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

Увеличение тонкости помола имеет  свой рациональный предел. Если удельная поверхность превышает оптимальную величину, существенно возрастает водопотребность. Возрастает нормальная густота. Это наблюдается при величине S_уд>6000 см²/г.

Скорость твердения зависит  от частиц разного размера. В возрасте 1 суток частицы имеют размер 5 мкм. В возрасте 3-7 дней носители 5-10 мкм. В возрасте 28 суток, 10-20 мкм. Частицы < 3 мкм нежелательны, они настолько быстро гидратируются, а при затворении водой растворяются. И вообще частицы < 10 мкм технологически неудобны, трудно осаждаются из воздуха. Даже если удается осадить такие частицы, поверхность покрывается пленкой гидратов и карбонатов.

Назначая тонкость помола нужно  помнить, что с повышением помола расходуется больше энергии. В заводских условиях применяют трубные мельницы длиной 3-6 d. А шаровые >2d. Эти мельницы могут работать по открытому или замкнутому циклу.

Если по открытому, то материал проходит цикл однократно. По этой схеме материал содержит как недоизмельченные так и переизмельченные частицы, существует неоднородность состава, по-этому такой вид помола предусматривается для рядовых цементов.

Если предъявляются высокие  требования к зерновому составу, то применяется замкнутый цикл. Предусматривается  пластификация в сепараторах  и возврат выделенной крупы в  мельницу на домол. Частицы имеющие размер менее заданного выносятся из сепаратора и осаждаются в пылеосадительных установках, а после подаются в силоса.

После такого помола цемент имеет  стабильные свойства при хранении и  транспортировании. В мельницах  замкнутого цикла меньше изнашиваются мелящие тела, развиваются меньше температуры и мельница меньше перегревается. При работе мельниц повышается температура (до 150^оС иногда больше).

В результате  перегрева мельниц, происходят нежелательные последствия:

• из материала испаряется гигроскопическая влага;
• частично или полностью дегидратируется гипс;
• измельченный цемент начинает гидратироваться, налипает на шары и корпус мельницы и замазывает щели в межкамерных перегородках (мельница запаривается) и перестает измельчать материал;
• горячий цемент имеет свойство быстро схватываться, получается цемент быстряк. Он может схватываться  в трубопроводах, зависать в силосе при хранении, а при изготовлении растворов и бетонов они быстро схватываются. Такой горячий цемент отпускать с заводов не разрешается.

 Для снижения температуры  внутри мельницы проводится аспирация  – это просасывание через мельницу  большого количества воздуха  со скоростью 0,3-0,7 м/с. Воздушный поток подхватывает и уносит из мельницы наиболее тонко измельченные продукты, уменьшается налипание и этим улучшается условие помола. Применение аспирации увеличивает производительность на 20-25%.

Если этого приема недостаточно, то производят разбрызгивание воды на корпус мельницы.

Если первые два способа не помогли, то можно использовать водяное охлаждение внутренней полости, через форсунки. Под большим давлением просачивается вода в виде капель. Они попадают на футеровку и мелящие тела, мгновенно испаряются и охлаждаются. Образующиеся пары удаляются вместе с воздухом. Через эти же системы можно вводить интенсификаторы помола, водные растворы, ПАВ, а также вводятся пластифицирующие или гидрофобные добавки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.3. ГРАФИК ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ.

 

На рисунке  показано распределение температуры  материала и газового потока по длине  барабана вращающейся печи, работающей по мокрому способу производства.

Ломаный характер кривой температуры материала  показывает, что при нагревании сырьевой смеси в ней происходят различные  физико–химические процессы, в одних случаях тормозящих нагревание (пологие участки), а в других – способствующие резкому нагреванию (крутые участки).

 

 

Во вращающейся  печи по длине различают 6 зон: испарения(I), подогрева(II), декарбонизации(III), экзотермических реакций(IV), спекания(V) и охлаждения(VI).

Сырьевой  шлам, поступивший в первую зону печи, вследствие наклонного ее положения  и вращения с числом оборотов на полном ходу 1,52 об/мин постепенно перемещается к выгрузочной части, подвергаясь воздействию высокой температуры отходящих дымовых газов. Шлам, проходя через теплообменные устройства, нагревается до 100°С. При этом происходит испарение влаги и комкование материала. Длина цепной зоны должна быть такой, чтобы на выходе из нее материал имел влажность в пределах 13-17%, поскольку в этом случае он будет способен гранулироваться, что очень важно для последующего обжига с точки зрения теплообмена и пылеуноса. В случае короткой цепной зоны материал выйдет из нее с завышенной влажностью, что потребует излишнего расхода теплоты из-за малой поверхности теплообмена. При слишком большой длине цепной зоны материал будет высушиваться до указанной влажности и гранулироваться преждевременно и поэтому разрушаться цепями. Таким образом, зона испарения вращающейся печи по существу работает как барабанная сушилка, которая, как известно, характеризуется низким влагосъемом с печного объема.

По мере дальнейшего  продвижения по печи материал поступает  в зону подогрева, где он подогревается до 850-900°С. В этой зоне происходит удаление остатков механической влаги и закатывание материала в гранулы. Кроме этих чисто физических процессов, в сырьевой смеси происходит выгорание органических включений, дегидратация глинистых минералов, вследствие чего понижаются пластические свойства материала. Таким образом, вещественный состав обжигаемого материала на выходе из второй зоны печи включает СаСО₃, Fe₂O₃, Al₂O₃ · 2 SiO₂, Al₂O₃ · 4SiO₂, MgCO₃.

В зоне декарбонизации, как это следует из ее названия происходит в основном термическое разложение карбонатов кальция и магния, завершение процесса обезвоживания глинистых минералов (удаление цеолитной воды). Эта зона наиболее напряженная в тепловом отношении часть печи с максимальным потреблением тепла. Подводимое тепло расходуется в основном на протекание эндотермических реакций, а не на нагрев материала. В конце этой зоны температура достигает примерно 1100°С.

В зоне экзотермических реакций происходит взаимодействие высокоактивного СаО  с SiO₂ метакаолинита с образованием силикатов состава вначале CS, а затем C₂S. Одновременно образуются соединения состава СА и СF. Вследствие экзотермичности этих реакций температура в зоне резко увеличивается до 1300°С. На границе между зоной декарбонизации и зоной экзотермических реакций наблюдается световой контраст, условно разделяющий материал на темный и светлый. Образовавшиеся низкоосновные соединения по мере продвижения по печи вследствие насыщения их известью превращаются в С₃А, С₄AF и C₂S. Кроме них в составе материала на выходе из зоны будет присутствовать свободный СаО, а также небольшое количество С₃S, образовавшееся вследствие твердофазового взаимодействия С₂S с СаО.

Вышеперечисленные зоны печи являются, условно говоря, подготовительными для самого главного участка - зоны спекания, в которую материал поступает из зоны экзотермических реакций. Эта зона расположена в непосредственной близости к месту горения топлива (факелу). Граница этой зоны определяется появлением эвтектического или клинкерного расплава. В расплав переходят клинкерные минералы С₃А, С₄AF полностью и частично С₂S и СаО. Алитообразование в этой зоне длится примерно 15-25 мин. На выходе из зоны спекания, температура в которой поднимается сначала с 1300°С до 1450°С, а затем снижается опять до 1300°С, материал (клинкер) должен иметь заданный минералогический состав и содержать алит, белит, трехкальциевый алюминат, браунмиллерит и второстепенные клинкерные фазы.

Из зоны спекания клинкер поступает в зону охлаждения, являющуюся самой короткой в печи (4-6 м). В зоне охлаждения температура клинкера сравнительно медленно понижается с 1300 до 1100—1000 °С. Часть жидкой фазы при этом кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, в первую очередь C2S, а часть затвердевает в виде стекла.

   Вращающаяся печь работает под значительным разрежением, поэтому весь газовый тракт должен быть герметичным с целью уменьшения подсосов холодного воздуха и тем самым обеспечивать экономию топлива.

 

 

3.3. РЕЖИМ РАБОТЫ ЦЕХА

 

Режим работы цеха является основой для расчета  производительности, потоков сырья, оборудования. Он определяет количество рабочих дней в году, количество смен работы в сутки и рабочих  часов в смене.

      Режим работы основных цехов  и отделений в течение года:

• карьер и дробильное отделение – 307 дней по 16 часов в сутки (4912);
• отделение помола сырья – 307 дней по 24 часа в сутки (7368);
• отделение помола цемента  – 307 дней по 24 часа в сутки (7368);
• цех обжига клинкера – 337 дней по 24 часа в сутки (8088);
• силосно-упаковочное отделение – 365 дней по 24 часа в сутки (8760);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ  ЦЕХА И ПОТРЕБНОСТИ В СЫРЬЕ  ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ  ПРОГРАММЫ.

 

3.4.1. РАСЧЕТ СОСТАВА ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ ШИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНИНОГО КЛИНКЕРА.

 

Производим расчет состава  двухкомпонентной сырьевой смеси, состоящей  из известняка и глины, химический состав которых приводится в таблице исходных данных.(табл. 4)

                                                                                           Таблица 4

 

	SiO2	А1203	Fe203	СаО	MgO	SO3	n.n.n.	∑
Известняк	4,74	0,52	4,76	52,28	0,23	0,26	41,30	104,09
Глина	61,42	14,62	6,42	3,91	1,80	1,81	8,95	98,93

 

Изучив  свойства портландцемента задаемся величиной коэффициента насыщения КН=0,92.

Поскольку в справочных данных химическом составе  пород данного месторождения  сумма составляющих не равна 100%, необходимо привести ее к 100%, выполнив пересчет состава. Для этого содержание оксидов  в первом компоненте надо умножить на коэффициент k₁=100/104,09=0,961, во втором на k₂=100/98,93

Химический  состав исходных сырьевых материалов после пересчета на 100% представлен в табл.5

Таблица 5

	Si02	А1203	Fe203	СаО	MgO	SO3	n.n.n.	∑
Известняк	4,57	0,5	4,58	50,23	0,22	0,24	39,66	100
Глина	62,09	14,78	6,49	3,95	1,81	1,83	9,05	100

 

       Обозначим соотношение карбонатного компонента шихты к глинистому через X и выразим его из уравнения для КН.

182,6525=36,03х           х=5,069

 

Находим процентный состав шихты:

М+Г=100%                     М=100-Г             5,069Г=100-Г       Г=16,5%

5,069                        М=5,069Г                   6,069Г=100          М=83,5%

Химический состав сырьевой смеси  и клинкера при найденном соотношении  исходных компонентов представлен в табл. 6

Таблица 6

 

Наименование компонентов	SiO2	А1203	Fe203	СаО	MgO	S03	n.n.n.	∑
83,5 весовых частей известняка	3,81	0,42	3,82	41,96	0,20	0,20	33,13	83,52
16,5 весовых частей глины	10,24	2,44	1,07	0,65	0,29	0,30	1,49	16,48
Сырьевая смесь	14,05	2,86	4,89	42,61	0,47	0,50	34,62	100
Клинкер	21,49	4,37	7,48	65,19	0,71	0,76	-	100