. Степень обезвоживания гипса, добавляемого в цемент;

3. Предварительная гидратация и карбонизация клинкерных минералов.

На практике наиболее эффективным считается такое заполнение барабана, при котором уровень мелющих тел и измельчаемого материала не доходит до его осевой линии. В промышленном производстве, например, коэффициент заполнения мелющими телами обычно не превышает 0.35-0.4.Перегрузка и недогрузка мельницы шарами нерациональны: перегрузка ведет к повышенным расходам энергии и шаров, а недогрузка снижает производительность.

Производительность барабанных мельниц зависит от диаметра, рабочего объема, скорости вращения, конструктивных особенностей, размера и формы мелющих тел, твердости и крупности кусков руды (исходных и измельченных), плотности пульпы и выхода конечного продукта. Производительность мельниц подсчитывают по удельной затрате энергии.

Мощность, потребляемая шаровой мельницей, зависит только от физических параметров мельницы: диаметра, длины барабана, скорости вращения, коэффициента мощности А и размера шаров.

Вращающаяся шаровая мельница может рассматриваться как несбалансированный маховик. Она приближается в наибольшей степени дебаланса, когда происходит простое вращение сухой дробящей среды и не производится никакая полезная работа. В этих условиях для поддержания вращения мельницы требуется максимальная мощность.

Модель Слегтена расчета шаровой загрузки:

1 камера дробления

• Равное количество шаров (n) в каждом диапазоне размеров 80; 70 и 60 мм, к ним добавить шары 90 мм, чтобы измельчать крупные частицы клинкера.

2 переходная зона (начало второй камеры)

• Заполнить самыми большими шарами этой зоны (иногда совпадает с наименьшим размеров шара в первой камере). Конструктивно для этой зоны используют шары 50 и 40 мм.

Вторая камера (тонкий помол)

• Распределение шаров менее 40 мм следует из формулы: D=3.3e^-0,1x
• Где D– диаметр шаров, мм; х – расстояние от конца переходной зоны, м
• Шары диаметром 30 мм начинают загружать по окончанию переходной зоны и далее по формуле.

Факторы, определяющие эффективность работы помольного агрегата:

• Степень заполнения объема мельницы мелющими телами;
• Качество и ассортимент мелющих тел;
• Интенсивность аспирации рабочего пространства мельницы;
• Величина и равномерность питания мельниц материалом, автоматизация мельницы.

Скорость вращения

Зная принцип работы барабанной мельницы, очевидно, что скорость вращения барабана имеет очень большое значение. Скорость задает траекторию движения мелющих тел, а, следовательно, и характер воздействия на измельчаемый материал.

Скорость, при которой все содержимое барабана прижимается к его стенкам и начинает вращаться вместе с ним, называется критической скоростью n_кр(об\мин) и рассчитывается по формуле:

Скорость вращения мельниц обычно равна 0,70-0,85 от критической. В процессе измельчения шары при указанных условиях поднимаются в мельнице на достаточную высоту и эффективно дробят материал. При частоте вращения менее 0,75-0,85 от критической, создается водопадный режим измельчения – основная масса мелющих тел поднимается вместе с внутренней поверхностью на некоторую высоту, а затем, отрываясь, свободно падает под действием сил тяжести по траекториям, близким к параболическим. Измельчение клинкерных зерен в данных условиях происходит преимущественно ударом. Водопадный режим применяется при измельчении более крупного материала (в первой стадии). При смешанном режиме измельчения одна часть мелющих тел участвует в свободном полете, а другая – перекатывается внутри барабана по замкнутым траекториям, измельчая руду ударом и истиранием. Каскадный режим наиболее тихоходный, скорость вращения составляет 0,5-0,6 от критической, при этом свободный полет мелющих тел исключен, т.к. они непрерывно циркулируют внутри барабана, поднимаясь по круговым траекториям на некоторую высоту, затем скатываясь под углом, близким к углу естественного откоса. В воде нормальный угол откоса шаров составляет около 30°. При каскадном режиме материал измельчается преимущественно истиранием, он является наиболее эффективным для второй камеры мельниц.

Самым высокопроизводительным считается смешанный режим, который возникает при скорости около 0,7-0,75 от критической.

На сегодняшний день в мировой цементной промышленности существует 3 типа помольных агрегатов:

• Шаровая мельница;
• Вертикальная мельница;
• Роллер пресс.

Шаровая мельница

Принцип действия шаровых мельниц основан на том, что материал, находящийся во вращающемся барабане мельницы, подвергается воздей­ствию свободно падающих мелющих тел. При вращении барабана мелющие тела (в подавляющем большинстве металлические шары) поднимаются на определенную высоту, а затем, отрываясь от стенки барабана при свободном падении, измельчают материал. Материал в мельнице измельчается ударом и частично истиранием благодаря перекатыванию шаров и их скольжению.

Все существующие типы шаровых и трубных мельниц, применяемых в цементной промышленности.  могут быть клас­сифицированы по следующим основным признакам:

• по конструкции и форме барабана — на цилиндрические однокамерные и многокамерные;
• по конструкции привода — с периферийным (шестеренчатым) приводом и с центральным приводом;
• по схеме работы — с открытым или замкнутым циклом.

В шаровых мельницах отношение длины барабана L к его диаметру D не превышает 1—2, в то время как в трубных это отношение равно 3—6. От того, по какой из схем работает помольная установка, во многом зависят ее производительность, удельный расход энергии, однородность готового продукта по величине частиц, а также стоимость эксплуатации по­мольной установки.

При работе мельницы по открытому циклу весь измельчае­мый материал пропускается через барабан один раз. У этих мельниц отсут­ствуют дополнительные устройства, обеспечивающие промежуточный отбор готового продукта. Это снижает эффективность помола, поскольку готовый продукт, не удаленный своевременно из мельницы, затрудняет измельчение частиц неразмолотого материала. Все это снижает производительность мель­ницы и увеличивает удельный расход энергии на помол. Одновременно имеет место относительно повышенная неоднородность готового продукта, в ко­тором часть материала переизмельчается, а другая недоразмалывается, бу­дучи окружена тонкой пылью.

Необходимо, однако, отметить, что установки, работающие по открытому циклу, просты по конструкции и менее сложны в эксплуатации в сравнении с мельницами, работающими по замкнутому циклу.

При замкнутом цикле помола материал выходит из мельницы частично недоизмельченным и затем при помощи сепараторов разделяется на гото­вый продукт и крупку, которая вновь направляется в мельницу на домол.