Система обеспечения качества при производстве извести на базе предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ деятельности АО «Актюбинский завод ферросплавов»

1.1 Краткая история завода

1.2 Состав Актюбинского завода ферросплавов

1.3 Сырьевая база и производимая известь на заводе

1.4 Краткое описание технологического процесса производства извести на АО «Актюбинском заводе ферросплавов»

1.5 Общая характеристика цеха изготовления извести

2. Технологический процесс производства извести

2.1 Сырье и его свойства

2.2 Технологическая линия производства извести

2.2.1 Процесс обжига

2.2.2 Шахтные известеобжигательные печи

2.2.3 Вращающиеся известеобжигательные печи

2.2.4 Гашение извести

2.2.5 Твердение извести

3. Требования стандарта к качеству сырья и продукции

3.1 Показатели качества сырьевых материалов

3.2 Контроль качества сырьевых материалов

3.3 Правила приемки, транспортировки и хранения сырьевых материалов

3.4 Складирование сырья и топлива

3.5 Показатели качества строительной извести

3.6 Взвешивание навесок должно производиться

3.7 Определение содержания непогасившихся зерен

3.8 Определение влажности

3.9 Определение степени дисперсности порошкообразной извести

3.10 Определение предела прочности при изгибе и сжатии образцов из гидравлической извести

3.11 Определение температуры и времени гашения извести

3.12 Определение равномерности изменения объема извести

3.13 Коэффициент вариации К в процентах рассчитывают по результатам испытаний извести, произведенной за квартал по формуле

3.14 Правила приёмки, маркировки, транспортирования и хранения продукта Правила приемки

4. Внедрение системы менеджмента качества на предприятии

4.1 Организационная структура предприятия

4.2 Анализ и установление перечня существующих процессов и документированных процедур в АО «Актюбинский завод ферросплавов»

5. Процедура сертификации строительной извести

5.1 Общие положения

5.2 Порядок, правила и процедуры проведения сертификации строительной извести

5.2.1 Рассмотрение заявки и принятие решения

5.2.2 Разработка программы испытаний, отбор образцов строительной извести и их идентификация

5.2.3 Проведение испытаний для сертификации

5.2.4 Проверка состояния производства

5.2.5 Выдача сертификата соответствия

5.2.6 Инспекционный контроль за сертифицированной строительной известью

6. Метрологическое обеспечение производства извести

7. Охрана окружающей среды и техника безопасности

7.1 Охрана окружающей среды при производстве извести

7.2 Техника безопасности

8. Расчет технико-экономической эффективности

8.1 Расчетная функциональная технологическая схема производства продукта

8.2 Расчет производственной программы технологической линии

8.3 Подбор основного механического оборудования

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Вяжущие вещества - древнейшие строительные материалы. Еще за 2500 - 3000 лет до н. э. были найдены способы получения искусственных вяжущих путем обжига горных пород и тонкого измельчения продукта обжига.

В средние века использование бетона почти прекратилось, были забыты способы его приготовления и укладки. Унаследованный от древних римлян рецепт смеси извести с гидравлической добавкой оставался основным вяжущим почти до конца XVIII в. Однако гипс и известь имели недостаточную водостойкость. Развитие мореплавания в XVII -- XVIII вв. потребовало для строительства портовых сооружений создания новых материалов, устойчивых к воздействию воды. [1]

Воздушная известь является местным вяжущим веществом. Главный потребитель извести (35 % общего выпуска) -- промышленность строительных материалов. Большое ее количество расходуется также в черной металлургии (33 %), химической (13 %) и пищевой (8,5 %) промышленности. В строительстве растворы из извести и песка используют для штукатурных работ и при каменной кладке. Известь входит в состав смешанных вяжущих: известково-шлаковых, известково-гипсовых и др. Воздушную известь применяют в производстве легкобетонных камней, бетонов низких марок, теплоизоляционных материалов. Особенно широкое применение известь нашла при изготовлении автоклавных строительных материалов.

При производстве силикатного кирпича и силикатобетонных изделий (блоков для наружных и внутренних стен, панелей перекрытий, колонн, балок и др.) смешанные известково-цементные растворы отличаются большей пластичностью, чем цементные, и более высокой прочностью, чем известковые. Известь в чистом виде или смеси с мелом и красителями используют для побелок и других отделочных работ. В водных красочных составах известь является одновременно белым пигментом и связующим.

Вяжущие материалы для бетонов, строительных растворов и изделий из них в зависимости от химического и минералогического состава подразделяются на следующие основные группы: известь, цементы, известесодержащие гидравлические и подобные вещества, а также гипсовые вяжущие вещества, жидкое стекло и кислотостойкие цементы. Вяжущие материалы также разделяются на гидравлические, способные твердеть на воздухе и в воде, воздушные, способные твердеть только на воздухе, и автоклавного твердения, которые эффективно твердеют при тепловлажностной обработке. [2]

Целью данной дипломной работы является внедрении системы исследование процесса получения воздушной извести, изучение сырья для её производства. Необходимо изучить способы производства, технологические процессы, процесс обжига, а так же процесс твердения на предприятии АО «Актюбинский завод ферросплавов». Изучить документации, которые ведутся на предприятии, о внедрении системы менеджмента, нормативно-технической документации на производимую продукцию, требования стандарта к продукции, требования к технологии.

Задачей данной дипломной работы является решение вопросов повышения качества на предприятии и производимой продукции, ознакомление с процедурой сертификации продукции.

Для получения наиболее полной информации, надо охарактеризовать свойства воздушной извести, изучить требования к этому материалу. Кроме того, необходимо определить, для производства каких строительных материалов может быть использована воздушная известь.



1. Анализ деятельности АО «Актюбинский завод ферросплавов»

1.1 Краткая история завода

Пуском первой плавильной печи в январе 1943 года ознаменовалось рождение Актюбинского ферросплавного завода - первенца черной металлургии Казахстана. Строительство первой очереди завода, начатое в 1940 году, было завершено к 1945 году введением в строй пяти печей для производства высокоуглеродистого феррохрома в плавильном цехе №1 и четырех печей для производства низкоуглеродистого феррохрома в плавильном цехе №2.[3]

В послевоенный период осуществлялась реконструкция завода, направленная на увеличение объема производства, расширение номенклатуры и повышение качества ферросплавов, а также улучшение технико-экономических показателей производства.

Основные этапы развития завода:

1951г. - начато производство ферротитана алюминотермическим способом в плавильном цехе №3;

1956 - 1958гг. - в плавильных цехах №1 и №2 введены в строй по две новые печи;

1958г. - впервые в СССР освоена технология производства среднеуглеродистого феррохрома кислородно-конверторным способом;

1950г. - в цехе №3 пущено в строй вакуум-термическое отделение для производства азотированного феррохрома;

1970 - 1980гг. - проводится реконструкция эксплуатируемых агрегатов, совершенствуется технология производства ферросплавов с целью увеличения мощности печей и улучшения условий труда металлургов;

1987г. - в цехе обжига известняка пущена обжиговая печь №5, работающая на природном газе;

1991г. - завершено строительство 1-ой очереди цеха по переработке шлаков, предназначенного для извлечения из шлаков углеродистого феррохрома металла методом магнитной и воздушной сепарации;

1992г. - в плавильном цехе №3 освоено производство комплексных модификаторов;

1995г. Май - по Постановлению правительства Республики Казахстан «Об индивидуальном порядке приватизации предприятий хромовой отрасли» завод в числе других был передан во внешнее управление и вошел в состав группы предприятий ТНК «Казхром».

1997г. - построена печь по выплавке карбида кальция.

1998г. - завершено строительство высокоэффективных газоотчистных сооружений всех плавильных и шахтных печей, начатое в 1977 году.

2000г. - впервые в Казахстане освоено производство металлического хрома в плавильном цехе №3;

2001г. - Испытательная химическая лаборатория аккредитована на техническую компетентность в Государственной системе сертификации Республики Казахстан;

2001г. - получен международный сертификат на систему качества по ISO 9002:1994;

2003г. - год 60-летия Актюбинского ферросплавного завода - первенца черной металлургии Казахстана:

- в честь 60-летия завода проведена научно-техническая конференция на тему «Проблемы и перспективы развития ферросплавного производства»;

- успешно проведена ресертификация СМК по ISO 9001:2000;

- начата разработка системы управления окружающей средой по ISO 14001:1996;

- участие в областном и республиканском конкурсе «Лучшие товары Казахстана», где АктЗФ занял первое место, был награжден Знаком «За лучшие товары РК» и получил благодарственное письмо за участие в конкурсе.

2004г. - получен сертификат соответствия системы охраны окружающей средой по ISO 14001:1996;

2005г. - на базе восстановленной центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ) начато производство ферросилиция марки ФС15Г; Кроме основной металлургической продукции, на заводе в период с 1995г. По 2005г. Освоен выпуск жидкого стекла, силикатного кирпича, огнеупорных изделий из шлака феррохрома, углекислоты, воздушной строительной извести. В плавильном цехе №2 проводятся опытные работы по стабилизации шлаков рафинированного феррохрома.

2006г. - приобретено в собственность предприятие по производству электроэнергии и пара АО «Актурбо» мощностью 100 МВт;

2007г. - пущена в работу автономная линия брикетирования хромовой руды в цехе по производству брикетов и кирпича;

2007г. - запущена в работу вращающаяся обжиговая печь в цехе обжига извести;

2008г. - введена в эксплуатацию паровая турбина мощностью 37 МВт. Организовано новое подразделение завода - электростанция АЗФ;

2009 - 2010гг. - строительство участка сепарации рутил-цирконового продукта;

2011г. - вхождение ОАО «Минерал» в состав ВЗФ и образование горно-обогатительного цеха по производству ильменитового, рутилового, цирконового и лейкоксенового продуктов.

2012г. - начато строительство печи для производства феррохрома мощностью 60 МВТ цеха №4.

1.2 Состав Актюбинского завода ферросплавов

известь сырье непогасившийся технологический

ь Плавильные цехи №1, 2, 3;

ь Цех шихтоподготовки со складами сырья;

ь Цех обжига извести и производства строительной извести;

ь Аккредитованная испытательная химическая лаборатория;

ь Дочерние предприятия: ОАО «Коктас Актобе»; ОАО «Алина»;

ь Комплекс вспомогательных цехов и служб: цех по переработке шлаков; Управление по ремонту оборудования; Управление энергетического обеспечения; Управление капитального строительства и ремонта; Управления по транспорту.

Для стабильной работы завода имеются все инженерные сети. Завод обеспечен необходимым технологическим, вспомогательным, грузоподъемным оборудованием, транспортной техникой, складскими помещениями, подъездными путями, производственными и бытовыми помещениями. [4]

1.3 Сырьевая база и производимая известь на заводе

Сырье:

Известняк - Сибайское месторождение п. Керегетас Павлодарская область.

Вид продукции:

- Воздушная известь;

- Негашеную комовую известь-кипелку;

- Негашеную молотую известь-кипелку.

1.4 Краткое описание технологического процесса производства извести на АО «Актюбинском заводе ферросплавов»

Известняк для производства извести поступают на завод железнодорожным транспортом, выгружаются в приемные закрома цеха Обжига извести, либо на специальные приемные площадки. После соответствующей подготовки (дробление, рассев, усреднение) материалы подаются конвейерами по трактам шихтоподачи, либо железнодорожным и автомобильным транспортом в приемные бункера соответствующего обжигового участка. После дозирования материал задается в печи, где происходит основной технологический процесс - обжиг извести. Выходящий из печи обожженный материал -- комовую негашеную известь -- транспортируют на склад вагонетками или конвейерами. Комовая негашеная известь может отгружаться потребителю или подвергаться дальнейшей переработке на заводе до порошкообразного состояния. В отличие от других вяжущих воздушная известь превращается в порошок не только при помоле, но и самопроизвольно рассыпается в тонкодисперсный порошок при затворении ее водой (при гашении). Из комовой негашеной извести получают различные продукты: при помоле -- молотую негашеную известь и при гашении -- гашеную известь.

1.5 Общая характеристика цеха изготовления извести

В состав цеха входит:

1. Склад для приема сырья;

2. Участок подготовки сырья, в нем расположены: барабанный и чашевый окомкователи извести, щековые, конусные дробилки, инерционные грохоты, спиральные классификаторы.

3. Печной пролет: в нем расположены 4 шахтные печи производительностью 64 тн/сутки извести, 1 вращающаяся печь производительностью 1080 тн/сутки извести.

Отопление печей газовое.

Обжиг известняка на печах производится природным газом с помощью периферийных и центральных горелок установленных на печах.

4. Участок готовой продукции.



2. Технологический процесс производства извести

Известь - один из ключевых элементов в жизни. Этот естественный материал вовлечен в производство большинства современных изделий. Производство стали, золота, серебра, меди и пластмасс, а также многих химических изделий и пищевых продуктов. Наиболее важные области применения извести и доломита извести:

­ Металлургия

­ Цветные металлы

­ Строительство

­ Химическая промышленность

­ Пищевая промышленность

­ Сельское хозяйство

­ Агрономия

­ Медицина

­ Обработка сточных вод. [5]

По всему миру производится больше чем 120 миллионов тонн в год извести и доломита извести. Черная металлургия - первичный потребитель с ежегодным спросом приблизительно 40 миллионов тонн.

Высококачественный известняк содержит от 97 до 99 % СаСO3. Требует приблизительно 1,75 тонны известняка, чтобы произвести одну тонну известа. Высококачественный доломит содержит 40 - 43 % МgСО3 и 57 - 60 % СаСО3. Требует приблизительно 2 тонны доломитного известняка, чтобы произвести одну тонну доломитной извести.

Обжиг известняка и доломита - простой химический процесс. Нагрев карбоната и его разложение происходит согласно соответствующего уравнения.

СаСО3 + приблизительно 3180 кДж (760 килокалорий) = СаО + СО2,

CaCO3 * MgCO3 + приблизительно 3050 кДж (725 килокалорий) =

= СаО(МgО) + 2 СО2.

Температура разложения зависит от парциального давления углеродистого диоксида в атмосфере процесса. В атмосфере газа сгорания, нормального давления и 25 % СО2, разложение известняка начинается при 810°С, в атмосфере 100 % СО2, начальная температура разложения была бы 900°С. Доломит разлагается в двух стадиях, начинающихся приблизительно при 550°С для МgСО3 и приблизительно 810°С для СаСО3.

Чтобы полностью обжигать известняк и не иметь ядро, теплота, через поверхности известняка должна проникнуть к ядру. Температура 900°С должна быть достигнута в ядре по крайней мере в течение короткого периода времени, так как атмосфера внутри материала - чистый СО2. Каменная поверхность должна быть нагрета больше чем на 900°С, чтобы поддержать требуемый температурный градиент и преодолеть эффект изолирования сожженного материала на поверхности известняка. При получении мягко-обожженной извести поверхностная температура не должна превысить 1100 - 1150°С, иначе произойдет рекристаллизация СаО и как следствие ? более низкая реакционная способность продукта и изменения свойств обожженной извести.

Некоторая выдержка или время выдержки требуются, чтобы передать теплоту от газов сгорания до поверхности известняка и затем от поверхности до ядра известняка. Большие камни требуют более длительного времени обжига. Обжиг в более высоких температурах уменьшает необходимое время выдержки. Однако слишком высокие температуры неблагоприятно затронут реакционную способность изделия. Отношение между температурой горения и временем выдержки, требуемого для различного фракционного состава показывается далее.

Фракция Температура обжига Приблизительное время

[Мм] [°С] [часы]

50 1200 0.7

? 1000 2.1

100 1200 2.9

? 1000 8.3

Воздушную строительную известь получают в результате обжига горных пород, содержащих кальцит, причем содержание глинистых примесей по массе не должно превышать 6-8 %. Схема производства воздушной извести представлена на рисунке 1. [6]

Рисунок 1. Схема получения, гашения и твердения воздушной извести

Принципиальная технологическая схема производства строительной воздушной извести представлена на рисунке 2.



Рисунок 2. Производство строительной воздушной извести

Оборудование для производства извести.

Используются два типа обжиговых печей, чтобы обжечь известняк и доломит в современной промышленности:

Ротационные (вращающиеся) обжиговые печи.

Вертикальные или шахтные печи.

Ротационные обжиговые печи с подогревателем, обычно перерабатывают известняк фракции 6-50 мм. Тепловой баланс этого типа обжиговых печей характеризован довольно высокими потерями с отходящими газами и через горловину обжиговой печи. Потери с отходящими газами находятся в диапазоне от 20 до 25% , потери через кожух обжиговой печи от 15 до 20% необходимого тепла. Только приблизительно 60% топливной энергии, подаваемой в обжиговые печи с подогревателем, используются для процесса обжига непосредственно. [7]

Для всех типов вертикальных одношахтных печей имеет неустойчивость между теплотой, удалённой от зоны обжига и теплоты, требуемой в зоне прогрева. Даже с идеальным процессом обжига (с избытком воздуха 1.0) отходящий газ с температурой 100°С может быть только с известняком, содержащим меньше чем 88 % СаСОз. Однако, известь, произведенная из такого известняка, имеет ограниченную область применения. В известняках, на практике, намного более высокое содержание карбоната, более высокая температура отходящего газа при производстве, которая является последствием избытка теплоты в зоне прогрева. Как же может избыточная теплота, в зоне обжига обжиговой печи использоваться, чтобы минимизировать потребление теплоты и как современные типы обжиговой печи соответствуют этому аспекту. Совершенное решение этой проблеме - Прямоточно-Противоточная Регенеративная Обжиговая печь Извести (ППР - Обжиговая печь).

2.1 Сырье и его свойства

Исходные материалы, их физико-механические свойства

Для производства воздушной извести применяют следующие виды известково-магнезиальных карбонатных пород: зернисто-кристаллический мраморовидный известняк, плотный кристаллический известняк, землисто-рыхлый известняк (или мел), известковый туф, известняк-ракушечник, оолитовый известняк, доломитизированный известняк, доломит.

В состав известняков входят углекислый кальций СаСО3 и небольшое количество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.). В таблице 1 приведен теоретический состав магнезиальных карбонатных пород, а так же получаемая на их основе известь.



Таблица 1 - Примерная классификация сырья для производства известковых вяжущих веществ

Сырье	Содержание, %	Получаемая известь
	СаСО3	MgCO3	Глинистые примеси
Чистый известняк	95 - 100	0 - 3	0 - 2,5	Маломагнезиальная жирная
Обычный Известняк	87 - 95	0 - 3	3 - 8	Маломагнезиальнаятощая
Мергелистый известняк	75 - 90	0 - 5	8 - 25	Гидравлическая
Доломитизирован-ный известняк	75 - 90	5 - 20	0 - 8	Магнезиальная
Доломит	55 - 75	25 - 45	0 - 8	Доломитовая
Доломитизированный мергелистый известняк	50 - 70	5 - 25	8 - 30	Магнезиальная гидравлическая

Чистые известково-магнезиальные породы -- белого цвета, однако они часто бывают окрашены примесями окислов железа в желтоватые, красноватые, бурые и тому подобные тона, а углистыми примесями -- в серые и даже черные цвета.

Известково-магнезиальные породы в зависимости от их химического состава являются сырьем для производства не только воздушной, но и гидравлической извести, а также портландцемента. В таблице 2 приведена примерная классификация по ГОСТ 21-27-76 известково-магнезиальных горных пород, применяемых для производства воздушной и гидравлической извести, а также их разновидностей.

Таблица 2 - Требования к химическому составу известняков для производства известковых вяжущих

Компоненты	Содержание, %
	А	Б	В	Г	Д	Е	Ж
СаСО3, не менее	92	86	77	72	52	47	72
MgCO3, не более	5	6	20	20	45	45	8
Глинистые примеси (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3), не более	3	8	3	8	3	8	20



Сырьем для производства воздушной извести могут служить не только специально добываемые для этой цели карбонатные породы, но и отходы при добыче известняков для нужд металлургической, химической, строительной и других отраслей промышленности.

Сырьевые материалы для производства извести.

Для производства извести применяют все природные материалы, содержащие в основном углекислый кальций (известняк, мел, известковый туф и т. д.). Теоретический состав его: 56 % СаО и 44 % СО2. Углекислый кальций встречается в природе в виде трех минералов: кальцита, арагонита и ватерита.

Арагонит СаСО3 имеет твердость 3,5 - 4, плотность 2900 - 3000 кг/м3, при нагревании превращается в кальцит. [8]

Доломиты представляют собой породы смешанного происхождения. В виде примесей обычно присутствуют кальцит и глинистые, минералы, иногда - ангидрит,кварц,оксиды железа и др. По внешнему виду доломиты очень похожи на известняки как по структуре, так и по окраске. Аналогично многим известнякам они имеют зернистую или плотную структуру. Они отличаются значительной пористостью и трещиноватостью. Плотность доломитов составляет 2700-2800 кг/м3, предел прочности при сжатии - 100 - 140 МПа. От известняков доломиты отличаются повышенным содержанием минерала доломита.

Кальцит СаСО3 имеет белую и серую окраску. Твердость кальцита по минералогической шкале ? 3; плотность ? 2720 - 2800 кг/м3 Кальцит растворяется в кислотах; в воде его растворимость незначительная. Кальцит обнаруживается эффектом «вскипания» при: воздействии на него 10%-ным раствором соляной кислоты.

Магнезит МgСО3 встречается желтого, белого, серого и коричневого цветов, имеет стеклянный блеск. Твердость 3,75 - 4,25, плотность 2900 - 3100 кг/м3.

Известняки. Горная порода карбонатной группы, состоящая из; кальцита (редко из арагонита) и некоторого количества минеральных примесей, называется известняком. К известнякам относятся карбонатные породы с содержанием углекислого кальция СаСО3 не менее 70%.

Известняки образовались в основном из останков живых организмов, обитавших миллионы лет назад в морской воде. Чем больше времени прошло с момента образования таких скоплений, тем более плотным является известняк.

Некоторая часть известняков образовалась химическим путем вследствие перехода растворимой в воде двууглекислой соли кальция в нерастворимую углекислую.

В природе встречаются известняки самой разнообразной окраски: белой, серой, желтой, зеленоватой, бурой, красноватой, черной и пестрой. Цвет известняка определяется примесями. Пахучесть известняка говорит о значительном содержании в нем органических остатков.

Известняки классифицируют по двум признакам: по структуре, т.е. по строению материала, и по химическому составу.

Зернисто-кристаллические известняки ? к ним относятся кальцитовый и доломитизированный мрамор, имеют крупнокристаллическое строение Объемная масса мрамора 2600 2800 кг/м3; карьерная влажность до 2%.

Плотные известняки имеют тонкозернистую структуру; объемная масса - 2400 2600 кг/м3; карьерная влажность - 2 4%. Отдельные виды плотных известняков поддаются полированию и поэтому называются мраморовидными.

Пористые известняки - известняк-ракушечник, известняковые туфы и оолитовые известняки.

Ракушечник сложен из остатков крупных раковин (размером 2 3 см); влажность 8 10%.

Мел имеет землистое сложение. Его особенности рыхлость, тонкозернистость, отсутствие слоистости. Объемная масса мела 1300 2000 кг/м3; карьерная влажность мела составляет 10 30%.

Известняковый туф - ноздреватая относительно твердая порода; предел прочности при сжатии в сухом состоянии до 80 МПа.

Оолитовый известняк состоит из отдельных шаровидных сцементированных зерен кальцита (диаметром до 0,05 мм), внутри которых часто находятся песчинки; отличается он низким пределом прочности при сжатии 16 20 МПа.; влажность 6 8%.

Землистые известняки мел и рыхлые сходные по структуре с мелом известняки.

Доломитизированные известняки дают серую воздушную известь, используемую иногда в строительных растворах, а при обжиге во взвешенном состоянии - в изделиях автоклавного твердения.

Примеси - известковые горные породы обычно содержат различные примеси, главным образом глинистых веществ, доломита, кварца, окиси железа. Соединения железа находятся в примесях в виде карбонатов (сидерит FeСО3), сульфидов (пирит), свободных окислов (магнетит, гематит) и в составе других примесей (глауконит). Условно к карбонатным породам относят только те, которые содержат не менее 50% карбонатов кальция и магния и не более 50% глинистых примесей. Карбонатную породу, содержащую от 21 до 50% песчано-глинистых веществ, называют мергелем.

Количество примесей колеблется в довольно значительных пределах. Даже сравнительно чистые известняки содержат 2 - 3% примесей. Характер физической структуры известняков и наличие в них примесей отражаются на процессе производства извести, обусловливая изменение температуры обжига и производительности печи, а также оказывают влияние на свойства конечного продукта.

Глинистые примеси в количестве до 8% существенно не изменяют свойства воздушной извести. Известняки с содержанием глинистых примесей от 8 до 12% называются слабо мергелистыми известняками, а получаемая из них известь - слабогидравлической. При содержании глинистых примесей в пределах 1220% известняки называются мергелистыми, а получаемая из них известь сильногидравлической.

Требования к сырью.

Производство воздушной извести включает следующие основные технологические операции: добычу сырья, подготовку сырья и топлива к обжигу (дробление и классификация), обжиг, превращение продукта обжига в порошок путем гашения или помола, упаковку. Добывают известняк открытым способом -- взрывом с погрузкой взорванной породы на транспортные средства одноковшовыми экскаваторами. Требуемая величина кусков, поступающих на обжиг, определяется типом обжигательной печи. Загружаемые в шахтную печь куски известняка имеют обычно размеры 60-200 мм. При обжиге во вращающихся печах размеры кусков должны быть 5-20 или 20-40 мм, поэтому известняк, поступающий из карьера, предварительно дробят. Выбор дробильного агрегата зависит от вида сырья. Прочные известняки дробят на щековых дробилках; рыхлые карбонатные породы (мел) -- на зубчатых вальцах. В зависимости от размеров исходных кусков материала и заданной величины зерен известняка дробление может быть одно- и двухступенчатым и организовано по открытому и замкнутому циклам. Целесообразно дробление, рассев и сортировку известняка осуществлять на карьере, что снижает транспортные расходы и упрощает технологическую схему.

Размеры кусков сырьевой поставляемой с карьера породы достигают 50 -- 60 см и более. Требуемая величина кусков породы, поступающих на обжиг, определяется типом обжигового агрегата. Загружаемый в шахтную печь известняк имеет обычно размеры 60 -- 200 мм. При обжиге во вращающихся печах применяют фракции 5 -- 20 мм или 20 -- 40 мм. Поэтому поступающую с карьера породу необходимо дробить. Дробленый материал подвергается рассеву на грохотах, что обеспечивает постоянство фракционного состава.



2.2 Технологическая линия производства извести

2.2.1 Процесс обжига

Существующий технологический процесс обжига известняка предусматривает применение высококачественного исходного сырья, высокий уровень квалификации операторов и в настоящее время совершенно не отвечает современному уровню производства. [9]

Возможность использования мела в качестве сырья для производства извести является одной из наиболее перспективных технологий её дальнейшего использования в производстве силикатного кирпича и других строительных материалов.

При производстве воздушной извести известняк и мел декарбонизируются и превращаются в известь по реакции:

СаСО3 CaO + СО2 при 900-1200 oС. (1)

Наличие глинистых примесей облегчает удаление СО и снижает температуру обжига. Однако чем больше в извести примесей, тем при более низкой температуре наступает ухудшение ее свойств.

Продолжительность обжига определяется также размером кусков обжигаемого продукта. Скорость перемещения зоны диссоциации СаСО3 по куску зависит от температуры обжига: при 900 oС она составляет примерно 2 мм/ч, а при 1100 oС -- 14 мм/ч, то есть обжиг идет в 7 раз быстрее.

Обжиг ведут в шахтных или вращающихся печах. Типовые конструкции, разработанные в 60 - 70 годах прошлого века, не отвечают современным требованиям к качеству извести, удельному расходу топлива и удельным съемам продукции. В последние годы проводится модернизация печей для обжига за счет перевода их на автономный режим работы, применение компьютерного анализа.

В шахтных печах можно обжигать только твердые породы, в них не следует обжигать известняки, которые в процессе обжига сильно растрескиваются: при этом они образуют непродуваемый слой, в результате качество обжига извести ухудшается.

Во вращающихся печах обжигают как твердые породы, так и шламы мягких пород, например мела.

Неравномерность обжига может привести к образованию в извести недожога и пережога.

Недожог (неразложившийся CaCO3), получающийся при слишком низкой температуре обжига, снижает качество извести, так как не гасится и не обладает вяжущими свойствами.

Пережог образуется при слишком высокой температуре обжига в результате сплавления CaO с примесями кремнезема и глинозема. Зерна пережога медленно гасятся и могут вызвать растрескивание и разрушение уже затвердевшего материала.

2.2.2 Шахтные известеобжигательные печи

Наибольшее распространение для производства извести получили шахтные известеобжигательные печи на рисунке 3, высота которых достигает 20 м. [10]

В зависимости от вида применяемого топлива и способа его сжигания, различают шахтные печи: работающие на короткопламенном твердом топливе;

на любом твердом топливе; на жидком топливе; на газообразном топливе.

В зоне подогрева из известняка и топлива (в случае использования твердого топлива -- кокса или антрацита) удаляется влага. Известняк нагревается до температуры начала диссоциации, а топливо -- до температуры воспламенения. В зоне обжига за счет сгорания топлива или поступления продуктов его сгорания из топок (в случае работы печи на жидком или газообразном топливе) достигается максимальная температура материала и активно происходит диссоциация СаСО3 и MgСО3. В третьей зоне материал охлаждается поступающим в печь снизу воздухом.

2.2.3 Вращающиеся известеобжигательные печи

Вращающиеся печи позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из мелкокускового известняка и из мягких карбонатных пород - мела, туфа, известняка-ракушечника, которые нельзя обжигать в шахтных печах из-за склонности этих материалов к «зависанию» в шахте, приводящему к нарушению технологии обжига.

В этих печах возможно достичь более высокой степени обжига (до 98 - 99,5 %), получить известь с временем гашения при 90 oС до 12 - 15 минут и более. Повышенный расход топлива за счет более высоких теплопотерь

корпуса в окружающую среду и дополнительный расход энергии является недостатком вращающихся печей. Кроме того, такие печи неудовлетворительно работают на мелах с карьерной влажностью 25-30% из-за повышенной адгезионной способности мела при таких значениях влажности. Поэтому мел либо подсушивают, либо «распускают» до большей, чем карьерная, влажности и, несмотря на увеличение расхода топлива, работают по технологии мокрого способа.



Рисунок 3. Шахтная печь

1 - шахта печи; 2 - загрузочный механизм; 3 - зона подогрева; 4 - зона обжига; 5 - зона охлаждения; 6 - гребень; 7 - разгрузочный механизм

Длина известьобжигательных вращающихся печей составляет 30 -- 100 м при диаметре 1,8 -- 3 м, производительность достигает 400 -- 500 т/сут., что в 2 -- 4 раза выше, чем у шахтных печей. Одно из важнейших технологических преимуществ -- малое время прохождения материала от места загрузки до выхода из печи. Во вращающихся печах может быть получена известь высокого качества обжигом при средних и достаточно высоких температурах. Из-за малого времени пребывания материала в печи опасность пережога в них минимальна. При этом известь значительно более однородна по составу и содержит меньше примесей.



2.2.4 Гашение извести

Известь воздушная отличается от других вяжущих веществ тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения -- действием воды на куски комовой извести.

Гидратация различных видов извести происходит по следующим уравнениям:

кальциевая известь

СаО + Н2О Са(ОН)2 + Q; (2)

доломитовая известь (при обычном гашении)

СаО + MgO + Н2О Са(ОН)2 + MgO + Q; (3)

доломитовая известь (при автоклавном гашении)

СаО + MgO + 2Н2О Са(ОН)2 + Mg(ОН)2 + Q; (4)

Q - количество теплоты, равное 1160 кДж на 1 кг оксида кальция.

Доломитовая известь вследствие пережога MgO гидратуется при высокой температуре 185 oС и давлении 9 атм.

Теоретически для гашения извести в пушонку, необходимо 32,13% воды от веса СаО. Практически в зависимости от состава извести, степени ее обжига и способа гашения количество воды берут в два, а иногда и в три раза больше, так как в результате выделения тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром. На скорость гашения извести оказывают влияние температура и размеры кусков комовой извести: с повышением температуры ускоряется процесс гашения; особенно быстро он протекает при гашении паром при повышенном давлении в закрытых барабанах.

По окончании гашения жидкое известковое тесто через сетку сливают в известехранилище, где его выдерживают до тех пор, пока полностью не завершится процесс гашения. Известковое тесто с размером непогасившихся зерен менее 0,6 мм можно применять сразу. Крупные непогасившиеся зерна опасны тем, что среди них могут быть пережженные.

Содержание воды в известковом тесте не нормируется. Обычно в хорошо выдержанном тесте соотношение воды и извести около 1:1.

Для облегчения помола комовую известь предварительно дробят до зерен размером 15-20 мм в шаровых мельницах. Для очень тонкого измельчения (удельная поверхность 500-700 м2/кг) применяют вибромельницы. Они особенно эффективны при повышенном содержании в извести пережженных частиц. Перед подачей в вибромельницу известь предварительно измельчают в шаровой или молотковой мельнице до частиц размером не более 2 мм. Помол, как правило, ведут по замкнутому циклу. Крупные частицы из сепаратора направляют на вторичное измельчение, а мелкие -- на склад готовой продукции. Производство молотой негашеной извести связано со значительными затратами электроэнергии -- 115-150 МДж/т и более, в то время как производство гашеной извести требует лишь 13-15 МДж/т.

Гашение -- особый технологический процесс, используемый только в производстве извести из-за специфики ее свойств. При гашении извести выделяется значительное количество теплоты: 1160 кДж на 1 кг оксида кальция. Выделяющаяся теплота вызывает кипение воды, поэтому негашеную известь называют кипелкой. Проникая в глубь зерен, вода вступает в химическое взаимодействие с СаО, и теплота, выделяющаяся при этом, превращает воду в пар. Резкое увеличение объема пара по сравнению с объемом жидкости вызывает внутренние растягивающие напряжения в зернах извести и их разрушение.

Различают несколько стадий гашения извести в пушонку. Сначала впитывается вода и исходный порошок уплотняется в результате образования оксигидрата -- СаО * 2Н2О. Затем гомогенная плотная масса превращается в «бурлящий» порошкообразный продукт. При этом выделяется основное количество теплоты, ведущее к разогреву массы и парообразованию, в результате самопроизвольного разложения оксигидрата. Заключительный этап -- образование пушонки, т. е. появление агрегатов гидроксида кальция вследствие взаимного притяжения разноименно заряженных участков отдельных кристаллов Са(ОН)2.

Для гашения извести в пушонку теоретически необходимо 32,13 % воды от массы кипелки. Практически воды берут в 2-3 раза больше, так как значительная часть ее испаряется. При недостатке воды происходит перегрев массы и «перегорание» извести, в результате которого отдельные ее зерна, не успевшие погаситься, приобретают плотную структуру, трудно поддаются дальнейшей гидратации, а в изделиях вызывают снижение прочности вследствие запоздалого гашения.

Количество воды, необходимое для гашения извести в тесто, зависит от качества извести, способа гашения и других факторов. В среднем оно составляет около 2,5 л на 1 кг кипелки. Чем жирнее известь, тем больше требуется воды. Содержание воды в конечном продукте -- известковом тесте -- обычно не превышает 50 %.

Скорость взаимодействия оксида кальция с водой и соответственно скорость гашения при повышении температуры на каждые 10 °С увеличивается в 2 раза, поэтому целесообразно гасить известь при повышенном давлении пара в специальных барабанах.

На скорость гашения влияют также различные добавки, вводимые в воду. Так, хлористые соли (MgCl2, СаС12 и др.) увеличивают скорость гашения, а добавки гипса и ПАБ значительно замедляют гидратацию СаО.

Характер процесса гашения зависит от наличия примесей. При гашении в пушонку зерна силикатов и алюминатов кальция, образовавшиеся при обжиге, не гасятся и не превращаются в порошок -- их необходимо отделять, измельчать и смешивать с пушонкой для улучшения ее свойств.

Гашение извести в пушонку включает: дробление, гашение в гидраторах непрерывного или периодического действия, выдерживание в силосах, отсев непогасившихся зерен. В гидраторах при энергичном перемешивании массы происходит быстрая гидратация. Получаемое пластичное тесто в результате испарения воды превращается в порошок. Выдерживание в силосах в течение 1-2 сут повышает качество извести, так как в гидраторах процессы гидратации не успевают пройти полностью. Кроме того, при выдерживании испаряется избыточная влага.

Из периодически действующих гидраторов широкое применение получили гасильные барабаны цилиндрической или бочкообразной формы вместимостью 15 м3 (рис. 3.4). В барабан загружают предварительно измельченную в молотковых или конусных дробилках комовую известь с размером частиц 3-5 мм. При вращении барабана известь гасится паром. Продолжительность гашения составляет 30-40 мин.

В чашечном гидраторе периодического действия известь перемешивают неподвижными лопатками, расположенными в чаше, вращающейся с частотой 3 мин. По окончании гашения пушонку выгружают из чаши гидратора через центральное отверстие. Процесс гашения длится 15-20 мин, а весь цикл, включая разгрузку, гашение и выгрузку, -- около 35 мин. Из гидратора известь поступает в силосы. Производительность гидратора 4-5 т/ч. После выдерживания в силосах от пушонки отделяют непогасившиеся частицы на ситах или в сепараторах.

Заводское производство пушонки позволяет увеличить сроки хранения извести, упростить ее транспортирование. Вместе с тем себестоимость пушонки выше, так как выпуск ее требует организации гидратного цеха и упаковки гидрата в мешки или контейнеры. Для получения известкового теста известь гасят большим количеством воды. Затем полученное известковое молоко отстаивается, лишняя вода отделяется, а тесто вызревает. Известь-кипелку предварительно измельчают в щековой дробилке до зерен размером не более 5 см и орошают на виброгрохоте горячей водой. Затем известь-кипелку выдерживают в течение 2 ч в гасильном бункере. Окончательное гашение происходит в гасителе (барабанном или типа ЮЗ), куда подается вода, подогретая до температуры 40-50 °С. Из гасителя известковое молоко выливается на виброгрохот, где отделяются крупные частицы, а затем перекачивается для отстоя в железобетонные емкости с вертикальными фильтрами. Фильтр -- это оцинкованная с отверстиями по всей высоте и заполненная крупным песком труба, проходящая через днище отстойника. За время пребывания в отстойнике (16 ч) избыточная вода уходит через фильтры и материал приобретает сметанообразную консистенцию. Отстоявшуюся воду снова используют для гашения извести.

Для ускорения процесса гидратации целесообразно обрабатывать известь горячей водой. Барабан известигасителя состоит из двух цилиндров, вставленных друг в друга с зазором 12 мм и образующих рубашку (теплообменник), в которую поступает вода. За счет теплоты, выделяющейся при гидратации, вода подогревается до температуры 40-45 °С и поступает для гашения внутрь барабана. Барабан разделен решетчатой диафрагмой на камеры гашения и измельчения. Последняя загружена стальными шарами. Здесь измельчаются непогасившиеся частицы. Производительность термомеханического известегасителя 2 т/ч.

В целом при производстве извести расходуется сравнительно небольшое количество топлива и электроэнергии. При обжиге в шахтных печах на 1 т извести расходуется: условного топлива 170 кг и 21,6 МДж электроэнергии, в то время как на 1 т цемента соответственно 255 кг топлива и 32,4 МДж электроэнергии. Однако себестоимость извести пока высока вследствие низкого технического уровня и слабой концентрации ее производства. Для устранения этого недостатка необходимо ориентироваться на комплексные известковые заводы мощностью 100-200 тыс. т извести в год, которые наряду с производством комовой извести, негашеной молотой и гидратной извести -пушонки могут выпускать смешанные вяжущие, известняковый заполнитель и известковую муку. Углекислый газ, содержащийся в отходящих из печей дымовых газах, используют для производства жидкой углекислоты и сухого льда.

2.2.5 Твердение извести

Процесс твердения очень длительный, и полной карбонизации извести практически не происходит, хотя поверхностная карбонизация протекает достаточно быстро. Существует мнение, что при длительном контакте извести с кварцевым песком в присутствии влаги между этими компонентами происходит взаимодействие с образованием контактного слоя из гидросиликатов. Это также повышает прочность и водостойкость бетонов и кирпичной кладки на извести, имеющих возраст более 200…300 лет.

Твердение гашеной извести

Согласно теории твердения известковых растворов, изложенной Ю. М. Буттом, два одновременно протекающих процесса обуславливают твердение: испарение механически перемешанной воды и постепенная кристаллизация гидрата извести из насыщенного раствора. Карбонизация извести идет так же под действием углекислого газа, который в небольшом количестве содержится в воздухе [11]:

Са(ОН)2 + СО2 + nН2O СаСО3 + (n+1)Н2O (5)

Процесс карбонизации имеет при твердении извести второстепенное значение. Гораздо важнее испарение воды, сопровождающееся кристаллизацией гидроксида кальция. Высыхание вызывает уплотнение студнеобразной массы с нарастанием прочности твердеющих известковых растворов. Образующиеся кристаллы срастаются друг с другом, с зернами песка и с кристаллами углекислой извести.

Твердение молотой негашеной извести

Молотую негашеную известь получают путем тонкого размола комовой извести без предварительного гашения.

Гидратационное твердение негашеной молотой извести приводит к быстрому обезвоживанию раствора и его более высокой прочности. При правильно подобранном водоизвестковом отношении (0,9-1,5) кристаллы гидроксида кальция, получившиеся при гидратации окиси кальция непосредственно в материале (CaO.H2O), срастаются между собой и быстро образуют прочный кристаллический сросток.

Отрицательно влияет на гидратное твердение негашеной извести пережог. Замедленная гидратация крупных кристаллов окиси кальция (крупнее 10--20 мкм) в уже затвердевшем известковом камне вызывает дополнительные некомпенсируемые напряжения. Поэтому количество пережога в молотой негашеной извести не должно превышать 3--5%.



3. Требования стандарта к качеству сырья и продукции

3.1 Показатели качества сырьевых материалов

Показателем качества сырьевых продуктов (известняков) для производства строительной извести является химический состав горной породы, определяемый для разных карьеров.

По ГОСТ 5331 - 63 на карбонатные породы для производства строительной извести предусматривается пять классов пород (А, Б, В, Г, Д) в зависимости от их химического состава (таблица 3). [12]

Таблица 3 - Породы карбонатные для производства строительной извести

Химический состав	А	Б	В	Г	Д
Углекиспый кальций (СаСО3), %
не менее	93	90	85	47	72
Углекислый магний (MgCO3), %
не более	4	7	7	45	8
Глинистые примеси (SiO2+Al2O3+Fe2O3),
%, не более	3	3	8	8	20

3.2 Контроль качества сырьевых материалов

Качество исходных материалов контролируют при их поступлении на склад, периодически при хранении на складе и раз в смену на технологической линии перед поступлением в обжиговый агрегат.

Карбонатное сырье. Качество карбонатной породы на складе контролируют как по документации поставщика, так и непосредственным анализом проб, взятых из прибывшей партии сырья или различных мест штабеля.

На каждые 300 тонн прибывающего на заводской склад карбонатного сырья поставщик высылает на предприятие паспорт, в котором указано: дата выдачи документа, класс породы, количество, номер партии, результанты испытания проб сырья.

Работники предприятия периодически, 2-4 раза в месяц, производят контрольную проверку соответствия поступающей карбонатной породы требованиям ГОСТ 5331--63 «Породы карбонатные для производства строительной извести».

Содержание мелочи в поступившей партии фракционированного сырья определяют отдельно для каждой фракции следующим образом. Карбонатную породу в количестве одной десятой части объема железнодорожного вагона или одной автомашины просеивают через грохот с отверстиями, равными размеру кусков нижнего предела поставляемой фракции. Начальную пробу и прошедшие через грохот фракции сырья (мелочь) взвешивают на весах. Количество мелочи GM в процентах получают расчетом по формуле:

Gм=G2/G1*100% (6)

где G1 - количество сырья в начальной пробе, кг; G2 - количество сырья, прошедшего через сито, кг.

Содержание мелочи в сырье данной фракции не должно превышать 5%.

Для определения физико-химических свойств сырья необходимо отобрать среднюю пробу. Карбонатную породу для средней пробы отбирают из каждой партии в размере 20 кг, равными порциями, не менее чем из 20 мест.

Перед определением влажности и химического состава карбонатного сырья отобранную пробу подвергают квартованию. Для этого пробу в количестве 20 кг измельчают в мельнице до кусков фракции 30 - 40 мм, перемешивают лопатой и равномерным слоем распределяют в виде квадрата со стороной, равной 1 м.

Квадрат делят диагоналями на четыре треугольника, т. е. квартуют. Материал двух любых противоположных треугольников отбрасывают, а двух оставшихся измельчают и снова размещают в виде квадрата и также квартуют.

Среднюю пробу в количестве до 1 кг, отобранную методом квартования, помещают в эксикатор и направляют в лабораторию для исследования.

Для определения влажности карбонатную породу из средней пробы измельчают до полного прохождения через сито с отверстиями 3 мм и квартованием отбирают 20-40 г. Навеску взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г в предварительно просушенной и взвешенной фарфоровой чашке. Далее чашку с навеской материала помещают в сушильный шкаф, где выдерживают до постоянного веса при температуре 105 - 110° С.

Высушенную навеску охлаждают в эксикаторе над серной кислотой и взвешивают.

Влажность материала Wр, %, определяют по формуле:

Wр = (G1-G2/G1)*100% (7)

где G1 - количество исходного материала, г; G2 - количество материала после его сушки, г.

Потери при прокаливании (П.П.П.) карбонатной породы контролируют для косвенного определения содержания в сырье углекислого кальция и магния. Потери при прокаливании химически чистого СаСО3 составляют 44%, в доломитизированных известняках П.П.П. несколько выше, а П.П.П. известняков, засоренных примесями, ниже 44%.

Подготовку пробы и определение потери при прокаливании выполняют следующим образом. 25 - 30 г материала средней пробы растирают в фарфоровой ступке и сокращают квартованием до 10 г, после чего растирают в агатовой ступке до тонины пудры и хранят в бюксе.

1 г материала высушивают при температуре 105 - 110°С и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем его помещают в прокаленный и взвешенный фарфоровый тигель, который постепенно нагревают в муфельной печи до температуры 1000° С и выдерживают не менее 1 ч.

Тигель вынимают из печи, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Затем повторяют прокаливание в течение 15 мин, охлаждают и взвешивают тигель. При получении постоянного веса П.П.П., %, вычисляют по формуле:

П.П.П. = (G1-G2/G1)*100 % (8)

где G1 -- количество материала до прокаливания, г; G2 -- количество материала после прокаливания, г.

Далее определяют содержание в средней пробе окиси кремния (SiO2), полуторных окислов (R2O3 = Al2O3 + Fe2O3), окиси кальция (СаО) и окиси магния (MgO).

Если контрольная проверка качества сырья показала неудовлетворительные результаты, т. е. невыполнение хотя бы одного из требований стандарта, то производят повторную проверку, отбирая двойное количество проб. При отрицательных результатах повторной проверки партия карбонатной породы не принимается предприятием и не пускается в производство.

Гранулометрический состав карбонатного сырья периодически, 1 раз в смену, проверяют на технологической линии перед его подачей в скип или питатель печи. В этом случае отбирают пробу весом 100 - 150 кг и определяют содержание мелочи рассмотренным выше методом.



3.3 Правила приемки, транспортировки и хранения сырьевых материалов. Правила приемки

1.1. Камень должен быть принят техническим контролем предприятия-изготовителя.

1.2. Приемку и поставку камня осуществляют партиями. В состав партии включают камень одного вида, сорта и фракции.

1.3. При отгрузке камня железнодорожным и водным видами транспорта размер партии устанавливают в зависимости от годовой мощности карьера:

· 1000 т - при годовой мощности до 1000000 т;

· 2000 т - свыше 1000000 т.

Допускается отгружать партии камня меньшей массы.

1.4. При отгрузке камня автомобильным транспортом партией, считают количество камня одного сорта и одной фракции, отгружаемого одному потребителю в течение суток.

1.5. Количество поставляемого камня определяют по его массе. Камень, отгружаемый в вагонах или автомобилях, взвешивают на железнодорожных и автомобильных весах. Массу камня, отгружаемого в судах, определяют по осадке судна.

1.6. Изготовитель должен определять фракционный состав камня не менее одного раза в квартал, а также при замене технологического оборудования или переходе из одного забоя в другой при разработке пласта гипсового камня.

...