Экономические основы технологии производства портландцемента мокрым способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Экономические основы технологии производства портландцемента мокрым способом



Введение

сырьевой портландцемент экономический

Цементная промышленность является одной из важнейших отраслей материального производства. Значение этой отрасли в народном хозяйстве определяется прежде всего ее неразрывной связью с ходом капитального строительства.

Цемент - один из главнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов, железобетонных изделий, а так же для скрепления отдельных деталей строительных конструкций, гидроизоляции и многих других целей.

Для строительных нужд вяжущие материалы стали использовать уже в глубокой древности. Первыми искусственными вяжущими веществами были гипс и известь, применявшиеся древними египтянами и греками при возведении монументальных сооружений, сохранившихся до наших дней.

В Англии в 1796 году было получено гидравлическое вяжущее вещество - романцемент - измельченный продукт обжига природных мергелей. Примерно до середины XIX века романцемент был основным вяжущим веществом, применяемым в гидротехническом строительстве. В 1824 г. в Англии, а в 1825 г. в России, независимо друг от друга, создали новый материал, который в результате своего внешнего сходства в затвердевшем виде с природным камнем, добываемым вблизи английского города Портленда, получил название портландцемент.

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и некоторых добавок. Производство складывается из двух основных технологических процессов: получение клинкера и его помол с соответствующими добавками. Первый процесс наиболее энергоёмкий и ответственный, так как от качества клинкера зависят основные свойства цемента.

Существует несколько способов производства портландцемента:

1. сухой

2. мокрый

3. полусухой

4. комбинированный

Выбор способа производства зависит от особенностей приготовления сырьевой смеси. Сухой способ предусматривает приготовление сырьевой смеси из предварительно высушенных тонкомолотых компонентов и обжиг их в порошкообразном состоянии. При мокром способе тонкое измельчение и гомогенизацию смеси осуществляют в водной среде. Полученная водная суспензия - шлам направляется на обжиг. Полусухой способ связан с получением гранул из сырьевой смеси, которые затем поступают на обжиг.

Комбинированный способ включает операцию приготовления сырьевой муки по мокрому способу с последующим обезвоживанием её на фильтрах. На обжиг поступает полусухая масса.

Но полусухой и комбинированный способ применяются довольно редко, поэтому основными можно назвать сухой и мокрый способы. Мокрый способ привлекает простотой измельчения сырьевых материалов и их гомогенизации. Кроме того, он обеспечивает лучшие саеитарно-гигиенические условия работы обслуживающего персонала и, несмотря на то, что этот способ отличается большой энергоемкостью, он получил наибольшее распространение.

Рассмотрим технологический процесс производства портландцемента по мокрому способу подробнее.



1. Основные сырьевые материалы для производства портландцемента мокрым способом

Для производства портландцемента в качестве сырьевых материалов применяют главным образом карбонатные и глинистые породы, а так же другие природные виды сырья и искусственные материалы, получаемые в виде промышленных отходов.

Помимо основных сырьевых материалов в производстве портландцемента используют и различные корректирующие добавки.

Карбонатные породы могут быть представлены в виде известняка, мела, известняка-ракушечника, известнякового туфа и т.д. Во всех этих породах наряду с CaCO3 могут содержаться примеси глинистых веществ, доломита, кварца, гипса. Особенно хорошим сырьем является мел, т.к. он легко измельчается при добавлении воды.

В качестве глинистого сырья обычно используют глину или глинистый сланец.

В качестве промышленных отходов на некоторых цементных заводах широко применяются доменные шлаки (отходы от выплавки чугуна), а так же нефелиновый шлам - отход производства алюминия из нефелинов. Нефелиновый шлам может полностью заменить глинистый компонент в сырьевой смеси и примерно на 50% карбонатный.

1.1 Перечень, состав и свойства сырьевых материалов

Портландцементный клинкер состоит из ряда искусственных минералов, образовавшихся при обжиге.

Ориентировочное содержание основных четырех минералов в портландцементном клинкере составляет ' (% по массе): алит 3CaO-SiO2 (C3S) - 40…65, белит 2CaO-SiO2 (C2S) - 15…40, целит ЗСаО-А12О3 (С3А) - 5…15, целит 4СаО-Al2O3-Fe2O3 (C4AF) - 10…20.

Исследования цементного клинкера под микроскопом показывают, что в нем преобладают кристаллы алита и белита, между которыми размещается промежуточное вещество, состоящее из алюминатов и алюмоферритов кальция в кристаллической форме, а также незакристаллизованного стекла и оставшихся в свободном состоянии СаО и MgO.

Трехкальциевый силикат (алит) - главный минерал цементного клинкера - обладает большой активностью в реакции с водой, особенно в начальные сроки (величина тепловыделения к 3 сут достигает примерно 2/з от тепловыделения при полной гидратации). Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность.

Двухкальциевый силикат (белит) значительно менее активен, чем алит.

Тепловыделение белита при полной гидратации примерно в 2 раза меньше, чем у алита, и к 3 сут составляет около 10% от тепловыделения при полной гидратации. Твердение белита происходит медленно. К месячному сроку продукт его твердения обладает сравнительно невысокой прочностью, но при длительном твердении (несколько лет) в благоприятных условиях (при положительной температуре и влажной среде) его прочность неуклонно возрастает.

Трехкальциевый алюминат - самый активный клинкерный минерал, отличающийся быстрым взаимодействием с водой. Его тепловыделение при полной гидратации почти в 2 раза больше, чем у алита, а за 3 сут составляет не менее 80% от общего тепловыделения. Однако продукт его твердения имеет повышенную пористость, низкие прочность и долговечность. Быстрое твердение С3А вызывает раннее структурообразование в цементном тесте и сильно ускоряет сроки схватывания (всего до нескольких минут). Если не ввести добавку гипса, то получается цемент «быстряк», бетонные смеси на котором из-за преждевременного схватывания не успевают хорошо перемешать и уложить в форму.

Четырехкальциевый алюмоферрит характеризуется умеренным тепловыделением и по быстроте твердения занимает промежуточное положение между трехкальцие-вым и двухкальциевым силикатами. Прочность продуктов его гидратации в ранние сроки ниже, чем у алита, - и несколько выше, чем у белита.

Располагая данными о минеральном составе клинкера и зная свойства клинкерных минералов, можно заранее предопределить основные свойства цемента и особенности его твердения в различных условиях эксплуатации.

Нежелательными составными частями клинкера являются свободные оксиды кальция и магния. Их вредное влияние проявляется в том, что они гидратируются очень медленно в уже затвердевшем цементе (см. с. 133). Содержание свободных СаО и MgO в клинкере допускается соответственно не более 1 и 5%

В клинкере могут быть также щелочные оксиды №гО и КгО, перешедшие в него из сырьевых материалов и золы твердого топлива. Их вредное влияние может проявиться в тех случаях, когда бетон изготовлен на заполнителях, содержащих опаловидный кремнезем. Щелочи, реагируя с диоксидом кремния, образуют в водной среде водорастворимые силикаты калия и натрия с увеличением объема, что вызывает растрескивание бетона. Содержание Na2O и КгО в цементах для таких бетонов ограничивается до 0,6%.

Качество цементного клинкера может быть охарактеризовано: содержанием отдельных оксидов (химическим составом); численными значениями модулей, выражающих соотношения между количествами главнейших оксидов в процентах; микроструктурой клинкера, размерами и конфигурацией кристаллов минералов; содержанием основных клинкерных минералов.

Характеристика клинкера по численным значениям модулей дается на основании сведений о процентном содержании главных оксидов в составе клинкера. Значения модулей оказываются численно одинаковыми как для клинкера, так и для сырьевой смеси.

Все шире для изготовления ПЦ используют побочные продукты других производств: доменный шлак, нефелиновый шлам и т.п. Доменные шлаки получаются при выплавке чугуна в резултате сплавления глинистых и других примесей, входящих в состав руды и топлива, с известью, получаемой при обжиге известняка, вводимого в доменную печь. Доменные шлаки гранулируются т.е. превращаются в мелкие частицы при быстром охлаждении расплавленного шлака водой или водой и воздухом. Это придает им большую активность и облегчает помол.

Быстрое охлаждение шлакового расплава предотвращает или приостанавливает его кристаллизацию, сохраняя в шлаке ту внутреннюю энергию, которая выделилась бы в виде теплоты образования и кристаллизации химических соединений. Это повышает способность тонко размолотого гранулированного шлака затвердевать при затворении водой в присутствии возбудителей твердения.

1.2 Способы изготовления или добычи сырьевых материалов

Добыча сырья является основной в ступени производства цемента. Сырьём для цемента служит слой известняка зеленовато - жёлтого цвета. Добыча ведётся открытым способом. Площадку для строительства цементного завода выбирают, как правило, вблизи месторождений (или размещения) основных исходных материалов - карбонатного и глинистого компонентов. Это делается с целью уменьшить расходы на транспорт и довести до минимума запасы, а следовательно, и емкости складов сырья на площадке завода.

Добыча известняка. Р1звестняковые породы обычно залегают под слоем пустой породы (вскрыши), 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 1 м, 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 (думпкары) на 90-100 т, автосамосвалы или подвесные канатные дороги.

Себестоимость добытого сырья на разных предприятиях значительно колеблется. При этом транспортные расходы составляют примерно 60% общей стоимости сырья.

На заводах известняк подвергается двухступенчатому дроблению и помолу с глинистым компонентом,

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.

Сырьем для получения клинкера служат карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция (известняки различного вида, мел, мергель) и глинистые породы (глины, сланцы), содержащие оксиды кремния, алюминия и железа. Соотношение между ними в сырьевой смеси выбирают расчетом для получения клинкера определенного химического состава. Ориентировочно смесь состоит из 75% известняка и 25% глины. При необходимости в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки, содержащие недостающие оксиды (трепел, железная руда и др.).

Приготовление сырьевой смеси сводится к получению однородной тонкоизмельченной смеси надлежащего состава. Эта операция осуществляется мокрым или сухим способом. Соответственно различают мокрый и сухой способы производства ПЦ.

При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды до образования вязко-текучей массы - шлама с влажностью 36…40%. Мокрым способом перерабатывают мягкое сырье с повышенной влажностью (мел, глина). Этот способ отличается в худшую сторону высокой энергоемкостью обжига, связанной с испарением содержащейся в шламе воды. При изготовлении 1 т портландцемента приходится измельчать до 2,5-3 т сырья, угля и клинкера. На это расходуется более 60-80% общего количества энергии, затрачиваемой на производство цемента.

По конечному размеру частиц продукта, получаемого при измельчении, условно можно различать: грубое дробление, когда получают главным образом куски размером в поперечнике более 100 мм, среднее дробление - продукт состоит преимущественно из кусков размером от 100 до 10 мм; тонкое дробление, при котором материал характеризуется зернами от 10 до 0,5 мм; тонкое измельчение (помол), когда получают продукт с зернами меньше 0,5 мм.

Приготовление шлама

Сырье на завод доставляется обычно большегрузным автотранспортом, хотя возможно использование ленточных конвейеров или гидротранспорта. Иногда цементные заводы строят возле обширных залежей глины. Тогда глина дробится непосредственно на месте добычи и, перемешанная с водой поступает в глиноболтушку непосредственно по трубопроводам.

Твердые породы предварительно дробят в дробилках (двух- или трехстадийное дробление) до размеров кусков 8-10 мм. Мягкие породы (глину и мел) измельчают в дробилках до кусков размером 100 мм, а затем распускают в глиноболтушках-железобетонных круглых резервуарах диа-метром до 10 и высотой 2,5-3,5 м, футерованных изну-три чугунными плитами. В центре болтушки вращается крестовина с прикрепленными к ней стальными граблями для измельчения глины.

Глину в болтушку подают небольшими порциями вместе с водой. Грабли разбивают большие куски на зерна размером не более 3-5 мм, которые легко

распускаются в воде. Полученный шлам насосами перекачивается в расходные бункера сырьевой мельницы для по-мола с дробленым известняком. Если в качестве карбонатного сырья используется мел, то его предварительно (после дробления) вместе с глиной распускают в болтушках, а затем домалывают в мельницах. Крупные включения собираются на дне резервуара и периодически удаляются.

Качество цемента существенно зависит от химического состава сырьевой смеси, поступающей на обжиг. Однако из-за неоднородности сырья химический состав может изменяться. Поэтому необходимо постоянно следить за химическим составом шихты и корректировать его в процессе работы. Но контролировать состав путём непосредственного забора проб из печи невозможно. Контроль достигается использованием вертикальных и горизонтальных шламбассейнов. Шлам из мельницы подается сначала в первый вертикальный бассейн. Шлам другого состава поступает во второй вертикальный бассейн. Зная точный химический состав этих двух шламов, можно рассчитать состав требуемого шлама. Путем перекачивания нужных количеств шлама из этих бассейнов в третий получают готовый для обжига шлам. При перекачивании откорректированного шлама в вертикальный бассейн его тщательно перемешивают струями сжатого воздуха (аэрируют). Перед подачей в печь шлам из вертикального бассейна перекачивают в горизонтальный, где его перемешивают механическим способом.

Порционное корректирование состава шлама - довольно длительная и трудоемкая технологическая операция. К тому же этот процесс периодический. Более перспективен поточный способ приготовления сырьевого шлама.

Химический состав шлама постоянно проверяется автоматически работающими пробоотборниками и рентгеновским квантометром. Шламы из двух бассейнов смешиваются и попадают в третий - расходный, пройдя предварительно экспрессанализ с помощью сложных электронных устройств.

1.3 Нормативные требования, предъявляемые к сырьевым материалам

Согласно ГОСТ 30515-97. Цементы.

Требования к материалам

Для производства цементов применяют:

- клинкер, изготовленный в соответствии с требованиями технологического регламента. Клинкер нормированного минералогического состава применяют в случаях, когда это предусмотрено нормативными документами на специальные цементы;

- гипсовый камень по ГОСТ 4013. Допускается применять другие материалы, содержащие сульфат кальция, по соответствующим нормативным документам;

- добавки минеральные, добавки технологические и регулирующие основные свойства цемента по соответствующим нормативным документам.

Получение портландцемента хорошего качества зависит от содержания главнейших оксидов в клинкере, процент которых должен быть в пределах: CaO - 60-68%. SiO2 - 19-25%, оксида алюминия 4-8%, оксида железа 2-6%. При содержании в портландцементе серного ангидрида SO3 более 3.5% или MgO более 4.5% наблюдается неравномерность изменения объема. Гидравлический модуль портландцемента 1.7 - 2.7. С целью увеличения содержания в портландцементе того или иного оксида в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки, т.е. вещества, содержащие значительное количество того или иного оксида. При помоле клинкера добавляют до 5% гипса для регулирования сроков схватывания.



2. Технология производства портландцемента мокрым способом

При мокром способе производства сырьевые материалы измельчают и сырьевую смесь смешивают с водой. Получаемая сметанообразная масса - сырьевой шлам - содержит 32-45% воды.

В зависимости от физических свойств исходных сырьевых материалов и других факторов при получении портландцемента по мокрому способу применяют разные схемы производства отличающиеся одна от другой способом приготовления сырьевой смеси. На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементно-го клинкера часто используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты. В этом случае технологическая схема производства цемента, в которой приведены основные технологические переделы без указания дозировочных и транспортных устройств и другого вспомогательного оборудования, выглядит следующим образом.

Начальная технологическая операция получения клинкера - измельчение сырьевых материалов. При использовании в качестве известкового компонента мела его измельчают в болтушках или в мельнице самоизмельчення. Если применяют твердый известняк, то его дробят в одну-две стадии в щековых дробилках. Глиняный шлам, полученный в болтушках или других агрегатах, направляют в сырьевую мельницу, куда подается для измельчения и известняк. В мельницу известняк и глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Чтобы получить сырьевой шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах или в потоке.



2.1 Основные способы производства портландцемента

Помимо мокрого способа производства портландцемента существуют еще сухой и комбинированный.

Сухой способ производства. При сухом способе производства портландцемента выбор схемы зависит от физических и химических свойств сырья.

Схема производства портландцемента по сухому способу во вращающихся печах при использовании в качестве сырья известняка и глины приведена на рис. 2. Производство портландцементного клинкера в этом случае складывается из следующих операций.

После выхода из дробилки известняк и глину высушивают до влажности примерно 1%, после чего измельчают в сырьевую муку. Помол и сушку сырьевой смеси целесообразно вести одновременно в одном аппарате - сепараторной мельнице. Этот способ более эффективен и применяется на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу.

Сырьевую муку заданного химического состава получают путем дозирования сырьевых компонентов в мельницу с последующим усреднением и корректированием сырьевой шихты в специальных смесительных силосах, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром (содержанием СаСОз).

Затем подготовленная сырьевая смесь поступает в систему циклонных теплообменников, состоящую из нескольких ступеней циклонов. Время пребывания смеси в циклонных теплообменниках не превышает 25-30 с. Из циклонов материал подается в печь, откуда клинкер пересыпается в холодильник. После охлаждения клинкер направляется на склад. Другие технологические операции при сухом способе производства - подготовка гидравлических добавок и гипса, помол цемента, его хранение и отправка потребителю - такие же, как и при мокром способе.

Комбинированный способ производства. При комбинированном способе производства сырьевая смесь в виде шлама, полученного по мокрому способу производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.

Основные технологические операции и последовательность их выполнения при комбинированном способе производства портландцемента следующие.

Выходящий из сырьевой мельницы шлам влажностью 35-40% после его корректирования поступает в вакуум-фильтр или пресс-фильтр, где он обезвоживается до влажности 16-20%. Образующийся при этом «сухарь» смешивается затем с пылью, уловленной электрофильтрами из дымовых газов печи; добавка пыли предотвращает слипание кусков «сухаря» и приводит к уменьшению влажности смеси до 12-14%. Приготовленная таким образом смесь поступает на обжиг, который осуществляется во вращающихся печах.

Все остальные операции производства портландцемента по комбинированному способу не отличаются от соответствующих операций при мокром способе производства.

2.2 Подробное изложение мокрого способа производства портландцемента

В производстве портландцемента по мокрому способу сырье размалывают в мельницах со значительным количеством воды - мокрый помол (обычно при содержании воды до 36-42% массы сухого вещества).

Измельчение подаваемого в мельницу материала в один рабочий цикл до требуемой дисперсности называется одноступенчатым. При измельчении «на проход» получают материал в готовом виде (измельчение по открытому циклу). Применяют также измельчение по замкнутому циклу: материал, выходящий из мельницы, разделяется (классифицируется) на готовый продукт и «возврат», идущий в ту же мельницу на дальнейшее измельчение до требуемой дисперсности.

При двух- или трехступенчатом измельчении исходный материал подвергают дроблению или помолу последовательно в двух или трех машинах. При этом из измельчаемого материала после каждой ступени соответствующими аппаратами (грохотами, сепараторами, гидроциклонами и др.) может быть извлечен продукт с необходимой степенью дисперсности.

Материалы, подвергаемые измельчению, часто различаются по влажности, прочности, твердости, вязкости и т.п. Эти свойства предопределяют выбор механизмов для грубого и тонкого измельчения.

По пределу прочности при сжатии различают материалы: особотвердые (более 100 МПа), твердые (100 - 50 МПа), средней твердости (50-10 МПа) и мягкие (менее 10 МПа).

Сырье измельчают до степени, характеризуемой обычно остатком на сите №008 не более 5-10%. Для этого материалы в виде крупных кусков и глыб вначале дробят в соответствующих дробилках, а затем подвергают тонкому помолу в мельницах (шаровых, молотковых и др.). Стоимость помола в мельницах выше стоимости дробления, поэтому экономично направлять в них материал с возможно малыми размерами частиц. С другой стороны, стоимость дробления увеличивается с уменьшением крупности выдаваемого продукта, поэтому для дробильно-помольной установки существует оптимальная степень дробления, при которой стоимость дробления и помола минимальна.

При суточной производительности дробильно-помольных установок 500 т оптимальная крупность подаваемого в мельницу материала достигает 10-14 мм, а при производительности 2500-4000 т - 6-10 мм. На дробление экономически целесообразно направлять материал в виде возможно более крупных кусков и глыб. Но их предельный размер определяется размером и производительностью дробилок, устанавливаемых, в свою очередь, на основании потребности предприятия в измельченном продукте в смену. Современные цементные заводы рассчитаны на суточную производительность по клинкеру 2400, 3000, 5000 ти - более.

Считается рациональным при производительности до 2400 т в сутки загружать дробилки камнем размером до 1 м, а при более высокой - камнем до 1,2-1,5 м (в поперечнике). Это необходимо учитывать при выборе дробилок по размерам загрузочного отверстия. Крупность загружаемых в щековую дробилку кусков не должна превышать 85% ширины загрузочного отверстия, иначе машина будет забиваться.

Таким образом, если принять, что дробильная установка должна измельчать куски материалов размером от 1000 мм до 10 мм, то степень (коэффициент) дробления i» 1000: 10=100. Чтобы добиться этого, применяют трех- или двухстадийную схему измельчения.

Для первичного дробления известняков используют щековые и конусные дробилки. При производительности 300-500 т/ч более экономичны щековые дробилки.

Так как в горной массе, получаемой буровзрывным способом, содержится до 20-30% относительно мелкого материала, то рационально выделять его перед первой стадией дробления на колосниковом грохоте и направлять сразу на вторую стадию дробления. У первой дробилки размер выходной щели должен быть 200 мм. При этом в получаемом материале будет до 5-8% кусков до 300 мм, что позволяет всю массу без просева направлять в дробилку второй стадии.

Щековые дробилки производительностью до 400 - 700 т/ч позволяют получать измельченные материалы с предельным размером кусков до 30-40 мм, Коэффициент дробления на этих механизмах относительно небольшой и равен 4-7. В цементной промышленности их применяют для дробления материалов большой и средней прочности, в частности известняков, мергелей, гипса и др.

На второй стадии дробления могут быть использованы как молотковые, так и конусные дробилки. Предпочтение отдают молотковым, так как они могут давать материал в кусках, размер которых меньше в два раза и более размера выпускной щели. Из конусных дробилок выходит значительное количество кусков (15-40%), размер которых больше, чем выпускная щель. В связи с этим конусные дробилки применяют иногда для работы по замкнутому циклу, но это усложняет и удорожает установку. Конусные дробилки, в которых материалы измельчаются раздавливанием и изломом, используют для дробления твердых и очень твердых материалов с коэффициентом дробления 15-20. Их производительность 300-3000 т/ч. Недостатки дробилок - значительные размеры по высоте, а также более сложная, чем у щековых дробилок, конструкция.

Выпускают одно- и двухроторные молотковые дробилки с коэффициентом дробления соответственно 10-15 и 20-25. Их используют для измельчения известняков, мергелей, глинистых сланцев, угля, гипса до кусков с предельным размером 6-50 мм. Удельный расход электроэнергии при одностадийном дроблении известняка в одиороторной дробилке 0,9-2,1 кВт-ч/т, в двухроторной - около 1,6 кВт * ч/т.

На третьей стадии дробления можно устанавливать короткоконусные, а также молотковые и ударно-отражательные дробилки с шириной выпускной щели 10-12 мм. При тонком дроблении производительность этих дробилок относительно уменьшается, что делает целесообразным предварительное грохочение. В этом случае материал, получаемый из молотковых дробилок на второй стадии измельчения, содержит 30-40% готового продукта (мельче 10 мм). Конусные дробилки, устанавливаемые на третьей стадии, должны, работать только в замкнутом цикле с применением грохотов соответствующей производительности.

В настоящее время значительно распространено дробление известняков в две стадии с установкой для первичного дробления молотковых дробилок (в том числе и ударно-отражательных), пригодных для измельчения глыб размером 1200-2000 мм до продукта с размером зерен 0-25 мм. Производительность этих дробилок 200 - 1000 т/ч.

Переработка мягких, пластичных, часто весьма влажных пород (мергелей, глин и др.) в щековых и молотковых дробилках вызывает значительные осложнения, поэтому глину, мел, мягкий известняк и другие компоненты измельчают в валковых дробилках. При измельчении относительно твердых непластичных материалов используют дробилки с рифлеными валками, вязких - зубчатые со скребками, очищающими углубления между зубьями.

Обычно влажные, липкие материалы перерабатывают в две стадии. На первой стадии используют щечно-валковые или щековые дробилки, на второй - молотковые с подвижными стенками (самоочищающиеся).

В технике дробления явно наметилась тенденция к сокращению числа стадий дробления и получению материала с возможно малой крупностью частиц для снижения стоимости последующего помола. При этом все большее применение находят передвижные дробильные установки производительностью 400-1000 т/ч, которые используются в карьерах вместе с экскаваторами или погрузчиками, подающими в них куски размером 0,8-* 1,5 м. Выходящий из дробилок щебень размером 1-3 см ленточными конвейерами передвижной установки подается на стационарные, по которым он поступает на завод. При такой схеме исключаются операции и механизмы по подаче материала от экскаватора к стационарной дробильной установке, что дает значительный экономический эффект.

Для обеспечения бесперебойной работы дробилки загружают из расходных бункеров, снабженных питателями, обеспечивающими непрерывную подачу материалов в количестве, соответствующем производительности дробилок. Вместимость расходных бункеров рассчитывают обычно так, чтобы обеспечить работу дробилок в течение 2-4 ч.

Камень на первичное дробление подают пластинчатыми или лотковыми питателями, а на второе и третье - ленточными питателями.

Качество дробления и производительность дробильного оборудования во многом зависят от соответствия скорости подачи материала в дробилку скорости его переработки механизмом. В производственных условиях трудно избежать колебаний в количестве подаваемых материалов, однако применение автоматического управления процессами дробления способствует более равномерной и высокопроизводительной работе механизмов.

Для автоматизации работы дробильного оборудования служат централизованное управление и блокировка питателей, дробилок, а также соответствующих транспортных механизмов. Блокировка обеспечивает автоматическое включение всех механизмов в очередности, обратной той, по которой движутся материалы в технологическом потоке, а также выключение механизмов в очередности, соответствующей направлению движения материалов. При этом дробилка не выключается до тех пор, пока не будет полностью разгружена. Работу отдельных механизмов, а также их комплексов часто регулируют автоматическими устройствами.

Дробленый известняковый щебень (или крупка) направляется далее на совместный помол с глиняным шламом в шаровую мельницу через весовые дозаторы непрерывного действия с автоматическим управлением, что обусловлено необходимостью строго выдерживать соотношение по массе между компонентами (25). Применение автоматического дозирования по массе для питания шаровых мельниц еще не обеспечивает получения продукта со строго заданной степенью измельчения. Это зависит от твердости материала, которая может меняться, от размера поступающих на измельчение кусков, их влажности и других факторов.

В настоящее время применяют автоматическое регулирование процесса измельчения непосредственно по тонкости помола, но пользуются еще и косвенным параметром для регулирования работы мельницы - степенью загрузки первой камеры мельницы измельчаемым материалом: чем больше она загружена, тем грубее помол. Регулируя питание мельницы, в определенной мере можно добиться стабильности измельчения.

Автоматическое управление питанием шаровых мельниц основано на зависимости частоты звуковых колебаний от степени загрузки мельницы. С увеличением загрузки мельницы уменьшается частота звуковых колебаний (они становятся глуше) и, наоборот, при недостаточной загрузке характерна высокая частота колебаний.

На заводах при помоле сырья успешно используют установки автоматического регулирования, разработанные ВИАСМ. Их применение способствует увеличению часовой производительности мельниц, уменьшению влажности шлама на 2-3% и расхода электроэнергии на 2- 3 кВт-ч/т.

Совместное измельчение известняка и глины в присутствии воды обеспечивает тщательное перемешивание исходных материалов. С этой же целью вместе с ними измельчают и корректирующие добавки (например, огарки), если заведомо известно, что химический состав двух исходных компонентов не позволяет получить клинкер заданного минерального состава.

Помол сырьевых материалов в шаровых мельницах осуществляют по открытому и замкнутому циклам. При помоле по открытому циклу материалы должны достаточное время находиться в мельнице. Обычно применяют трубные мельницы длиной 13 и 15 м и диаметром 2,6 и 3,2 м с двумя камерами. Их часовая производительность при мокром помоле сырья средней твердости до 8-10% остатка на сите №008 соответственно достигает 35-40 и 70-80 т (сухого материала). Средний расход электроэнергии в этих мельницах около 20 кВт-ч/т. К мельницам, работающим по замкнутому циклу совместно с грохотами или циклонами разных типов, относится мельница размером 3,2x8,5 м производительностью по мягким материалам до 150-230 т/ч. Замкнутая схема помола позволяет увеличить производительность мельниц на 20-30% и снизить удельный расход электроэнергии на 15-20%.

При мягких материалах применяют наиболее простую схему помола в замкнутом цикле: материал после прохода через обе камеры подают с помощью ковшового элеватора в грохот того или иного типа, из которого продукт с требуемой дисперсностью направляется в сборные бассейны, а крупка поступает в первую камеру на измельчение.

При твердых материалах, предназначаемых для тонкого измельчения в водной среде, иногда используют более сложные схемы замкнутого помола. Например, гли-иоизвестняковый шлам после первой камеры направляют ковшовым элеватором в классификатор, из которого тонкая фракция подается во вторую камеру, а грубая - на доизмельчение в первую.

В качестве классификаторов шлама служат грохоты разных типов (виброгрохоты и дуговые), а также гидроциклоны. Выбор того или иного типа классификатора в большой мере определяется свойствами перерабатываемых материалов, а также надежностью и простотой обслуживания. Хорошо зарекомендовал себя дуговой грохот, характеризующийся высокой удельной производительностью; в нем отсутствуют движущиеся элементы.

Для мокрого помола известняков значительное распространение получают стержневые мельницы, например МСЦ-46-60. В качестве измельчающих тел применяются стержни диаметром 130, 120 и 100 мм, общей массой около 200 т. Производительность мельницы 350 - 400 т/ч при продукте с остатком на сите №02 20-30%. Полученный шлам далее направляют в шаровую мельницу 3,2x15 м на более тонкий помол совместно с глиняным шламом.

В производстве применяют и двухкамерные мельницы, причем первую камеру загружают стержнями, а вторую - шарами. В этом случае мельница выдает шлам с требуемой дисперностью материала (8-10% на сите №008). По ряду данных такие мельницы производительнее обычных трубных на 10-15%.

Для мокрого измельчения известняков даже значительной прочности отдельно или совместно с глиной предназначены мельницы «Гидрофол».

Обжиг

Обжигают сырьевую смесь (шлам) во вращающихся печах различной длины и диаметра. Топливо в виде газа или каменноугольной пыли вдувается в печь с нижнего конца. Дымовые газы с тем-пературой 150-200°С удаляются со стороны верхнего конца.

По характеру процессов температурные зоны в печи называют: 1-до 200о- испарения (сушка шлама); 2 - 200-800о - подогрева; 3 - 800-1000о - декарбонации; 4 - 1000-1300о - экзотермической реакции; 5 - 1300-1450-1300о - спекания; 6 - 1300-1000о - охлаждения.

В зоне 3 происходит процесс разложения CaCO3 по схеме

CaCO3->CaO + CO2

CaO в свою очередь вступает в соединения с элементами глинистого компонента CaO*Fe2O3; Cao*SiO2; CaO*Al2O3.

В зоне 4 происходит насыщение этих соединений до соответствующих клинкерных материалов. В зоне 5 образуется основная часть портландцементного клинкера - кальцевый силикат 3CaCO*SiO2

Для утилизации теплоты отходящих газов и повышения степени теплообмена между материалом и горячими газами используют различного вида теплообменные устройства. Так, в печах длиной 185 м, работающих по мок-рому способу, применяют фильтры-подогреватели, цепные завесы и металлические теплообменники.

Фильтры-подогреватели устанавливают в холодной части печи на расстоянии 3-5 м. Фильтры-подогреватели снижают запыленность отходящих газов до 2-3% и уменьшают расход теплоты на 210 кДж/кг. Повышение температуры газов и их запыленности приводит к загустеванию шлама. Влажность шлама, выходящего из фильтра-подогревателя, не должна быть ниже 33-35%, а температура газов в этой зоне - не более 200 оС.

На расстоянии 1 м от фильтра-подогревателя устанавливает цепные завесы. Длина цепной зоны 40-50 м, масса цепей 170-225 т, поверхность цепей 3500-4500 м². Цепи обычно навешиваются двумя способами: свободно свисающими концами или гирляндами. Причем последний метод крепления эффективнее. Цепи аккумулируют теплоту газов и передают ее шламу, ускоряя тем самым процесс сушки. Из цепной зоны шлам выходит в виде гранул.

В зон подогрева печи устанавливают металлические теплообменники. Применение таких теплообменных устройств увеличивает интенсивность подогрева материала, который разделяется на несколько мелких потоков. Открытая поверхность материала и скорость прогрева увеличивается, а температура газов снижается, что предохраняет цепи от преждевременного выгорания. Однако на этом участке печи резко возрастает пыление материала. Для снижения пылевыделения рекомендуется следить за влажностью материала, которая не должна превышать 2-3%.

При использовании коротких печей целесообразнее применять запечные теплообменники: концентраторы шлама и распылительные сушилки. Концентраторы шлама увеличивают производительность печи до 25%, а расход теплоты снижают на 15-20%. Однако применение их сдерживается значительным пылевыделением, т.к. значительная часть шлама пересушивается и потоком горячего газа, что требует установки дополнительных фильтров. Распределительные сушилки из-за сложности работы форсунок, низкого коэффициента паронапряжения, громоздкости конструкции и сложности в эксплуатации не находят широкого распространения.

Клинкер, полученный на выходе из печи подлежит помолу в трубных мельницах открытого или замкнутого цикла. Тонкость помола характеризуется остатком на сите и составляет 8-12% для большинства цементов.

Хранят готовый цемент в цементных силосах - железобетонных ёмкостях диаметром 10-12 метров и высотой 20-25 м., вмещающие 2500-4000т. цемента.

Основной качественной характеристикой цемента является его прочность(марка). Марка цемента соответствует пределу прочности образцов 4*4*16 см. на сжатие, изготовленных из раствора1:3 по массе с песком, твердевших 28 суток в воде прт температуре 20-+2 град. Прочность колеблется от 300 до 600 кгс/см2. Промышленность выпускает цементы марок 400-550, а по особым заказам - М600.



3. Характеристика готового вида продукта и его экономическое назначение

Характеристики портландцемента можно подразделить на две группы: 1) минеральный и вещественный составы, тонкость помола, которые определяют строительно-технические свойства; 2) нормальная густота, сроки схватывания, марка по прочности и другие технические свойства.

Минеральный состав выражает содержание в клинкере (в% по массе) главных минералов. Применяются расчетный и прямые экспериментальные методы определения минерального состава клинкера. Минеральный состав рассчитывают на основании данных химического анализа, который определяет содержание окислов (в% по массе).

Прямые экспериментальные методы определения минерального состава клинкера включают: оптическую и электронную микроскопию, рентгеновский фазовый анализ, микрозондирование (лазерный и ионный микрозонды) и др.

Вещественный состав цемента выражает содержание в цементе (в% по массе) основных компонентов: клинкера, гипса, минеральных добавок, пластифицирующих и гидрофобизующих добавок; он приводится в паспорте на цемент.

Допускается введение в цемент при его помоле пластифицирующих или гидрофобизующих поверхностно-активных добавок в количестве не более 0,3% от массы цемента (по согласованию с потребителем).

Тонкость помола цемента оценивается по стандарту путем просеивания предварительно высушенной пробы цемента через сито с сеткой №008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); тонкость помола должна быть такой, чтобы через указанное сито проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

Наряду с ситовым анализом для оценки дисперсности цемента проводят определение удельной поверхности с помощью специального прибора - поверхностемера. Даже обычный портландцемент М 400 измельчается довольно тонко: остаток на сите с сеткой №008 не превышает 15%, т.е. 85% зерен цемента имеет размер менее 80 мкм, при этом его удельная поверхность составляет обычно 2500 - 3000 см²/г.

Плотность портландцемента (без минеральных добавок) составляет 3,05 - 3,15. Его объемная масса зависит от уплотнения и у рыхлого цемента составляет 1100 кг/м3, у сильно уплотненного - до 1600 кг/м3, в среднем - 1300 кг/м3.

Водопотребность цемента определяется количеством воды (в% от массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста считают такую его подвижность, при которой цилиндр - пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5 - 7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Водопотребность портландцемента в пределах от 22 до 28%. При введении активных минеральных добавок осадочного происхождения (диатемита, трепела, опоки) водопотребность цемента повышается и может достигнуть 32 - 37%.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяют в тесте нормальной густоты.

Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы в тесто нормальной густоты. Началом схватывания считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 1 - 2 мм. Конец схватывания - время от начала затворения до того момента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1 - 2 мм. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания - не позднее 10 ч от начала затворения. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера на цементном заводе вводят добавку двуводного гипса в количестве до 3,5% (считая на SO3). Замедление схватывания объясняется отложением на зернах цемента тонких пленок гидросульфоалюмината кальция, образовавшегося при взаимодействии введенного сульфата кальция с трехкальциевым алюминатом. Эти пленки замедляют диффузию воды к цементным зернам, и скорость их гидратации уменьшается.

Замедлителями схватывания служат также фосфаты, нитраты калия, натрия и аммония, сахар. Сахар образует с гидроокисью кальция легко растворимый сахарат кальция, наличие которого увеличивает концентрацию ионов кальция. Поэтому процесс гидролиза трехкальциевого силиката подавляется, а схватывание происходит медленнее. При большой добавке сахара бетон не твердеет.

Ускорителями схватывания портландцемента являются карбонаты щелочных металлов и хлориды. Они образуют при взаимодействии с гидроокисью кальция, выделяющейся при гидролизе трехкальциевого силиката, труднорастворимые соединения.

Так действует, например, карбонат натрия Са(ОН) 2 + Na2C03 = СаС03 + 2NaOH

В результате химической реакции образуется малорастворимый карбонат кальция, гидроокись кальция выводится из сферы реакции и процесс гидролиза трехкальциевого силиката ускоряется.

Влияние хлористого кальция на сроки схватывания портландцемента зависит от дозировки. При введении в бетонную смесь в обычной дозировке 1 - 2% от массы цемента хлористый кальций мало влияет на сроки схватывания, но существенно повышает начальную прочность бетона, т.е. действует как ускоритель твердения. При использовании в качестве противоморозной добавки хлористый кальций может вводиться в больших количествах, тогда он ускоряет схватывание, и бетонную смесь рекомендуется затворять на холоде, чтобы избежать преждевременного загустевания.

Один из методов ускорения процессов схватывания и твердения заключается во введении добавок, являющихся центрами кристаллизации, например, в виде заранее приготовленного измельченного гидратированного цемента.

Равномерность изменения объема. Причиной неравномерного изменения объема цементного камня являются местные деформации, вызываемые расширением свободной СаО и периклаза MgO вследствие их гидратации. По стандарту изготовленные из теста нормальной густоты образцы - лепешки через 24 ч предварительного твердения выдерживают в течение 3 ч в кипящей воде. Лепешки не должны деформироваться, не допускаются радиальные трещины.

Активность и марка портландцемента. Активность и марку цемента определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4X4X16 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси* состава 1:3 (по массе) и В/Ц=0,4, через 28 сут твердения (первые сутки образцы твердеют в формах во влажном воздухе, а затем 27 сут - в воде комнатной температуры). Образцы-призмы сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм - на сжатие.

Активностью называют предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 сут. В зависимости от активности с учетом предела прочности при изгибе портландцемента подразделяют на марки М400, М500, М550 и М600.

У быстротвердеющих портландцементов нормируется не только 28-суточная прочность, но и начальная, 3-суточная. Цемент, которому присвоен государственный Знак качества, должен обладать стабильными показателями прочности при сжатии коэффициент вариации прочности для цемента МЗОО и М400 - не более 5%, М500, М550 и М600 - не более 3%.

Выделение тепла при твердении. Гидратация цемента сопровождается выделением тепла. В тонких бетонных конструкциях тепло

Все стандартные испытания цементов для определения их марки по прочности должны производиться только на песке, соответствующем ГОСТ 6139 - 78. Песок нормальный для испытания цементов - это природный кварцевый песок Привольского месторождения с зернами округлой формы размером 0,5 - 0,9 мм; содержание в нем двуокиси кремния - не менее 98%, примесей глинистых, илистых и пылевидных частиц - не более 1%.

Гидратации быстро рассеивается и не вызывает существенного разогрева бетона. Однако тепловыделение внутренней части массивной конструкции может повысить его температуру на 40°С и более по отношению к температуре бетонной смеси при укладке. Снаружи массив остывает быстрее, чем внутри, возникают температурные напряжения, которые нередко являются причиной появления трещин в бетоне. Чтобы избежать растрескивания, стремятся использовать низкотермичные цементы, снижают расход цемента в бетоне, а в случае необходимости применяют искусственное охлаждение массива.

Не всегда тепловыделение играет отрицательную роль. Например, при бетонировании конструкций в холодное время года по способу термоса выделяющееся тепло способствует поддержанию положительной температуры бетона, оно также полезно при изготовлении сборных железобетонных изделий методом горячего формования. Снизить экзотермию портландцемента можно, уменьшая содержание СзА и C3S и соответственно повышая количество QS и C4AF. Увеличение тонкости помола портландцемента усиливает тепловыделение, особенно в начале твердения (в первые 1 - 7 сут). Поэтому для бетонирования массивных конструкций применяют портландцемент с ограниченным содержанием алита (40 - 50%) и трехкальциевого алюмината (до 7%) и умеренной тонкостью помола (средняя удельная поверхность 2500 - 3000 см²/г).

Интенсивность роста прочности и тепловыделения портландцемента зависят от одних и тех же факторов - все мероприятия, ускоряющие гидратацию цемента, вызывают увеличение тепловыделения и возрастание прочности. Это позволяет использовать для приближенной оценки тепловыделения эмпирические формулы, связывающие тепловыделение и прочностную характеристику цемента. Правила приемки цементов установлены ГОСТ 22236 - 76. Цемент отгружают и принимают партиями. Размер партии устанавливают в пределах от 300 до 4000 т в зависимости от годовой мощности цементного завода. Завод производит паспортизацию цемента и назначает его марку на основании данных текущего контроля производства. В паспорте указывается: полное название цемента, его гарантированная марка, вид и количество добавки, нормальная густота цементного теста, средняя активность цемента при пропаривании. Для проверки качества отгружаемой продукции поставщик производит физические и механические испытания цемента, определяя его прочность в возрасте 3 и 28 сут. По требованию потребителя поставщик сообщает потребителю результаты физико-механических и химических испытаний цемента в 10-дневный срок после их окончания.

Цемент отгружают навалом или в бумажных пятислойных или шестислойных клапанных мешках; массу мешка указывают на упаковке.

При транспортировании и хранении цемент должен защищаться от воздействия влаги и загрязнения. Цементы хранят раздельно по видам и маркам, смешивание разных цементов не допускается.

3.1 Виды и основные технико-экономические показатели изготовляемой продукции

При помоле цементов определялись основные показатели, характеризующие работу мельницы: производительность, тонкость помола цемента и удельный расход электроэнергии.

Удельный расход электроэнергии на помол, выраженный в киловатт-часах па 1 т готовой продукции, был определен по производительности мельницы и расходу электроэнергии па помол данного вида цемента Удельный же расход электроэнергии для цементов повторного помола определялся по суммарным затратам энергии на помол соответствующей части исходного цемента и домол его с добавками.

По результатам, приведенным в табл. видно, что производительность шаровой мельницы при повторном помоле цемента с различными добавками в среднем в 1,5-2 раза выше, чем при помоле исходного цемента. Это объясняется тем, что при повторном помоле, приходится измельчать главным образом добавку, которая в процессе помола является абразивным материалом, способствующим истиранию цементных частиц в тончайшие фракции.

...