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.

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.

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:

1. состав и свойства сырьевых материалов (однородность, влажность, гранулируемость, твердость, размачиваемость и др.), факторы, которые влияют на выбор способа приготовления однородной по составу шихты, обеспечивающей получение клинкера надлежащего качества; следует учесть, что в настоящее время высококачественный клинкер можно получить как мокрым, так и сухим способом;
2. расходы топлива и энергии, в значительной части обусловливаемые отмеченными выше свойствами сырьевых материалов и в меньшей степени принятым технологическим процессом;
3. капитальные и эксплуатационные затраты, величина которых в основном также определяется принятым технологическим процессом;
4. надежность работы оборудования, позволяющая применить автоматизацию и трудоемкость обслуживания, ремонта и т.п.

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:

• клинкер - 99,99 %;
• гипс - 9,0 %.
• диатомит - 0 %
• 4. Состав сырьевой смеси:
• известняк Чернореченского месторождения;
• глинистый сланец Искитимского месторождения;
• 5. Естественная влажность сырьевых материалов:
• известняк - 3,0%;
• глина - 25,0 %;
• гипс - 9,0 %.
• диатомит - 10,0%
• 6. Вид топлива - Кузнецкий уголь с Q=26500 кДж/кг(м3)
• 7. Производственные потери:
• сырьевых материалов - 2 %;
• клинкера - 0.3 %;
• добавок (каждой) - 1 %;
• цемента - 0.5 %.

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.

Производство портландцемента осуществляется преимущественно мокрым или сухим способами в зависимости от приготовления сырьевой смеси.

Сырье для производства портландцемента должно содержать 75…78% СaCO3 и 22…25% глинистого вещества. В качестве сырья для производства портландцемента применяют известняки с высоким содержанием углекислого кальция (мел, мергели, плотный известняк) и глинистые породы (глины, глинистые сланцы), содержащие SiO2, Al2O3 и Fe2O3. В среднем на 1 т цемента расходуется около 1,5 т минерального сырья; примерное соотношение между карбонатным и глинистым составляющими сырьевой смеси 3:1 (то есть берется около 75% известняка и 25% глины).

Горные породы, удовлетворяющие указанным требованиям, в природе встречаются редко. Поэтому для производства портландцемента кроме известняков и глин применяют так называемые корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси.

Так, недостаточное количество SiO2 компенсируется введением высококремнеземистых веществ (опоки, диатомита, трепела). Увеличить содержание оксидов железа(Fe2O3) можно путем введения колчеданных огарков или руды. Повышение содержания глинозема Аl2О3 достигается добавлением высокоглиноземистых глин. Введенные в сырьевую смесь добавки корректируют химический состав сырьевой массы, регулируют температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера.

Для производства портландцемента все шире используют побочные продукты промышленности. Весьма ценным сырьем являются доменные шлаки, содержащие необходимые для получения клинкера составные части (СаО, Si02, Аl2Оз, Fе2Oз). Нефелиновый шлам, получающийся при производстве глинозема, содержит 25 - 30% Si02 и 50 - 55% СаО; достаточно к нему добавить 15 - 20% известняка, чтобы получить сырьевую смесь. Использование нефелинового шлама повышает производительность печей примерно на 20% и снижает расход топлива на 20 - 25%.

Основной и наиболее эффективный вид топлива - природный газ, отличающийся высокой теплотворной способностью. Сокращается применение мазута и твердого топлива, приготовляемого в специальных установках для сушки и помола угля (антрацита, каменного угля). Теплотворная способность твердого топлива ниже, чем газообразного; углевоздушные смеси подвержены взрывам; зольность углей 10 - 20%, и зола, попадая в обжигаемую сырьевую смесь, искажает расчетный минеральный состав клинкера. Стоимость топлива составляет до 25% себестоимости готового цемента, поэтому на цементных заводах много внимания уделяется его экономии.

Подготовка сырья.

Производство портландцемента - сложный технологический и энергоемкий процесс, включающий:

1) добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов, известняка и глины;

2) приготовление сырьевой смеси;

3) обжиг сырьевой смеси до спекания - получение клинкера;

4) помол клинкера с добавкой гипса - получение портландцемента;

5) магазинирование готового продукта.

Обеспечению заданного состава и качества клинкера подчинены все технологические операции. Приготовление сырьевой смеси состоит в тонком измельчании и смешении взятых в установленном соотношении компонентов, что обеспечивает полноту прохождения химических реакций между ними и однородность клинкера. Приготовление сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбинированным способами.

При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся печах; при сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде. В последнее время все шире начинает применяться комбинированный способ приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.

Каждый из способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов и быстро достигается однородность смеси, но расход топлива на обжиг смеси в 1,5…2 раза больше, чем при сухом способе. Развитие сухого способа длительное время ограничивалось вследствие низкого качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике помола и гомогенизации сухих смесей обеспечили качество портландцемента.

В настоящее время получает всемирное развитие сухой способ производства цемента с печами, оборудованными циклонными теплообменниками и реакторами-декарбонизаторами (рисунок-1). Производительность технологической линии с печью 4,5×80 м, циклонными теплообменниками и реактором-декарбонизатором составляет 3000 т клинкера в сутки.

При этом способе производства цемента расход топлива снижается на 30…40% по сравнению с мокрым, а металлоемкость печных агрегатов - в 2,5…3 раза. Намечается также освоение технологии и строительство цементных заводов с реактором-декарбонизатором с печами 5× ×100 м производительностью 5000 т клинкера в сутки.

◊ Сухой способ

Производство цемента по сухому способу экономичнее, чем по мокрому: отсутствует процесс образования шлама; можно совместить отдельные звенья технологической схемы в одном агрегате - мельницы самоизмельчения «Аэрофол», усреднительные склады, мельницы помола сырьевых материалов с подсушкой и др.

При сухом способе (рисунок-1) поступающие на завод сырьевые материалы в виде мергеля, известняка и глины подвергают дроблению в дробилках типа С-776 до зерен крупностью 2,5 мм (глинистый материал дробят в агрегатах с одновременной его сушкой). Приготовленный дробленый сырьевой материал ленточными транспортерами подают на склад сырья, где сырьевые компоненты усредняют (с помощью усреднительных машин) до установленного норматива по химическому составу и подают далее в бункера мельниц.

Рисунок-1. Технологическая схема производства цемента по сухому способу:

1-экскаватор; 2-самоходная дробилка; 3-роторная машина; 4-кран-перегружатель; 5-вагоно-опрокидыватель;6-приемные бункера сырья;7-дозирующее и транспортирующее устройство; 8-мельница предварительного измельчения «Аэрофол»;9-сепаратор;10-трубная мельница;11-топка; 12-циклон; 13-мельничный вентилятор; 14-кондиционер; 15-электрофильтр;16-аспирационный вентилятор; 17-дымовая труба; 18-механизм уборки пыли; 19-пневмокамерные насосы;20-корректирующие силосы; 21-расходные силосы; 22-расходный бункер постоянного уровня; 23-дозатор по массе; 24-пневмоподъемник; 25-рукавный фильтр; 26-циклонные теплообменники; 27-вращающаяся печь; 28-колосниковый холодильник; 29-вентилятор острого дутья; 30-вентилятор двойного подсоса;31-вентилятор общего дутья; 32-дробилка клинкера; 33-конвейер клинкера; 34-силосы; 35-регулировочный шибер; 36-дымосос; 37-вентилятор; 38-дозатор по массе; 39-конвейер; 40-трубная мельница; 41-элеватор; 42-сепаратор; 43-рукавный фильтр; 44-вагон -цементовоз;45-автоцементовоз; 46-весы; 47-цементный силос

Из последних сырьевые компоненты вместе с добавками через дозаторы по массе поступают в приемные устройства помольных агрегатов, где их измельчают до требуемой тонины, подсушивают за счет тепла отходящих газов из вращающихся печей и подвергают сепарации.
Измельченный в мельнице материал выгружают потоком газов через циклоны-разгружатели с помощью мельничного вентилятора. Далее мука поступает в коррекционные силосы, где она гомогенизируется и перегружается в расходные силосы.

Из силосов сырьевую смесь подают пневмоподъемниками в загрузочное устройство, оснащенное дозаторами по массе, и далее в циклонные теплообменники вращающейся печи. В теплообменниках сырьевая смесь нагревается встречными горячими газами вращающейся печи до температуры 750…800°С и частично декарбонизуется, после чего поступает в печь на обжиг.

Обжиг клинкера при сухом способе производства осуществляется во вращающихся печах с циклонными теплообменниками, состоящими обычно из четырех последовательно соединенных циклонов, через которые направляются отходящие из печи газы; навстречу газам сверху вниз через циклоны поступает сухая измельченная сырьевая шихта; за 25…30 с она нагревается до 750…800°С и декарбонизуется на 30…40%. Такая современная печь имеет производительность 3000 т/с при удельном расходе тепла 3,2…3,4 МДж/кг клинкера.

Техническим прогрессом является введение в систему циклонных теплообменников дополнительной диссоциационной ступени реактора-декарбонизатора (рис. 2), в котором сжигается до 60% топлива, предназначенного для обжига клинкера. В реакторе-декарбонизаторе происходит на 85…90% разложение карбоната кальция, а остальные 10…15% процесса диссоциации приходятся на долю вращающейся печи.

Рисунок-2. Новое в технологии цементного производства:

а)-печь с циклонными теплообменниками; б)-печь с циклонными теплообменниками и реактором -декарбонизатором; 1-печь; 2-циклонные теплообменники;3-реактор-декарбонизатор; 4-холодильник.

Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м3 внутреннего объема печи в 2,5…3 раза, повысить производительность печей до 6000… 10000 т/сут, снизить удельный расход теплоты до 3,0…3,1 МДж/кг клинкера. Размеры установки невелики, и она может использоваться не только при строительстве новых заводов, но и при модернизации действующих печей с циклонными теплообменниками.

Таким образом, наиболее теплонапряженная стадия процесса обжига цементного клинкера - декарбонизация - выносится за пределы печи, в которой происходит только спекание клинкера, и она оказывается термически ненагруженной. Это дает возможность существенно повысить производительность печей при том же удельном расходе тепла на обжиг. Клинкер охлаждается до 60…80°С в колосниковом холодильнике и далее подается на измельчение в сепараторную мельницу.

Цемент транспортируют в силосы, из которых он идет на отгрузку навалом или через упаковочную машину в таре потребителю.
Известны вращающиеся печи полусухого способа производства, в них печь соединена с конвейерной решеткой, на которой через слой гранулированной сырьевой шихты дважды просасываются горячие печные газы; в результате в загрузочный конец печи поступает подогретая и частично декарбонизированная сырьевая шихта.

Расход тепла в этой печи размерами 4×60 м - около 3,5 МДж при производительности 42 т/ч. При комбинированном способе сырьевые материалы, подготовленные по мокрому способу, и шлам, имеющий влажность около 40%, обезвоживаются на фильтрах до влажности 16…18%. Из полученного «сухаря» приготовляют гранулы и обжигают их по схеме сухого способа.

Мокрый способ производства портландцемента

◊ Мокрый способ

По мокрому способу (рис. 3) сырьевые материалы, доставляемые из карьера на завод в кусках, подвергают предварительному измельчению (до крупности не более 5 мм). Твердые породы дробят в дробилках, а более мягкие (глина, мел) измельчают перемешиванием с водой в глиноболтушках. Болтушка представляет собой круглый железобетонный резервуар диаметром 5…10 м и высотой 2,5…3,5 м, футерованный чугунными плитами.

Рисунок-3. Технологическая схема производства портландцемента по мокрому способу:

1 - подача известняка из карьера; 2 - дробилка для известняка;3 - подача глины из карьера;4 - подача воды; 5 - бассейн для размешивания глины;6 - сырьевая мельница; 7-шлам-бассейны;8 - вращающаяся печь;9 - холодильник;10 - подача топлива; 11 - склад гипса;12 - элеватор для подачи гипса из дробилки в бункер;13 - склад клинкера;14 - шаровая мельница;15 - силосы для цемента;16 - упаковка цемента

Вокруг вертикальной оси в болтушке вращается крестовина с подвешенными в ней на цепях стальными граблями для измельчения кусков глины. Полученный в глиноболтушке шлам с влажностью около 45% выпускается через отверстие с сеткой и переначинается в трубную (шаровую) мельницу, куда непрерывно подается дробленый известняк.

Рисунок-4. Шаровая многокамерная мельница:

1,10-торцовое днище; 2-подшипник; 3-загрузочная воронка; 4-пустотелая цапфа; 5-межкамерные перегородки; 6-корпус; 7-крышка; 8-диафрагменная перегородка; 9-корпус; 11-лопасти, 12-разгрузочный конус; 13-кожух; 14-сито; 15-разгрузочный патрубок; 16-разгрузочные отверстия.

Трубная мельница (рис. 4) представляет собой стальной цилиндр длиной до 15 м, диаметром до 3,2 м, вращающийся на полых цапфах, через которые мельницу с одной стороны загружают, а с другой стороны - разгружают. Внутри мельница разделена перегородками с отверстиями на три камеры. В первой и второй камерах имеются стальные или чугунные шары, а в третьей - небольшие цилиндрики. Через полую цапфу шлам поступает в первую камеру трубной мельницы.

При вращении мельницы шары под действием центробежной силы и силы трения прижимаются к стенкам, поднимаются на некоторую высоту и падают, разбивая и растирая зерна материала. Трубные мельницы являются непрерывнодействующим оборудованием. Тонкоизмельченный материал в виде сметанообразной массы - шлама - подается насосом в шлам-бассейны,представляющие собой железобетонные или стальные резервуары цилиндрической формы.

В них окончательно корректируется химический состав шлама и создается некоторый запас для бесперебойной работы печей. Из бассейнов шлам поступает в баки, а затем равномерно подается во вращающуюся печь для обжига. Вращающаяся печь (рис. 5) представляет собой длинный цилиндр из листовой стали, облицованный внутри огнеупорным материалом.

Рисунок-5. Вращающаяся печь

1-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.

Длина печей 150…185…230 м, диаметр 4…5…7 м. Барабан печи установлен с наклоном 3,5…4° и вращается вокруг своей оси с частотой 0,5…1,4 мин -1 .Вращающиеся печи работают по принципу противотока.Шлам загружается с верхней стороны печи и передвигается к нижнему концу.Топливо в виде пыли каменного угля или газа вдувается вместе с воздухом с противоположного конца печи и сгорает, создавая температуру 1500°С.

Дымовые газы удаляются со стороны поднятого конца печи.Шлам перемещаясь вдоль барабана, соприкасается с горячими газами идущими ему на встречу и постепенно нагревается. Образованию портландцементного клинкера предшествует ряд физико-химических процессов,протекающих в определенных температурных границах-технологических зонах печного агрегата -вращающейся печи.

При мокром способе производства цемента по ходу движения обжигаемого материала условно выделяют следующие зоны: I-испарения, II-подогрева и дегидратации, III-декарбонизации, IV-экзотермических реакций, V-спекания, VI-охлаждения. Рассмотрим эти процессы начиная с поступления сырьевой смеси с печь, то есть по направлению с верхнего ее конца (холодного) к нижнему (горячему).

В зоне испарения при постепенном повышении температуры с 70 до 200 °С испаряется влага а сырьевая смесь подсушивается. Подсушенный материал комкуется.Перемещаясь комья распадается на более мелкие гранулы. В печах сухого способа зона испарения отсутствует.

В зоне подогрева при постепенном нагревании сырья с 200 до 700 °С выгорают органические примеси, из глиняных минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450 …500°С) и образуется безводный каолинит Аl2Оз· Si02.Зоны испарения и подогрева при мокром способе занимают 50…60% длины печи.

В зоне декарбонизации температура обжигаемого материала повышается с 700 до 1100°С.Происходит диссоциация карбонатов кальция и магния с образованием свободных (СаО, MgO).Одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды SiO2,Al2O3,Fe2O3, которые вступают в химическое взаимодействие с CaO. В результате этих реакций происходящих в твердом образуются минералы 3CaO·Al2O3,CaO·Al2O3 и частично 2CaO·SiO2.

В зоне экзотермических реакций при температуре 1200…1300°С завершается процесс твердофазового спекания материала, образуются 3CaO·Al2O3, 4CaO·Al2O3·Fe2O3, и белит, резко уменьшается количество свободной извести, но достаточное для насыщения двухкальциевого силиката до трехкальциевого.

В зоне спекания при температурах 1300… 1450… 1300°С происходит частичное плавление материала (20…30% обжигаемой смеси). В расплав переходят все клинкерные минералы, кроме 2CaO·SiO2, все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. Алит кристаллизуется из расплава в результате растворения в нем оксида кальция и двухкальциевого силиката.

Это соединение плохо растворимо в расплаве, вследствие чего выделяется в виде мелких кристаллов, которые в дальнейшем растут. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава 3СаО·Аl2О3, 4СаО·Аl2О3·Fе2О3 и MgO (в виде периклаза), которая заканчивается в зоне охлаждения.

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000°С, здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит C3S, белит C2S, С3А, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.
Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и не являются стабильными. Меняя режим работы печи, можно смещать зоны и регулировать тем самым процесс обжига.

Образовавшийся таким образом раскаленный клинкер поступает в холодильник, где резко охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. Клинкер, выходящий из холодильника вращающихся печей с температурой около 100°С и более, поступает на склад для окончательного охлаждения и вылеживания (магазинирования), где он находится до 15 дней. Если известь содержится в клинкере в свободном виде, то в течение вылеживания она гасится влагой воздуха.

На высокомеханизированных заводах с четко организованным технологическим процессом качество клинкера оказывается настолько высоким, что отпадает необходимость его вылеживания. Помол клинкера совместно с добавками производят в трубных многокамерных мельницах.
Тонкое измельчение клинкера с гипсом и активными минеральными добавками в тонкий порошок производится преимущественно в сепараторных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу.

Эффективная работа трубной мельницы обеспечивается охлаждением мельничного пространства путем его аспирации (вентилирования). Благодаря аспирации производительность мельниц растет на 20…25%, уменьшается пылевыделение, улучшаются условия труда. Для интенсификации помола вводят добавку - сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), при этом производительность мельниц увеличивается на 20…30%.

На современных цементных заводах помол портландцемента в открытом цикле проходит по следующей технологической схеме. Клинкер, гипс и активные минеральные добавки со склада подаются в бункера и дозируются тарельчатыми питателями. После измельчения цемент поступает через цапфу мельницы в аспирационную шахту, а из нее в бункер цемента и далее на склад.

Мельничное пространство аспирируется, запыленный воздух частично очищается в аспирационной шахте, а затем в циклонах и электрофильтре, далее собирается шнеком и направляется в расходный бункер цемента. Недостатком помола в открытом цикле является трудность получения цемента с высокой удельной поверхностью (до 400…500 м2/кг).

Мельницы, работающие в замкнутом цикле, дают более однородный по размеру зерен продукт большей удельной поверхности (4000…5000 см2/г); замкнутый цикл помола включает помольный агрегат и центробежный сепаратор, определяющий крупные зерна, возвращаемые на домол в первую камеру, а тонкая фракция домалывается в третьей камере, из которой выгружается готовый цемент. В полностью замкнутом цикле материал проходит через сепаратор дважды.

В последнее время получает распространение короткая трубная мельница, обычно двухкамерная, работающая в замкнутом цикле с сепаратором.
Готовый портландцемент (с температурой 100°С и более) пневматическим транспортом направляется в силосы для охлаждения. После этого его расфасовывают по 50 кг в многослойные бумажные мешки или загружают в специально оборудованный автомобильный, железнодорожный или водный транспорт.

Новый способ производства портландцемента

Новый способ производства портландцемента состоит в том что клинкер обжигают в солевом растворе хлоридов.При этом способе основная реакционная среда в печи (силикатный расплав) заменена солевым расплавом на основе хлорида кальция. В солевом расплаве ускоряется растворение основных клинкерообразующих оксидов (CaO, SiO2, Al2O3, Fе2О3) и образование минералов (алита, белита и др.) завершается при 1100…1150°С вместо обычных 1400…1500°С, что существенно снижает энергоемкость получения цементного клинкера. Полученный клинкер наряду с алитом содержит минерал, названный алинитом.

Алинит - это высокоосновный Аl-Сl-силикат кальция, содержащий около 2,5% хлорида. Клинкер, синтезированный в солевом расплаве, размалывается в 3…4 раза легче, чем обычный. Это позволяет снизить электрозатраты на помол и увеличить производительность цементных мельниц. При этом сокращается число помольных агрегатов.

Алинитовый цемент быстрее гидратируется в начальные сроки. Технология нового цемента осваивается на цементных заводах. Сейчас глубоко изучаются коррозионная стойкость бетона на этом цементе и поведение стальной арматуры в бетоне с учетом наличия в нем хлора. Все это позволит определить рациональные области применения алинитового цемента.

Общий расход энергии на 1 т цемента 325…550 МДж, причем минимальные энергетические затраты достигаются при сухом способе с применением декарбонизатора: на помол клинкера с добавками затрачивается 125… 180 МДж.

На сегодняшний день цемент является наиболее востребованным и популярным строительным материалом, без которого невозможна ни одна стройка. Но мало кто знает технологию производства цемента , а ведь эти знания могут быть весьма полезными. Цемент — это искусственный материал, который получают в результате соединения гипса, глины, известняка и различных минеральных добавок.

В общем виде процесс создания цемента происходит следующим образом:

Первоначально происходит добыча сырья и его транспортировка на завод. Затем сырьевой материал дробят и перемалывают. После этого приготавливается сырьевая смесь. Далее идет получение клинкера (т.е. обжиг сырьевой смеси). И последним этапом является помол клинкера, добавление в него различных необходимых добавок. Однако данный процесс может происходить по различным технологиям. Рассмотрим подробнее конкретные технологии производства цемента.

При производстве цемента мокрым способом сырьем для производства клинкера является твердый известняковый и мягкий глинистый компоненты. Сперва происходит очень тщательное измельчение сырья, ведь только из мельчайших частичек можно получить по-настоящему однородный клинкер. Измельчение сырья происходит в несколько этапов, ведь зачастую исходные размеры сырьевых материалов достаточно большие, и сперва приходится пропускать большие куски через дробилки, а потом полученные мелкие кусочки пропускают через мельницы или болтушки (обязательно с большим количеством воды), это зависит от исходных материалов. Например, глинистый материал перемалывают в мельницах, а мел — в болтушках. Но, в конце концов, все исходные материалы направляются в мельницы и перемалываются вместе, это позволяет получить очень однородный состав сырьевого шлама. При этом соотношение глиняного шлама и известняка является необходимым для получения определенного клинкера. Но из-за особенностей химического состава сырья пропорции все равно получаются не очень точными, и для получения необходимого химического состава применяются специальные бассейны, в которых и происходит корректировка состава.

Шлам, приготовленный мокрым способом, является сметанообразным и имеет в своем составе 35-45% воды. Далее смесь подается в печь. Печь представляет собой длинный, до 200 метров, стальной барабан, диаметром до 7 метров, покрытый изнутри огнеупорным кирпичом. Такая громадная печь в сутки может выдавать до 3.000 тонн клинкера. Печь устанавливается под уклоном, и с верхнего холодного конца подается шлам, а с нижнего горячего конца подается топливо. Печь вращается и шлам постепенно продвигается к выходу, при этом температура становится все больше и в месте горения топлива может достигать 17.000 градусов. При такой температуре происходят химические реакции и образовывается клинкер. Одновременно с этим газы, образованные горением топлива, движутся вверх по барабану, подогревая продвигающийся материал. Из печи клинкер помещается в холодильник. После этого он поступает на помол. Крупные куски клинкера подвергаются дроблению до зерен с максимальным размером 1см, это делается для облегчения работы мельниц. В мельницах клинкер измельчается вместе с различными гидравлическими и другими добавками и гипсом. Гидравлические добавки сами по себе являются пористыми, содержание влаги в них может достигать более 30%, поэтому перед помолом происходит сушка. Одновременное измельчение в мельницах позволяет достигнуть отличной однородности, что является одним из важнейших параметров качества цемента. После мельниц цемент транспортируется на склады, где дожидается отправки потребителю.

Технология производства цемента сухим способом в принципе схоже с технологией производства мокрым способом. Главным образом рассмотрим отличия, а помол цемента, подготовка добавок, хранение цемента — все аналогично.

После дробления известняка и глины их высушивают до 1% влажности и перемалывают в сырьевую муку. Для сушки сырья используются либо сушильные барабаны (при раздельной сушке), либо специальные мельницы (при одновременной сушке), где оба компонента перемалываются и при этом сушатся. Последний способ применяется на большинстве заводов т.к. является наиболее эффективным.

Для подправки химического состава сырьевой муки при производстве цемента сухим способом используются не бассейны, а корректирующие силосы, в которых смесь перемешивается при помощи сжатого воздуха. Для первичного нагревания смеси используются специальные циклонные теплообменники (обычно в количестве 4 штук, соединенных между собой газоходами длиной до 70 метров, в которых смесь находится не более 30с и нагревается до температуры 800 градусов, при этом вся влага из нее испаряется). Затем сырьевая мука поступает в печь, где происходит окончательное образование клинкера. Из печи клинкер поступает в холодильник и далее на клинкерный склад.

Используя технологию производства цемента полусухим способом нужно знать, что приготовление сырьевой муки не отличается от сухого способа. Но особенностью является то, что дальше мука проходит грануляцию в специальных установках — грануляторах, и далее в виде гранул 1-2 см и влажностью до 16% идет на обжиг.

Обжиг гранул происходит в специальных коротких вращающихся печах с установленными кальцинаторами (кальцинатор представляет собой решетку, которая движется со скоростью до 50 м/ч), гранулы лежат на решетке и находятся под воздействием нагретого в печи газа, при этом гранулы декарбонизируются на 20-30% и нагреваются до температуры 900 градусов. После частичной декарбонизации гранулы подаются в печь, где и завершается процесс образования клинкера.

Если при производстве сырьевой муки в нее добавляются частички угля, то обжиг можно производить в шахтных печах (шахтная печь представляет собой вертикальную шахту, где топливо подается с нижнего конца, а сырьевые гранулы подаются сверху). В таком случае частички угля внутри сырья сгорают, что вызывает дополнительный нагрев гранул. Выгрузка полученного клинкера производится внизу шахты, после чего он отправляется на склад.

Производство цемента комбинированным способом

Особенностью данной технологии производства цемента является то, что подготовка материала для обжига производится по мокрому способу, а непосредственно обжиг проходит по схеме полусухого производства.
Шлам, имеющий влажность 35-45%, пройдя корректировку химического состава, подается в барабанный или дисковый вакуумфильтр, в котором происходит процесс обезвоживания. Влажность смеси при этом падает до 20%. Далее в полученную смесь добавляется пыль, которую улавливают фильтры печи, это предотвращает слипание материала и снижает влажность примерно до 14%. Обжиг производится в печах, применяемых при полусухом способе производства цемента. Все остальные производственные операции аналогичны операциям производства цемента мокрым способом.

При мокром способе производства цемента значительно возрастает расход тепла, однако присутствие воды в мельницах облегчает измельчение материалов. При природной влажности исходного сырья более 10% наиболее целесообразным видится использовать мокрую технологию производства цемента.

Также мокрый способ наиболее оптимален, если для создания цемента применяется два мягких материала, ведь измельчить их можно банально размешав в воде. Сухой способ применяется, когда влажность сырья не превышает 10%. Если исходный материал довольно пластичный — предпочтение можно отдать полусухой технологии производства цемента, ведь в таком случае получаются прочные гранулы. Раньше был наиболее распространен мокрый способ производства цемента, но последнее время все более и более популярным становится сухой способ.

Производство цемента относится к рентабельным, но затратным и энергоемким отраслям, требующим значительных первоначальных вложений. С приобретением оборудования проблем не возникает, надежные и доступные комплексы с единым циклом поставляет Китай. Выбор технологии зависит от вида используемого сырья и тепловых мощностей завода, в настоящее время цемент изготавливают сухим, мокрым и комбинированным способом, первый из них считается самым экономичным.

Простейшая схема включает следующие действия:

• Добыча и транспортировка сырья.
• Помол и подготовка компонентов.
• Обжиг клинкера.
• Помол до порошкообразного состояния, ввод гипса и других примесей.
• Фасовка.

На первые три этапа приходится до 75 % от общей величины затрат на производство цемента: чем ближе расположен карьер, тем ниже себестоимость выпускаемой продукции.

Обзор способов производства

Основные отличия заключаются в подготовке клинкера – смеси из известняков и глин, обеспечивающих преобладание силикатов кальция. Чем выше их доля в составе, тем качественнее получается вяжущее, к примеру, в портландцементе она достигает 80 %. Размол и смешивание компонентов проводится разными методами: измельчением в воде, в сухом состоянии с помощью воздуха или совмещением этих процессов. К нетрадиционным методикам подготовки сырья относят производство бесклинкерного вяжущего по так называемой холодной технологии без длительного обжига.

1. Особенности мокрого способа.

Суть этого варианта заключается в раздельной первичной обработке сырья: мела, глины, конверторных шламов или других содержащих железо добавок. Их дробят на фракции до 10 мм и замачивают в воде. Влажность у каждого компонента своя: у глины – в пределах 20 %, мела – 29, шлама – до 70. Их соединение и перемешивание происходит на мельнице в состоянии суспензии до максимальной однородности. Итоговая влажность полученной массы лежит в пределах 30-50 %, в таком виде она поступает в шлюмбассейн для контроля и корректировки состава, после чего подается в печь для обжига.

Мокрый способ использовался практически на всех заводах бывшего СССР, его основным плюсом является возможность корректировки состава и контроля за характеристиками. Шихтовая масса на выходе имеет однородную структуру, что положительно сказывается на качестве цемента. К недостаткам относят значительные затраты на подготовку клинкера: фракции проходят стадию дробления 2-3 раза, размачиваются в болтушках, перемешиваются в мельнице, и долго выпариваются, на все это процессы уходит много энергоресурсов.

2. Преимущества сухого изготовления.

Все исходные компоненты дробятся без смачивания, их высушивают в сепарационных барабанах перед поступлением на мельницу. После помола сухая смесь (влажность не превышает 1 %) подается в силосные станции, где одновременно проводится окончательное смешение с помощью сжатого воздуха и корректировка химического состава. Формировка клинкера происходит в шнеках, из-за ввода насыщенной водой глины его влажность не нулевая, но перед обжигом она не превышает 13 %. Это позволяет снизить тепловые расходы на испарение из него воды в 1,5-2 раза. Однородность смешивания при этом остается высокой, способ идеально подходит для портландцемента и других качественных сортов.

Сухой метод подразумевает применение печей любого типа, но максимальный эффект наблюдается при обжиге во вращающихся и шахтных агрегатах. Главным преимуществом является возможность проведения декарбонизации компонентов вне основной зоны нагрева, в идеале – за счет использования энергии уходящих газов. Подразумевает включение в схему циклонных теплообменников перед декарбонизатором, в печь клинкер поступает уже без углекислот и предварительно подогретый. Это позволяет уменьшить зону нагрева у шахтных печей, размеры оборудования и занимаемую им площадь.

Сухая технология – наиболее экономичный способ производства, остальные стадии проводятся по стандартной схеме (обжиг, охлаждение, помол, добавление гипса и примесей, фасовка). Он требует тщательной подготовки сырья – достижения однородности. Воду добавляют исключительно с целью корректировки состава и получения удобных для запекания гранул, вся нагрузка по смешиванию приходится на системы подачи сжатого воздуха.

3. Комбинированная схема.

Возможны два варианта совмещения мокрого и сухого способа: подготовка и перемешивание шлама во влажном состоянии с последующим выпариванием до 18 %, или дробление и соединение по второй технологии с вводом незначительной доли воды для формирования гранул размером около 10-15 мм. В первом случае в схему включают специальные фильтры-испарители, для обжига чаще всего используется вращающаяся печь. Заключительные этапы ничем не отличаются от мокрого и сухого способа.

4. Бесклинкерное изготовление.

В качестве сырья помимо известняка применяются не глины, а отходы металлургической промышленности: доменные шлаки, зольная пыль. Дорогостоящее производство клинкера, обязательное для портландцемента, пропускается, все компоненты смешиваются в сухом виде и подвергаются расплаву. Полученный шлак размалывается до порошкообразного состояния и соединяется с активными и зольными добавками. Производство бесклинкерного цемента сухим способом (еще один термин – «холодным») позволяет значительно снизить затраты на термообработку. В отличие от клинкера, обжигаемого довольно длительное время в печах при температуре не ниже 1400°, шлак расплавляется в разы быстрее.

К плюсам относятся сокращение расходуемых энергоресурсов и линии оборудования, возможность переработки отходов металлургии и упрощенная схема подготовки и обработки сырья. Бесклинкерное изготовление выигрывает у традиционного в плане экологичности и себестоимости в 2-3 раза. Получаемое вяжущее придает бетону особую стойкость к износу и воздействию агрессивных сред. Дополнительным преимуществом служит более низкая температура гидратации растворов на их основе. Качество продукции при проявляется лишь при условии тонкого помола шлаков и тщательной дозировки компонентов.

Целесообразность собственного производства

В домашних условиях приготовить качественный цемент невозможно, размолотые и растворенные в воде известняк и зола пригодны разве что для замазки швов или фиксации мелких деталей (при условии добавления жидкого стекла). Для создания вяжущего, соответствующего нормам ГОСТ, и с маркой прочности выше М200 требуется линия оборудования, включающая дробилки, транспортеры для подачи сырья, мельницы, дозаторы, сортировочные, гранулирующие, клинкерную и шнековые машины, барабанную печь, охладитель и пакетирующие станки. Для обслуживания цементного завода требуются силы как минимум 40 человек, характерно высокое потребление энергоресурсов.

Основным поставщиком оборудования является Китай, фирмы-реализаторы предлагают как отдельные машины, так и полностью укомплектованные линии. Претензий к надежности агрегатов и качеству изготавливаемого портландцемента нет. Начальная стоимость мини-завода составляет не менее 1000000 рублей, для размещения потребуется площадь от 30000 м2. Но несмотря на значительные первоначальные вложения этот бизнес относится к рентабельным из-за востребованности данного стройматериала. Средняя себестоимость 1 т цемента – от 800 до 1000 рублей, а реализации – от 3500 до 4000.

Рентабельность во многом зависит от качества и доступности сырья, близости карьеров и степени развития маркетинговой сети. При полном цикле заводы выпускают от 330 т/сутки, что означает свыше 60000 рублей чистой прибыли в день.