Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Характеристика сырьевых материалов и выпускаемой продукции

2. Обоснование способа производства

3. Расчет материального баланса. Определение мощности производственных отделений

4. Технологическая схема производства. Описание технологических процессов

5. Организация технологического контроля

6. Охрана труда и окружающей среды, техника безопасности

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Вяжущие вещества научились получать и начали применять в строительстве еще в глубокой древности. Первым вяжущим веществом была необожженная глина, которую использовали при возведении простейших сооружений. В Древнем Египте и Древнем Риме научились получать искусственным путем и использовать в строительстве гипсовые и известковые вяжущие вещества, в т.ч. гидравлические растворы. В дальнейшем производство и использование вяжущих веществ развивалось по мере развития человеческой цивилизации. Увеличение объема промышленного и гражданского строительства в 18-20 веках предопределило освоение производства и применения гидравлических вяжущих веществ - романцементов и портландцементов. Выдающийся вклад в развитие науки о цементах внесли ряд отечественных и зарубежных ученых и производственников: В.М. Севергин, Шарлевиль, Е. Челиев, Д. Аспдин, А.Р. Шуляченко, Н.А. Белелюбский, Н.Н. Лямин, С.А. Дружинин и многие другие. [1]

В настоящее время существует значительное количество разнообразных вяжущих веществ, однако в строительстве применяется лишь часть из них. Их называют строительными вяжущими веществами и делят на две основные группы: неорганические (минеральные) вяжущие вещества и органические вяжущие вещества.

Строительными минеральными вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, которые после смешения с водой (а в отдельных случаях и с растворами некоторых солей) образуют массу, постепенно затвердевающую и переходящую в камневидное состояние. Большинство минеральных вяжущих твердеет в результате возникновения гидратных новообразований при взаимодействии вяжущего вещества с водой.

Почти все минеральные вяжущие вещества получают путем грубого и тонкого измельчения исходных материалов и полупродуктов, а также термической обработки сырья при разных температурах. В этих условиях протекают необходимые физико-химические процессы, обеспечивающие получение продукта с требуемыми свойствами. Производство вяжущих веществ представляет собой комплекс химических и физико-механических воздействий на исходные материалы, осуществляемых в требуемой последовательности.

Вяжущие вещества - основа современного строительства. Их широко применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, а также разнообразных бетонов (тяжелых, легких, ячеистых и т.п.). Из бетонов изготовляют всевозможные строительные изделия и конструкции, в т.ч. и армированные сталью (железобетонные, армосиликатные и др.). Бетоны на вяжущих веществах применяют также для возведения отдельных частей зданий и целых сооружений (мосты, плотины и т.п.).

Все строительные минеральные вяжущие вещества в зависимости от их основных свойств делят на три основные группы: воздушные, гидравлические и кислотостойкие. [1]

Гидравлические вяжущие вещества отличаются тем, что после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны в последующем твердеть как в воздушной, так и в водной среде. Гидравлические вяжущие вещества применяют в производстве разнообразных изделий и конструкций, а также при возведении зданий и сооружений, предназначенных к эксплуатации как в воздушной, так и в водной среде.

В группу гидравлических входят многие вяжущие вещества, которые делят на несколько подгрупп. В первую подгруппу включают гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 5-10% активных минеральных добавок. В эту подгруппу входят: портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий портландцемент без добавок и с добавками, белый портландцемент; глиноземистый цемент; романцемент; гидравлическая известь.

Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих друг с другом, а также отдельных вяжущих или их смесей с активными или минеральными добавками, вводимыми в количестве более 10-15%. Основными представителями этой подгруппы являются: на основе портландцемента - шлаковый портландцемент, пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов и др.; на основе воздушной и гидравлической извести - известково-пуццолановые цементы, известково-кварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-нефелиновый цемент, известково-шлаковый цемент и др.; на основе глиноземистого и портландского цементов, а также гипса - расширяющиеся и безусадочные цементы; на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок - гипсоцементнопуццолановые вяжущие и др.; на основе доменных гранулированных шлаков и гипса - сульфатно-шлаковый цемент.

К третьей группе относится кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент. [1]

1. Характеристика сырьевых материалов и выпускаемой продукции

В данной курсовой работе в качестве исходного сырья для производства портландцементного клинкера используется глина, известняк и огарки, а для производства сульфатостойкого портландцемента - портландцементный клинкер, природный двуводный гипс и трепел.

Глины представляют собой тонкодисперсные осадочные горные породы и легко дают суспензии, когда их разбалтывают с водой. Глины сильно различаются по минералогическому и гранулометрическому составу часто в пределах даже одного месторождения. Нередко они содержат значительное количество включений в виде песка и гравия, что вызывает необходимость их предварительного обогащения. По минералогическому составу глины характеризуются преимущественным содержанием водных алюмосиликатов и кварцевого песка. Легкоплавкие глины состоят в основном из кремнезема (70-80%), глинозема (3-10%), окиси железа (3-6%) и небольшого количества карбонатов кальция и магния. В отдельных случаях содержание окиси кальция может достигать 10-25%, а окиси магния - 3-5%. Иногда в глинах присутствуют соединения, содержащие SO₃, Na₂O и K₂O. Включения веществ, содержащих эти окислы, а также MgO нежелательны и их количество должно быть минимальным. Влажность глин колеблется в пределах 15-25%. Плотность комовой глины составляет 1800-2000 кг/м3 (1,8-2,0 г/см³). Для производства сульфатостойких цементов используют низкоалюминатные глины.

Известняки и мел представляют собой карбонатные породы осадочного происхождения. Плотность плотных известняков составляет 2400-2700 кг/м3 (2,4-2,7 г/см³), а меловых пород - 1500-2000 кг/м³ (1,5-2,0 г/см³). Влажность этих материалов колеблется соответственно в пределах 2-6 и 15-30%. Известняки и мел содержат до 90% и более углекислого кальция и небольшие количества кварцевого песка, глинистых минералов и др. По химическому составу эти материалы характеризуются преимущественным содержанием окиси кальция (до 50% и более) и СО₂ (до 40% и более). Они содержат также небольшие количества кремнезема, глинозема и др. Содержание окиси магния более 3-3,5% и серного ангидрида более 1-1,3% недопустимо. Свойства карбонатных пород для производства цемента регламентируются. [3]

Поскольку не всегда удается получить клинкер требуемого химического и минералогического состава, изменяя только соотношение между двумя исходными компонентами - известняком и глиной, то применяют корректирующие добавки, содержащие значительное количество какого-либо из недостающих окислов клинкера. Недостаточное количество в сырьевой смеси окиси железа компенсируется добавкой колчеданных или пиритных огарков, железной руды и др.

Пиритные огарки - дисперсные отходы, образующиеся при переработке серного колчедана в серную кислоту. Состав, %: Fe₂O₃ - 56…77; SiO₂ - 9…22; Al₂O₃ - 1…18; CaO - 0,8…5.

В качестве добавок, вводимых на стадии помола портландцементного клинкера при изготовлении сульфатостойкого портландцемента, используются природный двуводный гипс и трепел. [2]

Природный двуводный гипс - горная порода осадочного происхождения, сложенная в основном из крупных или мелких кристаллов двуводного сернистого кальция CaSO₄ ·2H₂O. Плотные образования гипса называют гипсовым камнем. По внешнему виду и строению горной породы различают кристаллический прозрачный гипс, гипсовый шпат, тонковолокнистый гипс с шелковистым отливом (селенит) и зернистый гипс. Наиболее чистую разновидность зернистого гипса, напоминающую по внешнему виду мрамор, называют алебастром. Гипсовые породы содержат обычно некоторое количество примесей глины, песка, известняка и др. Чистый гипс - белого цвета, примеси придают ему различные оттенки: окислы железа окрашивают его в желто-бурые цвета, органические примеси - в серые и т.д. Небольшое количество примесей, равномерно распределенных в гипсе, заметно не ухудшает его качество. Вредное влияние оказывают крупные включения. В гипсовых породах лучших месторождений обычно содержится до 2-5% примесей, но часто их количество достигает 10-15% и более. Плотность гипсового камня зависит от количества и вида примесей и составляет 2,2-2,4 г/см³. Насыпная плотность гипсовой щебенки составляет 1200-1400 кг/м3, влажность колеблется в значительных пределах (3-5% и более).

Природный двуводный гипс добавляют в клинкер на стадии помола с целью регуляции сроков схватывания портландцемента. Качество природного двуводного гипса должно соответствовать требованиям ГОСТа.

Трепел - активная минеральная добавка осадочного происхождения. Это легкая пористая малопрочная порода светло-серого или желтовато-серого цвета, окрашенная иногда в темные тона органическими примесями. Трепелы часто перемешаны с песком, глинами, карбонатными породами и т.п. Насыпная плотность в зависимости от степени уплотнения и содержания указанных примесей обычно колеблется в пределах 400-1000 кг/м³. Плотность колеблется в пределах 1,8-2,4 г/см³. Природная влажность трепелов значительно колеблется в зависимости от различных факторов и может достигать от 15-25 до 30-40%. Более плотные разновидности характеризуются меньшей влажностью. Трепелы состоят в основном из скоплений мельчайших шариков вторичного водного кремнезема (опала) размером 2-5 мкм. Как правило, трепелы содержат 70-90% кремнезема, 3-10% глинозема, 1-3% окиси кальция, 1-3% щелочей. Потери при прокаливании составляют 2-8%

Трепел является активной минеральной добавкой пуццоланового типа, способствующей повышению сульфатостойкости и морозостойкости портландцемента. [2]

Цементная промышленность выпускает сульфатостойкие цементы, которые по вещественному составу подразделяются на сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкийшлакопортландцемент. Чтобы определить пригодность активных минеральных добавок для получения сульфатостойких портландцементов, измеряют расширение образцов цемента с исследуемой добавкой, твердевшего в агрессивных средах.

По механической прочности цементы подразделяются на марки: 300, 400 и 500. Наибольшим пределом прочности при изгибе -- 6,0 МПа -- обладает сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками марки 500. Сульфатостойкий шлакопортландцемент характеризуется более высоким коэффициентом коррозионной стойкости.

Сульфатостойкий портландцемент получают путем тонкого помола клинкера нормированного минералогического состава и гипса. Сульфатостойкий портландцемент относится к специальным цементам, но является разновидностью портландцемента, поэтому к нему предъявляются те же требования стандартов по дисперсности, что и к обычному цементу.

В течение первых 28 суток твердения прочность изделий на основе сульфатостойкого портландцемента нарастает медленно, т.к. для обеспечения стойкости цемента к сульфатным водам в его составе должно содержаться меньшее количество силикатов и алюминатов кальция, активно твердеющих в ранние сроки твердения изделий. Сульфатостойкий портландцемент имеет заниженный коэффициент насыщения известью. Выпускается сульфатостойкий портландцемент марок: 250, 300, 400, 500 и 600. [3]

Сульфатостойкие портландцемента характеризуются более низким выделением тепла при гидратации и применяются, главным образом, в массивных элементах гидротехнических сооружений, где требуется пониженная экзотермия. В некоторых странах выпускаются специальные низкотермичные цементы; у нас сульфатостойкие портландцемента являются и низкотермичными, поскольку содержание в них наиболее «термичных» клинкерных фаз -- С₃А и алита ограничивают за счет соответствующего увеличения количества белита и алюмоферита кальция.

Объем производства этих видов цемента ограничен в связи с тем, что на большинстве цементных заводов нет глинистого компонента с низким содержанием глинозема, при котором в процессе обжига на беззольном топливе можно получать клинкер, содержащий менее 5% 3СаО-Аl₂O₃. Сложность задачи получения сульфатостойкого клинкера состоит еще в том, что в нем ограничивается и содержание C₄AF, так, что количество оксида железа в клинкере должно быть также умеренным.

Удельная поверхность цемента должна быть обычной (2500--3000 см²/г). Следует обеспечить получение цементного камня, отличающегося пониженной усадкой, а также высокой плотностью и водонепроницаемостью и соответственно повышенной морозостойкостью и сульфатостойкостью. Заметное влияние на повышение морозостойкости сульфатостойких портландцементов при испытании в бетоне оказывают длительность предварительного твердения до начала испытаний, значение В/Ц и удельный расход цемента. А.М. Подвальный, развивая представления о морозном разрушении бетона, показал, что увеличение объема цементного камня в бетоне приводит к повышению его морозостойкости.

В особо суровых условиях попеременного замораживания и оттаивания в морской воде при большой частоте циклов для достижения высокой морозостойкости в состав цемента или бетона вводят добавки. Это поверхностно-активные вещества: сульфитно-дрожжевая бражка, мылонафт, смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ), 50%-ная кремнийорганическая эмульсия ГКЖ-94 и др. При испытании пропаренных образцов бетона на сульфатостойком портландцементе в суровых условиях Баренцева моря были получены весьма благоприятные результаты при введении в его состав 0,01--0,05% СНВ от массы цемента. Аналогичный эффект получен в тех же условиях агрессии при применении 0,04--0,08% добавки ГКЖ-94. Особо высокая морозостойкость достигается при комплексных добавках СДБ и ГКЖ-94, СДБ и СНВ. [3]

Сульфатостойкий портландцемент предназначается для бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических и других сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии, при систематическом многократном попеременном замораживании и оттаивании либо увлажнении и высыхании. Для подводных частей морских и океанских сооружений технически более рационально и экономично применять сульфатостойкий шлакопортландцемент. Нормативными документами допускается применение сульфатостойкого портландцемента в бетонах различной плотности для напорных и безнапорных сооружений при различной степени фильтрации грунта и агрессивности жидкой среды, характеризуемой высокой концентрацией ионов SO₄. [3]

2. Обоснование способа производства

Производство сульфатостойкого портландцемента состоит из следующих основных операций: добычи известняка, глины и корректирующих добавок (огарков), подготовки сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава, обжига сырьевой смеси материалов до спекания с получением клинкера, помола клинкера в порошок совместно с природным двуводным гипсом и активной минеральной добавкой (трепелом). Основной задачей является получение клинкера с заданным минералогическим составом, что зависит от состава и качества сырья, выбранного соотношения между исходными материалами, требуемой дисперсности и однородности сырьевой смеси, правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся печах. При сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде. В последнее время все шире начинает применятся комбинированный способ приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.

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

В настоящее время получает всемирное развитие сухой способ производства цемента с печами, оборудованными циклонными теплообменниками и реакторами - декарбонизаторами. Производительность такой линии составляет 3000 тонны клинкера в сутки. При этом способе производства цемента расход топлива снижается на 30-40% по сравнению с мокрым, а металлоемкость в 2,5-3 раза. [4]

Производство цемента по сухому способу экономичнее, чем по мокрому отсутствует: процесс образования шлама, можно совместить отдельные звенья технологической схемы в одном агрегате - мельница самоизмельчения «Аэро-фол», усреднительные склады, мельницы помола сырьевых материалов с подсушкой и др. При сухом способе поступающие на завод сырьевые материалы в виде мергеля, известняка и глины подвергают дроблению в дробилках типа С-776 до зерен крупностью 2,5мм. Приготовленный дробленый материал ленточными транспортерами подают на склад сырья, где сырьевые компоненты усредняют, с помощью усреднительных машин, до установленного норматива по химическому составу и подают и подают далее в бункера мельниц. Из последних сырьевые компоненты вместе с добавками через дозаторы по массе поступают в приемную устройства помольных агрегатов, где их измельчают до требуемой фракции, подсушивают за счет тепла отходящих газов из вращающихся печей и подвергают сепарации.

Измельченный в мельнице материал выгружают потоком газов через циклоны - разгружатели с помощью мельничного вентилятора. Далее мука поступает в коррекционные силосы, где она гомогенизирует и перегружается в расходные силосы. Из силосов сырьевую смесь подают пневмоподъемниками в загрузочное устройство, оснащенное дозаторами по массе, и далее в циклонные теплообменники вращающейся печи. В теплообменниках сырьевая смесь нагревается встречными горячими газами вращающейся печи до t=750-800 °C и частично декарбонизируется, после чего поступает в печь на обжиг. [4]

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

Также стали известны вращающиеся печи полусухого способа производства, в них печь соединены с конвейерной решеткой, на которой через слой гранулированной сырьевой шихты дважды просасываются горячие печные газы; в результате в загрузочный конец печи поступает подогретая и частично декарбонизированная сырьевая шихта. Расход тепла в этой печи размерами 4Ч60 м. - около 3,5 МДж при производительности 42 т/час. [4]

Каждый из способов имеет свой преимущества и недостатки. Преимущества сухого способа:

1. Низкий удельный расход тепла на обжиг клинкера. При сухом способе расход тепла на обжиг составляет 2900-3750 кДж/кг клинкера, при мокром -- 5400-6700 кДж/кг. В целом при сухом способе с учётом тепла на подсушку сырьевых материалов расходуется 3100-4400 кДж/кг клинкера.

2. Объём печных газов при сухом способе на 35-40% меньше, чем при мокром способе при одинаковой производительности печи. Вследствие этого затраты на обеспыливание печных газов ниже. При сухом способе имеется возможность использования горячих отходящих газов для сушки сырья при его помоле в шаровых мельницах. Это в свою очередь позволяет дополнительно снизить общий расход тепла на производство клинкера.

3. Печи сухого способа менее металлоемки и материалоёмки, по сравнению с печами мокрого способа такой же производительности. При сухом способе используются короткие печи с циклонными теплообменниками (Ш 5х75 м; Ш 6,4; 7,0х95 м), а при мокром - длинные печи (Ш 5х185 м ; Ш 7х230 м).

4. Печи сухого способа имеют высокую производительность до 3000-5000 т/сут, высокий удельный съём клинкера с 1 м³ печи.

Вследствие этого технологические линии сухого способа в 2-3 раза мощнее линий мокрого способа, повышается производительность труда, снижаются эксплуатационные расходы, снижается себестоимость продукции.

5. В условиях недостатка воды (особенно в южных регионах) устраняется необходимость её расхода для приготовления сырьевого шлама.

3. Расчет материального баланса. Определение мощности производственных отделений

1. Отгрузка готовой продукции Q=300000т

2. Потери при отгрузке и хранении цемента

а₁=(Q^.P₁):100 (1)

a₁=(300000^.1):100=3000т

3. Количество цемента, поступающего в силос

Q₁=Q+a (2)

Q₁=300000+3000т=303000

4. Потери при помоле цемента (p₂=0,3ч0,5%)

a₂=(Q₁^.P₂):100 (3)

a₂=(303000^.2):100=6060т

5. Количество шихты, поступающее на размол в цементную мельницу

Q₂=Q₁+a₂Q₂=303000+6060=309060т (4)

6. Состав шихты цемента принимаем исходя из ассортимента выпускаемой продукции: клинкер- 95%, гипс- 5%.

7. Количество клинкера в составе шихты

Р_к=(Q₂^.K):100=309060^.95:100=293607т (5)

P_г=(Q₂^.Г):100=309060^.5:100=15453т (6)

8. Количество обожженного клинкера с учетом его потерь при охлаждении и транспортировке (а=0,5%)

Р'_к=Р_к+((Р_к^.a_n):100)=293607+((293607^.0.5):100)=295075,03т (7)

9. Количество гипса, подаваемого в дробилку, с учетом потерь при дроблении и хранении(а=0,5%)

Р'_г=Р_г+Р_г^.(а₂:100)=15453+15453^.(0,5:100)=15530т (8)

10. Количество гипса, поступающего на завод с учетом потерь при транспортировке и хранении (а₂''=0,5%)

Р_г=Р_г+Р_г^.(а₂:100)=15530+15530^.(0,5:100)=15607т (9)

11. Необходимое количество сырьевой смеси для получения клинкера

G'_c=G_c.P'_кG_c=G_c^.P'_к=1,5^.295075=442612,5т (10)

Известняк - 71% = 314254,8т

Глина - 25% = 110653,1т

12. Количество материалов с учетом потерь при хранении и транспортировке (а3=0,1%)

Р_1изв=Р_изв+Р_изв^.(а₃:100)=314254,8+314254,8^.(0,1:100)=314569т (11)

Р_1гл=Р_гл+Р_гл.(а₃:100)=110653,1+110653,1^.(0,1:100)=110763т (12)

Р_1ог=Р_ог+Р_ог^.(а₃:100)=17704,5+17704,5^.(0,1:100)=17722т (13)

13. Количество материалов, поступающих в сырьевую мельницу, с учетом потерь при помоле (а₄=0,1%)

Р_2изв=Р₁изв+Р₁изв^.(а₃:100)=314569+314569^.(0,1:100)=314883,5т (14)

Р_2гл=Р_1гл+₁Р_гл^.(а3:100)=110763+110763^.(0,1:100)=110873,7т (15)

Р_2ог=Р_1ог+Р_1ог^.(а3:100)=17722+17722^.(0,1:100)= 17739,7т (16)

14. Количество известняка, поступающее на дробление, с учетом потерь при дроблении и хранении (а₅=0,2%)

Р_3изв=Р_2изв+Р_2изв^.(а₅:100)=314883,5+314883,5^.(0,2:100)=315513,2т (17)

15. Количество известняка, добываемое на карьере, с учетом потерь при добыче и транспортировке (а₆=0,3%)

Р_4изв=Р_3изв+Р_3изв^.(а₆:100)=315513,2+315513,2^.(0,3:100)=316459,7т (18)

При проектировании цементных заводов эта цифра Р_4изв определяет мощность карьера. На ее основе ведется подбор экскаваторов и расчет себестоимости цемента.

16. Количество глины, поступающее в болтушку, с учетом потерь при размучивании (а₇=1%)

Р_3гл=Р_2гл+Р_2гл^.(а₇:100)=110873,7+110873,7^.(1:100)=110984,5т (19)

17. Количество добываемой глины на карьере, с учетом потерь при добыче и транспортировке (а₈=0,3%)

Р_4гл=Р_3гл+P_3гл^.(а₈:100)=110987,5+110987,5^.(0,3:100)=111320,4т (20)

Эта цифра является основной для определения мощности глиняного карьера, подбора экскаватора и при расчете себестоимости цемента.

18. Количество огарков, подаваемое со склада, с учетом потерь при размучивании и хранении (а₉=0,3%)

Р_3ог=Р_2ог+Р_2ог^.(а₉:100)=17739,7+17739,7^.(0,3:100)=17792,9т (21)

19. Завозимое на завод количество огарок, с учетом потерь при складировании и транспортировании (а₁₀=0,3%)

Р_4ог=Р_3ог+Р_3ог^.(а₉:100)=17792,9+17792,9^.(0,3:100)= 17846,2т (22)

Эта цифра определяет соответствующую долю себестоимости цемента.

Материальный баланс оформляется в виде таблицы с данными расхода исходных материалов, полуфабрикатов, топлива и выхода готовой продукции в год, сутки, смену и в час, а также расхода материалов на тонну готовой продукции или на тонну клинкера.

Готовая потребность в материалах определяется умножением годовой мощности завода на удельный расход на 1т клинкера(цемента).

Часовая потребность (производительность) в материалах определяется

Р_час=т/час. Р_час==34,2т/час (23)

где: - годовой фонд времени, час;

= 8760.КИ.

Р_год - годовая производительность 300000т/год.

Суточная производительность определяется:

Р_сут=Р_час^._сут т/сут (24)

Р_сут=34,2^.24=772,8т/сут.

где: ф_сут-суточный фонд времени, час.

Таблица 1. Сводная таблица материального баланса

Материалы	Потребность материалов
	В год	В сутки	В час
Известняк: сухой Глина: сухая Огарки: сухие Клинкер Гипс Шихта Цемент	316459,7т 111320,4т 17846,2т 295075,03т 15607 т 309060т 300000т	867,01т 304,99т 48,89т 808,42т 42,7т 846,7т 821,91т	76,07т 14,95т 2,39т 37,43т 1,98т 39,2т 38,05т

4. Технологическая схема производства. Описание технологических процессов

Технологическая схема производства сульфатостойких портландцементов не отличается от технологии получения портландцемента, однако при их выпуске осуществляется особо строгий производственный контроль. При подборе химико-минералогического состава сульфатостойкого портландцемента учитывали результаты исследований коррозиеустойчивости цементов различного состава при твердении в агрессивных средах.

Технологический процесс производства портландцемента включает следующие основные операции: добыча сырьевых материалов; приготовление сырьевой смеси; обжиг сырьевой смеси и получение клинкера; помол клинкера с добавками и получение цемента. Процесс приготовления сырьевой смеси включает операции дробления сырья, тонкого помола, усреднения и корректировки сырьевой смеси. [5]

При переработке сырья повышенной твердости и умеренной влажности принципиальная технологическая схема имеет вид. Высокая твердость измельчаемых материалов требует предварительного их дробления. Тонкое измельчение материалов может производиться при влажности не более 1%. В природе такое сырье практически не встречается, поэтому обязательная операция сухого способа производства - сушка. Желательно совмещать ее с размолом сырьевых компонентов. На большинстве новых предприятий, работающих по сухому способу производства, в шаровой трубной мельнице совмещаются процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания всех компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка - сырьевой муки. В железобетонных силосах производятся корректировка ее состава до заданных параметров и гомогенизация перемешиванием сжатым воздухом. Готовая сырьевая смесь поступает на обжиг. Вращающиеся печи сухого способа производства оборудованы запечными теплообменными устройствами (циклонными теплообменниками).

В них за несколько десятков секунд сырьевая смесь нагревается до 700-800 °С, дегидратируется и частично декарбонизируется. Завершается обжиг клинкера во вращающейся печи. Необходимость экономии расхода топлива вынуждает перерабатывать по сухому способу материалы со все более высокой влажностью. Технологическая схема производства портландцемента из такого сырья выглядит следующим образом. Предварительное измельчение материалов повышенной влажности при сухом способе целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения типа "Аэро-фол", позволяющих перерабатывать сырье с влажностью до 25%. Однако полностью высушиться сырье при этом не успевает и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой смеси производится ее досушка.

Приготовление сырьевой смеси в виде порошка усложняет технологическую схему. Увеличивается число энергоемкого оборудования, более "капризного" при эксплуатации. Сложнее при сухом способе обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Но решающим его преимуществом является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,4-4,2 МДж/кг. Кроме того, на 35-40 % уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и дает больше возможностей по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важнейшее преимущество сухого способа - более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи по сухому способу в 2-3 раза более мощные, чем по мокрому. В целом по технико-экономическим показателям сухой способ превосходит мокрый. При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40%, уменьшение себестоимости продукции на 10% и сокращение капиталовложений при строительстве предприятий на 50%. Это обусловило интенсивное его распространение в мировой цементной промышленности. Однако надо учитывать, что возможности применения сухого способа ограничены влажностью перерабатываемого сырья. Переработка сырья с влажностью более 20-25% по сухому способу связана с высокими расходами теплоты на сушку, и этот способ становится неэкономичным.

Для повышения стойкости цемента при действии сульфатных растворов большое значение имеет минералогический состав исходного клинкера. Исследования показали, что сульфатостойкость портландцемента достигается при пониженном содержании С₃А и умеренном количестве C₃S. Исследовалась коррозиеустойчивость синтетических клинкерных минералов в растворах сульфатов натрия, кальция и магния; показателем явилось время, необходимое для получения опасного расширения до 0,5% особо тощих цементных растворов состава. [5]

Установлено также, что положительное влияние на сульфатостойкость оказывает добавка 10% трепела. Можно видеть, однако, что одно лишь понижение содержания С₃А в исходном клинкере не обеспечивает сульфатостойкость портландцемента. Это объясняется тем, что при низком содержании С₃А в цементе возможна не только гидросульфоалюминатная, но и гипсовая коррозия, поскольку гидратация C₃S приводит к образованию значительного количества гидроксида кальция, создающего благоприятные условия для кристаллизации гипса. Так, например, цемент, содержащий 41% C₃S и 5% С₃А (без добавки трепела) обнаруживает при твердении в растворе сульфата натрия с концентрацией до 4000 мг/л большую коррозиеустойчивость, чем цемент с 3% С₃А и 52% C₃S, а также с 4% С₃А и 48% C₃S. Поэтому для снижения химической агрессии важно также по возможности уменьшать содержание C₃S.

Известное значение имеет количество C₄AF. Если его много, то цемент оказывается чувствительным к действию сульфатов, но он, несомненно, более устойчив, чем кристаллический С₃А. При нормировании состава сульфатостойкого портландцемента необходимо также учитывать и то, что он должен обладать повышенной морозостойкостью и пониженной экзотермией. При оценке сопротивляемости цементов попеременному действию замораживания и оттаивания при наличии сульфатной агрессии следует учитывать, что при испытаниях оттаивание образцов в агрессивной среде резко снижает показатели морозостойкости. Так, например, наши исследования показали, что образец портландцементного раствора 1:3 при оттаивании в пресной воде выдерживает более 200 циклов, а при оттаивании в морской -- только 30 циклов.

В теплом климате, где морозостойкость не играет заметной роли, в зонах бетона, находящихся в переменном уровне воды, происходит попеременное насыщение агрессивной водой бетона и последующее его высушивание. При этом проявляется также совокупное действие физических и химических факторов агрессии. Основная причина разрушения в данном случае кроется в действии преимущественно физических факторов, которые вызывают оседание солей агрессивной среды в порах цементного камня и их кристаллизацию, сопровождающуюся значительными объемными деформациями. [6]

Повышение сульфатостойкости цементов, которое наблюдается при замене С₃А на C₄AF, увеличении количества стекловидного С₃А за счет кристаллического С₃А, введении активных минеральных добавок и пропаривании объясняется образованием гидрогранатов, устойчивых к действию сульфатов. Установлено, что с повышением температуры возможны более сильные разрушения.

Пропаривание несколько улучшает, а запаривание в автоклаве значительно повышает сульфатостойкость. Проводились исследования, в которых устанавливалось время, необходимое для того, чтобы наступало расширение при твердении в сульфатных растворах цементных образцов состава 1:10, предварительно твердевших в течение 24 ч в воде, а также при обработке насыщенным паром при атмосферном и повышенном давлении.

Эти данные свидетельствуют о благоприятном влиянии тепловлажностной обработки на сульфатостойкость, так как при автоклавной обработке гидроксид кальция цемента реагирует с кремнеземом, содержащимся в заполнителях бетона; при карбонатном заполнителе тепло-влажностная обработка не повышает сульфатостойкость. Автоклавная обработка способствует также кристаллизации более стойких гидросиликатов кальция повышенной основности, а также образованию в результате гидратации клинкерного стекла гидрогранатов, отличающихся высокой сульфатостойкостью. При этом следует учитывать, однако, что тепловлажностная обработка обычно не способствует повышению морозостойкости цементного камня.

Относительно низкую сульфатостойкость можно повысить введением золы-уноса. Сульфатостойкие цементы обладают по сравнению с обычным повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией при замедленной интенсивности твердения в начальные сроки. [6]

5. Организация технологического контроля

Получать цемент высокого качества на современных заводах можно, только строго соблюдая все технологические требования и правила осуществляя производственный цикл при установленных оптимальных режимах работы всех механизмов и установок. Большое значение при этом имеют контроль производства, в процессе которого определяют качество исходных материалов и соответствие их свойств требованиям норм и технических условий; выявляют свойства материалов и полуфабрикатов на всех стадиях производства и устанавливают их соответствие тем показателям, которые обеспечивают получение продукции требуемого качества; наблюдают за работой приборов, механизмов и установок в заданных оптимальных режимах, обеспечивающих качественную переработку материалов при наилучших технико-экономических показателях; определяют свойства получаемого цемента и их соответствие требованиям стандарта. [7]

Контролировать производство нужно систематически на всех стадиях с помощью современных методов и приборов, обеспечивающих точность и возможность автоматизации контрольных операций. Быстрое вмешательство в ход производственных процессов позволяет устранять отклонения от заданных режимов и параметров и оптимизировать их.

Действенность производственного контроля зависит от правильного выбора мест отбора проб и определения технологических параметров (температура, влажность, подвижность смесей и т.д.); соответствия свойств пробы свойствам материала, а также от периодичности отбора проб и их величины.

В настоящее время созданы способы автоматического отбора проб материалов в процессе их переработки. Частота операций отбора проб и величина последних зависят от степени однородности материалов, размера потока, гранулометрии (при кусковых материалах) и других условий. Отбор и подготовка проб проводятся по стандартной методике.

Исходные материалы контролируют по химическому составу, содержанию СаСО₃ (титр) в известняке и влажности сырья.

В сырьевом отделении проверяют состав смесей, тонкость их измельчения, влажность, текучесть и однородность титра. При производстве цементов становится обычным также контроль содержания в сырьевых смесях СаО, SiО₂, Al₂0₃, Fe₂0₃.

Качество клинкера определяют часто по его насыпной плотности, которая при правильном составе сырьевой смеси и надлежащем обжиге в шахтной печи (сухой способ) колеблется обычно в пределах 1550-1650 г/л. Определяют также количество СаО_своб, которое не должно превышать 1% для обычного клинкера и 0,2-0,3% для быстротвердеющего.

Контроль при помоле клинкера с добавками сводится к проверке соотношения по массе между клинкером, гипсом и другими компонентами, соответствия степени измельчения цемента нормативам, контролю температуры клинкера и получаемого продукта и к другим определениям. [7]

Правила приемки

Приемку цементов производят в соответствии с ГОСТ 22236-76 (с изм.).

Методы испытаний

Определение физико-механических свойств цемента проводят в соответствии с ГОСТ 310.1-76, ГОСТ 310.2-76, ГОСТ 310.3-76, ГОСТ 310.4-81.

Химический анализ цемента осуществляют в соответствии с ГОСТ 5382-91.

Количество добавок в цементе определяют по отраслевой инструкции.

Наличие признаков ложного схватывания проверяют в соответствие с отраслевой инструкцией.

Пакетирование, маркирование, транспортирование и сбережение проводят в соответствие с ГОСТ 22237-85.

Гарантии изготовителя

Завод-изготовитель гарантирует соответствие цемента всем требованиям ГОСТ 22266-94 при соблюдении правил его транспортирования и сбережения: при поставке в таре - на протяжении 45 сут. после отгрузки для цементов с высокой прочностью в раннем возрасте и 60 сут. для остальных цементов; при поставе навалом - на момент получения цемента потребителем, но не больше 45 сут. после отгрузки для цементов с высокой прочностью и 60 сут. - для остальных цементов.

Заказчик по договоренности с изготовителем может получить дополнительную, кроме представленной в паспорте информации, информацию про характеристику данной партии цемента. [7]

6. Охрана труда и окружающей среды, техника безопасности

При большой насыщенности предприятий цементной промышленности сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчению клинкера, перемещению, складированию и отгрузке огромных масс материалов, наличию большого количества электродвигателей особое внимание при проектировании заводов и их эксплуатации должно уделяться созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихся. Охрану труда следует осуществлять в полном соответствии с "Правилами по технике безопасности и производственной санитарии на предприятиях цементной промышленности".

Поступающие на предприятия рабочие должны допускаться к работе только после обучения их безопасным приемам работы и инструктажа по технике безопасности. Ежеквартально необходимо проводить дополнительный инструктаж и ежегодно повторное обучение по технике безопасности непосредственно на рабочем месте.

На действующих предприятиях необходимо оградить движущиеся части всех механизмов и двигателей, а также электроустановки, приямки, люки, площадки и т.п. Должны быть заземлены электродвигатели и электрическая аппаратура. [8]

Установки по приготовлению угольной пыли должны работать под разрежением. Температура аэроугольной смеси при выходе из мельницы не должна превышать для тощих углей 100, подмосковных - 80, длиннопламенных и бурых - 70 °С. Нельзя подсушивать пыль до влажности ниже гигроскопической.

Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующих и погрузочно-разгрузочных механизмов должно осуществляться в соответствии с правилами безопасной работы у каждой установки.

Большое внимание следует уделять обеспыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок для создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда. В соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий концентрация в воздухе помещений цементной и остальных видов пыли не должна превышать 0,04 мг/м³.

Содержание в воздухе СО не допускается более 0,03, сероводорода - более 0,02 мг/м³. В воздухе, выбрасываемом в атмосферу, концентрация пыли не должна быть более 0,06 г/м³. При нормальной эксплуатации пылеочистных систем содержание пыли в выбрасываемом воздухе составляет 0,04…0,06 г/м³.

Для создания нормальных условий труда все помещения цементных заводов надо обеспечивать системами искусственной и естественной вентиляции. Этому в большой мере способствует герметизация тех мест, где происходит пылевыделение, а также отсос воздуха из бункеров, течек, дробильно-помольных механизмов, элеваторов и т.п.

Воздух, отбираемый из цементных мельниц, очищают с помощью рукавных или электрофильтров. Перед ними при значительной концентрации пыли в аспирируемом воздухе необходимо устанавливать циклоны. Важно не допускать просасывание через 1м² ткани фильтров более 60-70 м³ воздуха в 1 ч. Для очистки воздуха, отсасываемого из камер сырьевых мельниц, обычно устанавливают циклон и электрофильтр, соединенные последовательно. Воздух из сепаратора мельниц и головок элеваторов для очистки пропускается через рукавный фильтр.

Отходящие газы цементных печей необходимо очищать для предотвращения загрязнения окружающей среды. Для этого устанавливают электрофильтры. Если же отходящие газы содержат значительное количество пыли (более 25-30 г/м³), то их сначала пропускают через батарею циклонов.

Шум, возникающий при работе многих механизмов на цементных заводах, характеризуется зачастую высокой интенсивностью, превышающей допустимую норму (90 дБ). Особенно неблагоприятны в этом отношении условия работы персонала в помещениях молотковых дробилок, сырьевых и цементных мельниц, компрессоров, где уровень звукового давления достигает 95-105 дБ, а иногда и более. К числу мероприятий по снижению шума у рабочих мест относят применение демпфирующих прокладок между внутренней стенкой мельничных барабанов и бронефутеровочными плитами, замену в сырьевых шаровых мельницах стальных плит резиновыми. При этом звуковое давление снижается на 5-12 дБ. Укрытие мельниц и дробилок шумоизолирующими кожухами, облицовка источников шума звукопоглощающими материалами также дает хороший эффект (снижение на 10-12 дБ). [9]

сульфатостойкий портландцемент сырьевой баланс

Заключение

В данной курсовой работе рассчитывается завод по производству сульфатостойкого портландцемента с производительностью 300000 т/год.

Для обеспечения данной производительности завод ежегодно потребляет 442 612т/год исходного сырья.

На заводе используется следующее технологическое оборудование: молотковая дробилка, обжиговая печь, сепаратор. Также используются электрофильтры, циклоны и вентиляторы для защиты от вредных выделений в окружающую среду.

Список использованных источников

1. Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе. - М. Высшая школа. 2000. - 304с.

2. Колбасов В.М. Технология вяжущих материалов - М. Высшая школа 1986 - 310с.

3. Волженский В.А. Минеральные вяжущие вещества. - М. Высшая школа 1986 - 446с.

4. Пащенко А.А., Сербин В.П., Старчевская Е.А. Вяжущие материалы - Киев. Вища школа 1985 - 439с.

5. Рояк С.М., Рояк Г.С. Специальные цементы - М. Стройиздат 1983 - 277с.

6. Сапожников М.Я. Справочник по оборудованию заводов строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1970.

7. Колокольников В.С. Производство цемента. - М.: Высш. шк., 1970.

8. Справочник по проектированию цементных заводов /Под ред. С.Н. Данюшевского. - М.: Стройиздат, 1969.

Размещено на Allbest.ru

...