Барабанная грануляция

Когда говорят о барабанной грануляции, многие сразу представляют себе простой вращающийся барабан — и в этом кроется главная ошибка. На деле, это целый комплексный процесс, где механика движения материала, кинетика уплотнения и даже микроскопические силы адгезии играют решающую роль. Я долгое время считал, что ключ — это скорость вращения и угол наклона, пока не столкнулся с проектом по грануляции цинкового кека, где все стандартные настройки дали на выходе не гранулы, а пыль с крупными комками. Вот тогда и пришлось разбираться по-настоящему.

От теории к цеху: где кроются нюансы

В теории всё гладко: мелкодисперсный материал увлажняется, в барабане за счёт качения формируются ядра укрупнения, которые растут послойно. Но в реальном цехе мелочей не бывает. Возьмём, к примеру, подачу связующего. Если форсунка даёт не мелкодисперсный туман, а струю или крупные капли, на материале образуются мокрые комья, которые потом становятся центрами неконтролируемого налипания. В итоге гранулы получаются разного размера, а внутри — рыхлые. Пришлось однажды переделывать всю систему распыла, хотя изначально в проекте ей не уделили должного внимания.

Ещё один момент — это сам материал. Работали мы с медным концентратом после флотации. Казалось бы, параметры известны. Но пришла партия с чуть более высокой естественной влажностью, и весь процесс пошёл вразнос. Материал начал налипать на стенки барабана, образовывался так называемый ?снежный ком?, который в итоге просто останавливал агрегат. Пришлось экстренно снижать подачу пульпы и добавлять сухой реагент-осветлитель, что, конечно, повлияло на химический состав шихты. Опыт дорогой, но теперь мы всегда закладываем в технологическую карту поправку на возможные колебания входной влажности сырья.

Здесь, кстати, видна ценность комплексного подхода, когда проектировщик технологии и изготовитель оборудования — это одна команда. Как у ZHONGJI SUNWARD TECHNOLOGY CO., LTD.. На их сайте https://www.zjsunward.ru правильно указано, что они предлагают решения ?под ключ? — от проектирования до изготовления оборудования. В нашей ситуации, если бы проектант, не зная нюансов конкретного сырья, просто ?нарисовал? стандартный барабан, а производитель его сделал, проблем было бы не решить. Нужна глубокая увязка: технологи знают, какие режимы критичны, а инженеры-конструкторы закладывают возможность их гибкой регулировки — тот же изменяемый угол наклона или несколько контуров подачи воды и реагентов.

Конструкция барабана: больше, чем стальной лист

Казалось бы, что сложного в конструкции? Цилиндр, привод, опорные ролики. Однако, от геометрии и внутренней оснастки зависит всё. Например, классические подъёмно-лопастные накладки внутри. Их задача — поднимать материал, чтобы он ?падал? и перекатывался, формируя гранулы. Но если их форма или высота рассчитаны неправильно, материал не перекатывается, а скользит по стенке. Эффективность грануляции падает в разы.

В одном из проектов мы экспериментировали с комбинированной набивкой: часть барабана — гладкая для начального формирования ядер, часть — с низкими лопатками для роста, и в конце — снова гладкая зона для уплотнения и полировки поверхности гранулы. Результат был лучше, но возникла проблема с обслуживанием: такая конструкция сложнее в очистке при смене продукта. Пришлось искать компромисс между технологическим совершенством и эксплуатационной гибкостью.

Важный аспект — это износ. При грануляции абразивных материалов, типа некоторых никелевых концентратов, стенки и лопатки из обычной стали могут истончиться за сезон. Мы перешли на использование износостойких вставок или наплавки специальных сплавов в зонах максимального трения. Это увеличило срок службы, но, опять же, нужно было точно рассчитать толщину — слишком толстая вставка нарушает тепловой баланс в стенке барабана.

Привод и контроль: тихая работа мозга агрегата

Частотный преобразователь для привода — сейчас это стандарт. Но мало просто поставить его. Кривая разгона и торможения барабана должна быть плавной. Резкий старт может просто сбросить весь сырой материал в одну кучу, разрушив начавшие формироваться ядра. Мы настраиваем привод так, чтобы выход на рабочие обороты занимал несколько минут. То же самое с остановкой.

Контроль сегодня — это уже не просто манометр и амперметр на двигателе. Датчики температуры в разных зонах барабана, лазерный анализатор размера гранул на выходе (хотя он капризный и требует постоянной калибровки), даже система видеонаблюдения через смотровые люки для визуальной оценки характера движения материала. Данные стекаются в SCADA-систему, но, честно говоря, опытный оператор по звуку работы барабана и по виду выходящего продукта часто определяет неполадки быстрее, чем алгоритм. Поэтому автоматизация — это помощник, а не замена человека.

Связующие и химия процесса

Вода — самое простое связующее, но подходит не всегда. Для некоторых оксидных материалов или тех, где нельзя повышать влажность, используют паровую грануляцию или добавляют специальные связующие, например, лигносульфонаты. Это уже другая история. Добавка всего 0.5-1% такого реагента кардинально меняет реологию пульпы и прочность зёрен. Но и стоит он немало, и его введение — это ещё один дозирующий узел, ещё одна точка потенциального отказа.

Помню случай на заводе по переработке вторичного свинца. Пытались гранулировать пыль электроплавильных печей с добавкой воды. Гранулы формировались хорошо, но при последующей сушке и плавке давали повышенные выбросы из-за неполного удаления влаги и образования паров. Перешли на грануляцию с минимальным увлажнением и последующей окатышей в печи кипящего слоя. Барабанная грануляция в том классическом виде стала лишь первой, подготовительной стадией. Это к вопросу о том, что технология редко живёт сама по себе — она всегда часть более крупного техпроцесса.

Кстати, о комплексности. Вот почему подход EPC (Engineering, Procurement, Construction), который продвигает ZHONGJI SUNWARD, так важен. Компания, как указано в её описании, опирается на компетенции института цветной металлургии и собственные производственные платформы. Это означает, что при проектировании установки барабанной грануляции для, скажем, медного завода, они могут сразу учесть, как характеристики гранул повлияют на последующую плавку в печи — на газодинамику, скорость растворения, пылеунос. А это уже проектирование не отдельного аппарата, а оптимального всего передела.

Провалы, которые учат лучше успехов

Был у нас проект, где нужно было получить очень крупные и прочные гранулы для дальнего транспортировки. Решили увеличить длину барабана и снизить скорость вращения, чтобы удлинить время пребывания материала. Рассчитали всё по моделям. На практике же вышло, что в длинном барабане материал расслаивался: мелкая фракция скатывалась вниз, крупная двигалась по своему пути. Вместо однородных гранул получили смесь, где были и переросшие ?глыбы?, и неагломерированная пыль. Пришлось срочно монтировать внутренние перегородки-рассекатели, чтобы смешивать слой, и возвращаться к более высоким оборотам. Вывод: не всегда ?больше? и ?дольше? значит ?лучше?. Иногда интенсивный, но короткий процесс эффективнее.

Другой казус связан с охлаждением. При грануляции экзотермичных смесей (некоторые шихты для цветной металлургии) внутри барабана начинался саморазогрев. Гранулы становились пластичными и слипались. Пришлось срочно проектировать и встраивать систему принудительного воздушного охлаждения через полый цапфовый подшипник. Теперь это обязательный пункт в ТЗ для подобных задач.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что, барабанная грануляция — это не оборудование, которое можно просто купить по каталогу. Это процесс, который нужно ?приручить? под конкретный материал, под конкретные цели следующего передела. Ключевое слово здесь — гибкость. Гибкость конструкции, гибкость системы управления, гибкость мышления инженера. И, пожалуй, самое важное — это наличие опыта, причём не только успешного, но и, в большей степени, опыта решения проблем. Потому что в промышленности, в отличие от учебника, идеальных условий не бывает. И именно способность адаптировать, казалось бы, классический процесс вроде грануляции к реальным, неидеальным условиям цеха — это и есть настоящая инженерная работа. Глядя на проекты компаний вроде ZHONGJI SUNWARD, которые ведут проекты от чертежа до пусконаладки, понимаешь, что такой сквозной опыт — это и есть главное конкурентное преимущество. Они видят весь цикл, а значит, могут предусмотреть те самые ?мелочи?, которые в цеху оборачиваются часами простоя.