1. Operating experience with a vertical roller mill for grinding granulated blast- furnace slag and composite cements Betriebserfahrungen mit der vertikalen Wlzmhle bei der Mahlung von Httensand und Kompositzementen1204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 1 25.07.12 09:04

2. 4Dr.-Ing. M. Pohl, Dyckerhoff AG, Wiesbaden, Germany; Dipl.-Ing. C. Obry Buzzi Unicem S.p.A., Casale Monferrato, Italy; Dr.-Ing. K.-H. Zysk, Loesche GmbH, Duesseldorf, Germany SUMMARY ZUSAMMENFASSUNG Vertical roller mills are the mills traditionally used for process-Vertikal-Rollenmhlen fr die Aufbereitung von Httensand ing granulated blastfurnace slag and for grinding compositeund fr die Mahlung von Kompositzementen sind den tradi- cements. From the energy aspect they are superior to tionell verwendeten Mhlen und Mahlanlagenschaltungen grinding plant circuits with ball mills, even when combinedmit Kugelmhle und auch in Kombination mit einer Hoch- with high-pressure roller presses. For drying and grinding druck-Rollenmhle energetisch berlegen. Es entspricht it is state of the art to equip these types of grinding plantdem Stand der Technik, fr die Mahltrocknung derartige with vapour recirculation and use either exhaust air fromMahlanlagen mit einer Brdenrezirkulation auszustatten the burning process, clinker cooler exhaust air or preheater und als Heigasquelle entweder Abluft aus dem Brenn- exhaust gas and/or an in-line burner fuelled with fuel oil orprozess, Klinkerkhlerabluft oder Vorwrmerabgas und/ coal as the heat source [1]. The residence time in the verti-oder einen heizl- oder kohlebefeuerten In-Line-Brenner zu cal roller mill considered as a closed system consisting verwenden [1]. Die Verweildauer in der als geschlossenes of comminution zone (grinding rollers, grinding table, dam System zu betrachtenden Vertikal-Rollenmhle bestehend ring) and dynamic classifier is very much shorter as it is aus Zerkleinerungszone (Mahlwalzen, Mahlteller, Staurand) with a ball mill operating in closed circuit with a classifier,und dynamischem Sichter ist ungleich krzer als bei einer so failures in the material transport or in stabilization of im Kreislauf mit einem Sichter arbeitenden Kugelmhle. the material bed have a direct effect on the availability of Deshalb wirken sich Strungen im Materialtransport und the plant. This is because frequent re-starting procedures bei der Stabilisierung des Mahlbetts unmittelbar auf die increase the specific power consumption and shift theVerfgbarkeit der Anlage in der Weise aus, dass mitunter grinding plant away from the energy optimum. Operators ofhufige Wiederanfahrvorgnge den spezifischen Energiebe- these plants are therefore particularly interested in operatingdarf erhhen und die Mahlanlage sich dabei aus dem ener- the process very close to the energy optimum. Numerous getischen Optimum entfernt. Fr den Betreiber derartiger optimization measures have ensured that the vertical rollerAnlagen besteht daher im besonderen Mae ein Interesse mills installed in the Buzzi Unicem/Dyckerhoff Group havedaran, den Prozess sehr nahe am energetischen Optimum a high level of availability. This article describes the results zu betreiben. Durch zahlreiche Optimierungsmanahmen when grinding cement and granulated blastfurnace slag andkonnte eine hohe Verfgbarkeit bei den in der Buzzi Unicem/ discusses them with regard to factors that affect the engin- Dyckerhoff-Gruppe installierten Vertikal-Rollenmhlen sicher- eering process. When using grinding aids and/or quality gestellt werden. In diesem Beitrag werden Ergebnisse beiPROCESSING improvers it is possible to control product properties select-der Zement- und Httensandmahlung vorgestellt und im Hin- ively, improve the classifying process and increase the plantblick auf prozesstechnische Einflussfaktoren diskutiert. Bei output. This article focuses on way the grinding aids affect Anwendung von Mahlhilfen und/oder so genannten Quality the process parameters and the specific power consump- Improvern knnen Produkteigenschaften gezielt gesteu- tion. There are also observations on the alteration in particleert, der Sichtprozess verbessert und der Anlagendurchsatz morphology that occur when the mill or the grinding processgesteigert werden. Die Wirkungsweise der Mahlhilfen auf is changed.3 die Prozessparameter und den spezifischen Energiebedarfstehen dabei in diesem Beitrag im Vordergrund. Des Weite-ren werden Beobachtungen zur nderung der Partikelmor-phologie mitgeteilt, die sich beim Wechsel der Mhlen bzw.des Mahlverfahrens ergeben. 3 *) Revised text of a lecture given by the first author to the VDZ Conference on Cement *) berarbeitete Fassung eines Vortrags, der vom erstgenannten auf der VDZ-Fach-thProcess Technology on 16 February 2012 in Duesseldorf. tagung Zement-Verfahrenstechnik am 16. Februar 2012 in Dsseldorf gehalten wurde. (Translation by Robin B. C. Baker) 56 CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 101204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 225.07.12 09:04 3. Operating experience with a vertical roller mill for grindinggranulated blastfurnace slag and composite cements*)Betriebserfahrungen mit einer Vertikal-Rollenmhle bei der Mahlung von Httensandund Kompositzementen*)1 Introduction1 EinleitungVertical roller mills of different sizes have been in operation In der Buzzi Unicem/Dyckerhoff-Gruppe wurden seit 2008in the Buzzi Unicem/Dyckerhoff Group since 2008 for pro-Vertikal-Rollenmhlen unterschiedlicher Baugren zur Her-Herducing ground granulated blastfurnace slag and cements. stellung von Httensandmehlen und Zementen in BetriebThe process stability of these mills has been continuouslygenommen. Die Prozessstabilitt dieser Mhlen konnte imincreased over the years and the specific throughputs wereLaufe der Jahre kontinuierlich gesteigert und die spezifi-brought up to the respective optimum values. An LM 35.2+2 schen Durchstze an das jeweilige Optimum herangefhrtLoesche mill at the Dyckerhoff site in Lengerich, Westphalia, werden. Am Beispiel einer Loesche-Mhle der Produktbe-is used as an example to demonstrate the operating expe-zeichnung LM 35.2+2 am Dyckerhoff Standort Lengerich/rience with this type of mill when grinding both granulated Westfalen werden die Betriebserfahrungen mit diesem Mh-blastfurnace slag and cement clinker. lentyp sowohl bei der Mahlung von Httensanden als auchZementklinkern aufgezeigt.2 Structure of the grinding plant2 Aufbau der Mahlanlage Fig. 1 shows the flow sheet for the LM 35.2+2 verticalroller mill in interconnected operation with the rotary kiln. A Bild 1 zeigt das Fliebild der Vertikal-Rollenmhle 3gas flow of 160 000 m /h is needed for grinding granulatedLM 35.2+2 unter Einsatz von Ofengas. Zur Mahlung vonblastfurnace slag under operating conditions. A partial flowHttensanden wird unter Betriebsbedingungen ein Gasvo-3of the laden exhaust gas is returned to the mill in closed cir- lumenstrom von 160000 m /h bentigt. Ein Teilstrom descuit (pipeline leg 4) together with the kiln exhaust gas afterbeladenen Abgases wird dabei im Kreislauf (Leitungs-the preheater. The laden mill exhaust gas then leaves the strang 4) zusammen mit dem Ofenabgas nach dem Vorwr- Vorwrmill at a temperature of about 105 C. The finished product mer der Mhle erneut zugefhrt. Das beladene Mhlenab-is collected from the gas flow by a downstream bag filter gas verlsst dann die Mhle mit einer Temperatur von ca.from Scheuch. An in-line burner fired with fuel oil ensures 105 C. Durch ein nachgeschaltetes Schlauchfilter der Firmathe heat supply even if the kiln is stopped. Table 1 showsScheuch wird das Fertiggut vom Gasstrom abgetrennt. Einan example of the pressure distribution in the grinding cir-mit Heizl befeuerter In-Line-Brenner stellt die Wrmezu-cuit when granulated blastfurnace slag is being ground. The fuhr auch fr den Fall eines Ofenstillstands sicher. Tabelle 1mill is isolated from pressure fluctuations in the rotary kilnzeigt exemplarisch fr die Httensandmahlung die Druckver-by a controlled exhaust air flap (S flap).teilung im Mahlkreislauf. Durch eine geregelte Abluftklappe(S-Klappe) wird die Mhle von Druckschwankungen amDrehrohrofen entkoppelt.3 Einflsse der ProzessparameterDie Fertiggutfeinheit wird bei einer Vertikal-Rollenmhle mit PROCESSINGintegriertem Sichter primr ber die Stabkorbdrehzahl desdynamischen Sichters eingestellt. Aber auch der Arbeits-druck der Masterwalzen und die verfgbare GasmengeTable 1: Pressure distribution in the grinding circuit of an LM 35.2+2 Loesche mill in mbarTabelle 1: Druckverteilung im Mahlkreislauf einer Loesche-Mhle LM 35.2+2 in mbarTest setting Minimum Maximum MeanPressure before mill 13.1 59Pressure after mill40.9 33 36.6Pressure before flap R 11.60 5.2Measuring points: 1 pressure before mill 4 pressure after flap R Pressure after flap R 9.9 5 7.1 2 pressure after mill5 pressure after flap SPressure after flap S11.05.88.2 3 pressure before flap RMill differential pressure21.932.527.6Figure 1: Process flow sheet for the LM 35.2+2 Loesche mill Flap R differential 0.172pressureBild 1: Verfahrensfliebild der Loesche-Mhle LM 35.2+2CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 10571204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 3 25.07.12 09:04 4. bestimmen das Zerkleinerungsergebnis [1]. Zur Untersu-chung dieser Abhngigkeiten wurden die Prozessparameter Slope [n]Working pressure [bar]Stabkorbdrehzahl, Arbeitsdruck der Masterwalzen sowie derGasvolumenstrom unabhngig voneinander variiert. Bild 2zeigt die Abhngigkeit des Lageparameters d der RRSB-Ver- RRSB-Verteilung von den drei oben genannten Prozessparametern bei . . . . . . . . . . . . .der Mahlung von Httensand. Deutlich zu erkennen ist der ... . ... . .bekannte Einfluss der Sichterdrehzahl. Interessant ist aber /h] 3auch die Abhngigkeit des Lageparameters d vom Arbeits-druck der Masterwalzen, der zwischen 85 bar und 100 barvariiert wurde.. . . . . . . . . . . .Unter Bercksichtigung einer Mindest-Mahlbetthhe von15 mm ist der Prozessparameter des Arbeitsdrucks derMasterwalzen allerdings nur als ein sekundrer Parameterzur Beeinflussung der Produktfeinheit anzusehen. Das Zer-ZerFigure 2: Influence of selected process parameters on the productkleinerungsergebnis verbessert sich mit zunehmender Pres-finenesssung und abnehmender Mahlbettdicke. Das Spektrum anBild 2: Einflsse ausgewhlter Prozessparameter auf die Produkt-feinheitfeinen Partikelgren zwischen 0,5 m und 15 m erhhtsich dabei signifikant, ebenfalls nimmt die Breite der Parti-kelgrenverteilung zu, whrend das Steigungsma n der3 Factors affecting the process parametersRRSB-Verteilung leicht zurckgeht. Eine signifikante Ab-hngigkeit des Steigungsmaes n vom Arbeitsdruck und vomWith a vertical roller mill with integral classifier the fine-Gasvolumenstrom konnte dabei jedoch nicht festgestelltness of the finished product is set primarily by the rota-werden. Gleichwohl kann durch eine Absenkung des Gasvolu-tional speed of the caged rotor in the dynamic classifier.menstroms bei ansonsten konstanten ProzessparameternHowever, the comminution result is also determined by der Lageparameter d abgesenkt werden. Eine fr die Bau-the working pressure of the master rollers and the quantity gre der Mhle relevante minimale Gasmenge darfof the gas available [1]. These dependencies were inves-jedoch nicht unterschritten werden, wenn Prozessinstabi-tigated by varying the process parameters, namely rota- litten verhindert werden sollen. Bei der Loesche-Mhletional speed of the caged rotor, working pressure of theLM 35.2+2 liegt diese minimale Gasmenge im Betrieb bei 3master rollers and gas volume flow, independently of one130 000 m /h.another. Fig. 2 shows the way the position parameter dof the RRSB distribution depends on the three above-men-4 Mahlhilfentioned process parameters when grinding granulated blast-furnace slag. The known influence of the rotational speed Die Wirkungsweise von Mahlhilfen bei der Klinkermahlungof the caged rotor is clearly visible. However, the depend- in Kugelmhlen ist in der Literatur vielfach diskutiert wordenence of the position parameter d on the working pressure [2, 3, 8, 12]. Durch ein Coating der zur Agglomeration nei-of the master rollers, which was varied between 85 bar andgenden Partikel mit einer theoretisch minimalen mono-mole-100 bar, is also interesting. kularen Schicht werden die Oberflchenladungen neutrali-siert. Dabei kann unterschieden werden zwischen polarenIn view of the minimum material bed height of 15 mm the und nicht polaren Mahlhilfen, wobei auch Wasser als polareprocess parameter of the working pressure of the mas- Mahlhilfe wirkt. Neben der reinen Verbesserung des Flie-ter rollers is regarded as only a secondary parameter as farverhaltens und der Desagglomerationswirkung der klas-as the influence on the product fineness is concerned. Thesischen Mahlhilfsmittel werden bei so genannten Quality PROCESSINGcomminution result improves with increasing pressure andImprovern gezielt auch die Frh- und Endfestigkeiten und/decreasing material bed thickness. The spectrum of fine par-oder die Erstarrungszeiten beeinflusst. Die Effektivitt dieserticle sizes between 0.5 m and 15 m increases significantlyAdditive bei der Httensandmahlung ist aufgrund der mini-and the width of the particle size distribution also increasesmalen elektrochemischen Potenziale glasiger Strukturenwhile there is a slight decrease in the slope n of the RRSB niedrig, wohingegen sich dieser Effekt bereits bei ZugabeTable 2: Compilation of some grinding aids and quality improversTabelle 2: Zusammenstellung eingesetzter Mahlhilfen und Quality Improver Additives SIKA 184MAPEI MA.G.A. / VM 12 GRACE HEA 239GRACE 1306 Konz. 11 Constituentssalts of thiocyanic acid sodium thiocyanate ethane diol2,2-oxydiethanolcalcium chloride 1,1,1-nitrilotripropan-2-ol2,2-oxydiethanol ethane diol 2,2-oxydiethanolacetic acidtrigolpotassium hydroxide 2,2-iminodiethanol Density [g/cm3]1.22 1.20 +/ 0.021.141.12 pH 78.5 +/ 1.5 1012 Flash point / lower boiling point [C]> 100100 > 100 > 100 Concentration w.r.t. fresh material 0.20 %0.10 %0.02 %0.02% FunctionInfluences setting timesInfluences early and finalImproved flow behaviour Improved flow behaviourand flow behaviour strengths and flow behaviourDisagglomerating action Disagglomerating action58CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 101204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 4 25.07.12 09:04 5. Loesche Mill Type LM 35.2+2 CS, San Antonio, ChileLoesche Mhle Typ LM 35.2+2 CS, San Antonio, Chile1204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 525.07.12 09:04 6. Table 3: Influence of the grinding aid on important process variables of the LM 35.2+2 Loesche mill Tabelle 3: Einfluss der Mahlhilfe auf wichtige Prozessgren der Loesche-Mhle LM 35.2+2 Vibrations Mill diff. Filter diff.Master roller 1 Master roller 2 WorkingTest setting Casing pressure pressure Material bed depthMaterial bed depth pressure[mm s 1][mbar][mbar] [mm][mm] [bar]100% gbs, 4000 Blaine,3.7 25.9 5.9 19.721.386.8without grinding aid97% gbs, 3% anhydrite3.8 25.4618.920.487.54000 Blaine, without grinding aid97% gbs, 3% anhydrite3.6 25.9 7.2 18.120.087.74000 Blaine, 0.64 l/min grinding aid97% gbs, 3% anhydrite4.3 28.7616.617.587.64500 Blaine, without grinding aid97% gbs, 3% anhydrite4.3 26.9 7.8 15.818.187.64500 Blaine, with grinding aid90% gbs, 10 % clinker5.1 28.9 5.6 15.016.987.64500 Blaine, without grinding aid90% gbs, 10 % clinker5.1 28.5 7.6 15.716.688.44500 Blaine, 0,76 l/min grinding aid90% gbs, 10 % clinker4500 Blaine, 0,76 l/min grinding aid5.5 28.3 8.0 15.416.489.3addition on collecting belt90% gbs, 10 % clinker4.6 30.3 6.1 17.218.489.64000 Blaine, without grinding aid90% gbs, 10 % clinker4.3 29.7 7.3 17.518.989.44000 Blaine, 0,76 l/min grinding aid distribution. However, no significant dependence of thegeringer Anteile von Klinker und Anhydrit deutlich erhht. slope n on the working pressure and the gas volume flow Tabelle 2 zeigt die verwendeten Mahlhilfsmittel und Qua- was detected, although the position parameter d can be low- lity Improver mit ihren Hauptkomponenten, typischen Kon- ered by reducing the gas flow with otherwise constant pro- zentrationen und Einsatzfeldern. cess parameters. However, the gas flow must not fall below the minimum flow for the particular size of mill if processMit dem Additiv MA.G.A. von MAPEI [9] konnten umfang- instability to be prevented. For the LM 35.2+2 Loesche millreiche Testreihen bei reiner Httensandmahlung und bei3 this minimum gas flow in operation is 130000 m /h. gemeinsamer Mahlung unter Einsatz von Klinker und Anhy-drit durchgefhrt werden. Tabelle 3 zeigt den Einfluss 4 Grinding aidsdes Additivs auf das Mahlverhalten der Anlage. Der Dif-ferenzdruck ber der Mahlanlage fllt tendenziell leicht ab The way that grinding aids work during clinker grinding in als Konsequenz der vernderten Beladungsverhltnisse in ball mills has been discussed many times in the literature der Mhle ( Bild 3, Tromp-Kurven mit und ohne Mahl- [2, 3, 8, 12]. The surface charges are neutralized by coat-hilfsmittel). Dadurch fallen auch die Vibrationen am Mh- ing the particles that have a tendency to agglomerate with lengehuse leicht zurck. Der Differenzdruck am Mhlenfil- a theoretically mono-molecular layer.PROCESSING It is possible to differentiate between polar and non-polar grinding aids, and water acts as a polar grinding aid.Designation xT (plitt) clm In addition to the straightforward 4 000 Blaine without additive 22.173 4.0000 improvement in flow behaviour and4 000 Blaine with 0,64 l/min MA.G.A 24.801 4.00004 500 Blaine without additive 21.126 4.0000 disagglomerating action of the clas-Distribution ratio T(x) [%]4 500 Blaine with 0,76 l/min MA.G.A 21.578 4.0000 sical grinding aids, with quality im- provers it is also possible to exert a specific influence on the early and final strengths and/or setting times. These additives are not very effective when grinding granulated blastfurnace slag because of the electrochemical potential of glassy structures although this effect is sig- nificantly increased with the addi- tion of small amounts of clinker and Particle size x [m] anhydrite. Table 2 shows the grind- ing aids and quality improvers used with their main components, typical Figure 3: Influence of grinding aids on the classifier efficiency (additive used: MAPEI VM 12) concentrations and areas of use.Bild 3: Einfluss von Mahlhilfen auf die Sichtereffizienz (verwendetes Additiv: MAPEI VM 12) 60CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 101204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 6 25.07.12 09:04 7. Extensive test series during plain granulated blastfurnace ter steigt dagegen leicht an. Darber hinaus konnte mit denslag grinding and during intergrinding with clinker andVersuchen besttigt werden, dass eine Zugabe der Mahl-anhydrite were carried out with the MA.G.A additive from hilfe direkt auf die Mahlbettoberflche in der Mhle anstattMAPEI [9]. Table 3 shows the effect of the additive on auf das zentrale Sammelgurtband vor Aufgabe in die Zel-the grinding behaviour of the plant. The differential pres-lenradschleuse zu besseren Ergebnissen bei der Schwin-sure across the grinding plant tends to fall slightly as a conse-gungsminderung fhrt.quence of the different loading conditions in the mill ( Fig. 3,Tromp curves with and without grinding aids), which also Vergleicht man den spezifischen Energieverbrauch bei derslightly reduces the vibrations in the mill casing. The trials Mahlung mit und ohne Zusatz von Mahlhilfen ( Tabelle 4),were also able to confirm that addition of the grinding aidso fllt auf, dass die Leistungsaufnahme am Hauptantriebdirectly to the surface of the material bed in the mill insteadsinkt. In gleicher Weise steigt dagegen die Leistung desof on the central collecting belt conveyor before the feed Mhlengeblses an. Der spezifische Energieverbrauch sinktinto the rotary-vane feeder leads to better results for reduc- insgesamt dennoch leicht ab. Dieser Effekt ist bei der Auf-ing the vibrations.bereitung von Httensand nicht so stark ausgeprgt, dage- gen sind die Einsparungen bei der gemeinsamen Zement-Comparison of the specific energy consumptions duringmahlung hher.the grinding with and without the aid of grinding aids( Table 4) shows that there is a drop in the power taken at Fr die Herstellung eines Zements der Normbezeich-the main drive. In the same way, on the other hand, therenung CEM II/B-S 32,5 mit einer spezifischen Oberflche 2is an increase in the power taken by the mill fan. In spitevon 3 000 cm /g nach Blaine wurden Mahlversuche mitof this there is a slight drop in specific power consump-Additiven der Firma SIKA (SIKA 184) und Mahlhilfen vontion. This effect is not so strongly marked when processingGRACE (1306 Konz. 11 und HEA 239) durchgefhrt [10, 11].granulated blastfurnace slag but the savings are higher when Die Konzentration von SIKA 184 wurde zu 0,2 %, bezogenintergrinding cement.auf den Frischgutdurchsatz, gewhlt, wohingegen beim GRACE Additiv 1306 Konz. 11 die Zugabe bei 0,02 % lag.Grinding trials with additives from SIKA (SIKA 184) and grind- Tabelle 5 zeigt eine Gegenberstellung bei gemeinsa-ing aids from GRACE (1306 Konz. 11 and HEA 239) were car-mer Mahlung des Zements CEM II/B-S 32,5 ohne undried out during the production of a CEM II/B-S 32,5 cement mit dem Zusatz von Mahlhilfen. Ohne den Einsatz von 2with a specific surface area of 3 000 cm /g Blaine [10, 11]. Mahlhilfen wird ein moderater Anlagendurchsatz vonThe concentration of SIKA 184 was set at 0.2 % relative70 t/h erreicht bei einem spezifischen Energiebedarfto the throughput of fresh material, while for the GRACE im Mittel von 19,7 kWh/t. Bei Verwendung der genann-Konz. 11 additive the addition rate was 0.02 %. Table 5 com- ten Mahlhilfen konnte dagegen der Anlagendurchsatz aufpares the intergrinding of CEM II/B-S 32,5 cement with and bis zu 90 t/h gesteigert werden, wobei sich der spezi-without the addition of grinding aids. A moderate plant out- fische Energiebedarf um 1,2 kWh/t verringerte. Bei diesenput of 62 t/h at an average specific power consumption ofBetrachtungen blieb der pneumatische Transport unberck-19.7 kWh/t was achieved without the use of grinding aids.sichtigt.Table 4: Influence of grinding aids on the specific power consumption of the LM 35.2+2 Loesche millTabelle 4: Einfluss von Mahlhilfen auf den spezifischen Energiebedarf der Loesche-Mhle LM 35.2+2Output, moist Output, dryMain drive Classifier drive Fan power Specific energy Test setting consumption[t/h][t/h][kW] [kW][kW] [kWh/t] 100% gbs, 4000 Blaine,51.8 46.6 135553231 35.2 without grinding aid 97% gbs, 3% anhydrite 4000 Blaine, without grinding aid51.6 45.0 135353232 36.4PROCESSING 97% gbs, 3% anhydrite51.6 45.0 133355245 36.2 4000 Blaine, 0.64 l/min grinding aid 97% gbs, 3% anhydrite47.7 41.6 129774261 39.2 4500 Blaine, without grinding aid 97% gbs, 3% anhydrite47.6 41.6 127570267 38.8 4500 Blaine, with grinding aid 90% gbs, 10% clinker46.8 37.9 1276 79.7 259 42.6 4500 Blaine, without grinding aid 90% gbs, 10% clinker46.9 38.0 125081263 42.0 4500 Blaine, 0,76 l/min grinding aid 90% gbs, 10% clinker 4500 Blaine, 0,76 l/min grinding aid 46.9 38.0 123181260 41.4 addition on collecting belt 90% gbs, 10% clinker54.9 44.5 136770269 38.4 4000 Blaine, without grinding aid 90% gbs, 10% clinker55.1 44.6 137369271 38.4 4000 Blaine, 0,76 l/min grinding aidCEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 10611204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 7 25.07.12 09:04 8. When the above-mentioned grinding aids were used the Table 5: Optimization of the output when grinding CEM II/B-S 32,5 plant output was increased to up to 90 t/h although the spe-cement using grinding aids cific power consumption was only reduced by 1.2 kWh/t. Tabelle 5: Durchsatzoptimierung bei der Mahlung eines Zements CEM II/B-S 32,5 unter Einsatz von Mahlhilfen The pneumatic transport system was not taken into account in these considerations. WithoutWith Test settinggrinding aid grinding aid 5 Classifier efficiency Main drive [kW]930 1350 Classifier drive [kW]13 15 A sampler with which a representative quantity of sample Auxiliary drives [kW]30 30 could be taken from the classifier grits while the plant was in operation was installed jointly with Loesche GmbH in orderFan [kW] 295336 to measure the efficiency of the classifier. The selectivity of Efficiency, main drive 0.95 0.95 the classifier can be determined with the particle size dis- Efficiency, classifier 0.93 0.93 tributions of the finished product and the classifier grits as well as the internal recirculation ratio. The internal recircula- Output, moist [t/h]62 90 tion ratio of the vertical roller mill was narrowed down to val-Average initial moisture [mass %]10 10 ues between 8 and 12 through the plausibility checks. Fig. 3Specific power consumption in [kWh/t] *)19.7 18.5 shows the Tromp curves for grinding granulated blastfurnace*) 22without pneumatic transport slag with target Blaine values of 4000 cm /g and 4500 cm /g respectively with and without the addition of the MA.G.A grinding aid (see Table 2).5 Sichterwirkungsgrad The upward slopes in the selectivity curve, the fish hook Zur Bestimmung des Sichterwirkungsgrads wurde in Zusam- effect is clearly identifiable during the grinding without themenarbeit mit der Loesche GmbH ein Probenehmer instal- addition of a grinding aid. The agglomeration of the particles liert, mit dem whrend des laufenden Betriebs eine repr- in the ultrafine particle range between 1 and 10 m is abol- sentative Probemenge aus dem Sichtergrobgut entnommen ished by the addition of the grinding aid directly on the sur- werden kann. Mit den Korngrenverteilungen von Fertig- face of the material bed. The dispersing action of the grind-gut und Sichtergrobgut sowie der internen Umlaufzahl lsst ing aid improves the classifying process. Furthermore, it wassich der Trenngrad des Sichters bestimmen. Durch Plausi- observed that the differential pressure across the mill fell asbilittskontrollen konnte die interne Umlaufzahl der Vertikal- a consequence of the changed internal recirculation. The dif-Rollenmhle auf Werte zwischen 8 und 12 eingegrenzt wer- ferential pressure across the mill filter increased by the sameden. Bild 3 zeigt die Tromp-Kurven einer Httensandmahlung 2 amount as a consequence of the finer particle input. The flow- mit der Zielvorgabe eines Blainewerts von 4000 cm /g bzw. 2 ability of the finished product after the mill filter increased4500 cm /g mit und ohne Zugabe der Mahlhilfe MA.G.A. significantly and caused a drop in the power consumption of(s. Tabelle 2). the spiral pump for the removing the finished product. This increased the power reserves in the finished product trans-Deutlich zu erkennen ist das Ansteigen der Trenngradkurve, port system. The throughput was increased by 8% when der so genannte Fish-Hook-Effekt bei der Mahlung ohne operating the mill at the same differential pressure.Zusatz einer Mahlhilfe. Durch die Zugabe der Mahlhilfeunmittelbar auf die Mahlbettoberflche wird die Agglome- 6 Specific quantity of water and process ration der Partikel im Feinstkornbereich zwischen 1 m und stability10 m aufgehoben. Die Dispergierwirkung der Mahlhilfe ver-bessert den Sichtprozess. Weiterhin konnte, als Konsequenz No additional water is normally needed during the grinding des vernderten internen Umlaufs, beobachtet werden, dass of moist granulated blastfurnace slag but injection of water der Differenzdruck ber der Mhle abnimmt. Im gleichenPROCESSING into the grinding space for stabilizing the grinding bed can Mae erhhte sich der Differenzdruck ber dem Mhlen- be an advantage when producing high-grade cements. filter als Folge einer feineren Partikelbeaufschlagung. Die Water for stabilizing the grinding bed is applied to the Fliefhigkeit des Fertigguts nach dem Mhlenfilter erhhte surface of the grinding bed. Each water lanc is locatedsich deutlich und hatte ein Absinken der Stromaufnahme der between the master and support rollers and the water isSchneckenpumpe zum Abtransport des Fertigguts zur Folge. carried directly to surface of the grinding bed throughDadurch wurden Leistungsreserven beim Fertigguttransport several holes along the lance. The grinding aid is alsogewonnen. Beim Betrieb der Mhle mit gleichem Differenz- applied directly to the surface of the material bed at the druck konnte der Durchsatz um 8 % gesteigert werden. same time.6 Spezifische Wassermenge und Over the last three years the specified amount quantity of Prozessstabilitt water has been significantly reduced to the required mini- mum. The cement setting times are extended considera-Whrend fr die Mahlung von aufgabefeuchten Httensan- bly when the amount of water exceeds > 40 kgwater/tclinker.den zumeist kein zustzliches Wasser bentigt wird, kann By wayof example Table 6 shows four selected types ofeine Wassereindsung in den Mahlraum zur Stabilisierung cement with their respective plant outputs and the associ- des Mahlbetts bei der Herstellung hochwertiger Zemente ated specific quantity of water in kgwater/tclinker that is neces- von Vorteil sein. Dabei wird Wasser zur Stabilisierung des sary for adequate stabilization of the grinding bed. When theMahlbetts auf die Mahlbettoberflche aufgebracht, wobei operation of the mill has been optimized and taken up to the sich die Wasserlanzen jeweils zwischen der Master- und maximum the specific water consumption when producingSupportwalze befinden und das Wasser durch mehrere Boh- CEM II/B-S 32,5 R cement can be reduced to 5 kgwater/tclinker. rungen entlang der Lanze direkt auf die Mahlbettoberflche 62CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 101204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 8 25.07.12 09:04 9. TO REACH A CERTAIN LEVEL OF PERFECTION IT NEEDS3000YEARSNow its time for our grinding technology. For further information pleasecall +492115353 0 or visit www.loesche.com AZ_A4_Hoch_2010_perfection.indd 11204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 9 20.08.2010 10:17:28 Uhr25.07.12 09:04 10. geleitet wird. Parallel dazu wird die Mahlhilfe ebenfalls direktauf die Mahlbettoberflche aufgebracht.Slope [n]Working pressure [bar]In den vergangenen drei Jahren konnte die spezifische Was- sermenge deutlich auf eine notwendige Mindestmenge redu-ziert werden. Bei zu groen spezifischen Wassermengen. . . . . . . . . . . . . > 40 kgWasser/tKlinker verlngern sich die Erstarrungszeiten . .. . ... . .der Zemente signifikant. Tabelle 6 zeigt exemplarisch/h]3 vier ausgewhlte Zementarten mit dem jeweiligen Anlagen-durchsatz und der zugehrigen spezifischen Wassermengein kgWasser/tKlinker, die notwendig ist, um das Mahlbett hin-reichend zu stabilisieren. Bei optimierter und bis an das . . . . . . . . . . . .Durchsatzmaximum gefhrter Betriebsweise der Mhle kannder spezifische Wasserverbrauch bei der Herstellung einesZements CEM II/B-S 32,5 R auf 5 kgWasser/tKlinker gesenktwerden.Figure 4: SEM photomicrograph of the fractions > 20on the productFigure 2: Influence of selected process parameters m of a groundfinenessblastfurnace slag with a fineness corresponding to 4 000 cm2/gBlaine [4]Table 6: Specific quantity of water for finish cement grindingBild 4: REM-Aufnahmen der Fraktionen > 20 m eines Httensand-Tabelle 6: Spezifische Wassermenge bei der Zementfertigmahlungmehls mit einer Feinheit entsprechend einem Blaine-Wert von4 000 cm2/g [4] BlaineOutput Specific quantityCement typeValue of water3 Factors affecting the process parameters[cm2/g][t/h][kg H2O / t cement]An overabundance of water leads to the formation of pre-mature hydration products with integral classifier the fine-With a vertical roller mill (ettringite formation), as can be CEM I 42,5 R 3 5005037seen in the SEM photomicrographs inprimarily by the rota-ness of the finished product is set Fig. 4. The settingCEM II/B-M (S-LL) 42,5 4 9004537times are greatlythe cagedby the in the dynamic classifier.tional speed of affected rotor hydrate layer on the par-ticle surface. comminution result is also determined byHowever, theCEM II/A-LL 42,5 3 500707the working pressure of the master rollers and the quantity7 Particleavailable [1]. These dependencies were inves-of the gas morphology CEM II/B-S 32,5 R3 600905.5tigated by varying the process parameters, namely rota-Information in the literature indicates that the influencetional speed of the caged rotor, working pressure of theof the grindingand gas volume flow, independently of onemaster rollers system used on the particle shape of the Eine zu groe Wassermenge fhrt zur Ausbildung von vor-vorground material2 shows the way the position parameter danother. Fig. has been investigated many times on a pilot zeitigen Hydratationsprodukten (Ettringitbildung), wie aufplant scale [5].distribution depends on the three above-men-of the RRSB Apparently, the investigations based on image den REM-Aufnahmen von Bild 4 zu erkennen ist. Durchanalysis were not able to establish any notable differencestioned process parameters when grinding granulated blast- die Hydratschicht auf der Partikeloberflche werden dabeibetweenslag. Thegrinding influence with respect to the par-furnace diverse known systems of the rotational speed die Erstarrungszeiten signifikant beeinflusst.ticle shapes generated. According toHowever, the depend-of the caged rotor is clearly visible. [5] the investigationswere carriedposition parameter d on the working mill, high-ence of the out in a semi-industrial vertical roller pressure 7 Partikelmorphologiepressure grinding rolls and a ballvaried between 85 barInsti-of the master rollers, which was mill at the Research and100 bar, is also interesting. in Dsseldorf.tute of the Cement Industry Literaturangaben zur Folge wurde der Einfluss des verwen-deten Mahlsystems auf die Kornform des Mahlguts im Tech-During optimization work material bed height of 15 installed nikumsmastab mehrfach untersucht [5]. Danach konntenIn view of the minimum on the vertical roller mills mm theat Dyckerhoff in the of the from 2008 to 2010 of the mas- auf der Grundlage bildanalytischer Untersuchungen keineprocess parameter years working pressure the particleshapes of theregarded as only a blastfurnace slags produced signifikanten Unterschiede hinsichtlich der erzeugten Korn-ter rollers is ground granulated secondary parameter as farby the influence on the product fineness is concerned. The formen zwischen unterschiedlichen Mahlsystemen festge-as different grinding methods were investigated at the PROCESSINGWilhelm Dyckerhoff improves withThe particlepressure and stellt werden. Die Untersuchungen waren nach [5] an einercomminution result Institute [6]. increasing morphologyof the ground granulated blastfurnace spectrum of fine par- halbtechnischen Vertikal-Rollenmhle, an einer Mahlbett-Wal-decreasing material bed thickness. The slags was analyzedover sizes between 0.5 sizeand 15 m with the Malvern Mor- zenmhle und an einer Kugelmhle im Forschungsinstitutticle the entire particle m spectrum increases significantlyand the width of the particle size distribution also increases der Zementindustrie in Dsseldorf durchgefhrt worden.while there is a slight decrease in the slope n of the RRSBIm Zuge der Optimierungsarbeiten an den bei DyckerhoffTable 2: Compilation of some grinding aids and quality improversHigh Sensitivity Circularity x1 installierten Vertikal-Rollenmhlen wurde in den Jahren 2008 Measuring technology Malvern Morphologi G3 bis 2010 die Kornform der nach unterschiedlichen Mahl- Ball mill, closed circuitverfahren hergestellten Httensandmehle am Wilhelm AdditivesSIKA 184MAPEI MA.G.A. / VM 12GRACE HEA 239 GRACE 1306 Konz. 11Density distribution [%]Dyckerhoff Institut untersucht [6]. Die Partikelmorphologie High-pressure roller press + ball mill Constituents salts of thiocyanic acid sodium der gemahlenen Httensandmehle wurde dabei mit dem thiocyanate ethane diol 2,2-oxydiethanolcalcium chloride LM 46 2+2 vertical mill1,1,1-nitrilotripropan-2-olMalvern Morphologi G3 Messgert [7] ber das diol2,2-oxydiethanolethane gesamte2,2-oxydiethanolacetic acid trigol potassium hydroxideLM 35 2+2 vertical mill Korngrenspektrum analysiert. Bei dem Morphologi G32,2-iminodiethanolBildanalysegert wird im Mittel eine Partikelmenge von Density [g/cm3] 1.221.20100000 Einzelpartikeln betrachtet. Das Gert errechnet eine+/ 0.02 1.14 1.12 pH7 8.5anzahlbezogene Verteilung, wodurch das zahlenmig hu-+/ 1.5 10 12 HS Circularity figere Vorkommen kleinerer Partikel bercksichtigt und gr- Flash point / lower boiling point [C] > 100100> 100> 100ere Partikel nicht berbewertet werden. Zum Vergleich Concentration w.r.t. fresh material0.20 % 0.10 %0.02 % 0.02%wurde gemahlener Httensand, der in einem Kugelmhlen- Function Density distributions for the Influences setting timesFigure 5: HS circularity Influenceskreislauf finalearly and hergestellt wordenbehaviour auch einflow behaviourImproved flow war, und Improved Httensand-and flow behaviour strengths and flow behaviour Disagglomerating action Disagglomerating actionBild 5:Dichteverteilungen bei der HS-Circularitt mehl aus einer Kombi-Mahlanlage (Hochdruck-Rollenmhle64 CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 101204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 1025.07.12 09:04 11. Figure 6a: Distribution of the circularity of ground granulated blastfurnace Figure 6b: Distribution of the circularity of ground granulated blastfurnace slag with a Blaine value of 4 000 g/cm2, produced in a verticalslag with a Blaine value of 4 000 g/cm2, produced in a ball mill roller mill Bild 6b: Verteilung der Zirkularitt eines Httensandmehls mit einemBild 6a: Verteilung der Zirkularitt eines Httensandmehls mit einemBlainewert von 4 000 g/cm2, hergestellt auf der Kugelmhle Blainewert von 4 000 g/cm2, hergestellt auf der Vertikal- Rollenmhlephologi G3 measuring unit [7]. On average, 100000 individ- und nachgeschaltete Kugelmhle) untersucht. Bild 5 zeigtual particles are examined in the Morphologi G3 image anal-die Dichteverteilungen von den Zirkularitten der einzelnenysis unit. The unit calculates a number-based distribution Httensandmehle. Je weiter die Kornform von einem idea-in which the frequency of smaller particles are taken into len Kreis abweicht, desto niedriger ist der Wert fr die Zir-Ziraccount numerically, and larger particles are not overrated. kularitt, die mit der Projektionsflche und dem PerimeterGround granulated blastfurnace slag that had been produced nach folgender Beziehung bestimmt wird:in a ball mill circuit and ground granulated blastfurnace slag2from a combined grinding plant (high-pressure grinding rolls HS-Zirkularitt = 4A/P (1)with downstream ball mill) were examined for comparison. Fig. 5 shows the density distributions of the circularitiesDarin bedeuten:of the individual ground granulated blastfurnace slags. TheP Perimeter, Summe der Lngen der Partikelbegrenzungenfurther the particle shape deviates from an ideal circle the A Projektionsflchelower is the circularity value that is determined using theprojected area and the perimeter in accordance with the fol- Die Zirkularitt wird sowohl durch die Form der Partikel alslowing relationship: auch durch deren Oberflchenbeschaffenheit bestimmt. Durch automatische Bildanalyse des Partikelkollektivs mit 2HS circularity = 4A/P(1)anschlieender schwarz-wei-Separation der 2-dimensio- nalen Bilder kann statistisch auf Vernderungen in der Mor-Morin which phologie der Httensandmehle geschlossen werden. DerP perimeter, sum of the lengths of the particle edgesModalwert der Httensandmehle von Kugelmhlen liegt beiA projected area.0,92. Die Zirkularitt der Mehle, die auf der Vertikal-Rollen- PROCESSING mhle hergestellt wurden, liegt dagegen unterhalb von 0,9The circularity is determined both by the shape of the particleund weist ein breiteres Spektrum von irregulr geformtenand the nature of its surface. By automatic image analysis Partikeln im Vergleich zu den Verteilungen der Mahlprodukteof the particle population followed by black-white separationvon Kugelmhlen auf. Dieser Unterschied zeigt sich auch beiof the 2-dimensional images, it is possible to draw statisti-den Mahlprodukten der Kombi-Mahlanlage. Die Verteilungcal conclusions about the changes in the morphology of the der Kornform liegt zwischen den Verteilungen der Kugel-ground granulated blastfurnace slag. The modal value of themhle und denen der Vertikal-Rollenmhle.granulated blastfurnace slags from the ball mill is 0.92 whilethe circularity of the ground products produced in the verticalExemplarisch zeigt Bild 6a die Zirkularitt eines Htten-roller mill is less than 0.9 and exhibits a wider spectrum ofsandmehls, das mit der Loesche-Mhle LM 35.2+2 herge-irregularly shaped particles when compared with the distribu-stellt wurde, als Funktion der Partikelgre. Daneben zeigttions of the ground products from ball mills. This difference Bild 6b ein vergleichbares Httensandmehl, hergestellt inis also apparent in the ground products from the combinedeiner Zweikammer-Kugelmhle im Kreislauf mit einem Sich-grinding plant. The particle shape distribution lies between ter. Mit abnehmendem Partikeldurchmesser wird die HS-Zir-HS-Zirthe distributions of the ball mill and the vertical roller mill. kularitt hher und das Auftreten konzentrierter. Bei einem Partikeldurchmesser von 10 m konnte bei der Vertikal-Rol- Fig. 6a shows an example of the circularity of a groundlenmhle eine Spannweite in der HS-Zirkularitt von 0,26 bisgranulated blastfurnace slag, produced with the LM 35.2+20,83 nachgewiesen werden. Dagegen lag beim geschlos-Loesche mill, as a function of the particle size. Next to this senen Kugelmhlenkreislauf die Spannweite zwischen 0,32 Fig. 6b shows a comparable granulated blastfurnace slagund 0,86.CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 10 651204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 1125.07.12 09:04 12. produced in a two-chamber ball mill operating in closed cir- cuit with a classifier. The HS circularity increases and theGranulated blastfurnance slag 4 600 Blaine occurrence more concentrated with decreasing particlePressure 94 bar diameter. A range of HS circularity from 0.26 to 0.83 wasMain drive1500 kW determined for the vertical roller mill at a particle diameter of 10 m while for the ball mill circuit the range lay between Fresh material 0.32 and 0.86. 60 t/h 8 Process stability Material bed 24 mm Because of the substantially shorter residence times in a ver- Vibration tical roller mill, any process malfunctions, such as an une- 2.7 mm/s ven feed, fluctuations in the piece size of the feed materials, Water or a mill outlet temperature that is too low cause instability0.5 m3/h in the material bed in a comparatively short time. The stop- page of a vertical roller mill that sometimes occurs very rapidly as the result of, for example, exceeding the permis- sible casing vibrations, can be countered by rapid short-term Figure 7: Critical operating conditions averted by supplying water or lowering the working pressure of the hydro-pneumatic equip- injection of water on the grinding bed. ment Bild 7: Abfangen kritischer Betriebszustnde durch Wasserzufuhr Fig. 7 shows an example of the strategies that are applied, oder Absenken des Arbeitsdrucks der hydro-pneumatischen and in future will be automated, for producing ground granu-Einrichtungen2 lated blastfurnace slag with a Blaine value of 4 600 cm /g. A rapid change in the fresh material feed from 60 t/h to 40 t/h 8 Prozessstabilitt within 45 seconds is followed by a rapid increase in vibra- tions above 10 mm/s and a drop in power consumption fromAufgrund der wesentlich krzeren Verweilzeiten in einer Verti- 1500 kW to below 1000 kW. The supply of fresh material waskal-Rollenmhle wirken sich Prozessstrungen, wie z.B. eine suddenly changed again in a similar way and stoppage of the ungleichmige Beschickung, Schwankungen in der Aufgabe-3 plant was prevented by the injection of 0.5 m /h water. The stckgre des Aufgabeguts oder Unterschreitungen bei der particle bed on the grinding table can be stabilized better Mhlenaustrittstemperatur in vergleichbar kurzer Zeit auf die in this way. The power consumption only falls to 1350 kW. Mahlbettstabilitt aus. Dem bisweilen sehr kurzfristig auftre- At the conclusion of the investigations, this trial was carried tenden Ausfall einer Vertikal-Rollenmhle, z.B. bedingt durch out again and the process instability was offset by loweringdas berschreiten der zulssigen Gehuseschwingungen, the working pressure from 94 bar to 80 bar. The application kann durch eine schnelle, kurzzeitige Wassereindsung auf of one or the other method of compensation can be appro-das Mahlbett entgegengewirkt werden. priate depending on the material properties, particularly the particle size structure of the material being ground. Bild 7 zeigt exemplarisch die angewendeten und zuknftig automatisierten Strategien zur Herstellung von Httensand-2 Bearing in mind the minimum permissible working pres- mehlen mit einem Blainewert von 4600 cm /g. Einer schnel- sure of 75 bar for the LM 35.2+2 Loesche mill the pressurelen nderung der Frischgutaufgabe von 60 t/h auf 40 t/h can be lowered in accordance with the following calculation innerhalb von 45 Sekunden folgt eine rasche Zunahme der Schwingungen ber 10 mm/s und ein Absinken derADSP Leistungsaufnahme von 1500 auf unterhalb von 1000 kW. ADSPcorr = [() ]LLpos x b a (2)In hnlicher Weise wurde erneut die Frischgutzufuhr pltz-MAX ;1 lich verndert und einem Anlagenausfall mit der Einsprit-XPROCESSING3 zung von 0,5 m /h Wasser entgegengewirkt. Das Mahlbett in whichauf dem Mahlteller kann auf diese Weise besser stabilisiert werden. Die Leistungsaufnahme sinkt dabei lediglich auf ADSPtarget working pressure value, defined as the einen Betrag von 1350 kW ab. Zum Abschluss der Untersu- steadystate end value of the working pressure chungen wurde dieser Versuch erneut durchgefhrt und die after the end of the start ramp Prozessinstabilitt mit einem Absenken des Arbeitsdrucks ADSPcorrcorrected working pressurevon 94 bar auf 80 bar kompensiert. In Abhngigkeit von den X minimum position of the master rollersMaterialeigenschaften, insbesondere aber auch vom Korn- (10 mm for the LM 35.2+2) grenaufbau des Mahlguts, kann sowohl die Anwendung a, bcoefficientsder einen als auch der anderen Kompensationsmethode sinnvoll sein. 9 Energy aspects Unter Bercksichtigung des minimal zulssigen Arbeits- From the energy conservation view point, vertical roller millsdrucks von 75 bar bei der Loesche-Mhle LM 35.2+2 kann are undoubtedly superior to the traditional ball mills. Duringeine Druckabsenkung nach der folgenden Rechenvorschrift the examination of the power consumption of vertical roller mills it proved appropriate to differentiate between the spe-ADSP ADSPcorr = [( ) ] cific power consumption of the main drive alone and together LLpos x b a(2) with the secondary drives. Fig. 8 shows the specific power MAX ;1X consumption of the mill in kWh/t plotted against the Blaine specific surface area in the fineness range relevant for grind- durchgefhrt werden. 66CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 101204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 12 25.07.12 09:04 13. ing granulated blastfurnace slag. A specific power consump- In dieser Rechenvorschrift bedeuten:tion of the main drive of 25 kWh/t was determined for pro- 2ducing a finished product with a fineness of 4000 cm /g ADSP Sollwert Arbeitsdruck, definiert als stationrer End-Blaine with freshly hard-faced grinding rollers and a grinding wert des Arbeitsdrucks nach Ende der Startrampetable surface that is in good order. With increasing wear thisADSPcorr Korrigierter Arbeitsdruckvalue can rise to 30 kWh/t. The working surfaces of the grind-XMinimale Position der Masterwalzen (10 mm beiing rollers are now usually coated with composite ceramicder LM 35.2+2)materials to achieve service lives of up to 8 000 operating a, b Koeffizientenhours [13]. If the fan, the internal classifier and the other sec-ondary drives are included in the power evaluation then the 9 Energetische Aspektespecific power consumption increases to about 40 kWh/t.This includes a specific power consumption value of 6 toVertikal-Rollenmhlen sind aus energetischer Sicht den8 kWh/t just for the mill fan.traditionell verwendeten Kugelmhlen deutlich berlegen.Bei der Untersuchung des Leistungsbedarfs von Vertikal-For comparison Fig. 8 shows the specific power consump- Rollenmhlen hat sich eine Unterscheidung zwischen demtion of the ball mills optimized at Dyckerhoff AG for produc- spezifischen Energiebedarf des Hauptantriebs allein und desing ground granulated blastfurnace slag. Without taking the Hauptantriebs zusammen mit den Nebenantrieben als sinn-secondary drives into account the specific power consump- voll erwiesen. Bild 8 zeigt den spezifischen Energiebedarftion of these mills is 60 kWh/t. Consumption values of up der Mhle in kWh/t, dargestellt ber der spezifischen Ober-Oberto 75 kWh/t must be expected with the secondary drivesflche nach Blaine in dem fr die Httensandmahlung rele-including the fan. This means that, depending on the degree vanten Feinheitsbereich. Fr die Herstellung eines Fertigguts2of optimization of the ball mill, its specific power consump- mit einer Mahlfeinheit von 4 000 cm /g nach Blaine wurdetion is higher than that of the vertical roller mill by a factorbei frisch aufgeschweiten Mahlwalzen und auch einerof 1.5 to 2.intakten Mahltelleroberflche fr den Hauptantrieb ein spe-zifischer Energiebedarf von 25 kWh/t bestimmt. Die-ser Wert kann bis auf 30 kWh/t mit zunehmen- 100dem Verschlei ansteigen. Um hohe Standzeiten 90 bis zu 8 000 Betriebsstunden zu erreichen, wer-Specific power consumption [kWh/t]Incl. secondary drives 80 den die Beanspruchungsoberflchen der Mahlwal- 70zen heute meistens mit keramischen Verbundwerk-Ball mill stoffen beschichtet [13]. Werden die Geblse, der 60interne Sichter und die sonstigen Nebenantriebe 50 Main drive onlymit in die Leistungsbewertung einbezogen, dann 40+ 15 %erhht sich der spezifische Energiebedarf auf ca. 30Vertical mill 40 kWh/t. Darin enthalten ist allein fr das Mh- 20- 15 % lengeblse ein spezifischer Energiebedarfswert von 106 kWh/t bis 8 kWh/t. 03600 37003800 390040004100 42004300 4400 4500Specific Blaine surface area [cm2/g] Bild 8 zeigt zum Vergleich den spezifischen Ener-Ener giebedarf der in der Dyckerhoff AG fr die Her- stellung von Httensandmehlen optimierten Kugel-Figure 8: Specific energy consumption when grinding granulated blastfurnace mhlen. Der spezifische Energiebedarf dieser Mh-slag (vertical roller mill versus ball mill) len liegt ohne Bercksichtigung der NebenantriebeBild 8: Spezifischer Energiebedarf bei der Httensandmahlung bei 60 kWh/t. Mit den Nebenantrieben einschlie-(Vertikal-Rollenmhle versus Kugelmhle) lich des Geblses mssen Bedarfswerte bis zu 75 kWh/t in Ansatz gebracht werden. Je nach PROCESSING dem Optimierungsgrad der Kugelmhle liegt dem- 25zufolge deren spezifischer Energiebedarf um den Faktor 1,5 bis 2 hher als bei der Vertikal-Rollen- mhle. 20 y = 425,3x-0,85Position parameter d RRSB R = 0,950Zur Herstellung eines CEM I 42,5 R wird ohne 15Bercksichtigung der Transporteinrichtungen auf der Plant 1 Loesche-Mhle LM 35.2+2 ein spezifischer Energie- Plant 2 Plant 3 - ball mill 1 bedarf von ca. 22 kWh/t bentigt. Dagegen ist bei 10 Plant 3 - ball mill 2 der Herstellung dieses Zements auf einer Kugel- Plant 3 - ball mill 3 Plant 4 - ball mill 1 mhle im geschlossenen Kreislauf bei vergleich- Plant 4 - ball mill 2 5 Plant 4 - ball mill 3 barer Zementqualitt und Feinheit (d = 18 m) ein Plant master curve Plant 5 spezifischer Wert von 41 kWh/t zu veranschlagen.Pot. (plant master curve) Bild 9 zeigt eine Masterkurve fr geschlossene 0 0 1020 30 405060 7080 90Kugelmhlenkreislufe, aufgenommen an verschie-Specific power [kW/t]denen Dyckerhoff-Standorten. Aus dieser Darstel- lung ergibt sich fr den spezifischen Energiebedarf zwischen den in Betracht gezogenen KugelmhlenFigure 9: Master curve for producing CEM I cement in ball millsund der Vertikal-Rollenmhle LM 35.2+2 ein FaktorBild 9: Masterkurve zur Herstellung eines CEM I auf Kugelmhlenvon 1,7 bis 2,0.CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 10 671204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 13 25.07.12 09:04 14. The specific power consumption when producing CEM I10 Verschlei 42,5 R cement in the LM 35.2+2 Loesche mill is about 22 kWh/t without taking the transport equipment into Durch die abrasive Wirkung des Httensands tritt an den account. In contrast, a specific value of 41 kWh/t is esti-Masterwalzen und am Mahlteller erhhter Verschlei auf. mated for producing this cement in a ball mill in closed circuit Deshalb mussten bei der Vertikal-Rollenmhle LM 35.2+2 for comparable cement quality and fineness (d = 18 m). die Beanspruchungsoberflchen der Masterwalzen jeweils Fig. 9 shows a master curve for closed ball mill circuitsnach 1 600 Betriebsstunden aufgeschweit werden. Der recorded at various Dyckerhoff sites. This diagram indi- spezifische Verschlei an einer Masterwalze konnte zu cates that there is a factor of 1.7 to 2.0 between the spe-3,5 g/tMahlgut ermittelt werden, whrend der Mahlteller erst cific energy consumptions of the ball mills under considera- nach 2000 Betriebsstunden erneut aufgeschweit wer- tion and the LM 35.2+2 vertical roller mill. den musste, woraus ein spezifischer Verschleiwert um3 g/tMahlgut folgt. Die vorstehend genannten Verschlei- 10 Wearwerte sind als Richtwerte bei berwiegender Produktionvon Httensandmehlen anzusehen. Sie sind in der Vergan- There was increased wear on the master rollers and the genheit in hnlicher Grenordnung auch bei Vertikal-Rol- grinding table due the abrasive action of the granulated blast-lenmhlen anderer Hersteller nachgewiesen worden [15]. furnace slag. The wearing surfaces of the master rollers inBei zunehmendem Verschlei der Beanspruchungsober- the LM 35.2+2 vertical roller mill therefore had to be resur-flchen von Masterwalzen und Mahlteller erhht sich der faced after every 1 600 operating hours. The specific wear spezifische Energiebedarf im Mittel um bis zu 5 kWh/t. on a master roller was determined as 3.5 g/tmillfeed while Dieser Leistungsanstieg tritt relativ schnell nach ber- the grinding table only had to be resurfaced again after schreiten einer bestimmten Profiltiefe ein, was zur Stabili- 2 000 operating hours, giving in a specific wear value ofsierung des Mahlbetts eine zustzliche Wassereindsung around 3 g/tmillfeed. These specific wear values can be con- erfordert. sidered as guide values when ground granulated blastfur- nace slag is the main product. In the past they have alsoAm Standort Esch sur Alzette in Luxemburg wird im Gegen- been shown to be of a similar order of magnitude for ver-satz zum deutschen Standort eine Loesche-Mhle LM 46.2+2 tical roller mills from other manufacturers [15]. On average Vertikalrollenmhle betrieben, bei der die Beanspruchungs- the specific energy requirement increases by up to 5 kWh/t oberflchen der Masterwalzen durch keramische Verbund- with increasing wear of the working surfaces of the master werkstoffe vor Verschlei geschtzt werden. Nach Einsatz rollers and grinding table. This increase in power occurs rela-dieser Kompositkeramik konnte der spezifische Verschlei tively rapidly after a certain profile depth has been exceeded,unter den Bedingungen einer berwiegenden Zementfertig- which requires additional water injection to stabilize the mahlung zu 1,2 g/tMahlgut bestimmt werden. Fr eine Dauer grinding bed.von bis zu 6000 Betriebsstunden erwies sich die Zerkleine-rungseffizienz als unverndert. In der Folgezeit wurde dann In contrast to the German site, the Esch sur Alzette site in nach jeweils 1000 Betriebsstunden eine leichte, stetige Luxemburg operates an LM 46.2+2 vertical roller mill where Zunahme des spezifischen Energiebedarfs um ca. 1,5 kWh/t the working surfaces of the master rollers are protected festgestellt. Die seit der Inbetriebnahme dieser Mhle ver- against wear by composite ceramic materials. When thewendeten Masterwalzen wurden nach 11000 Betriebsstun- mill was used predominantly for finish cement grinding the den zum ersten Mal gewechselt. specific wear after using this composite ceramic was meas- ured as 1.2 g/tmillfeed. The comminution efficiency proved to11 Schlussfolgerungen und Ausblick be unchanged for up to 6 000 operating hours. After that there was a slight steady increase in specific energy con- Durch zahlreiche Optimierungsmanahmen kann heute bei sumption by about 1.5 kWh/t for every 1000 operating hours.Vertikal-Rollenmhlen eine hohe Verfgbarkeit sichergestellt The master rollers used since the commissioning of this mill werden. Zu diesen Manahmen gehrt die Implementie-PROCESSING were changed for the first time after 11 000 operating hours.rung von Startrampen fr den Walzendruck, fr die Sichter-drehzahl und auch fr die Frischgutaufgabe. Eine besondere 11 Conclusions and outlook Bedeutung kommt der gezielten Prparation des Mahlbettszu, was auf mechanischem Wege durch die Verwendung Numerous optimization measures insure a high level ofvon so genannten Support-Walzen oder auch durch ent- availability for vertical roller mills today. These measures sprechende Einbauten erfolgen kann, die das zu zerklei- include implementation of start ramps for the roller pres- nernde Material unter die Mahlwalzen lenken. Die fr eine sure, for the classifier rotational speed and for the freshbessere Prozessstabilitt zustzlich einzubringenden Was- material feed. Special emphasis is placed on the careful sermengen sind dabei auf ein Mindestma zu reduzieren. preparation of the grinding bed, which can be carried outZur Gewhrleistung einer maximalen Verfgbarkeit der Ver- mechanically by the use of support rollers, or by appropri-tikal-Rollenmhle LM 35.2+2 wird momentan ein Exper- ate internal fittings that divert the material to be groundtensystem getestet. Nach jngsten Entwicklungen scheint under the grinding rollers. This reduces to a minimum thees auch mglich, die Mahlbettstabilitt zu beeinflussen, quantity of water that also has to be applied for better pro-wenn ber eine begrenzte Regelbarkeit der Mahltellerdreh- cess stability. An expert system to ensure maximum availa- zahl auf Eigenschaftsvernderungen des Materials besser bility of the LM 35.2+2 vertical roller mill is currently beingreagiert werden kann [14].3 tested. According to the latest developments it also appears that the stability of the material bed can be influenced if limited controllability of the grinding table speed makes it possible to react better to the changes in the properties of the material [14].3 68 CEMENT INTERNATIONAL 4 2/2012 4 VOL. 101204181_LOE_16Seiter_Lengerich.indd 14 25.07.12 09:04 15. LITERATURE / LITERATUR[1] Keyssner, M.; Tuebergen, S.: Trials on high quality cementwith a Loesche vertical roller mill. CEMENT INTERNA-TIONAL 9 (2011) No. 2, pp. 6066.[2] Bravo, A.; Cerulli, T.; Giarnetti, M.; Magistri, M.: Grindingthaids: A study on their mechanism of action. 11 Inter-national Congress on the Chemistry of Cement, Durban,South Africa 2003.[3] Sottili, D.; Padovani, D.: Einfluss von Mahlhilfsmitteln inder Zementindustrie. 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Loesche worldwide presenceLoesche is an export-oriented company run ding technologies and preparation processesThe services of our subsidiaries and agen-by the owner, which was established in 1906 for the benefit of our customers. Their com- cies are of key importance for analysis,in Berlin. Today the company is internatio- petence is mainly due to our worldwide processing and solving specific projectnally active with subsidiaries, representatives information management.problems for our customers.and agencies worldwide.This ensures that current knowledge andPlease visit our homepage atOur engineers are constantly developing developments can also be used immediatelywww.loesche.com for up-to-datenew ideas and individual concepts for grin- for our own projects.information on our overseas companies.Loesche GmbHPeoples Republic of China SpainHansaallee 243Loesche Mills (Shanghai) Co. Ltd.Loesche Latinoamericana S.A.U.40549 Dsseldorf5 Dongzhimen South StreetCondesa de Venadito 1, Planta 4Tel. +49 - 211 - 53 53 - 0Room 817-818, CYTS Plaza 28027 Madrid, SpainFax +49 - 211 - 53 53 - 500 Dongcheng District,Tel. +34 - 91 - 458 99 80Email: loesche@loesche.de 100007 Beijing, P. R. ChinaFax +34 - 91 - 457 10 17www.loesche.com Tel. +86 - 10 - 5815 6205Email: loesche@loesche.esFax +86 - 10 - 5815 6220 www.loesche.esLoesche Email: info@loesche.cnAutomatisierungstechnik GmbH United Arab EmiratesZum Pier 52 Russia Loesche Middle East FZE44536 Lnen OOO LoescheP.O. Box 262 622Tel: +49 - 231 - 98 70 10 Berezhkovskaya Naberezhnaya 16a/2Jebel Ali, Dubai, U.A.E.Fax: +49 - 231 - 98 70 10 - 20P.O. 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