Введение 3
1. Портландцемент 4
2. Сырьевые материалы, используемые для производства портландцемента 6
2.1 Сырьевые материалы для получения клинкера 6
2.2 Добавки к клинкеру необходимые при изготовлении портландцемента 7
3. Добыча и доставка на завод основных сырьевых материалов 8
4. Разгрузка и хранение сырьевых материалов 9
5. Технология производства цемента, схемы 10
5.1 Мокрый способ производства 11
5.2 Сухой способ производства 14
5.3 Полусухой способ производства 15
5.4 Комбинированный способ производства 15
6. Хранение и упаковка 16
Заключение 18
Список литературы 19
Введение
Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах. Цемент - это собирательное название группы гидравлических вяжущих веществ, представляет собой тонкоразмолотый минеральный порошок, способный при смешении с водой образовывать пластичную массу, с течением времени затвердевающую в камневидное тело. Главной составной частью цемента являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.
В группу цемента входят все виды портландцемента, пуццоланового портландцемента, шлакопортландцемента, глиноземистый цемент, расширяющиеся цементы и некоторые другие.
В данной работе будет рассмотрена технология производства наиболее распространенного цемента - портландцемента.
1. Портландцемент
Наиболее распространенный цемент, называемый портландцементом - это гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе.
Портландцемент получают путем обжига при высокой температуре (1400-1500°) природного сырья в виде мергелей или искусственной смеси известняка с глиной и другими материалами. Обжиг производится в специальных печах. Обычно цементообжигательная печь - это огромный, длиной 100-150 метров, горизонтально расположенный цилиндр, выложенный внутри огнеупорным кирпичом и медленно вращающийся. Печь устанавливается с наклоном; благодаря этому материалы в ней, пересыпаясь, постепенно передвигаются от одного конца к другому. При обжиге получается спекшийся материал, часть которого расплавилась и застыла в стекловидном состоянии. Этот материал носит название цементного клинкера. На рис. 1 показано строение цементного клинкера при небольшом увеличении. Из рисунка видно, что цементный клинкер состоит из кристаллических минералов, соединенных стекловидным веществом.
Рис. 1 Частица цементного клинкера в разрезе при увеличении в 100 раз
Портландцемент может выпускаться без добавок или с активными минеральными добавками в количестве до 15% от веса цемента. Добавки вводятся для придания цементу специальных свойств (пониженной водопотребности, повышенного воздухосодержания, гидрофобных свойств и т.д.).
Помимо портландцемента, выпускаются большие количества различных цементов, отличающихся составом сырья, из которого их получают, способом производства и свойствами. Советская цементная промышленность выпускает специальные цементы, предназначенные для особых условий службы бетона и специальных целей. Значительное количество разновидностей цементов получается на основе портландцементного клинкера путем добавки к нему различных веществ. В приведенной таблице 1 дается краткий перечень важнейших цементов с указанием их назначения, особенностей и области применения.
Табл. 1 Краткий перечень важнейших цементов с указанием их назначения, особенностей и области применения.
Чем тщательнее подобран состав сырья, чем лучше проведен процесс обжига и чем тоньше размолот цемент, тем выше его качества и тем большую прочность может он обеспечить при затворении его водой. Но более активный цемент всегда более чувствителен к действию влаги и углекислоты, содержащихся в воздухе, и при хранении быстрее теряет активность. Поэтому современные тонкомолотые высокоактивные цементы требуют тщательной упаковки, хранения и быстрого употребления в дело.
2. Сырьевые материалы, используемые для производства портландцемента
Сырьевые материалы, применяемые при производстве портландцемента, разделяются на две группы. К первой группе относятся материалы, предназначенные для получения клинкера, ко второй - материалы, добавляемые к клинкеру при помоле.
2.1. Сырьевые материалы для получения клинкера
Для получения портландцементного клинкера требуемого состава сырьевую смесь составляют из нескольких компонентов. Основные компоненты: известковый, состоящий преимущественно из углекислого кальция (карбонатная порода), и глинистый, содержащий большое количество кислотных окислов SiO 2 и А1 2 О 3 . В некоторых случаях, когда имеется возможность, два основных компонента заменяют одним мергелем, представляющим собой природную смесь глинистых веществ и СаСО 3 в необходимом для производства клинкера соотношении. Иногда вместо природного глинистого компонента используют отходы (шлаки, золы, нефелиновый шлам и др.) различных отраслей промышленности, имеющие подходящий состав.
Для регулирования содержания в смеси того или иного окисла в нее вводят корректирующие добавки. Если в сырьевой смеси недостает кремнезема, добавляют трепел, песок, опоку, диатомит и другие вещества с высоким содержанием SiO 2 ; при недостатке глинозема (А1 2 О 3) применяют бокситы, алюминиевые шлаки или глину с высоким содержанием А1 2 О 3 недостаток окиси железа компенсируют добавкой железной руды, колчеданных огарков, колошниковой пыли.
Пригодность сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера устанавливают на основании их технологического изучения и технико-экономического анализа вопросов, вытекающих из организации цементного производства в данном районе (способ производства, вид топлива, качество цемента).
Карбонатные породы. Карбонатные породы образовались в основном из остатков животного мира, осевших на дне водоемов, а также из химических осадков углекислого кальция. Они встречаются в природе в виде известняков, мела, известнякового туфа, известняка-ракушечника и мрамора. Все разновидности карбонатных пород находят применение в производстве портландцемента, за исключением мрамора. Чаще всего используют известняки и мел, осадочное происхождение которых обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств.
Глинистые породы. Для цементного производства используют следующие виды этих пород: легкоплавкие глины, глинистый мергель, глинистый сланец, лёсс.
Глины представляют собой тонкодисперсные горные породы, легко распускающиеся в воде. Глины имеют разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. В тех случаях, когда глины содержат значительное количество грубых включений, обломков горных пород, их необходимо предварительно обогащать. Минералогический состав глин представлен различными гидроалюмосиликатами, из которых наиболее часто встречаются каолинит, монтмориллонит и гидрослюды. Обычно глины содержат в виде примеси кварцевый песок.
Мергели представляют собой природную смесь глинисто-песчаных веществ (20-50%) и мельчайших частиц углекислого кальция (50-80%). В зависимости от содержания СаСО 3 и глинисто-песчаного вещества мергели разделяются на песчаные, глинистые и известковистые.
Лёсс представляет собой пористую осадочную горную породу серо желтого цвета, близкую по химическому составу глинистым мергелям, но отличающуюся более грубо дисперсными частицами. Лёсс состоит в основном из частиц размером 0,1-0,5 мм; глинистые частицы (меньше 0,01 мм) содержатся в незначительном количестве, но в то же время в лёссе почти нет частиц песка с зернами крупнее 0,25 мм.
Глинистые сланцы относятся к породам метаморфическим (видоизмененным). Образовались они в результате видоизменения глин под действием большого давления, которое возникает при перемещении верхних слоев земной коры в более глубокие. По химическому составу глинистые сланцы подобны глинам, но отличаются от них физическими свойствами - они обладают высокой плотностью, прочностью и не размокают в воде.
Промышленные отходы. В качестве сырьевых компонентов на некоторых цементных заводах используются отходы различных отраслей промышленности. Наиболее широко применяют доменные шлаки и нефелиновый шлам, представляющий собой отход глиноземного производства. Нефелиновый шлам состоит из 80-85% тонкодисперсного частично гидратированного двухкальциевого силиката. Состав шлама доводят до состава портландцементной сырьевой смеси. Недостатками шлама являются повышенное содержание щелочей и необходимость использования двух корректирующих добавок для повышения содержания АО3 и Fe2O3 в сырьевой смеси.
Минерализаторы. Минерализаторами называются вещества, которые активно участвуют в образовании клинкерных минералов при обжиге и сами частично входят в их состав. При использовании минерализаторов повышается реакционная способность портландцементной сырьевой смеси и создаются благоприятные условия для образования двухкальциевого и трехкальциевого силикатов.
В качестве минерализаторов в цементной промышленности используют плавиковый шпат - флюорит (CaF2), кремнефтористый натрии (Na2SiFa6), апатит (Са5 /РО4/3F) , гипс, фосфогипс и другие.
Введение небольших количеств (0,5-1%) этих химических веществ в портландцементную сырьевую смесь способствует снижению требуемой температуры клинкерообразования, а соответствующим подбором этих соединений можно регулировать минералогический состав клинкера и, следовательно, свойства будущего цемента.
2.2 Добавки к клинкеру необходимые при изготовлении портландцемента
При изготовлении портландцемента стандарт допускает добавку к клинкеру активных минеральных (гидравлических) добавок в количестве, определяемом видом портландцемента и качеством добавки. Неотъемлемой частью портландцемента является добавка гипса; получение пластифицированного и гидрофобного портландцемента достигается добавкой поверхностно-активных веществ.
Активные минеральные добавки . Активные минеральные добавки подразделяются на природные и искусственные.
Природные активные минеральные добавки бывают:
осадочного происхождения, образованные в результате осаждения в водоемах остатков некоторых растений или в результате природного обжига глинистых пород (диатомиты, трепелы, опоки); вулканического происхождения, образовавшиеся в результате извержения магмы (пеплы вулканические, туфы вулканические, пемза) .
Назначение активных минеральных добавок в портландцементе состоит в том, чтобы связать в нерастворимые в воде соединения свободный гидрат окиси кальция, выделяющийся при твердении цемента. В соответствии с этим основным показателем качества гидравлической добавки является способность ее связывать Са(ОН) 2 . Эта способность добавки характеризуется ее активностью.
В качестве искусственных активных минеральных добавок используют:
доменные гранулированные шлаки; кремнеземистые; топливные золы и шлаки; обожженные глины.
Гипс. Гипс как добавка к клинкеру при получении портландцемента вводится в виде гипсового камня. По химическому составу он представлен в основном двуводным сернокислым кальцием CaSO 4 -2H 2 O.
Поверхностно-активные добавки .
Поверхностно-активные добавки подразделяются на пластифицирующие и гидрофобизующие . Их используют, как отмечалось, для изготовления соответственно пластифицированного и гидрофобного портландцементов. Однако эти добавки вводят также и во все другие разновидности портландцементов. При этом каждый цемент приобретает дополнительное название, соответственно пластифицированный или гидрофобный. Например, пластифицированный дорожный портландцемент или гидрофобный сульфатостойкий портландцемент.
Пластифицирующие поверхностно-активные добавки применяют в виде концентратов сульфитно-спиртовой барды (ССБ). Они образуются как отход при получении целлюлозы по сульфитному способу. Оптимальное количество вводимой добавки в цемент находится в пределах 0,15-0,25% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.
Гидрофобизующие поверхностно-активные добавки применяют в виде асидола, асидол-мылонафта и мылонафта, являющихся нафтеновыми (нефтяными) кислотами, образующимися при переработке нефти. Кроме указанных веществ, применяют также олеиновую кислоту. Она содержится в животных жирах. Количество вводимой гидрофобизующей добавки зависит от ее вида и состава цемента и устанавливается опытом. Обычно величина этой добавки находится в пределах от 0,06 до 0,30% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.
Для лучшего распределения добавок в цементе их вводят в цементную мельницу в жидком виде. Для этой цели применяют специальные дозировочные механизмы. Если же добавки поступают ил завод в виде пасты, например мылонафт, или в твердом состоя их растворяют и горячей коде.
3. Добыча и доставка на завод основных сырьевых материалов
Цементные заводы строятся, как правило, вблизи месторождений основных сырьевых материалов - известняка и глины. В этом случае уменьшаются транспортные затраты и отпадает необходимость создавать па заводе большие запасы сырья.
Месторождения сырья в цементной промышленности чаще всего разрабатываются открытым способом, при котором добыча ведется непосредственно с поверхности земли. Залежи известняка располагаются обычно под слоем вскрышной (пустой) породы, высота которой может достигать 5 и более метров. Вскрышу, которая чаще всего сложена из землистых пород, удаляют экскаваторами, бульдозерами, а также в случае очень мягких, легко размываемых пород, используют гидромеханический способ. Обычно вскрышные работы производят на 6-10 месяцев раньше работ по добыче сырья.
Способ добычи зависит от физико-механических свойств сырья. Мягкие нескальные породы добывают при помощи экскаваторов, которые также используются для погрузки на транспортные средства скального сырья, измельченного взрывом. В цементной промышленности используют экскаваторы с ковшом емкостью до 6 м3, производительность которых при разработке мягких пород достигает 400 м3/ч. В последнее время для добычи мела и глины применяют специальные комбайны, производящие одновременную добычу и размучивание сырья в шлам с влажностью 50-60%. В некоторых случаях мягкое сырье добывают гидромеханическим способом - размывают породы струей воды под давлением.
Способы доставки добытого сырья на завод зависят от его свойств, способа добычи, рельефа местности, расстояния от карьера до завода и других факторов.
Когда мягкие породы добывают гидромеханическим способом али приготовляют сырьевой шлам в карьере, используется гидротранспорт. При сильно пересеченной местности между карьером и заводом рекомендуется транспортировать сырье с помощью воздушно-канатных дорог. Если карьер расположен на расстоянии менее 8 км от завода, рационально использовать автомобильный транспорт, или расстояние больше 10 км сырьё транспортируют по железной дороге, при расстоянии до 6-8 км применяют ленточные транспортеры.
4. Разгрузка и хранение сырьевых материалов
Бесперебойная работа основных технологических цехов цементного завода обеспечивается созданием па территории завода запасов сырьевых материалов.
Разгружают сырьевые материалы с помощью различных средств механизации: кранов, оборудованных грейферными ковшами, специальных разгрузочных механизмов, скреперов, бульдозеров, разгрузочных эстакад. Выбор механизмов и схемы организации разгрузочно-погрузочных работ и складских операций определяется величиной грузопотока и видами транспортных средств доставки грузов.
На цементных заводах большой мощности для разгрузки сыпучих материалов с открытых транспортных средств применяют разгрузчики. Материал с их помощью сгребают или захватывают и затем передают на систему ленточных конвейеров, укладывающих его в штабель.
С открытых платформ материал разгружают скребковым разгрузчиком. Платформа медленно продвигается над приемным бункером и одновременно с нее в бункер сгребается материал при помощи скребка, совершающего возвратно-поступательное движение. Из приемного бункера материалы посредством одного или системы ленточных конвейеров передаются на склад.
При очень больших грузопотоках применяют стационарные опрокидыватели вагонов. При опрокидывании вагона материал ссыпается в приемный бункер, откуда затем подается на склад. Склады обычно организуют общими бункерами, но обеспечивающими раздельное хранение всех сырьевых материалов не только по их видам, но и по качеству. В некоторых случаях гипс и гидравлические добавки хранят отдельно. Как правило, твердое и жидкое топливо размещают на специальных складах.
Склад сырьевых материалов представляет собой железобетонную эстакаду шириной до 30 м и длиной, определяемой потребной емкостью склада. По эстакаде перемещается мостовой кран, оборудованный грейферным ковшом. Кран захватывает материал и перемещает его в соответствующий отсек склада. Краном также подают материал па переработку. Для защиты от атмосферных осадков склады делают закрытыми.
На многих цементных заводах устраивают силосные склады, на которых хранят дробленые и Сухие материалы (клинкер, добавки, гипс). Силосы, представляющие собой вертикальные железобетонные емкости круглого сечения, разгружают весовыми дозаторами. Материал из силосов подается непосредственно в мельницу. Для силосных складов требуются небольшие производственные площадки, они отличаются высокой степенью механизации и позволяют автоматизировать все транспортные операции.
5. Технология производства цемента, схемы
Процесс производства портландцемента складывается из следующих основных технологических операций:
1) добыча сырьевых материалов и доставка их на завод;
2) дробление и помол сырьевых материалов;
3) приготовление и корректирование сырьевой смеси;
4) обжиг смеси (получение клинкера);
5) помол клинкера с добавками (получение цемента).
В зависимости от вида подготовки сырья на обжиг различают
Мокрый способ
Сухой способ
Полусухой способ
Комбинированный способ производства портландцементного клинкера.
При мокром способе производства помол сырьевых материалов, их смешивание и корректирование сырьевой смеси осуществляются в присутствии определенного количества воды, а при сухом способе все перечисленные операции производятся с сухими материалами. В некоторых случаях сухую сырьевую смесь гранулируют, добавляя при грануляции необходимое для образования прочных гранул количество воды. Такой способ производства портландцементного клинкера называется полусухим.
Каждый из этих способов имеет достоинства и недостатки. Например, в присутствии воды облегчается измельчение материалов и проще достигается однородность смеси, но расход тепла на обжиг сырьевой смеси при мокром способе на 30-40% больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастает необходимый объем печи при обжиге мокрой сырьевой смеси (шлама), так как значительная часть ее выполняет функции испарителя воды.
На рисунке 2 представлена общая схема производства портландцемента.
Рис.2 Общая схема производства цемента
Сущность комбинированного способа заключается в том, что сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, а затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи.
Выбор способов производства портландцементного клинкера определяется рядом факторов технологического и технико-экономического характера: свойствами сырья, его однородностью и влажностью, наличием достаточной топливной базы в районе строительства и др.
В природной влажности сырья более 8-10% оказывается целесообразным мокрый способ. Мокрый способ более выгодно применять также при использовании двух мягких компонентов (глины и мела), так как измельчение их легко достигается разбалтыванием в воде. Сухим способом рационально получать портландцементный клинкер при однородном по составу сырье в случае, если влажность его не превышает 8-10%. Полусухой дает хорошие результаты при изготовлении клинкера из достаточно пластичных сырьевых материалов, когда при грануляции смеси образуются прочные и термостойкие гранулы. При хорошей фильтруемости сырьевых шламов предпочтение следует отдавать комбинированному способу.
5.1. Мокрый способ производства
На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера обычно используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты. Технологическая схема производства цемента мокрым способом представлена на схеме 1.
Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов. Необходимость тонкого измельчения сырьевых материалов определяется тем, что однородный по составу клинкер можно получить лишь из хорошо перемешанной сырьевой смеси, состоящей из мельчайших частичек ее компонентов.
Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры до 1200 мм. Получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергаются грубому измельчению - дроблению, а затем тонкому помолу. Для грубого измельчения материалов применяют различные дробилки, а тонкое измельчение в зависимости от свойств исходных материалов производят в мельницах или в болтушках в присутствии большого количества воды.
При использовании в качестве известкового компонента мела, его измельчают в болтушках. Если применяют твердый глинистый компонент, то после дробления его направляют в мельницу.
Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный по составу сырьевой шлам.
В сырьевую мельницу известняк и глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке исходных материалов не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава из-за колебаний химического состава сырья одного и того же месторождения. Чтобы получить шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах.
Схема 1. Мокрый способ производства портландцемента
Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или высоким содержанием CаCO 3 (называемым титром) и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.
Приготовленный таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу с содержанием воды до 35-45%, насосами подают в расходный бачок, откуда равномерно сливают в печь.
Для обжига клинкера при мокром способе производства используют вращающиеся печи (рис. 3). Они представляют собой стальной барабан длиной до 150-230 м и диаметром до 7 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000-3000 т клинкера в сутки.
Рис.3 Вращающаяся печь
а – размером 5х185 м; 1 – течка для подачи шлама, 2 – фильтр-подогреватель, 3 – цепная завеса, 4 – теплообменники, 5 – бандажи, 6 –подбандажная обечайка, 7 – венцовая шестерня привода барабана печи, 8 – привод печи, 9 – опорные ролики, 10 – орошающая установка, 11 – головка печи, 12 – холодильник;б – размером 3,6х3,3х3,6х150 м; 1 – течка, 2 – цепная завеса, 3 – бандажи, 4 – привод, 5 – венцовая шестерня, 6 – опорный ролик, 7 – орошающая установка, 8 – холодильник, 9 – головка печи.
Барабан печи устанавливают с уклоном 3-4 градуса. Шлам подают с поднятой стороны печи холодного конца, а топливо в виде газа, угольный пыли или мазута вдувают в печь с противоположной стороны (горячего конца). В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы продвигаются по печи в сторону ее горячего конца. В области горения топлива развивается наиболее высокая температура: материала - до 1500 0 С, газов - до 1700 0 С, и завершаются химические реакции, приводящие к образованию клинкера.
Дымовые газы движутся вдоль барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура газа вдоль печи снижается с 1700 до 150-200 0 С.
Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом.
Охлажденный клинкер отправляют на склад. В ряде случаев клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол в цементные мельницы.
Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8-10 мм, чтобы облегчить работу мельниц. Измельчение клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание всех материалов, а высокая однородность цемента является одной из важных гарантий его качества.
Гидравлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20-30% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8-10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительном количестве и содержащаяся в нем влага легко испаряется за счет тепла, выделяющегося в мельнице в результате соударений и истирания мелющих тел друг с другом и с размалываемым материалом.
Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа, оборудованный механическим (элеваторы, винтовые конвейеры), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.
Отгружают цемент потребителю либо в таре - в многослойных бумажных мешках по 50 кг, либо навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом.
5.2. Сухой способ производства
Производство портландцементного клинкера по сухому способу складывается из следующих операций (схема 2):
Схема 2. Сухой способ производства портландцемента
Известняк и глину предварительно дробят, затем высушивают до влажности примерно 1% и измельчают в сырьевую муку. Сушат известняк и глину либо раздельно, используя для этой цели сушильные барабаны или другие тепловые аппараты, либо совместно в сырьевых сепараторных мельницах, в которых одновременно осуществляются помол и сушка материалов. Последний способ более эффективен и применяется на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу.
Для получения сырьевой муки определенного химического состава мельниц ее направляют сначала в смесительные, а затем в корректирующие силосы, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром (содержанием CаCO3). В силосах мука перемешивается сжатым воздухом.
Подготовленная сырьевая смесь поступает в систему циклонных теплообменников, состоящую из нескольких (обычно четырех) степеней циклонов, соединенных между собой и с короткой (40-70 м) вращающейся печью газоходами. Проходя последовательно через все циклоны, сырьевая мука нагревается движущимися ей навстречу дымовыми газами, выходящими из печи. Время пребывания смеси в циклонных теплообменниках не превышает 25-30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреться до температуры 700-800 С, но и полностью дегидратируется и частично (на 20-25%) декарбонизируется. Из циклонов материал поступает в печь, где происходят дальнейшие реакции образования цементного клинкера. Из печи клинкер пересыпается в холодильник, и после охлаждения направляется на клинкерный склад.
Другие технологические операции при сухом способе производства - подготовка гидравлических добавок и гипса, помол цемента, его хранение и отправка потребителю - такие же, как и при мокром способе.
5.3. Полусухой способ производства
Схема получения портландцементного клинкера при полусухом способе производства состоит из следующих операций (схема 3):
Схема 3. Полусухой способ получения портландцемента
Приготовление сырьевой муки в этом случае производится как и при сухом способе производства. Полученная мука проходит стадию грануляции в барабанных или тарельчатых грануляторах, и в виде гранул размером 10-20 мм и влажностью 11-16% поступает на обжиг.
Гранулированную сырьевую смесь обжигают в коротких вращающихся печах, оборудованных конвейерными кальцинаторами (эти установки для получения клинкера называют печами Леполь).
Гранулы сначала поступают на конвейерный кальцинатор - бесконечную, заключенную в неподвижный кожух колосниковую решетку, движущуюся со скоростью 25-50 м/ч. Выходящие из печи газы проходят через слой гранул, лежащий на решетке, и нагревают материал до температуры около 900 С, полностью высушивая его и частично на 20-30% декарбонизируя. Подготовленный таким образом материал поступает во вращающуюся печь, в которой завершается образование цементного клинкера.
Гранулированную или брикетированную сырьевую смесь можно обжигать в шахтных печах, которые представляют собой вертикальную шахту, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. В этом случае гранулирование или брикетирование сырьевой смеси производится совместно с частицами угля, которые добавляют в муку при ее помоле (способ "черного брикета").
Гранулы или брикеты поступают в шахтную печь сверху, нагреваются горячими дымовыми газами и за счет сгорания запрессованных в них частичек угля. Образовавшийся клинкер выгружается внизу шахты и направляется на склад.
Остальные операции производства портландцемента не отличаются от соответствующих стадий мокрого способа производства.
5.4. Комбинированный способ производства
Комбинированный способ производства портландцемента заключается в подготовке сырьевых материалов по мокрому способу, а обжиге смеси - по схеме полусухого. Основные технологические операции и последовательность их выполнения при комбинированном способе получения клинкера следующие (схема 4):
Схема 3. Комбинированный способ получения портландцемента
Приготовленный в сырьевой мельнице шлам влажностью 35-45% после его корректировки поступает в дисковый или барабанный вакуумфильтр, где он обезвоживается до влажности 16-20%. Образующийся при этом сухарь смешивается затем с пылью, уловленной электрофильтрами из дымовых газов печи; добавка пыли предотвращает слипание "сухаря" и снижает остаточную влажность в нем до 12-14%.
Приготовленная таким образом сырьевая смесь поступает на обжиг, который может осуществляться в печах полусухого способа производства.
Остальные операции производства портландцемента по комбинированному способу не отличаются от соответствующих стадий мокрого способа производства.
6. Хранение и упаковка
До упаковки и отгрузки потребителю цемент хранится в силосах. Силос цемента - это бункер для хранения сухого цемента, строительных смесей или иных мелкодисперсных материалов. Стандартная конструкция представляет собой металлический цилиндр, закрытый сверху крышкой с вентиляционными отверстиями и фильтрами, заканчивающийся снизу конусом с отверстием и установленным в нем шиберным затвором для выдачи цемента. Устанавливается вертикально на опорах. Цементные силосы являются составной частью склада цемента. При хранении цемента в силосах происходит его охлаждение до 30-50 0 С. При хранении гасится свободная известь, что улучшает свойства цемента, кроме того, хранение вызывает замедление сроков схватывания цемента. Период выдерживания цемента в силосах используется для определения лабораторной марки цемента. Силосы также являются промежуточным буферным складом, обеспечивающим непрерывную работу завода при периодичности отгрузки.
С целью снижения капитальных затрат и удешевления строительства наблюдается тенденция к переходу на строительство силосов большого диаметра.
Выгрузку цемента ведут или с выпускных устройств, расположенных сбоку, в этом случае железнодорожные пути располагают рядом с силосами, или из днищ. В последнем случае железнодорожные пути проходят между колонн. Для погрузки цемента навалом в автомашины устраивают специальные выносные бункеры, куда цемент транспортируют пневматическими насосами
Упаковку цемента в мешки ведут специальные упаковочные машины штуцерные и карусельные. Штуцерные машины имеют небольшую производительность 35-50 т/ч (700-1200 мешков в час). Карусельные машины изготовляют 5, 6, 10, 12 и 14-сосковыми. 12-сосковые упаковывают до 90 т/ч, 14-сосковые до 120 т/ч. Установка карусельной машины позволяет отказаться от строительства склада тарированного цемента и вести погрузку прямо от машины в вагоны.
Цемент из силосов аэрожелобами (рис. 4) и элеваторами, а иногда пневмонасосами подается в бункер упаковочных машин или в специальную камеру для уплотнения цемента.
Рис. 4 Аэрожелоб.
1 - масловодораспределитель; 2 - верхняя часть аэрожелоба; 3 - пористая перегородка; 4 - силос; 5 - шлюзовый затвор; 6 - фильтр; 7- компрессор
Аэрожелоб – это транспортное средство, которое представляет собой трубопровод прямоугольного сечения, составленный из двух коробов - верхнего и нижнего, между которыми помещена воздухопроницаемая микропористая керамическая или мягкая перегородка 3. В нижнюю часть под давлением подают воздух, а в верхнюю 2, являющуюся транспортным лотком, через загрузочный патрубок - цемент. Насыщенный сжатым воздухом цемент приобретает текучесть и перемещается по лотку, установленному под углом 5-7° к горизонту.
Камера для уплотнения цемента имеет ячейки - соты, отделенные друг от друга вертикальными стенками. Поток цемента распределяется благодаря ячейкам на большое число струй. Соты приводятся в вибрационное движение в направлении, перпендикулярном движению цемента, в результате чего из цемента удаляется воздух. Уплотнение цемента позволяет применять более короткие мешки, а самое главное, мешки настолько плотно заполняются цементом, что разрывы мешков при транспортировке почти полностью устраняются. Перед подачей в бункер упаковочной машины или камеру для уплотнения цемент проходит просеивающий шнек, отделяющий посторонние предметы. Мешки с цементом подают на транспортер, направляющий их к погрузочной платформе, на которой установлен второй распределительный транспортер.
Для снижения потерь цемента при транспортировке широко используются специальные цементовозы. Цементовозы оборудованы устройствами для пневматической выгрузки цемента. Применение специализированных вагонов и машин-цементовозов позволяет снизить потери при погрузке и транспортировке до 0,5%.
Заключение
Среди строительных материалов цементу принадлежит ведущее место. В современной строительной практике роль цемента в выпуске новых прогрессивных материалов и изделий для полносборного домостроения постоянно возрастает.
Портландцемент используют во всех областях стройиндустрии для приготовления цементных и бетонных растворов, сухих строительных смесей, для производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также в производстве асбестоцементных изделий. Портландцемент и получаемые на его основе прогрессивные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и другие традиционные материалы.
Без цемента не обходится ни одно строительство, а это лучший показатель его высоких эксплуатационных характеристик.
Список литературы
1. Бутт Ю.М., Тимашев В.В., «Портландцемент». М..: Стройиздат, 1974.
2. Колокольников В.С., Производство цемента, М.: Высшая школа, 1967 г.
3. Лурье Ю.С., «Портландцемент». Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. Ленинград, 1963г.
4. «Справочник по производству цемента», под. ред. И.И. Холина.
Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, М.,1963г.
5. Чаус К.В., Чистов Ю.Д., Лабзина Ю.В., Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций, М.:Стройиздат,1988.
1.ВИД И ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗГОТОВЛЯЕМОГО ПРОДУКТА
Изготовляемый продукт: портландцемент. Алит 3CaO*SiO2 (C3S)-59,64% Белит 2CaO*SiO2 (C2S)-16,64% Коэффициент насыщения КН: 0.91, Модули: силикатный - 2,24; глиноземный - 2,28;
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Исходными данными для проектирования служат: мощность предприятия - 1,2 млн. тонн в год, место строительства - г. Искитим, исходные сырьевые материалы - известняк и сланец.
2.1 Режим работы завода и его отдельных цехов
Отправным материалом для расчета технологического оборудования, потоков сырья, состава рабочих и т.п. является режим работы цеха. Он определяет количество рабочих дней в году, количество смен работы в сутки и рабочих часов в смене. Режим работы устанавливают в соответствии с трудовым законодательством по нормам технологического проектирования предприятий вяжущих веществ. Заводы вяжущих веществ обычно имеют 2 цеха основного производства: цех обжига и цех помола. Режим работы цехов обжига принимают круглогодичным, двухсменным. При расчете годового фонда времени необходимо знать коэффициент использования печных установок (Кис). Он зависит от длительности остановки печи на ремонты (капитальный, для замены футеровки и др.). Коэффициент использования печей принимаем равным: Кис=0,90…0,92.
Вр = Кис х Во, Вр = 0,92 х 365 =335суток;
где Вр - число рабочих дней в году, сут.; Кис - коэффициент использования печей; Во - общее календарное число дней в году = 365; Цеха помола работают по режиму прерывной недели с 2 выходными днями, а неделю в 2 смены количество рабочих суток в году принимают равным 260. Для транспортных цехов завода (склада сырья и готовой продукции) при использовании железнодорожного транспорта принимают трехсменную с 365 рабочими днями, автомобильного - двух- трехсменной с 262 рабочими днями в году.
2.2 Характеристика сырьевых материалов
Сырьевыми материалами для помола являются: известняк и сланец.
Таблица 2.2.1-Химический состав сырьевых материалов, % Σ,%Известняк, %3,681,090,5152,650,570,2742,53101,27Сланец, %59,818,758,093,353,640,196,776,4100,59
Естественная влажность: Известняка-3%ланца-6,4% Способность материалов к измельчению оценивается коэффициентом размолоспособности, представляющим собой отношение удельного расхода энергии при измельчении эталонного материала к удельному расходу энергии на измельчение сопоставляемого с ним материала при одинаковой степени их измельчения. Обычно эталоном служит цементный клинкер средней размалываемости, коэффициент размолоспособности которого принимается за единицу. Коэффициент размолоспособности для известняка 1,2-1,8, для сланца??? Твердость дробимых минералов по шкале Мооса не должна превышать шести, это например такие минералы как известняк, кальцит, доломит, каолин, бентонит, тальк, барит, флюорит, поташ и.т.д. Конечный продукт достигает крупности помола 5 микрон при эффективности 97 %. Мельницы трубные сырьевые могут быть использован, в металлургической, химической и других отраслях промышленности для помола сырьевых материалов размолоспособностью 50…125 кг/кВт*час, крупностью кусков до 25 мм сухим или мокрым способом в открытом или замкнутом циклах. портландцемент клинкер обжиг смесь 3.ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЗАВОДА
Важнейшими условиями, определяющим выбор способа производства, являются: Производство клинкера - наиболее сложный и энергоемкий процесс, требуемый больших капитальных и эксплуатационных затрат. Получение портландцементного клинкера состоит из следующих технологических операций: добыча сырьевых материалов, дробление, помола и смешивание их в определенном количественном соотношении и обжига сырьевой смеси. Комплекс технологических операций по получению портландцемента из клинкера включает дробление клинкера, гипса и минеральных добавок, сушку добавок, помол клинкера совместно с активными минеральными добавками и гипсом, складирование, упаковку и отправку цемента потребителю. Перерабатываемое в цементной промышленности сырье отличается как составом, так и физико-техническими свойствами. Для каждого вида сырья должен быть выбран такой способ подготовки, который обеспечивал бы тонкое измельчение и равномерное перемешивание компонентов с минимальными энергетическими затратами. В зависимости от способа подготовки сырьевых смесей различают мокрый, сухой и комбинированные способы производства клинкера. При мокром способе производства тонкое измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде водной суспензии - шлама влажностью 30-50%. При сухом способе шихту готовят в виде тонкоизмельченного порошка, поэтому перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают. Комбинированный способ производства может базироваться как на мокром, так и на сухом способе приготовления шихты. В первом случае сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, а затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16 …18% и подают на обжиг в печи в виде полусухой массы. Во втором случае сырьевую смесь готовят по сухому способу, а затем гранулируют с добавкой 10..14% воды и подают на обжиг в виде гранул. Обращая внимание на исходные данные курсового проекта (Wизвестняка = 3%) выбран сухой способ производства. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом представлена на рисунке 1. Измельчение материалов в мельницах может производиться при влажности сырья не более 1%. В природе сырья с такой влажностью практически нет. Желательно совмещать процесс сушки с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводах, работающих по сухому способу производства. В шаровой мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка - сырьевой муки. Сырьевая мука поступает в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Готовая сырьевая мука поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками и т.д. Поступающий с карьера известняк подвергают двух- или трех- ступенчатому дроблению до зерен размером 8…10 мм, а затем направляют в мельницу. Поступающую с карьера глину измельчают в дробилках, а затем размучивают в мельницах - мешалках или болтушках. Это сокращает расход энергии на тонкое измельчение. Окончательное тонкое измельчение компонентов и получение однородной смеси известняка, глиняного шлама и корректирующих добавок происходит в шаровых мельницах. В процессе приготовления шихты возникают колебания ее состава из-за неоднородности сырья, а также погрешностей дозирования, поэтому перед обжигом состав сырьевой смеси необходимо откорректировать. При порционном корректировании шлам центробежными насосами перекачивают в вертикальные бассейны, где корректируют его состав путем добавления шламов с большим или меньшим содержанием компонентов. Откорректированный шлам поступает из вертикальных бассейнов в горизонтальные, и храниться там до подачи в печь на обжиг. При поточном корректировании готовят два шлама, отличающихся по составу и коэффициенту насыщения. Корректирование состава достигается смешением их в необходимом соотношении в горизонтальных шламбассейнах большей вместимости. Готовый шлам интенсивно перемешивают при помощи сжатого воздуха. Затем поступает на обжиг. Обжиг шлама осуществляется во вращающихся печах с внутри печными теплообменниками. В качестве теплообменников применяют фильтры подогреватели. При температуре 1300…1500 градусов материал спекается и образуется клинкерные зерна. Охлажденный клинкер попадает на колосниковый грохот, а затем в дробилку и в бункер. Измельченный клинкер передается на силосный склад, во время его хранения или магнизирования свободный оксид кальция в клинкере гасится влагой воздуха. Время хранения клинкера на складе составляет 10…14 суток. Добыча известняка. Известняковые породы обычно залегают под слоем пустой породы, толщина которого может достигать 3-5 м и более. Для ее удаления применяют экскаваторы разных типов, бульдозеры. При гидромеханическом способе грунт размывают струей воды, подаваемой гидромонитором под давлением 1,5-2 МПа. Высокоэффективны разработка вскрышных пород с помощью роторных экскаваторов и их удаление в отработанные части карьеров ленточными конвейерами. Взорванную породу кусками размером до 1м, а иногда до 1,5-2 м в поперечнике грузят на транспортные средства и отправляют на завод. Более крупные глыбы дробят пневматическими перфораторами. В качестве транспортных средств используют самоопрокидывающиеся платформы на 90-100 т, автосамосвалы или подвесные канатные дороги. В последние годы организация добычи и первичной переработки сырья для производства цемента претерпевает большие изменения. Так, для рыхления скальных пород вместо взрывов начинают применять специальные рыхлители, навешиваемые на мощные тягачи или пневмоколесные погрузчики горной породы, масса которых в 6-8 раз меньше, чем экскаваторов, при одинаковой вместимости ковша. Обладая большой мобильностью, они способны быстро перемещать добытую горную массу к дробильным установкам, находящимся в карьерах. При этом удельные затраты на оборудование сокращаются примерно в два раза. Высокой экономической эффективностью характеризуется организация дробления известняка, а также переработка мела, мергелей и глин непосредственно на карьерах с подачей на завод известнякового щебня ленточными конвейерами длиной до 5-8 км. Еще более эффективно применение на карьерах вместо стационарных передвижных (самоходных) дробильных агрегатов производительностью до 400-1000 т/ч. Добыча глины. Добычу глины ведут экскаваторами одноковшовыми или многоковшовыми. Транспортируют эти материалы так же, как и известняк, на заводы.
3.1 Дробление и усреднение
Добытый известняк вначале подвергают двухстадийному, а иногда одностадийному дроблению до кусков размером 1-3 см. Для этой цели на новых предприятиях часто используют передвижные механизмы, например молотковые дробилки соответствующей производительности. Полученную щебенку направляют на усреднительный склад, где с помощью комплекса машин осуществляется первичная гомогенизация сырья. Добытую глину вначале также подвергают дроблению при одновременной сушке с последующей подачей полученного материала на усреднительный склад для гомогенизации.
3.2 Сушка и помол сырья
С этих складов известняк и глину направляют через автоматические дозаторы в требуемом соотношении по массе в шаровые мельницы, где осуществляются сушка и тонкий помол сырья. Для сушки в мельницы направляют дымовые газы, образующиеся во вращающихся печах при сжигании топлива. Шаровые мельницы часто работают в замкнутом цикле с сепараторами (проходными или центробежными). Из мельниц мука в виде пылегазовой смеси направляется в осадительные циклоны, а затем в горизонтальные электрофильтры, в которых выделяется твердая фаза. Иногда для оптимизации работы оборудования в линии устанавливаются охладители газов, в которые в необходимом количестве пульверизируется вода. При этом температура газов, поступающих в электрофильтры, должна держаться на уровне 120-140 °С. В этих условиях остаточное содержание пыли в газах, выбрасываемых в атмосферу, доводится до санитарных норм (75-90мг/м3). На крупных предприятиях с производительностью одной технологической линии 3000 т клинкера в сутки устанавливают две шаровые мельницы размером 4,2×10 м, дающие 120-130 т/ч муки с остатком 10-12 % на сите № 008.
В настоящее время все шире начинают применять каскадные мельницы без мелющих тел типа «Аэрофол», сырьевые материалы в которых измельчаются под действием падающих кусков самого материала. Эти мельницы применяют для измельчения сырья с влажностью до 20%, а по ряду данных и с большей влажностью. Сырье загружают кусками размером до 30-50 см. В мельницу подают горячие; газы, которые сушат материал до влажности 0,5- 1%. Эти же газы выносят измельченный продукт, который затем выделяется из потока в проходных сепараторах и циклонах, причем более крупные частицы возвращаются на домол. Иногда после такой мельницы устанавливают обыкновенную шаровую мельницу для домола материала. Расход электроэнергии на помол материалов в бесшаровых мельницах уменьшается по сравнению с расходами на помол в трубных мельницах примерно на 25 %. Производительность таких мельниц 250-300 т/ч и более.
3 Гомогенизация
Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах того или иного типа, направляется на гомогенизацию и корректирование в специальные железобетонные силосы вместимостью до 500-2000 м3 (в зависимости от масштабов производства и однородности сырья). Чем неоднороднее сырье, тем меньше обычно вместимость отдельных силосов. Муку в них перемешивают сжатым воздухом, вводимым через керамические пористые плитки, укладываемые на днище силосов. Иногда вместо керамических применяют специальные металлические плитки или даже перфорированные трубы, покрытые тканью. Воздушные струи, проникающие в муку, аэрируют ее, что сопровождается уменьшением насыпной плотности. Одновременно материал приобретает большую текучесть. После гомогенизации проверяют состав сырьевой муки по содержанию оксида кальция (титр муки). Если оно соответствует требуемому, то смесь направляют на обжиг. Если же выявляется отклонение, то, муку из двух силосов направляют в третий в таком соотношении, чтобы получить смесь требуемого состава. После заполнения общего силоса материалы в нем тщательно перемешивают до полной однородности. Для перемешивания применяют обычно воздух, очищенный от масла и паров воды, под давлением до 0,15- 0,2 МПа. Через 1 м2 пористых плиток подается в 1 мин около 2 м3 воздуха. Затраты электроэнергии на гомогенизацию составляют 0,4-0,6 кВт·ч на 1 т муки; общий расход энергии на всю установку (подача материала в силосы, его выгрузка и перемешивание) 2,2-2,5 кВт·ч/т. В месте выхода готовой муки из силосов устанавливают пробоотборники, автоматически отбирающие пробы массой 10-15 г/т материала. Силосы снабжают также устройствами для обеспыливания отработанного воздуха и удаления воздуха из готовой муки. 3.4 Циклонный теплообменник и декарбонизатор
В тех случаях, когда муку обжигают во вращающихся печах, снабженных циклонными теплообменниками, сухую, смесь из силосов с помощью пневмонасосов того или иного типа направляют в приемный бункер печной установки. Отсюда элеватором подают на ленточный конвейер - дозатор, его в газоход батарейного циклона. 3десь он подхватывается отходящими газами и проходит ряд других циклонов после чего и поступает в печь 10. Во время перемещения по газоходам и циклонам сырьевая мука постепенно нагревается и поступает в циклон с температурой 800-850 °С частично (на 30-40 %) декарбонизированной. Нагревается мука в газовом потоке, циклонных теплообменников очень интенсивно. Циклоны изнутри футеруют огнеупорами. Газы через систему циклонов движутся под действием дымососа. Отработанные газы с температурой 200-300 °С очищаются от пыли в электрофильтрах или же сначала используются для сушки муки.
3.5 Обжиг
Обжиг сырьевой смеси при сухом способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда только при сухом способе производства. Вращающаяся печь представляет собой длинный, расположенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри (рисунок 1). Длина печей 95-185-230м, диаметр 5-7м.
Рисунок 1 - Схема вращающейся печи: Сырьевая шихта; 2 - горячие газы; 3 - вращающаяся печь; 4 - цепные завесы, улучшающие теплообмен; 5 - привод; 6 - водяное охлаждение зоны спекания печи; 7 - факел; 8 - подача топлива через форсунку; 9 - клинкер; 10 - холодильник; 11 - опоры
Горячие газы поступают навстречу сырью. Сырье занимает только часть печи по поперечному сечению, и при ее вращении со скоростью 1-2 об/мин медленно движется к нижнему концу, проходя различные температурные зоны. В зоне испарения происходит высушивание поступившего сырья при постепенном повышении температуры с 70-80°С (в конце этой зоны), поэтому первую зону называют еще зоной сушки. Подсушенный материал комкуется, при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы. В зоне подогрева, которая следует за сушкой сырья, при постепенном нагревании сырья с 200°С до 700°С, сгорают находящиеся в нем органические примеси, из глинистых минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450-500°С) и образуется каолинитовый ангидрит А12О3·2SiO2 и другие подобные соединения. В зоне кальцинирования температура обжигаемого материала поднимается с 700°С до 1100°С, здесь завершается процесс диссоциации углекислых солей кальция и магния и появляется значительное количество) свободного оксида кальция. В этой же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды SiO2, А12О3, Fе2О3, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО·А12О3, СаО·А12О3 и частично 2СаО·SiO2 - белита. В зоне экзотермических реакций (1100-1250°С) проходят твердо-фазовые реакции образования ЗСаО·А12О3; 4СаО·А12О3Fе2О3 и белита. В зоне спекания (1300-1450°С) температура обжигаемого материала достигает наивысшего значения, необходимого для частичного плавления материала и образования главного минерала клинкера - алита 3СаО·SiO2 почти до полного связывания оксида кальция (в клинкере СаОсвобод не более 0,5-1%). В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300°С до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав. Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких камнеподобных зерен-гранул ("горошка") темно-серого или зеленовато-серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается с 1000°С до 100-200°С. После этого клинкер выдерживается на складе 1-2 недели. В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300°С до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав.
3.6 Помол клинкера
Помол клинкера с добавками в тонкий порошок производится преимущественно в трубных (шаровых) мельницах. Трубная мельница представляет собой стальной барабан, облицованный внутри стальными броневыми плитами и разделенный дырчатыми перегородками на 2 - 4 камеры. Крупнейшими помольными агрегатами являются мельницы размером 3,95×11 м, производительностью 100 т/ч и размером 4,6×16,4 м, производительностью 135 т/ч.
Материал в трубных мельницах измельчается под действием загруженных в барабан мелющих тел - стальных шаров (в камерах грубого помола) и цилиндров (в камерах тонкого помола). При вращении мельницы мелющие тела поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя и истирая зерна материала. Различают две схемы помола: по открытому (рисунок 2) и замкнутому циклам. Второй предпочтителен в тех случаях, когда необходимо получить вяжущие с высокой удельной поверхностью или измельчаемые компоненты различаются по размалываемости. Внедрение в производство мельниц, в которых осуществляется помол по замкнутому циклу, обусловлено в основном повышением требований к тонкости помола, которые не могли быть удовлетворены при работе на установках открытого цикла. Тонкий помол на таких установках связан с резким уменьшением их производительности. В мельницах, работающих по замкнутому циклу, не только повышается тонкость измельчения, но и обеспечивается увеличение удельной производительности, снижение температуры выходящего продукта, уменьшение расхода мелющих тел. Применение замкнутого цикла целёсообразно еще и потому, что измельчаемая шихта, как правило, состоит из компонентов различной размолоспособности. В открытом цикле легко размалываемые компоненты переизмельчаются, в замкнутом они, размалываются по одинаковой тонкости. Своевременное удаление из мельницы мелких зёрен предотвращает их переизмельчение, на которое затрачивается большое количество энергии. Следует, однако, учесть, что переход на замкнутый цикл связан со значительным повышением расхода энергии на вспомогательные операции, усложнением конструкции и условий эксплуатации мельницы. Известняк Глина Кузнецкий уголь Гипс
Добыча Добыча Дробление Дробление (молотковая дробилка) Дробление Дробление с Сушка и
(щековая дробилка) сушкой помол Сушка
Дозирование Дозирование
Совместный помол с сушкой (трубная мельница)
Гомогенизация в смесительных силосах
Гранулятор
Обжиг во вращающейся печи
Холодильник
Клинкерный склад
Дозирование
Помол клинкера с добавками (трубная мельница)
Складирование цемента
Упаковка Отправка цемента в Отправка цемента в мешках вагонах, автомашинах и т.п. 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА
Сырьевой базой для производства неорганических вяжущих веществ являются горные породы и побочные продукты промышленности. Среди горных пород для этих целей используют сульфатные - гипс и ангидрит; карбонатные - известняк, мел, известковые туфы, ракушечник, мрамор, доломиты, доломитизированные известняки, магнезит; мергелистые - известковые мергели; алюмосиликатные - нефелины, глины, глинистые сланцы; высокоглиноземистое сырье - бокситы, корунды и др.; кремнеземистые горные породы - кварцевый песок, трассы, вулканический пепел (пуццолана), диатомит, трепел, опока. Сырье бывает одно- и многокомпонентным, составленным из нескольких исходных веществ. При многокомпонентном сырье для лучшего перемешивания и получения более однородной смеси компоненты предварительно совместно или по отдельности измельчают. После полного цикла подготовки сырья - дробления, помола, смачивания, корректирования состава - смесь подвергается термической обработке, или обжигу. При обжиге сырье теряет свободную воду, затем дегидратируется, отдавая химически связанную воду, и диссоциирует, распадаясь на отдельные оксиды. При последующем повышении температуры происходят реакции в твердом состоянии. При последующем повышении температур образуется жидкая фаза, которая ускоряет химические реакции в расплаве. Сырьевая смесь превращается в продукт, наделенный новыми качественными характеристиками. Но для проявления вяжущих свойств потребуется еще перемолоть продукт обжига. Чем выше тонкость помола, чем больше удельная поверхность частиц вяжущего вещества, тем, следовательно, быстрее и полнее пройдут процессы растворения, химического взаимодействия с водой, затворения и образования новых гидратных соединений. Портландцементный клинкер является продуктом спекания при обжиге сырьевой шихты надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в нем высоко-основных силикатов кальция. Физико-химической основой технологии производства являются термохимические реакции, при которых происходит химическое взаимодействие между известью и глинистыми минералами. В результате образуется клинкер, содержащий кальциевые соединения - трех и двухкальциевые силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция. После охлаждения он тонко измельчается с небольшой добавкой гипса. При помоле специальных портландцементов в состав цементной шихты вводят дополнительные компоненты определенного состава.клинкере обычно содержатся примеси в виде щёлочей, оксидов титана, фосфора и др. Химический состав портландцементного клинкера характеризуется коэффициентом насыщения кремнезема известью (КН) и модулями, силикатным (п) и глиноземным (р), численное значение которых позволяет производственнику ориентироваться в особенностях технологии производства клинкера. Они определяют свойства, необходимые для получения специального портландцемента на его основе. Силикатный модуль обычно находится в пределах 1,7-3,5, а глиноземный - 1-3.Титр-масса сырьевых материалов, содержащихся в 1 мл раствора. Результаты исследований, проводившихся в последние годы с помощью новейших физико-химических методов, позволили более ясно представить себе фазовый состав клинкера и создать базу для проектирования заданного состава клинкера при производстве специальных портландцементов.
5. РАСЧЕТЫ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЛИНКЕРА
5.1 Общие положения
Расчет портландцементной сырьевой смеси производится с целью определения соотношения между компонентами, входящими в ее состав. В качестве исходных данных при таком расчете используем химический состав сырьевых компонентов, входящих в состав смеси (известковый и глинистый компоненты и корректирующие добавки в виде гипсового камня), приведенный в таблице 5.1.1, и коэффициент насыщения.
Таблица 5.1.1 - Химический состав сырьевых материалов, % SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO2п.п.п.WΣИзвестняк, %3,681,090,5152,650,570,2742,53101,27Сланец, %59,818,758,093,353,640,196,776.4100,59
Для удобства расчетов и возможности последующего его контроля приведем химический состав исходных сырьевых компонентов к сумме 100%. Составим пропорции для приведения химического состава известняка к 100%
Составим пропорции для приведения химического состава глины к 100%:
Занесем полученные данные в таблицу 5.1.2
Таблица 5.1.2 - Химический состав сырьевых материалов, приведенный к 100% SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3п.п.п.WΣИзвестняк3,631,080,5051,990,560,2641,983100Глина59,4518,648,043,333,620,196,736,4100
Таблица 5.1.3 - Условные обозначения, используемые в расчетах Компонент (материал)SiOAl2OFe2OСаОПервый компонент - известковый (известняк, мел ракушечник)S1A1F1C1Второй компонент - глинистый (глина, глинистый сланец, доменный шлак и др.)S2A2F2C2Сырьевая смесьS0A0F0C0КлинкерSAFC С помощью выполненных расчетов можно определить процентное содержание в сырьевой смеси известняка И и глины Г:
Находим процентное содержание каждого оксида смеси и ее потерь при прокаливании:
5.2.1 Определение оксидного состава рассчитанной шихты Определение оксидного состава рассчитанного клинкера с пересчетом на прокаленное вещество. Занесем полученные данные в таблицу 5.2.1
Таблица 5.2.1 - Химический состав шихты и клинкера Величины силикатного (n) и глиноземистого (p) модулей для клинкера должны быть в допустимых нормах.
5.2.2 Минералогический состав клинкера
Полученные данные заносим в таблицу 5.2.2
Таблица 5.2.2 - минералогический состав клинкера Способ подготовки сырьевой смеси - сухой; Годовая производительность завода - 1,2 млн. тон в год; Состав портландцемента: 8. Режим работы предприятия: Количество рабочих дней для цеха обжига - 335. Для других цехов в 260 дней в 2 смены.
6.2 Годовая потребность материалов
2.1 Годовая потребность клинкера. Количество клинкера определяется вычитанием от годовой производительности завода всех добавок
С учетом потерь т,
6.2.2 Потребность цементной сырьевой смеси абсолютно сухом состоянии для изготовления 1 т клинкера при величине п.п.п. составляет
Ш1= (1/100-п.п.п.)*100; Ш1=(1/100-35,51)*100=1,550 т.
На весь клинкер:
Ш=Ш1*Кп; Ш=1,550*1143420=1772301 т.
6.2.3 Количество сухого известняка на 1 т клинкера
Ис=Ш1*И/100; Ис=1,550*81,65/100=1,265 т.
Количество сухого известняка на весь клинкер.
СИ=Ис*Кп; СИ=1,265*1143420=1446426 т.
Количество известняка с учётом естественной влажности. ВлИ=СИ*103/100=1446426*103/100=1489819 т.
Количество известняка с учётом потерь.
ПИ=ВлИ*102/100=1489819*102/100=1519615 т.
6.2.4 Количество глины. Количество сухой глины на 1 т клинкера
СГ1=Ш1*Г; СГ1=1,550*18,34/100=0,284 т.
Количество сухой глины на весь клинкер:
СГ=СГ1*Кп; СГ=0,284*1143420=324731 т.
Количество глины с учётом естественной влажности.
ВлГ=СГ*110/100=324731*110/100=357204 т.
Количество глины с учётом потерь.
ПГ=ВлГ*102/100=357204*102/100=364348 т.
Количество сухого гипса на 1 тонну клинкера.
ГС=0,05*1200000=60000 т.
Количество гипса с учётом естественной влажности.
ВлГ=ГС*109/100=65400 т. Количество гипса с учётом потерь.
ПГ=ВлГ*101/100=65400*101/100=66054 т.
6.2.5 Количество топлива
Расход теплоты на обжиг клинкера составляет 3.4…4.2 МДж/кг. Принимаем среднее значение, равное 3.8 МДж/кг.
Таблица 6.2.1 - Общая потребность материалов Наименование материалаПотребность материала, тГодоваяКвартальнаяМесячнаяСуточнаяЧасоваяИзвестняк:- сухой14464263616061205355563347- с естественной влажностью14898193724551241525730358- с учетом потерь15196153799041266345844365Глина:- сухая3247318118327061124978- с естественной влажностью3572048930129767137485- с учетом потерь3643489108730362140187Гипсовый камень:- сухой6000015000125023114- с естественной влажностью6540016350136225215- с учетом потерь6605416513137625415,8Клинкер:1140000285000950004384274- с учетом потерь1143420285855952854397274,8Портландцемент, т12000003000001000004615Топливо, т431479107869359561659103 7. ВЫБОР, РАСЧЕТ, КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Определим тип и количество барабанных трубных мельниц необходимых для помола клинкера и добавок. Необходимая производительность цеха 520 т/ч цемента. Для обеспечения такой производительности примем, для нашего цеха, барабанную мельницу с размерами барабана 3,2х15 м., с часовой производительностью 53 тон, работающую в замкнутом цикле и обеспечивающую тонкость помола 8% остатка на сите №0,08, производящуюся на Новокраматорском машиностроительном заводе.
где N - количество машин, подлежащих установке; Пг(ч) - требуемая годовая или часовая производительность по данному технологическому пределу, т; Кис - нормативный коэффициент использования оборудования по времени (принимаем равный 0,97) Таблица 1. Техническая характеристика шаровой трубной мельницы ПоказательЗначениеПроизводительность, т/ч53Частота вращение барабана, об/мин0,266Мощность главного двигателя, кВт2000Масса (без электрооборудования и мелющих тел), т358Масса мелющих тел, т140Определим тип и количество электрофильтров необходимых для очистки аспирационного воздуха отсасываемого из мельниц при помоле.
Количество аспирационного воздуха определяется по формуле
S- площадь свободного сечения барабана мельницы. V-cкорсть описываемого воздуха в мельнице (0.6…0.7) т.к. в цехе используется пять мельниц, то объем аспирационного воздуха отсасываемого из мельницы будет равен: Для обеспечения очистки 94094 м3 аспирационного воздуха отсасываемого из мельницы применяем электрофильтр ПГД 3-38 вертикальный с максимальной производительностью 275000 м3/с и циклоны- промыватели типа СИОТ.
Таблица 9 - Техническая характеристика электрофильтра ПГД 3-38 ПоказательЗначениеЧисло полей1Предельная скорость газа, м/с2Производительность, м3/с275000Активная площадь сечения, м238 8. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ ПРОДУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Качество клинкера определяют часто по его насыпной плотности, которая при правильном составе сырьевой смеси и надлежащем обжиге во вращающейся печи (мокрый способ) колеблется обычно в пределах 1550-1650 г/л. Определяют также количество СаОсвоб, которое не должно превышать 1 % для обычного клинкера и 0,2- 0,3 % для быстротвердеющего. Получать цемент высокого качества на современных заводах можно, только строго соблюдая все технологические требования и правила и осуществляя производственный цикл при установленных оптимальных режимах работы всех механизмов и установок. Большое значение при этом имеют контроль производства, в процессе которого определяют качество исходных материалов и соответствие их свойств требованиям норм и технических условий; выявляют свойства материалов и полуфабрикатов на всех стадиях производства и устанавливают их соответствие тем показателям, которые обеспечивают получение продукции требуемого качества; наблюдают за работой приборов, механизмов и установок в заданных оптимальных режимах, обеспечивающих качественную переработку материалов при наилучших технико-экономических показателях; определяют свойства получаемого цемента и их соответствие требованиям стандарта. Контролировать производство нужно систематически на всех стадиях с помощью современных методов и приборов, обеспечивающих точность и возможность автоматизации контрольных операций. Быстрое вмешательство в ход производственных процессов позволяет устранять отклонения от заданных режимов и параметров и оптимизировать их. Действенность производственного контроля зависит от правильного выбора мест отбора проб и определения технологических параметров (температура, влажность, подвижность смесей и т. д.); соответствия свойств пробы свойствам материала, а также от периодичности отбора проб и их величины. В настоящее время созданы способы автоматического отбора проб материалов в процессе их переработки. Частота операций отбора проб и величина последних зависят от степени однородности материалов, размера потока, гранулометрии (при кусковых материалах) и других условий. Отбор и подготовка проб проводятся по стандартной методике. Исходные материалы контролируют по химическому составу, содержанию СаС03 (титр) в известняке и влажности сырья. В сырьевом отделении проверяют состав смесей, тонкость их измельчения, влажность, текучесть и однородность титра. При производстве цементов становится обычным также контроль содержания в сырьевых смесях СаО, SiO2, А12О3, Fе2О3. Химический анализ клинкера и цемента производится по ГОСТ 5382-73. Качество клинкера определяют часто по его насыпной плотности, которая при правильном составе сырьевой смеси и надлежащем обжиге во вращающейся печи колеблется обычно в пределах 1550-1650 г/л. Определяют также количество СаОсвоб, которое не должно превышать 1 % для обычного клинкера и 0,2- 0,3 % для быстротвердеющего. Контроль при помоле клинкера с добавками сводится к проверке соотношения по массе между клинкером, гипсом и другими компонентами, соответствия степени измельчения цемента нормативам, контролю температуры клинкера и получаемого продукта и к другим определениям. Цемент должен быть принят ОТК завода по ГОСТ 22236-76 (с изм.). Химический анализ сырьевых материалов и портландцемента.
8.1 Определение титра сырьевой смеси
В настоящее время разработан ряд надежных и точных методов ускоренного определения химического состава сырьевого шлама (по четырем основным оксидам - СаО, SiO2, А12О3, Fе2О3 и оксидам, содержание которых в цементе ограничено, - Nа2О, К2О, МgО, SО3, Р2О5 и др.) с помощью пламенного фотометра, рентгеновско - квантометра и других приборов опережающего контроля. Большинство цементных заводов работает, используя надежный метод опережающего контроля химического состава шлама по коэффициенту насыщения и одному из модулей, корректируя шлам в потоке. Вместе с тем в практике работы большинства цеховых лабораторий цементных заводов сохраняется один из ускоренных методов определения содержания оксида кальция в смеси по титру СаСО3. Этот метод позволяет с достаточной точностью оперативно анализировать шлам, поступающий в вертикальные и горизонтальные шламбассейны, смешивать в определенной пропорции «низкий» и «высокий» шламы (с низким и высоким содержанием СаСО3. Помимо определения титра сырьевой смеси, проводимого лабораторией сырьевого цеха, центральная заводская лаборатория через каждые 2 ч делает химический анализ шлама, поступающего в печь, определяя содержание четырех основных оксидов в смеси (СаО, SiO2, А12О3, Fе2О3), и 1 - 2 раза в смену делает его полный химический анализ. Вследствие повышенных погрешностей этот метод не применяют в следующих случаях: В сырье содержится много МgСОз, который будет вести себя в реакции как СаСОз и давать завышенные значения титра и т. д. В качестве сырьевых компонентов используются побочные продукты смежных производств (белитовый шлам, шлаки, золы и т. п.), которые с трудом и не полностью разлагаются в соляной кислоте. Нормальный титр шлама на разных заводах изменяется в пределах 75 79 % СаСО3. На каждом заводе значение титра может колебаться в пределах не более ±0,2 %.
8.2 Определение содержания свободной извести в цементе этилово -глицератным методом
Качество портландцементного клинкера, обожженного во вращающихся или шахтных печах, контролируется машинистом печи и цеховой лабораторией по цвету полученных гранул, количеству пыли и сваров, насыпной (объемной) массе, крупности. Наряду с описанием внешнего вида зерен клинкера на предприятиях систематически отбирают пробы клинкера для установления его химического и минерального составов. В процессе гидратации цемента из «недожженного» или «пережженного» клинкера свободная известь вступает в реакцию с водой уже в затвердевшем цементном камне, в нем возникают вредные напряжения, способные вызвать разрушение сооружения, возведенного из такого цемента. Одним из наиболее распространенных химических методов количественного анализа на свободную известь в клинкере является определение ее содержания этилово - глицератным или этилово - бензоатным методом.
8.3 Определение содержания SО3 в твердеющем цементе
В процессе помола в портландцементный клинкер в качестве обязательного компонента вводят гипс в количестве, обеспечивающем содержание SО3 в полученном Цементе не ниже 1,5 и не выше 3,5 % (ГОСТ 10178-76, ГОСТ 9835 - 77 и др.). Введение гипса обусловлено тем, что измельченный портландцементный клинкер при затворении водой проявляет свойство к очень быстрому схватыванию, получается, как принято говорить, «быстряк»- материал, непригодный для применения в производстве бетонов и растворов. Основное влияние на это свойство цемента оказывает присутствие в нем трех кальциевого алюмината С3А. Для замедления сроков схватывания цемента при его производстве применяют природный двуводный гипс взаимодействие которого с С3А в растворе протекает по реакции
Образовавшийся в начальные сроки твердения цементного камня гидросульфоалюминат кальция (эттрингит) является весьма полезным компонентом в построении кристаллической решетки твердеющего цемента и ускорении роста начальной прочности бетонов и растворов. Образование же эттрингита в сформировавшемся цементном камне вызывает, с одной стороны, разрушение кристаллической решетки гидроалюмината кальция (ее растворение), что ведет к снижению прочности монолита, а с другой - растущие кристаллы С3А·ЗСаSО4·32Н2О занимают в затвердевшем цементном камне объем больший, чем все участвующие в его образовании компоненты. Это вызывает в сформировавшемся монолите внутренние напряжения вплоть до разрушения кристаллов новообразований соседних минералов и на рушение их связей с заполнителями в бетоне или растворе. Присутствие свободных ионов SO42- в затвердевшем цементном камне и образование в нем эттрингита в поздние сроки твердения может вызвать появление в монолите микро- и макротрещин за счет внутренних напряжений, которые резко ухудшают качество изделий. В ряде случаев эти явления могут частично или полностью вывести из строя готовое сооружение, в связи с чем содержание SО3 в портландцементе не должно превышать 3,5%. По этой же причине для ответственных сооружений ограничивают содержание С3А в портландцементном клинкере, идущем на изготовление цементов для этих сооружений.
9. АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Производственный корпус представляет собой одноэтажное однопролетное здание. Шаг крайних колонн и опирающихся на них стропильных конструкций принят равным 12 метрам, а пролет 24 метров, что обеспечивает размер здания 24х48 метров. С торцов здания располагаются распашные двухпольные ворота (размером 6х5 метров). Такая конструктивная схема позволяет разместить в цехе пять барабанных мельниц типа «3,2х15» с электроприводами, оборудование для отчистки отсосных аспирационных газов из мельниц и ремонтное отделение. При строительстве использовались колоны серии КЭ-01-52, подкрановая часть двухветвевая, ветви связаны горизонтальными распорками через интервал 1,5-3,0 метра. У крайних продольных колон используется привязка «250». Для стен использовались железобетонные панели - ребристые, с высотой контурных ребер 300 миллиметров и толщиной полки 30 миллиметров, арматура преднапряженная. Панели формуются из бетона марки 300, 400. Покрытие выполнено из плоских плит, последовательно передающих друг на друга собранную нагрузку. Торцевые стены выполнены из кирпичной кладки, это вызвано необходимостью установки ворот. Они связаны с железобетонным каркасом гибкими связями (стержни диаметром 10-12 миллиметров). В цехе располагаются два мостовых опорных крана, грузоподъемностью 15 тонн:
Таблица 9.1 - Краткая характеристика мостовых опорных кранов параметрзначениегрузоподъемность, т15Пролет крана, м11Крановый габарит здания, мм2950Ширина крана, мм6300Тип рельсаКР-7010. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСТНОСТИ
При большой насыщенности предприятий цементной промышленности сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчёнию клинкера, перемещению, складированию и отгрузке огромных масс материалов, наличию большого количества электродвигателей особое внимание при проектировании заводов и их эксплуатации должно уделяться созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихся. Охрану труда следует осуществлять в полном соответствии с «Правилами по технике безопасности и производственной санитарии на предприятиях цементной промышленности. Поступающие на предприятия рабочие должны допускаться к работе только после обучения их безопасным приемам работы и инструктажа по технике безопасности. Ежеквартально необходимо проводить дополнительный инструктаж и ежегодно повторное обучение по технике безопасности непосредственно на рабочем месте. На действующих предприятиях необходимо оградить движущиеся части всех механизмов и двигателей, а также электроустановки, приямки, люки, площадки и т. п. Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующих и погрузочно - разгрузочных механизмов должно осуществляться в соответствии с правилами безопасной работы у каждой установки. Агрегатами повышенной опасности являются тепловые установки. Обслуживающий персонал допускается к работе только после проверки знаний и правил их эксплуатации. Сушильные установки должны, как правило, работать под разрежением. При загрузке и выгрузке материала особое внимание нужно обращать на то, чтобы продукты горения не попадали в цех через открытые двери туннелей. Сушильные цехи оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией. Большое внимание следует уделять обеспыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок для создания нормальных санитарно - гигиенических условий труда. В соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий концентрация в воздухе помещений цементной и остальных видов пыли не должна превышать 0,04 мг/м3. Содержание в воздухе СО не допускается более 0,03, сероводорода - более 0,02 мг/м3. В воздухе, выбрасываемом в атмосферу, концентрация пыли не должна быть более 0,06 г/м3. При нормальной эксплуатации пылеочистных систём содержание пыли в выбрасываемом воздухе составляет 0,04- 0,06 г/м3. Для создания нормальных условий труда все помещения цементных заводов надо обеспечивать системами искусственной и естественной вентиляции. Этому в большой мере способствует герметизация тех мест, где происходит пылевыделение, а также отсос воздуха из бункеров, течек, дробильно - помольных механизмов, элеваторов и т.д. В зависимости от мощности и величины различных механизмов и интенсивности пылевыделения рекомендуются следующие объемы воздуха (м3/ч), отсасываемого от:
шнековых и молотковых дробилок.......4000 - 8000
элеваторов. . . ...............1200 - 2700
бункеров...................500 - 1000
мест погрузки материалов..........300 - 3500
упаковочных машин. . ..........5000
Воздух, отбираемый из цементных мельниц, очищают с помощью рукавных или электрофильтров; перед ними при значительной концентрации пыли в аспирируемом воздухе необходимо устанавливать циклоны. Важно не допускать просасывание через 1 м2 ткани фильтров более 60-70 м3 воздуха в 1 ч. Для очистки воздуха, отсасываемого из камер сырьевых мельниц, обычно устанавливают циклон и электрофильтр, соединенные последовательно. Воздух из сепаратора мельниц и головок элеваторов для очистки пропускается через рукавный фильтр. Отходящие газы цементных печей необходимо очищать для предотвращения загрязнения окружающей среды. Для этого устанавливают электрофильтры. Если же отходящие газы содержат значительное количество пыли (более 25-30 г/м3), то их сначала пропускают через батарею циклонов. Шум, возникающий при работе многих механизмов на цементных заводах, характеризуется зачастую высокой интенсивностью, превышающей допустимую норму (90 дБ). Особенно неблагоприятны в этом отношении условия работы персонала в помещениях молотковых дробилок, сырьевых и цементных мельниц, компрессоров, где уровень звукового давления достигает 95-105 дБ, а иногда и более. К числу мероприятий по снижению шума у рабочих мест относят применение демпфирующих прокладок между внутренней стенкой мельничных барабанов и бронефутеровочными плитами, замену в сырьевых шаровых мельницах стальных плит резиновыми. При этом звуковое давление снижается на 5-12 дБ .
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 2.Волженский, А.В. Минеральные вяжущие вещества/ А.В. Волженский. - М.: Стройиздат, 1986. - 464с.
.Строительные машины: Справочник / Под. Ред. В.А. Баумана, Ф.А. Лаяира.-П.: Машиностроение, 1977.-486с. .
.Дизендорф Т.Е. Методические указание к курсовому проекту по дисциплине «Вяжущие вещества».-Томск: ТГАСУ, 2004.-31с.
.Волконский Б.З. Производство цемента по сухому способу.-М.: Стройиздат, 1971.-177с.
.Сулименко, Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе/ Л.М. Сулименко. - М.: Высш. шк., 2000. - 303с.
.Шершевский, И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений/ И.А.Шершевский. - Л.: Стройиздат, 1979. - 167с.
Существуют два основных способа производства – мокрый и сухой. При мокром способе производства сырьевую смесь измельчают и смешивают сырьевые материалы с водой. Получаемая сметанообразная жидкость – шлам – содержит 32-45% воды. По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушивают, а затем измельчают и смешивают. Полученный тонкий порошок называют сырьевой мукой. В зависимости от физических свойств исходных материалов и ряда других факторов при получении цемента по мокрому способу применяют разные схемы производства. Схемы эти отличаются одна от другой только способом приготовления сырьевой смеси. Приводим схему производства цемента по мокрому способу из твердого материала - известняка - и мягкого - глины. При трехкомпонентной сырьевой смеси корректирующую добавку дробят, после чего она попадает в бункер, откуда вместе с известняком поступает в мельницу. Глину до болтушки пропускают через валковую дробилку.
Цементные заводы
Наряду с изготовлением продукции цементные заводы являются уникальными предприятиями для утилизации вторичных материалов (отходов). Сравнительные экологические балансы показывают, что использование вторичных материалов на цементном заводе выглядит более предпочтительно, чем другие способы их утилизации, т.к. выделение тяжелых металлов при производстве цемента и при эксплуатации бетонных изделий очень незначительно (1).
Технология изготовления цемента позволяет использовать вторичные материалы на всех стадиях его производства:
Приготовление сырьевой смеси;
- обжиг портландцементного клинкера;
- измельчение цементной шихты.
Т.о., можно утверждать, что на цементном заводе реализуется самая надежная, дешевая и совместимая с окружающей средой утилизация промышленных и бытовых отходов.
Вторичные материалы при обжиге клинкера
Более 80% портландцементного клинкера в Украине обжигают по устаревшей «мокрой» технологии. В 2007 году цементные заводы израсходовали 1,74 млрд. м3 природного газа. Недостаток цементной про-мышленности – высокая энергоемкость - можно превратить в достоинство, если на цементных заводах достичь высокой степени использования вторичных материалов взамен природного топлива. С точки зрения государственных интересов предложенная концепция развития цементной отрасли выглядит более разумной, т.к. ее реализация даст возможность утилизировать ежегодно более 1 млн. тонн промышленных и бытовых отходов и снизить расход природного топлива на цементных заводах до уровня современного «сухого» способа производства.
Целесообразность реализации предложенной концепции развития цементной отрасли можно подтвердить соответствующими расчетами. Удельные капитальные затраты на тонну цемента при переводе на сухой способ производства цемента составляют около 100 €. Перевод всей цементной отрасли потребует около 1200млн.€. Стоимость мусороперера-батывающих заводов, обеспечивающих ежегодное производство 1 млн.тонн готовых для обжига отходов составляет 36-50 млн. €. Преимущества утилизации топливосодержащих отходов на цементном заводе очевидны.
В этом аспекте очень важным является то, что согласно Киотскому протоколу СО2, выделяемый при обжиге отходов, не учитывается в общем балансе СО2, в отличие от СО2, производимого при сгорании природного топлива. Уменьшенная эмиссия СО2 на цементном заводе может быть предметом торговли. Текущая цена биогенной эмиссии СО2 составляет примерно 20 $ США за тонну (2).
В настоящее время в Европе некоторые заводы работают с нулевыми затратами на топливо или даже зарабатывают деньги имея возможность использовать безвредный для окружающей среды способ утилизации отходов.
Понятно, что использование топливосодержащих отходов в Украине лежит в плоскости системного подхода к решению данной проблемы. В настоящее время внедряют модуль этой системы, включающий оценку воздействия топливосодержащих отходов на окружающую среду, режим обжига клинкера и на качество цемента. Изучение проводят в полупромышленных условиях во вращающейся печи Харьковского опытного цементного завода (ХОЦЗ), к выполнению исследований привлекают: «СЕПРОЦЕМ», который дает заключение по качеству клинкера и цемента, институт экологических проблем, который дает заключение по экологической безопасности процесса, и «ХОЦЗ» дает заключение по параметрам обжига клинкера. Затем при положительных результатах проводят промышленную проверку и внедрение данной технологии на цементном заводе.
Применение вторичных материалов при помоле цемента
В Европе по экономическим и экологическим причинам происходит изменение ассортимента выпускаемых цементов – значительно увеличивается доля цементов СЕМ II (содержание добавок 6-35%). В 2007г. в Украине произведено: ПЦ II/А-Ш-400 – 5,08.т., ПЦ II/Б -Ш-400 – 2,85 млн.т., ШПЦ III/А-400 – 2,44 млн.т., ПЦ II/А-Ш-500 – 0,95 млн.т., ПЦ I-500 – 2,42 млн.т. Как видно из представленных данных, в основном, в качестве активной минеральной добавки используют гранулированный доменный шлак (далее шлак). Цементы со шлаком получают путем его совместного помола с портландцементным клинкером.
Этот способ не является рациональным, т.к. вследствие меньшей активности шлак должен измельчаться более тонко. В настоящее время применяют иную технологию производства цементов со шлаком, которая основана на раздельном помоле клинкера и шлака. Шлак измельчают до оптимальной дисперсности, затем смешивают его с тонкомолотым клинкером.
В табл.3 представлены свойства бездоба-вочного цемента и цемента с 30 и 60% шлака, которые получены смешением раздельно измельченных клинкера и шлака. Как видно из данных табл.3 цементы с высоким содержанием шлака показывают высокую стандартную прочность – прочность при сжатии в возрасте 28 суток.
Сухой способ производства цемента
Изготовление клинкера сухим способом технически и экономически наиболее целесообразно в тех случаях, когда исходные сырьевые материалы характеризуются:
1) влажностью до 10 %;
2) относительной однородностью по химическому составу и физической структуре, что обеспечивает возможность получения гомогенной сырьевой муки при измельчении сухого сырья.
При сухом способе затраты тепла на обжиг клинкера достигают 800-1200 ккал/кг, что значительно меньше затрат при производстве мокрым способом (1400-1500 ккал/кг). При сухом способе изготовления клинкера исходные материалы (известняк, глина и др.) после дробления подвергаются высушиванию и совместному помолу в шаровых и иных мельницах до остатка 5-8 % на сите № 008. Обжигают сырьевую муку в коротких вращающихся печах с циклонными теплообменниками или кальцинаторами, а также в автоматических шахтных. В зависимости от этого схемы производства несколько различаются.
Подготовка сырья и его обжиг во вращающихся печах с теплообменниками. Производство цемента по сухому способу с обжигом клинкера в коротких вращающихся печах осуществляется по следующей технологической схеме (при использовании известняка и глины). 
Добывают и дробят известняк и глину при сухом способе производства с помощью тех же механизмов, что и при мокром способе. Раздробленное сырье сушат в сушильных барабанах до остаточной влажности 1-2 %, а затем подвергают тонкому измельчению в мельницах, работающих по открытому или замкнутому циклу. Сейчас для тонкого измельчения известняков и глин преимущественно применяются установки для одновременного помола и сушки материала в шаровых мельницах.
Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах, направляется на гомогенизацию и корректирование в специальные железобетонные силосы. Муку перемешивают с помощью сжатого воздуха. Воздушные струи, проникающие в муку, аэрируют ее, что сопровождается уменьшением объемной массы. Одновременно материал приобретает большую текучесть. После гомогенизации проверяют состав сырьевой муки по содержанию оксида кальция. Если он соответствует требуемому, то смесь направляют на обжиг. Если же выявляются отклонения, то корректируют состав и тщательно перемешивают до полной однородности. В материале, обжигаемом при сухом способе призводства, идут те же процессы, что и при обжиге смеси в виде шлама. Полученный клинкер после охлаждения в холодильниках направляют на склад, а затем перерабатывают в цемент.
Помол клинкера. Многие свойства портландцемента, в том числе активность, скорость твердения, определяются не только химическим и минералогическим составом клинкера, формой и размерами кристаллов алита, белита и других элементов, наличием тех или иных добавок, но и в большой степени тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом и формой частичек порошка.
Цементный порошок в основном состоит из зерен размером от 5-10 до 30-40 мк. Тонкость помола портландцемента характеризуют обычно остатками на ситах с размером ячеек в свету 0,08, где остаток на этом сите 5-8 % (по массе), для цементов же быстротвердеющих - до остатка 2-4 % и меньше, а также удельной поверхностью порошка 2500-3000 и 3500-4500 см2/г и более. С увеличением тонкости помола цемента повышается его прочность и скорость твердения, но лишь до показателей удельной поверхности 7000-8000 см2/г. С этого предела наблюдается обычно ухудшение прочностных показателей затвердевшего цемента. Морозостойкость же его часто начинает ухудшаться и при более низких показателях удельной поверхности (4000-5000 см2/г).
Процесс производства цемента
Современный цементный завод представляет собой сложный комплекс технологического оборудования, обеспечивающий переработку сырьевых материалов (известняков, мела и др.) в цемент. Цемент выпускается различных видов и марок, применяется в больших количествах в качестве основного строительного материала. В цементной промышленности получили распространение в основном мокрый и сухой способы производства. Структурная технологическая схема производства цемента по мокрому способу показана на рисунке 1.
В качестве исходных материалов для процесса обжига и образования клинкера используются искусственно приготовленные смеси из карбонатных и глинистых пород.
Измельчение твердых сырьевых материалов, транспортируемых с помощью специальных питателей и дозаторов в сырьевое отделение со склада, осуществляется в помольных агрегатах -- шаровых трубных мельницах. Одновременно с измельчением до определенной тонкости помола сырьевых материалов в мельнице происходит смешивание известняковых и глинистых компонентов, а также добавок (огарков). На заводах, использующих пластические материалы, вторичная стадия измельчения осуществляется в болтушках, где происходит отмучивание, или в мельницах "Гидрофол". Шлам перекачивается центробежными насосами в усреднительные бассейны: сначала в вертикальные шламбассейны, а затем в горизонтальные.
Подготовленная сырьевая смесь заданного химического состава, определенной влажности и тонкости помола подается в обжиговую вращающуюся печь, где происходит спекание и химическое превращение смеси, в результате чего получается новый, обладающий особыми свойствами материал -- клинкер.
После выхода из печи клинкер охлаждается и подается на клинкерный склад, а затем - на помол. Завершающий этап получения цемента -- это измельчение и смешивание клинкера с добавками (гипс, песок и др.) в цементных мельницах. Полученный цемент после мельниц подается пневмокамерными или пневмовинтовыми насосами в силосы запаса.
Существует так же сухой способ производства цемента. При сухом способе производства цемента сырьевая смесь готовится в виде сырьевой муки. Компоновка оборудования на новых технологических линиях осуществляется с последовательным размещением (и работой) отдельных агрегатов: сырьевая мельница -- силос сырьевой муки -- вращающаяся печь и т. д.
Все основные процессы цементного производства являются непрерывными, все вспомогательные процессы имеют также высокий уровень механизации; это создает благоприятную обстановку для автоматизации всех процессов.
Автоматизация производства
Функциональная схема автоматизации сырьевой мельницы показана на рисунке 2. Схемой предусматривается контроль, автоматическое регулирование, дистанционное управление и сигнализация.
Из рассмотренных условий работы трубной шаровой мельницы при измельчении сырьевых материалов мокрым способом в процессе нормальной работы агрегата требуется контролировать следующие параметры:
Уровень загрузки материала в первой камере мельницы;
-уровень загрузки в зоне шламообразования (во второй камере);
- расход известняка и дополнительных компонентов, подаваемых в мельницу;
- расход глиняного шлама на входе в мельницу;
- расход воды на входе в мельницу;
- вязкость сырьевого шлама на выходе из мельницы.
Качество шлама.
Стабильное качество шлама (вязкости и тонкости помола) обеспечивается за счет автоматического регулирования:
Уровня загрузки первой камеры мельницы с воздействием на подачу материалов в мельницу;
Расхода воды на мельницу (уровня загрузки второй камеры -- в зоне шламообразования);
Расхода глиняного шлама;
за счет коррекции с предварением от изменения уровня загрузки в первой камере, на системы автоматического регулирования подачи воды и глиняного шлама.
Процесс производства цемента состоит из следующих основных технологических операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, обжига сырьевой смеси и получения цементного клинкера; помола клинкера в тонкий порошок с небольшим количеством некоторых добавок.
В зависимости от способа подготовки сырья к обжигу различают мокрый, сухой и комбинированный способы производства цементного клинкера.
При мокром способе производства измельчение сырьевых материалов, их перемешивание, усреднение и корректирование сырьевой смеси осуществляется в присутствии определенного количества воды. А при сухом способе все перечисленные операции выполняются с сухими материалами. Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, когда физические свойства сырьевых компонентов (пластичной глины, известняка, мела с высокой влажностью и т.д.) не позволяют организовывать экономичный технологический процесс производства сырьевой смеси по сухому способу производства. При комбинированном способе сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи. Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки.
Способ производства цемента выбирают в зависимости от технологических и технико-экономических факторов: свойств сырья, его однородности и влажности, наличия достаточной топливной базы и др.
Мокрый способ производства цемента.
Сухой способ производства цемента.
Комбинированный способ производства цемента.
Производство цемента складывается в основном из следующий операций: добыча сырья; приготовления сырьевой смеси, состоящего из дробления и ее гомогенизации; обжига сырьевой смеси; помола обожженного продукта (клинкера) в тонкий порошок.
Существуют два основных способа производства – мокрый и сухой. При мокром способе производства сырьевую смесь измельчают и смешивают сырьевые материалы с водой. Получаемая сметанообразная жидкость – шлам – содержит 32-45% воды. По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушивают, а затем измельчают и смешивают. Полученный тонкий порошок называют сырьевой мукой.
В зависимости от физических свойств исходных материалов и ряда других факторов при получении цемента по мокрому способу применяют разные схемы производства. Схемы эти отличаются одна от другой только способом приготовления сырьевой смеси. Приводим схему производства цемента по мокрому способу из твердого материала - известняка - и мягкого - глины.
При трехкомпонентной сырьевой смеси корректирующую добавку дробят, после чего она попадает в бункер, откуда вместе с известняком поступает в мельницу. Глину до болтушки пропускают через валковую дробилку. Сырьевые материалы дозируют перед мельницей специальными питателями.
Если при производстве по мокрому способу сырьевую смесь составляют из одних твердых материалов - известняка, мергелей и глинистых сланцев, то их дробят в дробилках без добавки воды и размалывают совместно в мельнице, куда добавляют воду. В том случае в схеме отсутствует болтушка. При изготовлении цемента из одних мягких материалов (мела, глины, мягких мергелей) сырье измельчают в болтушках, после чего размалывают в более коротких шаровых мельницах. В этом случае воду добавляют в первой стадии процесса и материалы дозируют перед,поступлением в болтушки.
При сухом способе производства выбор схемы зависит от рода поставляемого топлива, физических свойств сырья, мощности завода и ряда других факторов. При использовании для обжига клинкера угля с большим содержанием летучих обжиг ведут во вращающихся печах, - если же применяют топливо с малым содержанием летучих - то в шахтных.
Так как при соприкосновении мелкого порошка, образующегося при помоле, с влагой материала образуется пластичная масса, которая налипает на внутреннюю поверхность агрегата и препятствует дальнейшему помолу, то дробленые сырьевые материалы с естественной влажностью размалывать нельзя. Поэтому после выхода из дробилки сырьевые материалы высушивают и затем направляют в мельницу, где перемалывают в тонкий порошок. Однородные по физическим свойствам материалы можно дробить и сушить в одних и тех же аппаратах. В случае применения гранулированного шлака его подсушивают без предварительного дробления. Помол и сушку сырьевой смеси целесообразно вести одновременно в одном аппарате-мельнице - в том случае, если влажность сырьевых материалов не превышает 8-12%, например, при использовании известняков и глинистых сланцев. Если в качестве сырья используется непластичный глинистый компонент, то при сухом способе производства обжиг ведут только во вращающихся печах. При пластичном глинистом компоненте можно вести обжиг, как во вращающихся печах, так и в шахтных печах. В последнем случае сырьевую смесь вначале увлажняют в смесительных шнеках водой до 8-10%-ной влажности. Затем массу подают в грануляторы, где она вместе с дополнительно подводимой водой превращается в гранулы с влажностью 12-14%. Эти гранулы и поступают в печь.
При обжиге клинкера на газообразном или жидком топливе схема производства упрощается, так как отпадает необходимость в приготовлении угольного порошка.
В ряде случаев может оказаться целесообразным комбинированный способ производства, при котором сырьевая смесь в виде шлама, полученного при обычном мокром способе производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.
Выбор сухого или мокрого способа производства зависит от многих причин. Как тот, так и другой способ имеют ряд преимуществ и недостатков. При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь, обуславливающую высокие качества клинкера. Поэтому при значительных колебаниях в химическом составе известнякового и глинистого компонента он целесообразнее. Этот способ используется и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмучивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии. Недостаток мокрого способа - больший расход топлива. Если используют сырьевые материалы с большой влажностью, то расход тепла, затрачиваемого на сушку и обжиг, при сухом способе будет мало отличаться от расхода тепла на обжиг шлама при мокром способе. Поэтому сухой способ производства целесообразнее при сырье со сравнительно небольшой влажностью и однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля,с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах.
При изготовлении сырьевой смеси по любому способу необходимо стремиться к наиболее тонкому помолу, теснейшему смешению сырьевых материалов и к возможно большей однородности сырьевой смеси. Все это гарантирует однородность выпускаемого продукта и является одним из необходимых условий нормальной эксплуатации завода. Резкие колебания химического со·става сырьевой смеси нарушают ход производственного процесса. Высокая тонкость помола и совершенное смешение необходимы для того, чтобы химическое взаимодействие между отдельными составными частями сырьевой смеси прошло до конца в возможно более короткий срок.
При выборе той или другой схемы производства особое внимание следует обращать на рентабельность работы предприятия и возможность снижения себестоимости продукции. Основными мероприятиями, ведущими к снижению себестоимости являются: интенсификация производственных процессов, повышение коэффициента использования оборудования, рост выпуска цемента, повышение его качества (марки), снижение расхода топлива и электроэнергии, механизация производственных процессов и всех вспомогательных работ, автоматизация управления производственными процессами и некоторые другие.
Мощность цементных заводов устанавливают в зависимости от сырьевой базы и потребности района в цементе. На новых заводах она равна обычно 1-2 млн. т цемента в год. Характерным показателем производительности труда на цементных заводах является выпуск цемента на одного рабочего в год, который в 1963 г. составил 915 т. Выработка на одного работающего была 7-62 т. На заводах, оснащенных высокопроизводительным оборудованием, выработка цемента достигла соответственно 2000 и 1600 т.
На цементных заводах, а также на заводах по производству других вяжущих материалов приходится перемещать от одного аппарата к другому большие массы кускового порошкообразного и жидкого материала. Для транспортирования их применяют ковшовые элеваторы, шнеки, ленточные, пластинчатые и скребковые транспортеры, транспортные желоба, насосы, краны с грейферами. Для транспортирования порошкообразных материалов широко используют пневмовантовые и камерные насосы, а также пневмотранспортные желоба.
Транспортирование шлама имеет ряд особенностей, так как он представляет собой сметанообразную текучую массу, содержащую 32-45% воды. Чтобы уменьшить расход топлива на обжиг, стремятся снизить влажность шлама, а чтобы улучшить его транспортабельность, необходимо увеличить содержание воды. По условиям транспортабельности шлам должен течь по желобу, имеющему уклон в 2-4 %. Чем пластичнее сырьевые материалы, тем больше приходится добавлять воды для получения шлама нужной текучести. Обычно шлам транспортируется центробежными насосами.
На заводы сырьевые материалы доставляют из карьера в виде кусков размерами до 1000-1200 мм. Иногда сырьевые отделения расположены непосредственно на карьерах, откуда шлам поступает на заводы. Так, на Балаклейском цементном заводе отделение болтушек размещено на карьере. Сырьевые материалы в виде мела и глины поступают в дробилки, а затем в болтушки. Полученный глиняно-меловой шлам нормальной влажности перекачивается по шламопроводам на завод.
При выпуске цемента обычных марок сырьевые материалы и клинкер размалываются до остатка на сите №008 порядка 8-10%. Для получения цемента более высоких марок материалы размалываю тоньше - до остатка на том же сите около 5% и даже меньше. Измельчать сырьевые материалы до получения тонкого порошка в одном аппарате невозможно. Поэтому сначала материал подвергают в дробилках двyx - тpex стадийному дроблению до величины кусков, не превышающей 8-20 мм, а затем измельчают в мельницах в гонкий порошок с размерами зерен не более 0,06-0,10 мм, глину поступающую из карьера в кусках размером до 500 ММ, измельчают в валковых дробилках до кусков не больше 100 мм, а затем отмучивают в болтушках до получения глиняного шлама с влажностью 60-70%. Этот шлам и подают в сырьевую мельницу.
Удельный расход сырья зависит от его химического состава и зольности топлива и составляет 1,5-2,4 т на 1 т клинкера. Расход электроэнергии на 1 т выпускаемого цемента составляет 80-100 квт/ч.
Этапы и способы производства цемента
В строительстве очень часто используется цемент. Его применяют как непосредственную составляющую растворов и смесей, а также для производства различных строительных материалов. Бетоны железобетонные изделия (ЖБИ) и не только они просто не существовали бы без цемента. Ведь для производства бетона и ЖБИ нужны именно цемент, щебень и песок. Также цемент необходим для ряда других строительных материалов. Ну а кто же не видел, как на цементный раствор укладывают кирпич. Кирпич и цемент вообще неразрывно связаны, потому что сегодня без одного материала невозможно представить другой.
Производство цемента – достаточно сложный процесс. Делится он на две ступени: первая - получение клинкера, вторая - доведение клинкера до порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок. К тому же есть три способа производства цемента, в основе которых лежат различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный. Производство мокрым способом используют при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Влажность глины при этом не должна превышать 20%, а влажность мела - 29%. Мокрым этот способ производства назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии - шлама влажностью 30 - 50%. Далее шлам поступает в печь для обжига. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и является цементом. Сухой способ заключается в том, что сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются. И сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка. Комбинированный способ, как уже следует из названия, предполагает использование и сухого и мокрого способа. Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают на фильтрах до влажности 16 - 18% и отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы. Второй вариант приготовления является прямо противоположным первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а затем, добавляя 10 -14% воды, гранулируют и подают на обжиг. Каждый способ требует отдельного специального оборудования, а также строго определенную последовательность операций.
Цемент различных видов может при твердении развивать различную прочность, характеризуемую маркой. Выпускают цементы преимущественно марок 200, 300, 400, 500 и 600 (по показателям испытания в пластичных растворах). Очень широко применяется цемент марки М500 Д0. Цемент М500 Д0 (ПЦ 500-Д0) применяется при производстве ответственных бетонных и железобетонных конструкций в промышленном строительстве, где предъявляются высокие требования к водостойкости, морозостойкости, долговечности. Цемент М500 Д0 эффективен при проведении аварийных ремонтных и восстановительных работ ввиду высокой начальной прочности бетона.
Адреса цементных заводов практически всегда совпадают с месторождениями цементного сырья. Поскольку, как вы понимаете, первый этап работ по производству следует проводить непосредственно на месторождении. А строить два цементных завода по разным адресам экономически не выгодно. В странах СНГ существует достаточно много цементных заводов. Это и ПРУП «Белорусский цементный завод» и Магнитогорский цементный завод и другие предприятия. Например, только в России насчитывается больше пятидесяти крупных предприятий по производству цемента. Естественно на таких крупных предприятиях как ПРУП «Белорусский цементный завод» и Магнитогорский цементный завод существуют бункеры для хранения цемента, потому что цемент в своем первоначальном виде является абсолютно незащищенным от атмосферных явлений и поэтому долго хранить его вне специальных помещений просто невозможно. Кстати бункеры для цемента используют и на крупных строительных площадках.
Продаваться цемент может как в фасованном виде, так и навалом. Навал – это когда цемент не рассыпается по мешкам, а грузится непосредственно на транспорт и доставляется на стройку. И тот и другой способ доставки имеет право на существование. Обычно расфасованный цемент поставляется в магазины, на места строек или индивидуальным заказчикам, в то время как навалом цемент поставляется на предприятия по производству строительных материалов из цемента, в места крупных строек, в общем в те места, где можно быстро израсходовать большие количества цемента.
Технология производства цемента
Цемент принадлежит к важным и необходимым строительным материалам. Цемент не встречается в чистом природном состоянии, его необходимо производить. Несмотря на то, что это процесс дорогостоящий и энергоемкий, он полностью себя оправдывает. Цемент используют самостоятельно, а также в качестве составляющего компонента других строительных материалов (бетона и железобетона и др.). Преимущественно на месте добычи сырьевых материалов, из которых производится цемент, находятся цементные заводы.
Процесс изготовления цемента составляет две части. В результате первой получают клинкер. Во второй части клинкер доводят до порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок.
Первая степень изготовления цемента является самой дорогостоящей (около 70% себестоимости цемента). На первой стадии добывают сырьевые материалы. Известняковые месторождения разрабатываются преимущественно через снос. Это происходит таким образом: часть горы «сносят вниз», и открывают слой желтовато-зеленого известняка, который используется для производства цемента. Глубина слоя составляет, как правило, 10 метров (до этой глубины он встречается четыре раза), толщина - 0,7 метров. После этого материал измельчают на транспортере до кусков меньше или равных 10 сантиметров в диаметре.
Затем известняк подсушивают, измельчают и смешивают с другими компонентами. На следующем этапе всю эту сырьевую смесь обжигают и на выходе получается клинкер.
На второй стадии изготовления цемента также выделяют нескольких важных этапов: дробление клинкера, просушивание минеральных добавок, измельчение гипсового камня, помол клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками.
Следует заметить, что сырьевой материал бывает разным, а также часто отличаются физико-технические характеристики сырья (особенно прочность и влажность). Именно поэтому каждый вид сырья имеет свой способ производства. Кроме того, такой индивидуальный подход обеспечивает однородный помол, а также полное перемешивание компонентов.
В современной цементной промышленности наиболее часто используют три основных способа производства, которые различаются технологическими приемами подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный.
Наиболее часто используют мокрый способ производства при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент), железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Этот способ назван мокрым потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии - шлама влажностью 30 - 50%. Однако при мокром способе влажность глины не должна превышать 20%, а влажность мела - 29%. После этого шлам обжигают в печи, диаметр которой достигает 7 м, а длина - 200 м. Из сырья при обжиге выделяются углекислоты. Затем шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок. Именно этот порошок является цементом.
При сухом способе сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются и сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка. Когда используют сухой и мокрый способ это и есть комбинированный способ. Он имеет две разновидности. Первая состоит в том, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, затем её обезвоживают на фильтрах до влажности 16 - 18%. После этого ее отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы. Суть второй разновидности является в том, что вначале используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а потом, добавляя 10 -14% воды, гранулируют. Гранулы имеют размер 10 - 15 мм, затем подают их на обжиг.
Важно заметить, что при каждом способе используется определенный вид оборудования, а также строго определенная последовательность операций.
После всего этого цемент фасуется в бумажные мешки, весом по 50 килограмм. Затем цемент отправляют в места назначения по железнодорожной дороге или доставляют автомобильным транспортом.
Цемент является важным материалом, без которого не обходится ни одно строительство, что свидетельствует о его высоких эксплуатационных характеристиках.
Какими бы шагами не шагал прогресс в различных отраслях производства и технологий, в строительстве лидирующие позиции стабильно принадлежат хорошо всем известному цементу. И хотя производство цемента – процесс трудоемкий, энергоемкий и затратный, окупаемость цементных заводов очень высокая.
С целью сокращения расходов данные предприятия, как правило, ставятся там же, где добывается сырье.
Основные способы производства цемента
Основой производства цемента является обожженная масса, именуемая «клинкер». Состав клинкера может быть разнообразным, поэтому о нем мы поговорим позже.
Весь технологический процесс производства цемента можно разделить на два основных этапа:
- получение клинкера – наиболее затратный и трудоемкий процесс;
- дробление клинкера до получения порошкообразной массы.
Само изготовление клинкера делится еще на четыре этапа:
- сырье, из чего будет готовиться клинкер, добывается и доставляется к месту переработки;
- сырье измельчается;
- подготавливается сырьевая смесь в нужных пропорциях;
- готовая смесь обжигается под воздействием высоких температур.
1.1 Способы получения цемента подразделяются на три основных группы:
- мокрый;
- сухой;
- комбинированный.
Выбор одного из них зависит от тепловой мощности предприятия и качества сырья.
1.2 Мокрый способ
Главное достоинство такого способа заключается в том, что, из чего бы ни делался клинкер, на сколько бы неоднородное сырье не бралось изначально, мокрый способ позволяет точно подобрать нужный состав шлама.
Шлам, в данном случае, представляет собой жидковатую киселеобразную массу с содержанием до 40% воды. Его состав корректируют в специальных бассейнах, а затем обжигают во вращающихся печах при температуре выше 1000ºC .
Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии, однако позволяет изготавливать цемент высшего качества, благодаря отсутствию влияния неоднородности шлама на конечный продукт.
2 Сухой способ
Сухой способ требует, чтобы любое сырье обрабатывалось без использования воды. В данном случае глину, известняк и прочие компоненты дробят, затем перемалывают до состояния пыли и смешивают с помощью подачи воздуха в закрытых боксах.
При изготовлении цемента сухим способом, в печи на обжиг попадает уже готовое сырье, не имеющее, к тому же, водяных испарений. Следовательно, после термической обработки, мы получаем готовый цемент, не требующий дробления.
Сухой способ значительно уменьшает затраты времени, тепловой энергии и других ресурсах. Он очень выгоден и эффективен при высокой однородности шлама.
2.1 Комбинированный
В основу производства может быть положен мокрый способ и дополнен сухим, или сухой, дополненный мокрым.
В тех случаях, когда в основе лежит мокрый способ, сырье после смешивания обезвоживают специальными сушилками с фильтрами и отправляют в печь почти сухим. Это позволяет уменьшить затраты тепловой энергии, так как значительно уменьшает испарение в процессе обжига. Если в основе производства клинкера лежит сухой способ, готовую смесь гранулируют с добавлением воды.
В обоих случаях клинкер попадает в печь с влажностью от 10 до 18%.
2.2 Бесклинкерный способ производства
Кроме перечисленных выше традиционных способов, производство цемента может происходить бесклинкерным способом. В данном случае сырье представляет собой доменный или гидравлический шлак, который соединяют с дополнительными компонентами и активаторами. На выходе получается шлако-щелочная смесь, которую дробят и перетирают до нужной консистенции.
Бесклинкерная технология производства цемента обладает следующими положительными качествами:
- конечный продукт устойчив к любым условиям окружающей среды;
- значительно сокращаются затраты тепловой энергии и прочие энергозатраты;
- отходы металлургической промышленности используются как сырье для качественного производства цемента, что положительно влияет на чистоту окружающей среды;
- дает возможность производить конечный продукт с различными свойствами и в разных цветах без изменения способа производства.
2.3 Производство цемента (видео)
2.4 Оборудование для производства цемента
Поскольку весь процесс производства делится на этапы, которые по своей сути сильно отличаются друг от друга, то и оборудование для получения цемента требуется разнопрофильное. Его можно разделить на следующие подгруппы:
- техника для добычи и транспортировки сырья;
- для дробления и складирования ;
- печи для обжига;
- станки для измельчения и смешивания клинкера;
- станки для фасовки готового цемента.
Поскольку производство цемента производится разными способами, и сырье используется разное, оборудование на заводах так же может быть разным.
В последнее время большой популярностью пользуются частные мини заводы по производству цемента. Иногда его даже изготавливают в домашних условиях, но об этом мы поговорим позже.
Все дело в том, что оборудование для таких заводов стоит не очень дорого, устанавливаться они могут на относительно небольших площадях, а окупают себя поразительно быстро.
К тому же сборка, разборка и транспортировка производственной линии не вызывает трудностей. Поэтому устанавливать частный завод можно на любом неперспективном сырьевом месторождении, а, выработав его, перевозить в другое место. Такой вариант освободит производителя от задачи транспортировать сырье, что позволит значительно экономить.
2.5 Из чего состоит производственная линия?
- Шнековые дробилки. Предназначены для грубого дробления и измельчения сырья.
- Молотковые дробилки.
- Грохоты или вибрационное сито. Нужно для просеивания дробленого материала.
- Устройство подачи материала на первый этап.
- Транспортеры. Выполняют функцию подачи сырья к следующему этапу.
- Машина для сортировки.
- Молотильная и молотильно-дозировочная машины.
- Мельница с жерновами.
- Станок для смешивания шлама.
- Вращающаяся барабанная печь.
- Сушильная установка.
- Холодильная установка.
- Мельница для клинкера.
- Ковшевой элеватор с подающими шнеками.
- Весовое и упаковывающее оборудование.
3 Изготовление качественного цемента в домашних условиях
В некоторых случаях, когда нужно делать бетонную стяжку, а за цементом ехать далеко, народные умельцы берутся изготавливать цемент в домашних условиях. Отметим сразу, что процесс изготовления цемента в домашних условиях – процесс очень трудоемкий и требует серьезного оборудования и навыков.
Не надейтесь, что качественный продукт получится у вас с первого раза. До получения настоящего цемента вам придется испортить не один десяток килограммов материала.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Введение
Глава 1. Технологические операции по подготовке сырья
1.1 Сырьевые материалы для производства цемента
1.1.1 Карбонатные породы
1.1.2 Глинистые породы
1.1.3 Корректирующие добавки
1.2 Основные технологические операции получения сырья
1.2.2 Дробление
1.2.6 Тепловая обработка сырья
Глава 2. Технология производства портландцемента
2.1 Вещественный состав портландцемента
2.2 Технологическая схема производства портландцемента сухим способом
2.3 Особые виды портландцемента
Список литературы
Приложение
Введение
Слово "цемент" относится к собирательным понятиям -- он объединяет различные виды вяжущих материалов, полученных путем обжига некоторых горных пород и подвергнутых измельчению. Вяжущими их назвали за способность соединять (связывать) в единое целое как отдельные частицы мелких наполнителей, так и более крупные фрагменты.
В распоряжении древних прорабов пирамид, мавзолеев и прочих циклопических построек были только строительный гипс да воздушная известь, получаемые в результате обжигания гипсового камня и известняка. На протяжении нескольких тысячелетий бетоны и растворы на их основе были единственно известными вяжущими материалами (не считая глины), а кизяк да птичьи яйца -- первыми модифицирующими добавками. Огромный купол «Всем-богам-храма» (древнего римского Пантеона: 43 метра в пролете); растянувшаяся на 5000 км самая большая ограда в мире -- Великая Китайская стена; бетонная галерея легендарного лабиринта в древнем Египте; массивные культовые сооружения индусов -- все эти строительные шедевры создавались путем использования «прабабушек» и «прадедушек» современных цементов. Шло время, и уже другие вяжущие материалы, получаемые искусственным путем и способные при затворении (замешивании) водой превращаться в пластичную массу, отвердевая при этом не только на воздухе, но и в водной стихии, были созданы пытливыми умами человечества.
Цемент не является природным материалом. Его изготовление - процесс дорогостоящий и энергоемкий, однако результат стоит того - на выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона). Цементные заводы, как правило, находятся сразу же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента.
В России же производство портландцемента было расширено лишь в конце XIX в. Над его созданием и совершенствованием много работал А.Р. Шуляченко, которого называют “отцом русского цементного производства”. Его заслуга состоит в том, что высококачественные отечественные портландцементы вытеснили цементы иностранного производства. В России первый завод по производству портландцемента был построен в 1856 г., а к началу 1-й Мировой войны уже работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн. т цемента в год.
Глава 1. Технологические операции по подготовке сырья
1.1 Сырьевые материалы для производства цемента
1.1.1 Карбонатные породы
Они широко распространены в природе, что способствует развитию на их основе производства цемента. Из карбонатных пород используют известняк, мел, известняк-ракушечник, мрамор, известковый туф, мергели и др. Все эти породы содержат в основном углекислый кальцит CaCO 3 . Известняки состоят из кристаллов кальцита различных размеров. Мел представляет собой рыхлую, слабо сцементированную породу с землистым илом. Качество карбонатного сырья зависит от его структуры, количества примесей, равномерности их распределения в массе сырья. Для производства цемента пригодны карбонатные породы при содержании 40-43,5 % CaО и 3,2-3,7 % MgO. Желательно, чтобы содержание Na 2 O и К 2 О в сумме не превышало 1 %, а SO 3 - 1,5-1,7 %. Более благоприятны породы с постоянным химическим составом и однородной мелкокристаллической структурой. полезны примеси тонкодисперсных глин и аморфного кремнезема при равномерном их распределении в карбонатной породе. Особым видом карбонатного сырья является мергель - переходная горная порода от известняков к глинам. Мергель представляет собой природную тонкодисперсную смесь осадочного происхождения глинисто-песчаных пород(20-50%) и углекислый кальция (50-80 %). В зависимости от содержания CaCO 3 мергели подразделяются на песчаные, глинистые и известковые. Наиболее ценное сырье - известковый мергель, содержащий 75-80 % CaCO 3 и 20-25 % глины. По химическому составу он близок к портландцементной сырьевой смеси. Такой состав сырья существенно упрощает технологию производства. Мергели, в которых содержание CaCO 3 соответствует составу портландцементной сырьевой смеси, называют натуральной. От качества сырья зависят температура обжига, производительность печей и свойства конечного продукта. Чем выше плотность известняков, тем труднее идет процесс обжига. Свойства сырья влияют на выбор обжигового агрегата.
1.1.2 Глинистые породы
Глинистое сырье (глины, глинистый мергель, глинистый сланец, лесс и др.) необходимо для производства портландцемента. Глины имеют различный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Минералогический состав глин представлен преимущественно водными алюмосиликатами и кварцем, химический состав глин характеризуется наличием трех оксидов, %: SiO 2 -60-80, Al 2 O 3 -5-20, Fe 2 O 3 - 3-15.
1.1.3 Корректирующие добавки
При особо благоприятном химическом составе сырьевых материалов портландцементная смесь требуемого состава может быть приготовлена только из двух компонентов - карбонатного и глинистого. Но в большинстве слуае6в получить заданную сырьевую смесь из двух компонентов почти не удается, поэтому применяют третий и даже четвертый компоненты - корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси. В качестве железосодержащей добавки обычно используют пиритные огарки с сернокислотных заводов, реже - колошниковую пыль доменных печей. В качестве глиноземистой добавки применяют богатые глиноземом маложелезистые глины, бокситы. Кремнеземистой добавкой служат кварцевые пески, опоки, трепел. Содержание оксидов в корректирующих добавках должно быть, % : для железистых Fe 2 O 3 - не менее 40 ; для кремнеземистых SiO 2 - не менее 70; для глиноземистых Al 2 O 3 - не менее 30. Наиболее широко используются железистые добавки. Бокситы также являются корректирующей добавкой при получении портландцементного клинкера. Боксит представляет собой гидроксид алюминия с примесями Fe 2 O 3, SiO 2, CaО, MgO и TiO 2 .
1.1.4 Активные минеральные добавки
К ним относятся природные или искусственные минеральные вещества, которые сами по себе вяжущими свойствами не обладают, но, будучи смешанными в тонкомолотом виде с известью, образуют при затворении водой тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой, а при смешивании с портландцементом повышают его водостойкость и антикоррозионные свойства. Введение активных минеральных добавок несколько снижает себестоимость цемента.
1.1.5 Техногенные продукты других отраслей промышленности
Наиболее широкое применение цементной промышленности нашли доменные и электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки и золы, нефелиновый (белитовый) шлам, гипсосодержащие отходы. Использование шлаков на цементных заводах способствует решению проблемы обеспечения их сырьем на амортизационный срок. Нефелиновый (белитовый) шлам - отход комплексной переработки апатито-нефелиновых пород в глинозем, соду, поташ. Поскольку шлам прошел частичную термическую обработку, он состоит в основном из двухкальциевого силиката - минерала, входящего в состав портландцементного клинкера и способного к гидравлическому твердению. Гранулированные шлаки и нефелиновый шлам близки по составу портландцементной сырьевой шихте, поэтому могут использоваться не только как активные минеральные добавки, но и как компоненты портландцементной сырьевой смеси. Так как эти материалы уже прошли тепловую обработку, не содержат СаСО 3 и включают ряд минералов, близких по составу минералам цементного клинкера, то обжиг шихт с наличием в их составе нефелинового шлама и шлака требует меньшего расхода топлива. Например, при использовании нефелинового шлама производительность вращающихся печей повышается примерно на 25 %, снижаются удельные расходы топлива на обжиг клинкера, электроэнергии и мелющих тел (приблизительно на 20 %). Но молотые шлаки и нефелиновый шлам вызывают загустение сырьевых цементных шламов. Повышенное содержание щелочей в нефелиновом шламе может снизить качество цемента.
Рис.1. Сырье для производства портландцемента
1. 2 Основные технологические процессы получения сырья
1.2.1 Добыча и транспортировка сырья
Операции по добыче и транспортировке сырья - важнейшие технологические переделы производства. При производстве портландцемента доля затрат на добычу сырья составляет около 10 % общих расходов. В каждом отдельном случае способ добычи сырья должен быть тщательно обоснован, так как от этого зависят затраты и на последующие технологические операции. Выбору способа добычи предшествует анализ химического состава сырья. Добыча сырья производится открытым способом непосредственно с поверхности земли. Слой горной породы обычно закрыт слоем пустой породы, поэтому в комплекс горнодобывающих работ входит ее удаление - вскрышные работы. Конечная стоимость сырья в значительной степени зависит от затрат на вскрышные работы. Их осуществляют бульдозерами, экскаваторами и тд. Твердые и плотные горные породы (известняк) разрабатывают, как правило, взрывом. Буровзрывные работы обеспечивают как отделение породы от массива, так и дробление негабаритных кусков. Особенность таких работ на карьерах заводов цемента - относительно небольшие объемы ежедневной добычи и ограниченный допустимый размер кусков взорванной породы. Чаще применяют буровые машины ударно-канатного или вращательного бурения. Рыхлые и мягкие породы (мел, глина и др.) добывают без предварительной подготовки прямой экскавации одно- или многоковшовыми (роторными) экскаваторами, которые выполняют сразу две операции: отделение породы от пласта и погрузку готового сырья.
Для доставки сырья на завод обычно используют железнодорожный и автомобильный транспорт, воздушно-канатные дороги, ленточные конвейеры, гидротранспорт. Железнодорожный транспорт наиболее эффективно использовать в неглубоких карьерах с объемом перевозок сырья свыше 2 млн. т/год при дальности транспортирования более 8 км. Преимущества данного вида транспорта: высокая производительность, надежность работы в любых условиях, низкий расход электроэнергии, большой срок службы подвижного состава; недостатки: высокие капитальные затраты на устройство железнодорожного пути и эксплуатационные расходы на его содержание и ремонт. Автомобильный транспорт целесообразно применять для транспортирования материалов при сложном рельефе поверхности, малых объемах перевозок и дальности транспортирования до 8 км. Мягкие, рыхлые и мелкокусковые породы доставляют на завод при расстоянии 1-6 км в благоприятных климатических условиях ленточными конвейерами. На цементных заводах с невысокой производительностью, расположенных в сильно пересеченной местности, а также на равнине при пересечении технологических путей от горных цехов автомобильными дорогами, железнодорожными путями и др. используют воздушно-канатные дороги. К их достоинствам относят независимость от рельефа местности, возможность полной автоматизации производственных процессов, малую трудоемкость обслуживания; к недостаткам - невысокую производительность и большие капитальные затраты.
1.2.2 Дробление
Дробление - это процесс механического измельчения твердых тел. Цель дробления - уменьшения размера кусков сырья до такой степени, при которой последующий помол осуществляется с наименьшими затратами электроэнергии. Измельчение материалов производят следующими способами: раздавливанием, раскалыванием, ударом, изломом, истиранием. Для дробления материалов применяют щековые, конусные, валковые и молотковые дробилки.
Выбор схемы дробления и типа дробильного оборудования зависит от свойств исходного сырья, мягкие породы (мел, глина) дробят по одноступенчатой схеме в валковых дробилках до кусков размеров 200 мм. В них материал измельчают способом раздавливания между валками, вращающимися навстречу друг другу. При разных скоростях вращения валков имеет место и истирание материала. В зависимости от свойств исходного материала применяют гладкие, рифленые и зубчатые валки. Твердые породы (известняк, мрамор) дробят по двухступенчатой схеме (рис.2):
1. На щековых дробилках до кусков размером 75- 200 мм. В таких дробилках используют способы раздавливания, раскалывания и частичного истирания материала. Преимущества дробилки данного типа являются простота, надежность, а также возможность переработки достаточно влажных материалов.
2. На молотковых дробилках до кусков размером 8 - 10 мм. На данной дробилке измельчение производят ударом и частично истиранием.
1.2.3 Тонкое измельчение материалов (помол)
Основным агрегатом для тонкого измельчения и помола портландцементных сырьевых смесей является шаровая трубная мельница, отличающаяся простотой конструкции, надежностью и удобством эксплуатации, обеспечивающая высокую степень измельчения. Чтобы предохранить барабан и днище мельницы от преждевременного износа, их футеруют продольными и торцевыми стальными или чугунными плитами. Измельчение материала в шаровой мельнице осуществляется ударами свободно падающих мелющих тел.
Существенный недостаток шаровых мельниц - низкая интенсивность движения мелющих тел. Так же при сухом помоле измельчаемый материал нагревается до температуры 100 - 200 0 С, что ведет к повышению износа бронефутеровки, мелющих тел, а также может вызвать термическое разложение измельчаемых материалов. Для успешной работы мельниц сухого помола необходимо осуществлять вентиляцию мельничного пространства (аспирацию). Скорость воздушного потока обеспечивается вентилятором, просасывающим воздух через мельницу и последующие очистные устройства. Холодный воздух, поступающий в мельницу, охлаждает футеровку корпуса, мелющие тела и измельчаемый материал. Проходя через мельницу, он увлекает мельчайшие частицы, предотвращая их налипание на мелющие тела. Благодаря аспирации производительность мельницы повышается на 20-25%, уменьшается пылевыделение, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. Диспергирование (понижение прочности на начальных стадиях) цементного клинкера осуществляется за счет применения интенсификаторов помола.
1.2.4 Мельницы самоизмельчения
Перспективное направление в развитии техники измельчения сырья -- применение каскадных мельниц, в которых помол материалов осуществляется без использования мелющих тел -- по принципу самоизмельчения. Мельница (рис. 3) представляет собой короткий полый вращающийся барабан большого диаметра, закрытый с двух сторон торцевыми стенками с полыми цапфами. Внутренняя полость барабана футерована бронеплитами с лопастями-подъемниками. Материал поступает в мельницу через цапфу 1, отбрасывается при вращении барабана к периферии на лопасти, поднимается последними и вновь падает вниз, ударяясь по пути о куски поступающего в мельницу материала и повторно о лопасти. Оптимальная степень заполнения таких мельниц материалом составляет 20...25 %. Помол в мельнице происходит за счет ударов материала о лопасти и соударения размалываемых кусков. Для усиления размалывающего действия в мельницу может быть загружено небольшое количество стальных шаров (5...6 % от внутреннего объема мельницы).
Рис. 3. Мельница сухого самоизмельчения « Аэрофол »: 1 - загрузочная цапфа; 2 - поперечные била; 3 - зубчатые выступы; 4 - разгрузочный патрубок
Эффективность процесса самоизмельчения определяется максимальной крупностью кусков исходного материала, а также соотношением крупных и мелких фракций. Оптимальная крупность подаваемого в мельницу материала зависит от ее диаметра и частоты вращения. Куски известняка, подаваемого в мельницу диаметром 7 м, должны иметь размер 350 - 450, мела - 500 - 800мм. Основные преимущества мельниц самоизмельчения состоят в простоте конструкции и обслуживания, низкой скорости вращения рабочих органов, малых удельных затратах электроэнергии на измельчение, отсутствие мелющих тел, совмещение процессов дробления и помола в одном аппарате, высокой производительности (до 500 т/ч). Мельницы самоизмельчения предназначены для сухого размола (мельница «Аэрофол»). Создание такого агрегата позволило перерабатывать сырье влажностью 20 - 22 % по сухому способу. Большой диаметр загрузочных цапф позволяет пропускать значительный объем горячих газов, поэтому можно использовать газы относительно невысокой температуры (отходящие газы вращающихся печей).
1.2.5 Переработка, транспортирование и хранение порошков
Свойства порошкообразных материалов
Порошкообразные материалы - энергонасыщенные системы, способные к саморегулированию своих свойств и взаимодействию с внешней средой. Их активность проявляется в аутогезии и адгезии. Аутогезия - это связь между соприкасающимися частицами, которая препятствует их разъединению; адгезия характеризует взаимодействие частиц с поверхностью твердых макроскопических тел (стенок трубопроводов, силосов- емкости из нержавеющей стали для хранения, и перегрузки сыпучих материалов и т.д.). Аутогезионные свойства в значительной мере обуславливает поведение порошкообразных материалов при их переработке. Аутогезионное взаимодействие порошков влечет за собой ряд осложнений в ходе технологических процессов. Усложняется выгрузка силосов (цемента, сырьевых смесей и др.) вследствие сводообразования и зависания материала на стенках. Пылеулавливающее оборудование забивается пылью, поэтому приходится усложнять его конструкцию, повышать расход энергии на очистку. Образование агломератов затрудняет получение однородной смеси при перемешивании порошков.
Транспортирование порошков
Для перемещения сухих сыпучих материалов применяют различные типы транспортных систем: механический - винтовые конвейеры и элеваторы и пневматический - пневмокамерные и пневмовинтовые насосы, аэрожелоба. Механические транспортные системы целесообразно использовать для перемещения небольшого объема материалов на незначительные расстояния. Но сложность конструкции и обилие движущихся агрегатов осложняют работу механических транспортных систем, снижают коэффициент их использования.
В настоящее время транспортирование порошков в пределах завода осуществляют в основном пневматическим способом при помощи винтовых и камерных насосов. Основные преимущества этого способа - возможность перемещения на большие расстояния, отсутствие пыли, простота и надежность эксплуатации. Аэрационный желоб (рис. 4) разделен по высоте на две части специальной воздухонепроницаемой перегородкой. Нижний лоток служит воздуховодом, куда нагнетается сжатый воздух, а в верхний оток (транспортный) поступает порошок, насыщенный воздухом. Аэрожелоба просты по конструкции, монтажу и эксплуатации; износоустойчивы; исключают потери от распыления и обеспечивают нормальные условия работы обслуживающего персонала. Но они применимы лишь для дальности транспортирования до 40 м.
Рис. 4. Аэрационный желоб:
1 - вентилятор; 2 - загрузочный бункер; 3 - матерчатый фильтр; 4 - верхний лоток; 5 - пористая перегородка; 6 - нижний лоток
Гомогенизация и хранение порошкообразных материалов. Для получения однородных порошков с высокой подвижностью необходимо препятствовать образованию аутогезионных контактов и разрушать их в случае возникновения. Гомогенизация портландцементных сырьевых смесей осуществляется перемешиванием. Чем выше интенсивность перемешивания, тем меньше его длительность, меньше размеры агрегатов и больше их производительность. Перемешивание сухой шихты организовано в силосах с пневматическим перемешиванием. Предпочтительны силосы с плоским основанием, так как в них воздух распределяется более равномерно. Размеры силоса зависят от способа гомогенизации, мощности цеха, а также особенностей технологического процесса.
Сжатый воздух, подаваемый в силосы через воздухопроницаемое днище, насыщает материал и переводит его в псевдотекучее состоянии. Днище выкладывают специальными коробами, состоящими из металлического корпуса и пористой аэроплитки. Аэроплитки изготавливают из керамики, металлокерамических сплавов, текстиля и др. Проходя тонкими струями через поры в плитках, воздух попадает внутрь силоса, при движении вверх увлекает за собой частички муки. Место поднятого струей воздуха материала занимает неарированная шихта, находящаяся рядом с этой зоной. Таким образом, весь порошок, находящийся в силосе, приходит в движение и перемешивается. При перемешивании порошков в силосе расходуется много сжатого воздуха и, следовательно, электроэнергии. Недостаток силосов такого типа - недостаточная степень гомогенизации при больших количествах смеси, значительная потребность в объемах сжатого воздуха.
Более эффективным и экономичным является применение двухъярусных силосов. Исходные сырьевые смеси различного состава поступают в несколько силосов верхнего яруса, а затем после уточнения состава перемешиваются в заданном соотношении в более крупных силосах нижнего яруса. Двухъярусное расположение силосов позволяет не только сократить производственные площади и расходы на строительство, но и использовать эффект гравитационного перемешивания. Когда материал выгружают из силоса верхнего яруса в силос нижнего яруса, скорость его перемещения выше в центре силоса и постепенно уменьшается в направлении к периферии, что заставляет горизонтальные слои материала разного уровня перемещаться к центру, где они одновременно извлекаются.
Аутогезионные свойства порошков особенно наглядно проявляются при хранении в силосах. Этому способствует давление вышележащих слоев материала на нижележащие и наличие в воздухе паров воды. Для ослабления аутогезионного взаимодействия порошков рекомендуется воздух, подаваемый для их перемешивания, предварительно подогревать до температуры, превышающей температуру порошка на 15-20 0 С. Это позволяет предотвратить адсорбцию влаги материалом.
Разгружают силосы пневматическим способом при помощи разгрузочных устройств, расположенных сбоку или под днищем силоса, 15-20 %которого выкладывают аэроплитками. Под них подают обезвоженный воздух под давлением. Проходя через поры в аэроплитках, воздух разрыхляет порошок и дает ему возможность стекать под уклон к разгрузочным механизмам.
1.2.6 Тепловая обработка сырья в производстве портландцемента
Физико-химические основы обжига портландцементного клинкера. Образованию портландцементного клинкера предшествует ряд физико-химических процессов, в результате которых клинкер приобретает сложные минералогический состав и микрокристаллическую структуру. Эти процессы протекают в определенных температурныхграницах -- технологических зонах печи. В основном обжиговом агрегате -- вращающейся печи -- при мокром способе производства цемента по ходу движения материала выделяют зоны: I - испарения,II--подогрева и дегидратации, III-- декарбонизации, IV-- экзотермических реакций, V-- спекания, VI-- охлаждения. При сухом способе производства - эта зона отсутствует. Подготовительные зоны I - II занимают 50...60 % длины печи, зона декарбонизации -- 20...25, зона экзотермических реакций -- 7...10, зона спекания -- 10...15 и зона охлаждения -- 2...4 % длины печи. На рис. 5 показано распределение температур материла и газового потока по зонам вращающейся печи.
Рис. 5. Распределение температуры материала и газового потока по зонам вращающейся печи: 1 - материал; 2 - газовый поток; I-VI - зоны печи
В зоне подогрева при температуре 200...650 °С выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента. Обезвоживание и распад на оксиды водных алюмосиликатов кальция приводит к образованию ряда промежуточных соединений, заметно влияющих в дальнейшем на скорость связывания СаО.
В зоне декарбонизации при температуре 900... 1200 0 С происходит диссоциация карбонатов кальция и магния с образованием свободных СаО и МgО. Одновременно продолжается распад глинистых минералов.В зоне экзотермических реакций при температуре 1200 - 1300 0 С завершается процесс твердофазового спекания материала. В результате образуются минералы 3CaO*Al 2 O 3 ; 4CaO*Al 2 O 3 *Fe 2 O 3 и 2CaO*SiO 2 . Однако в смеси остается некоторое количество свободной извести, необходимое для насыщения двухкальциевого силиката до трехкальциевого (алита).
В зоне спекания при температуре 1300 - 1450 0 С происходит частичное плавление материала, начинающееся в поверхностных слоях зерен, а затем постепенно распространяющееся к их центру. Время полного усвоения оксида кальция и образования алита в зоне спекания составляет 20 - 30 минут.
В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1100 - 1000 0 С. Часть жидкой фазы при этом кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть затвердевает в виде стекла. Границы зон во вращающейся печи достаточны условны и нестабильны. Меняя режим работы печи, можно смещать границы и протяженность зон и тем самым регулировать процесс обжига.
Аппараты для тепловой обработки. Они работают по принципу как противотока, так и прямотока. С точки зрения расходы теплоты прямоток выгоднее, чем противоток, так как в последнем случае выше температура отходящего материала и больше потери теплоты. Тем не менее, чаще применяют противоток, что связано с большей разностью температуры теплоносителя и материала в таких аппаратах и соответственно большей скоростью теплообмена, что позволяет сократить длительность обжига. Тепловыми агрегатами в производстве клинкера являются вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан, который состоит из обечаек (открытый цилиндрический или конический элемент конструкции), соединенных сваркой или клепками, и имеет внутреннюю футеровку из огнеупорного материала (рис. 6). Профиль печей может быть как строго цилиндрическим, так и сложным с расширенными зонами. Расширение определенной зоны производят для увеличения продолжительности пребывания в ней обжигаемого материала. Печь, установленная под углом 3 - 4 0 к горизонту, вращается с частотой 0,5 - 1,5 мин -1 . Вращающиеся печи в основном работают по принципу противотока. Сырье поступает в печь с верхнего (холодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливно-воздушная смесь, сгорающая на протяжении 20 - 30 м длины печи. Горячие газы, перемещаясь со скоростью 2 - 13 м/с навстречу материалу, нагревают последний до требуемой температуры. Длительность пребывания материала в печи зависит от ее частоты вращения и угла наклона, составляя, например, в печи размером 5Ч 185 м, 2 - 4 часа. Занятое материалом сечение во вращающихся печах составляет лишь 7 - 15 % объема, что является следствием высокого термического сопротивления движущегося слоя и объясняется как малой теплопроводностью частиц обжигаемого материала, так и слабым перемешиванием их в слое.
Рис. 6. Вращающаяся печь размером 5Ч185 м:
1 - дымосос; 2 - питатель для подачи шлама; 3 - барабан; 4 - привод; 5 - вентилятор с форсункой для вдувания топлива; 6 - колосниковый охладитель.
сухой портландцемент сырье добавка
Факел пламени и горячие газы нагревают как поверхностный слой материала, так и футеровку печи. Футеровка, в свою очередь, отдает получаемую теплоту материалу лучеиспусканием, а также путем непосредственного контакта. При каждом обороте печи в процессе соприкосновения с газовым потоком температура поверхности футеровки повышается, а при контакте с материалом понижается. Таким образом, материал воспринимает теплоту лишь в двух случаях: либо когда соприкасается с нагретой поверхностью футеровки, либо когда находится на поверхности слоя. Производительность вращающейся печи зависит от объема внутренней части, утла наклона печи к горизонту и частоты вращения, температуры и скорости движения газов, качества сырья и ряда других факторов.
Важное преимущество вращающихся печей -- их технологическая универсальность, обусловленная возможностью использовать сырьевые материалы различных видов.
Теплообменные устройства
Эффективное использование теплоты во вращающихся печах возможно только при установке системы внутрипечных и запечных теплообменных устройств. Внутрипечные теплообменные устройства имеют развитую поверхность, которая либо всё время покрыта материалом, непосредственно соприкасающимся с газами, либо работает как регенератор, воспринимаю теплоту от газов и передавая ее материалу. Эти устройства увеличивают поверхность теплообмена между газами и материалами также потому, что, уменьшая скорость движения материала, повышают коэффициент заполнения печи. В результате установки внутрипечных теплообменных устройств кроме основной задачи - снижения расходов теплоты - можно решить и ряд других задач: интенсифицировать процесс перемешивания, снизить пылевынос. Это позволяет улучшить работу печи и повысить её производительность.
В России для обжига сухих сырьевых смесей в основном используют печи с циклонными теплообменниками. В основу их конструкции положен принцип теплообмена между отходящими газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии (рис. 7).
Рис. 7. Схема циклонных теплообменников к вращающейся печи:
1 - дымовая труба; 2 - циклонные теплообменники; 3 - винтовой питатель; 4 - скребковый конвейер; 5 - расходный бункер сырьевой муки; 6 - ковшовый элеватор; 7 - течка; 8 - переходная головка; 9 - вращающаяся печь; 10 - пылеуловители; 11 - дымосос.
Уменьшение размера частиц обжигаемого материала, значительное увеличение его поверхности и максимальное использование этой поверхности для контакта с теплоносителем интенсифицируют теплообмен. Сырьевая мука в системе циклонных теплообменников движется навстречу отходящих из вращающейся печи газов температурой 900 - 1100 0 С. Средняя скорость движения газов в газоходах составляет 15 - 20 м/с, что значительно выше скорости движения частиц сырьевой муки. Поэтому поступающая в газоход между верхними I и II ступенями циклонов сырьевая мука увлекается потоком газов в циклонный теплообменник I ступени. Поскольку диаметр циклона намного больше диаметра газохода, скорость газового потока резко снижается, и частицы выпадают из него. Осевший в циклоне материал через затвор - мигалку поступает в газоход, соединяющий II и III ступени, а из него выносится газами в циклон II ступени. В дальнейшем материал движется в газоходах и циклонах III и IV ступеней. Таким образом, сырьевая мука опускается вниз, проходя последовательно циклоны и газоходы всех ступеней, начиная относительно холодной (I) и кончая горячей (IV). При этом процесс теплообмена на 80 % осуществляется в газоходах и только 20 % приходится на долю циклонов.
Время пребывания сырьевой муки в циклонных теплообменниках не превышает 25...30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреться до температуры 700...800°С, но полностью дегидратируется и на 25...35 % декарбонизируется.
Недостатки печей этого типа -- высокий расход электроэнергии и относительно низкая стойкость футеровки. Кроме того, они чувствительны к изменению режима работы печи и колебаниям состава сырья. После прохождения циклонных теплообменников сырьевая мука температурой 720 - 750°С поступает в декарбонизатор - аппарат для удаления из воды свободной угольной кислоты путём продувания этой воды воздухом (рис. 8). Частицы сырьевой муки и растленное топливо диспергируются и перемешиваются. Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, передается частицам сырьевой муки, которые нагреваются до 920 - 970°С. Материал в системе циклонный теплообменник -- декарбонизатор находится лишь 70 - 75 с и за это время декарбонизируется на 85 - 95%. Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м 3 внутреннего объема печи в 2,5 - 3 раза. Кроме того, в декарбонизаторе можно сжигать низкокачественноетопливо и бытовые отходы. Размеры установки невелики, и она может использоваться не только при строительстве новых заводов, но и при модернизации действующих печей. Эксплуатируемые в России печи с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами размером 4,5 х 80 м имеют производительность 3000 т/сутки при удельном расходе теплоты 3,46 МДж/кг клинкера.
Рис. 8. Вращающаяся печь с циклонным теплообменником и декарбонизатором:
1 - дымосос; 2 - электрофильтр; 3 - циклонный теплообменник; 4 - декарбонизатор;5 - вращающаяся печь 4,5 Ч 80 м; 6 - установка контроля температуры корпуса; 7 - колосниковый холодильник; 8 - установка для олаждения и увлажнения отходящих печных газов.
Футеровка печи
Для защиты корпуса от воздействия высокой температуры печи изнутри футеруют огнеупорными материалами, выполняющими одновременно роль изоляции, предотвращающей чрезмерные потери теплоты в окружающую среду. Футеровка должна иметь определенные свойства: химическую устойчивость к обжигаемому материалу, огнеупорность, термостойкость, теплопроводность, механическую прочность, сопротивление истиранию, упругость. Так как футеровки различных зон печи работают а неодинаковых температурных условиях, то их выкладывают из различных огнеупоров. В особо тяжелых условиях находится футеровка зоны спекания - наиболее высокотемпературной зоны вращающейся печи. Наиболее совершенный вид огнеупора для такой зоны является периклазохромитовые кирпичи с пониженным содержанием хромита. Средняя стойкость в цементной промышленности данной футеровки составляет около 230 суток.
Срок службы футеровки увеличивают рядом технологических приемов: строгое соблюдение режима обжига клинкера; равномерное питание сыреем и топливом; постоянство химического состава, тонкости помола и влажности сырья; постоянство состава, влажности и тонкости помола твердого топлива. Эти факторы обеспечивают стабильность режима работы печи, уменьшают колебания температуры в футеровке и деформации корпуса.
Главное условие надежной эксплуатации футеровки - создание и сохранение защитного слоя обмазки на её рабочей поверхности. Клинкерный расплав взаимодействует с материалом футеровки, налипает на неё, образуя слой обмазки толщиной до 200 мм. Процесс образования обмазки и её свойства зависят от температуры плавления, количества и состава жидкой фазы и режима работы печи. Обмазка предохраняет футеровку от разрушения, снижая температуру поверхности кирпича и уменьшая возникающие в нем напряжения, защищает кирпич от колебаний температуры внутри печи, а также от химического и механического воздействия обжигаемого материала.
Интенсификация процессов обжига
Печные агрегаты - самое энергоемкое оборудование. В производстве цемента на их долю приходится около 80 % затрат тепловой и электрической энергии. Добиваясь снижения этих затрат, конструкции печей непрерывно совершенствуют, изыскиваю пути интенсификации процессов обжига. Проблема интенсификации работы вращающихся печей включает в основном две задачи: изыскание наиболее рациональных приемов снижения удельного расхода теплоты на обжиг клинкера и повышение тепловой мощности печи. На производительность печи влияет целый ряд факторов. Во- первых, факторы, которые приводят к изменению удельного расхода теплоты на обжиг клинкера: состав и структура сырья, его влажность и реакционная способность и др. Во-вторых, производительность печи повышается, если увеличивается поверхность соприкосновения газов с материалом, возрастает скорость движения газового потока, сжигание топлива производится с минимальным избытком воздуха. Все мероприятия, способствующие увеличению полезно используемой теплоты сгорания топлива, ускоряет процесс клинкерообразования. К ним относятся установка внутрипечных и запечных теплообменных устройств, снижение влажности шлама за счет обезвоживания в концентраторах или путем введения разжижителей шлама и др.
Тепловая мощность печи - важнейшая конструктивная характеристика, определяющая её производительность. Увеличение количества сжигаемого топлива в том же объеме топочного пространства - один из путей повышения производительности печи. Эффективным средством интенсификации процесса и производительности печи является повышение температуры нагреваемого материала.
Эффективное средство интенсификации процесса обжига - сжигание части топлива в зоне декарбонизации непосредственно в слое материала. Снизить удельный расход теплоты на обжиг клинкера можно введением в сырьевую смесь минерализаторов. Они позволяют ускорить твердофазовые реакции, снизить температуру появления жидкой фазы и улучшить ее свойства, повысить качество продукции. Важный резерв интенсификации процесса обжига - утилизация пыли, улавлиемой из отходящих газов. Тонкодисперсная, частично прокаленная пыль близка по составу сырьевой смеси. Возврат пыли в печь способствует росту производительности агрегата, сокращению расхода сырья, топлива, электроэнергии. Расход топлива можно снизить путем совершенствования технологической схемы, конструктивных решений декарбонизаторов, холодильников и вспомогательного оборудования.
Охлаждение обожженных материалов
Выходящий из вращающейся печи материал имеет температуру около 1000 0 С. Возвращение в печь теплоты материала может существенно снизить расход топлива. Это достигается охлаждением материала воздухом, подаваемым затем в печь для горения топлива. Режим охлаждения влияет как на дальнейший технологический процесс, так и на свойства готового продукта. Размол горячих материалов приводит к снижению производительности мельниц и росту удельного расхода энергии. Особенно чувствителен к охлаждению портландцементный клинкер. Быстроохлажденные клинкера легче размалываются и в определенной мере повышают качество цемента. Поэтому необходимо, чтобы процесс охлаждения клинкера был наиболее полным и протекал быстро, особенно в начальной стадии. Чем полнее охлаждение клинкера, тем меньше потери теплоты.
Широко распространены три типа охладителей: барабанные, рекуператорные и колосниковые. При производстве портландцементного клинкера в современных вращающихся печах используют колосниковые переталкивающие охладители(Рис. 9). Горизонтальная решетка с подвижными колосниками приводится в действие от кривошипного механизма. Форма колосников такова, что при движении вперед клинкер ссыпается на следующий ряд колосников; при движении в обратном направлении он скользит по колосникам. Ввиду того что одни колосники движутся, а другие нет, осуществляется постоянное перемешивание клинкера. Камера охладителя разделена на две части. Клинкер с обреза вращающейся печи в горловине охладителя подвергают воздействию «острого дутья» (10...12 кПа), которое обеспечивает равномерное распределение клинкера по ширине колосников и быстрое начальное его охлаждение. Этот горячий воздух температурой 450 0 С засасывается в печь, где используется для горения топлива в качестве вторичного воздуха. Во вторую часть подрешеточного пространства охладителя также поступает холодный воздух, который подвергается за счет частичного уже охлажденного клинкера и может быть использован для сушки сырья. На разгрузочном конце охладителя устанавливают молотковую дробилку, предназначенную для дробления крупных кусков клинкера («свара»).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 9. Схема колосникового охладителя клинкера типа « Волга»:
1 - вращающаяся печь; 2 - приемная шахта; 3 - колосниковая решетка; 4 - привод; 5 - окно для сброса избытка отработанного воздуха в атмосферу; 6 - грохот; 7 - молотковая дробилка; 8 - скребковый конвейер; 9 - окна для общего дутья; 10 - вентилятор общего дутья; 11 - вентилятор острого дутья.
Поскольку в колосниковом охладителе воздух просасывается через слой материала, значительно увеличивается поверхность теплообмена и интенсифицируется процесс охлаждения. Скорость охлаждения регулируют изменением скорости движения решетки, толщины слоя материала и количества воздуха.
Преимущества колосниковых охладителей - высокие скорость и степень охлаждения (до 40 - 60 0 С), хороший КПД, малый удельный расход электроэнергии (9 - 11 МДж/т клинкера). Основной недостаток - невыгодный с точки зрения рекуперации принцип теплообмена, так как воздух движется не противотоком к материалу, а перпендикулярно ему. Большое количество теплоты теряется при выбросе избыточного воздуха в атмосферу. К недостаткам колосниковых охладителей также относятся сложность эксплуатации и ремонт, меньшая надежность работы, большие капиталовложения.
Глава 2. Технология производства портландцемента
2.1 Вещественный состав портландцемента
Портландцементом ГОСТ 10178-76 называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе и представляющее собой продукт тонкого помола клинкера, получаемого в результате обжига до спекания искусственной сырьевой смеси, состав которой обеспечивает преобладающее содержание в клинкере силикатов кальция (70-80 %).
Обычный силикатный цемент, или портландцемент, получаемый совместным тонким измельчением клинкера и гипса, представляет собой зеленовато-серый порошок, который при смешивании с водой затвердевает на воздухе (или в воде) в камнеподобную массу. Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования сроков схватывания. Он замедляет начало схватывания и повышает прочность цементного камня в ранние сроки. Наряду с обычным портландцементом (без добавок), обозначаемым индексом ПЦ Д0, выпускают два вида портландцемента с минеральными добавками, обозначаемые индексами ПЦ Д5 и ПЦ Д20. В первый допускается вводить дополнительно до 5 % активных минеральных добавок, а во второй свыше 5, но не более 10 % добавок осадочного происхождения (трепел, опока), или до 20 % добавок вулканического происхождения, глиежей, гранулированных доменных и электротермофосфорных шлаков. Соотношение клинкера, гипса и добавок характеризует вещественный состав портландцемента. Качество клинкера зависит от химического и минералогического состава. Химический состав характеризуется содержанием различных оксидов, а минералогический - количественным соотношением минералов, образующихся в процессе обжига. Портландцементный клинкер состоит в основном из, % по массе: СаО-64...67; SiO 2 - 21...25; А1 2 0 3 - 4...8; Fе 2 0 3 -- 2...4. Кроме того, в составе клинкера могут присутствовать MgO, ТiO 2 , щелочи и др.
Важнейшие оксиды, входящие в состав клинкера (СаО, SiO 2 , А1 2 0 3 и Fе 2 0 3), взаимодействуют в процессе обжига, образуя клинкерные минералы. Портландцементный клинкер состоит из ряда кристаллических фаз, отличающихся друг от друга химическим составом. Основные минералы клинкера:
алит - 3СаО * SiO 2 (сокращенная запись С 3 S);
белит -- 2СаО * SiO 2 (С 2 S);
трехкальциевый алюминат 3 СаО * А1 2 0 3 (C 3 А);
алюмоферриты кальция переменного состава от 8 СаО
* 3 А1 2 0 3 * Fе 2 О 3 до 2СаО * Fе 2 0 3 (С 8 A 3 F...C2F).
Минералогический состав клинкера влияет на технологию производства портландцемента и его свойства. Знание минералогического состава клинкера позволяет прогнозировать свойства портландцемента: скорость набора прочности при различных условиях твердения, стойкость в пресных и минерализованных водах, тепловыделение при твердении и др. Это дает в соответствии с видом сооружения и условиями его эксплуатации подбирать нужный цемент.
Алит - важнейший материал клинкера, основной носитель его вяжущих свойств. Он обусловливает возможность быстрого твердения цемента и достижения им высокой прочности.
Белит взаимодействует с водой значительно медленнее алита и в начальные сроки твердения обладает низкой прочностью. Но со временем белит набирает прочность и не уступает алиту по прочностным показателям.
Трехкальциевый алюминат быстро гидратируется, активно участвует в процессах схватывания, но вклад егов конечную прочность цементного камня сравнительно невелик. При увеличении содержания алюмоферритов кальция цементы твердеют медленно, но достигают высокой прочности. Регулирование минералогического состава обеспечивает получение цементов с заданными свойствами.
2.2 Технологическая схема производства портландцемента сухим способом
Цементное производство в укрупненном виде состоит из следующих основных переделов:
· Добыча, первичное измельчение сырья в карьерах и доставка его на площадку цементного завода, складирование;
· измельчение и усреднение (гомогенизация) измельченной смеси, подготовка её к обжигу;
· теплохимическая обработка сырья с получением клинкера -- исходного материала для переработки в цемент, охлаждение клинкера;
· помол клинкера с добавками на цемент (количество и состав добавок зависят от химического и минералогического состава исходного сырья и клинкера, требуемого сорта цемента);
· подача цемента на склад, хранение, упаковка и отгрузка.
Для производства цемента применяют мокрый, сухой и комбинированный способы.
Сухой способ производства. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом показана на рис. 10.
Рис. 10. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом
Измельчение материалов в мельницах может производиться при влажности сырья не более 1 %. В природе сырья с такой влажностью практически нет, поэтому обязательная операция сухого способа производства -- сушка. Желательно совмещать процесс сушки с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу производства. В шаровой (трубной) мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка -- сырьевой муки.
Возрастающие требования к экономии расхода топлива вынуждают перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. С другой стороны такие материалы характеризуются пониженной плотностью и соответственно прочностью. Предварительное измельчение таких материалов целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения «Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырьё влажностью до 25%. Однако полностью высушиться сырьё при этом не успевает, и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой массы должна производиться её досушка.
Сырьевая мука подается в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Далее готовая шихта поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками. Полученный клинкер охлаждают в охладителе и подают на склад, где создается его запас, обеспечивающий бесперебойную работу завода. Вместе с тем выдерживание клинкера на складе повышает качество цемента. На складе также хранят гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1%, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минеральных добавок в шаровых (трубных) мельницах обеспечивает получение цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают цемент либо навалом(в автомобильных и железнодорожных цементовозах, специализированных судах), либо в таре - многослойных бумажных мешках.
Основное преимущество сухого способа производства - снижение расходов топлива. Также при сухом способе на 35 - 40% уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важное достоинство сухого способа производства и более высокий съем клинкера с 1 м 3 печного агрегата. Еще немаловажным фактором является то, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.
В мировой цементной промышленности сухой способ производства занял ведущее место. В настоящее время доля сухого способа занимает в Японии, Германии и Испании 100 %, в других развитых странах - 70 - 95%. В России доля сухого способа производства всего 13%.
В приложении 1 изображена схема размещения оборудования технологической линии по производству цемента сухим способом производительностью 3000 т/сут. За исходное сырье приняты известняк и глина. Известняк проходит двухстадийное дробление в щековых, а затем в молотковых дробилках. Глина измельчается в валковых дробилках и сушится в сушильных барабанах. Каждый компонент сырьевой шихты, поступающий со склада, направляется в бункера 1, снабженные затворами и весовыми дозаторами 2, и далее к конвейерам 3, доставляющим их в загрузочную воронку мельницы 4.
В отделении для помола сырья установлены две сырьевые мельницы 4 размером 4,2Ч10 мм. При влажности шихты, не превышающей 8% , мельница работает с подводом сушильного горячего газа от запечных теплообменников. При большей влажности сырья устанавливают топочное устройство, из которого в мельницу дополнительно подают горячий газ.
Каждая мельница работает по схеме пневматической разгрузки с воздушно-проходным сепаратором 5. Крупка, отделенная сепаратором, возвращается в мельницу на домол, готовый продукт через циклоны 14, аэрожелобы и расходомер поступает в силосы 13 сухой сырьевой муки, оборудованные системой смесительной аэрации. Из силосов 13 сырьевая мука по аэрожелобам 15 и затем пневматическими подъемниками направляется в циклонный теплообменник (10, 11), где нагревается газами, выходящими из печи, до 700... 750°С и частично (до 20%) декарбонизуется, после чего поступает во вращающуюся печь 12.
Подобные документы
Характеристика сырьевых материалов для производства цемента. Технологические операции подготовки и получения сырья, оборудование для его измельчения. Вещественный состав и особые виды портландцемента. Технологическая схема его производства сухим способом.
курсовая работа , добавлен 16.02.2011
Характеристика портландцемента 4/А. Описание основной технологической схемы производства пуццоланового портландцемента сухим способом. Расчет сырьевой смеси и материального баланса. Изделия и конструкции, изготовленные с использованием портландцемента.
курсовая работа , добавлен 17.02.2013
Схема производства портландцемента "сухим способом". Грунтовые компоненты, входящие в состав битумов и их характеристики. Щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси и асфальтобетон: характеристика, применение. Дегтебетон: состав, свойства, применение.
контрольная работа , добавлен 05.04.2014
Разработка месторождения цементного сырья открытым способом. Технология дробления известняка. Первичная обработка глины. Обжиг цементного клинкера по мокрому способу в печи. Принцип работы холодильника. Модернизация шаровой мельницы для помола цемента.
реферат , добавлен 07.12.2014
Проект цеха для производства трехслойных панелей наружных стен. Технологическая схема производства стеновых панелей поточно-конвейерным способом. Виды сырья, используемое для изготовления железобетонных изделий. Входной контроль качества цемента.
курсовая работа , добавлен 09.10.2012
Виды сырья для глиноземистого цемента, бокситы и чистые известняки. Химический состав, внешние параметры, марки, физико-механические показатели глиноземистого цемента. Способы производства цемента: метод плавления сырьевой шихты и обжиг до спекания.
реферат , добавлен 09.02.2010
Описание производства известково-зольного цемента. Режим работы цеха, расчет грузопотоков. Подбор основного технологического и транспортного оборудования. Контроль сырья и производства продукции. Сырье для производства известково-зольного цемента.
курсовая работа , добавлен 04.04.2015
Общая характеристика, структура и особенности организации технологического процесса производства цемента. Анализ динамики трудозатрат технологического процесса производства цемента. Оценка уровня развития технологий техпроцесса изготовления цемента.
контрольная работа , добавлен 30.03.2010
Развитие производства цемента в России. Портландцемент как гидравлическое вяжущее вещество. Выбор способа производства и описание технологического процесса. Способы контроля. Практический расчет экономической эффективности производства портландцемента.
курсовая работа , добавлен 06.06.2015
Характеристика свойств песка, щебня и цемента - составляющих материалов бетона. Описание технологического процесса изготовления железобетонных конструкций конвейерным способом. Испытание прочности плит методами упругого отскока и пластических деформаций.
