Разработать материальный баланс и основные проектные технологические решения цеха помола цементного завода

 

Для фракции 60-300 мм содержание камня размером менее 60 мм не должно превышать 5%, а более 300 мм не более 15%, при этом максимальный размер камня  не должен превышать 350 мм. Фракции размером 0-60 мм не должна содержать камня  размером 0-5 мм более 30%

Для производства цемента используют в качестве сырья побочные продукты и отходы других отраслей промышленности. Причем их применяют как в виде основных компонентов, так и модифицирующих добавок. Наиболее широко используют доменные гранулированные, электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки и золы, нефелиновый шлам, глиносодержащие отходы. На цементных заводах Беларуси из перечисленных отходов используют преимущественно доменные шлаки.

Доменные шлаки образуются при  выплавке чугуна вследствие полного  расплавления железной руды и флюса  в восстановительной среде. Белорусские  цементные заводы используют преимущественно  доменный граншлак завода «Азовсталь» (Украина) следующего химического состава (мас. %): SiO₂ - 36,9; Al₂O₃ - 10,5; CaO - 45,9; MgO - 2,9; MnO - 2,07; S - 1,59. Температура плавления его лежит в пределах 1200-1400°С.

Доменные шлаки чаще всего используют в качестве активной минеральной добавки, при помоле цементного клинкера, а в ряде случаев  и в виде сырьевого компонента вместо глины и части карбонатного компонента. В зависимости от режима охлаждения различают доменный гранулированный  шлак, в котором преобладает стекловидная фаза, образующаяся вследствие резкого  охлаждения расплава. При медленном  охлаждении расплав застывает, образуя  стеклокристаллический продукт, обладающий низкой гидравлической активностью.

Минералогический состав шлаков представлен  в основном силикатами и алюмосиликатами  кальция.

Гидравлическая активность доменного  гранулированного шлака при содержании в нем MgO до 10% оценивается при помощи коэффициента качества (K), определяемого по формуле

;

при содержании MgO более 10%

.

В зависимости от величины коэффициента доменные гранулированные шлаки  подразделяются на 3 сорта со значением K соответственно 1,65; 1,45 и 1,20.

Высокоосновные доменные гранулированные  шлаки, содержащие преимущественно  стеклофазу, гидратируются быстрее закристаллизованных медленноохлажденных. Высокая внутренняя химическая энергия стеклофазы обеспечивает такому шлаку повышенную растворимость и последующее образование кристаллогидратов.

Гранулированный шлак близок по составу  портландцементной сырьевой смеси  и в связи с тем, что он не содержит СаСО₃, требующий затраты большого количества тепловой энергии на разложение, его выгодно использовать в качестве сырьевого компонента. Это обусловлено и тем, что в качестве кристаллических фаз в шлаке присутствуют минералы, близкие по составу минералам цементного клинкера. К сожалению, доменный молотый шлак при мокром способе производства цемента вызывает загустевание сырьевого шлама.

Наряду с вышеуказанными побочными  продуктами в ряде случаев эффективно применение специально вводимых добавок, которые либо обеспечивают интенсификацию процесса обжига сырьевой смеси, либо могут придавать определенные свойства цементам. В первом случае такие  добавки называют минерализаторами, в качестве которых могут использоваться фторид кальция, гексафторсиликат натрия. Перспективным минерализатором  может быть шлам станции нейтрализации  ОАО «Гомельский химический завод», состоящий в основном из солей  плавиковой, гексафторкремниевой и  ортофосфорной кислот. Минерализаторы могут снизить температуру обжига клинкера на 100-150°С, что позволит увеличить компанию вращающейся печи

 

 

3.2.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА И ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА, ВКЛЮЧАЯ ГРАФИК ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

 

Гипс двуводный        Мел                   Вода          Глина                 Газ                   Трепел

    Добыча                 Добыча                                  Добыча                                  

                                     

                                                                                                                                            

 

   Дробление                                                 Первичное дробление                   Сушка          

    (молотковая                                                                (валковая дробилка)                    (сушильный барабан                                        

дробилка d<25мм)                                                                                                                      t=600°C; W=1%)     

        

 

                                   Размучивание                       Размучивание                                                                                                              

(мельница                           суспензия с частицами

                                          «Гидрофол»)                             материала 3-5 мм

                                  (глиноболтушка)

 

 

Дозирование         Дозирование                Дозирование                              Дозирование

              (5%)                     (83.5%)                          (16.5%)                                         (5%)

     (весовой дозатор)       (весовые дозаторы)       (весовые дозаторы)                      (весовые дозаторы)

    

 

   Совместное тонкое измельчение

                             (шаровая мельница S_уд.=3000 см²/г)

 

 

                    Перемешивание, корректирование  по

                     влажности W=40%, по химическому

                     составу Т ( ), усреднение и 

                     хранение в шламбассейнах (не менее

                               трех с разным титром)

 

                  

                        Обжиг шлама до спекания

                              с получением клинкера

                                       (вращающиеся печи

                                             t=1500-1550°С)  

                                                    

 

                             Охлаждение клинкера

                                (колосниковый холодильник

                                             до t=80-120°C)

 

                          Магазинирование  клинкера (2-3 дня)

 

                                  Дозирование (90%)

 

                 Получение шлакопортландцемента

     путем совместного  помола клинкера, гипса и шлака

           (шаровые  многокамерные мельницы S_уд.=3500-4000 )

 

                          Охлаждение цемента

                                

 

                             Складирование цемента

                                       (цементные силосы)

 

 

 

      Упаковка                                                   Отгрузка цемента навалом

 

               Отправка цемента в мешках

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

      Наиболее перспективным по технико-экономическим показателям способом производства цементного клинкера является сухой. Однако специфика сырья, а именно его высокая карьерная влажность, достигающая 30-33%, может служить веским аргументом в пользу мокрого способа. Это как раз и характерно для Республики Беларусь, где среднегодовая влажность мелов составляет 26%, а глин примерно 20%. В настоящее время четыре технологические линии на ОАО «Красносельскстройматериалы» и три на ПРУП «Кричевцементношифер» работают по мокрому способу.

Производство ШПЦБ может быть разделено  на два комплекса мероприятий. Первый из них включает изготовление клинкера, а второй – получение ШПЦБ измельчением клинкера совместно с гипсом.

Производство ШПЦБ состоит из следующих  основных операций:

- добычи известняка и глины; 

- подготовки сырьевых материалов  и приготовления из них однородной  смеси заданного состава; 

- обжига сырьевой смеси до  спекания с получения клинкера;

- помола клинкера в порошок  с небольшим количеством гипса  и активной минеральной добавки;

В качестве известняка при производстве ШПЦБ используется мел Брянского месторождения, а в качестве глинистого сырья – глина того же месторождения. В качестве добавки, вводимой при помоле клинкера, применяется двуводный гипс и трепел.

     Добытый мел, направляется  в  мельницу самоизмельчения типа «Гидрофол» ММС-70-23С , производительность которой 420 т/ч.

Глина, в свою очередь,  дробится в валковой дробилке и после  перерабатывается в водную суспензию (шлам) в глиноболтушках. При этом получается суспензия с размером частиц до 3-5мм. После предварительной подготовки глина дозируется и подается в шаровую мельницу.

Так как в ШПЦБ ограничено содержание оксида железа (до 5%), то в такой мельнице рекомендуется вместо стальных шаров  применять кварцевые, а внутри мельницу футеровать кварцевыми  бронеплитами. Поток сырьевых материалов в шаровой мельнице можно осуществлять по открытому и закрытому циклам.

При смешивании мела с глиной не всегда  удается получить шлам требуемого химического состава из-за разнородности сырья, несовершенства дозирующих устройств и других факторов. В связи с этим возникает необходимость в систематическом контроле содержания компонентов в сырьевой смеси и, в случае отклонения от принятых величин, в корректировании состава шлама. Для этого в него вводят недостающий компонент в соответствующем количестве.

В зависимости от состава и однородности сырья, а также от качества выпускаемого цемента, сырьевую смесь корректируют по заданному содержанию в ней  и по требуемому коэффициенту насыщения и одному из модулей. Корректирование и усреднение шламов осуществляется в шлам-бассейнах.

После корректирования шлам подается на обжиг. Обжиг тонкоизмельченной  сырьевой смеси – важнейшая стадия технологии производства цемента. Для  обжига сырьевой смеси применяются  вращающиеся печи. Температура обжига смеси во вращающихся печах  достигает 1500°С.

После печи клинкер поступает в  холодильник, где охлаждается до температуры 80-120°С.

До помола клинкер подвергается магазинированию, которое заключается в том, что после обжига клинкер до трех и более суток хранится на складе, в результате чего клинкер остывает до температуры окружающей среды (ниже 30°С). Кроме того имеющаяся в клинкере негашеная известь частично гасится парами воды при контакте с влажным воздухом; в клинкере заканчивается переход недостаточно стабилизированного минерала белита из β- в γ- модификацию с увеличением объема, что растрескивание, а иногда и частичное рассыпание клинкерных зерен; может происходить частичная кристаллизация стекловидной фазы с ослаблением межкристаллических связей в зерне клинкера, вплоть до распада. Отмеченные эти превращения делают клинкер более рыхлым, что облегчает его помол в мельнице, увеличивая ее производительность и уменьшая удельный расход электроэнергии на производство цемента.   

Многие свойства ШПЦБ определяются не только химическим и минералогическим составом клинкера,  формой и размерами  кристаллов алита, белита и др., но и в большей степени тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом и формой частичек порошка.

С увеличением тонкости помола цемента  повышается его прочность и скорость твердения, но лишь до показателей удельной поверхности 7000-8000 . С этого предела обычно наблюдается ухудшение прочностных показателей.

Помол клинкера осуществляется в многокамерных  шаровых мельницах, куда одновременно подается  гипс и активная минеральная  добавка. При помоле материалов наблюдается  значительное выделение тепла, вызывающее нагрев мелющих тел и материала  до температуры 120-150 °С и более, что отрицательно сказывается на производительности помольных установок. Это объясняется значительной агрегацией мелких частиц при повышенных температурах, вследствие испарения воды, адсорбированной частицами и препятствовавшей  их слипанию. В связи с этим следует размалывать только холодный клинкер. Чтобы снизить температуру цемента и предотвратить слипание частиц в камеры мельницы впрыскивают распыленную воду в количестве 0,5-1% от массы цемента, при достижении цементом температуры выше 100-110°С.

Снизить температуру цемента можно  также интенсивной аспирацией. При  аспирации из мельницы удаляются  наиболее тонкие фракции цемента. Большие  объемы холодного воздуха (до 300 на 1т цемента), пропускаемые через мельницу, охлаждают футеровку корпуса, мелющие тела и цемент.

После помола цемент поступает в силоса. Хранение горячего цемента в силосах может вызвать следующие нежелательные явления:

- цемент  может слежаться;

- в силосах  могут начаться реакции гидратации;

- такой цемент  при затворении водой дает  ложное схватывание;

- при затаривании  горячего цемента мешки часто рвутся. Чтобы не допустить такого явления устанавливают холодильники. После охлаждения цемент идет на склад в цементные силосы и со склада отгружается потребителю.

 

Процессы, протекающие при помоле клинкера

 

Необходимо чтобы через сито 0,08 (80 мкм) должно проходить не меньше 85% от массы цемента, а остаток  не более 15%. Реально цементные заводы производят на сите от 6 до 13%.

Преимущества:

• облегчается транспортирование пневмотранспорта (насосами);
• такой цемент лучше усредняется при хранении в силосах.

Если производятся высокопрочные  и быстротвердеющие цементы надо увеличить удельную поверхность до 4000 см²/г и выше и остаток на сите 4-7%.