Экономические основы производства портландцемента мокрым способом

    Широко распространены три типа охладителей: барабанные, рекуператорные и колосниковые. При производстве портландцементного клинкера в современных вращающихся печах используют колосниковые переталкивающие охладители (Рис. 9). Клинкер с обреза вращающейся печи в горловине охладителя подвергают воздействию «острого дутья» (10...12 кПа), которое обеспечивает равномерное распределение клинкера по ширине колосников и быстрое начальное его охлаждение. Этот горячий воздух температурой 450 0 С засасывается в печь, где используется для горения топлива в качестве вторичного воздуха. Во вторую часть подрешеточного пространства охладителя также поступает холодный воздух, который подвергается за счет частичного уже охлажденного клинкера и может быть использован для сушки сырья. На разгрузочном конце охладителя устанавливают молотковую дробилку, предназначенную для дробления крупных кусков клинкера ( «свара» ).

Рис. 9. Схема колосникового охладителя клинкера типа « Волга»:

1 – вращающаяся печь; 2 – приемная шахта; 3 – колосниковая решетка; 4 – привод; 5 – окно для сброса избытка отработанного воздуха в атмосферу; 6 – грохот; 7 – молотковая дробилка; 8 – скребковый конвейер; 9 – окна для общего дутья; 10 – вентилятор общего дутья; 11 – вентилятор острого дутья.

Поскольку в колосниковом охладителе воздух просасывается через слой материала, значительно увеличивается поверхность теплообмена и интенсифицируется процесс охлаждения. Скорость охлаждения регулируют изменением скорости движения решетки, толщины слоя материала и количества воздуха.

1.3 Контроль качества технологических  процессов, сырьевых компонентов  и готовой продукции

     Температура воздуха в лаборатории и воды для затворения цементных образцов должна составлять 20±3°С. Для испытания применяют питьевую воду. Температура помещения влажного образцов и воды в ваннах для хранения образцов должна быть 20±2°С. Пробу цемента до испытаний хранят в сухом помещении в таре, защищающей цемент от увлажнения и загрязнения посторонними примесями. Перед испытанием каждую пробу просеивают через сито № 09 по ГОСТ 3584--73 (сизм.). Остаток на сите взвешивают и отбрасывают. Массу остатка (в %), а также его характеристику (наличие комков, кусков дерева, металла и пр.) фиксируют в журнале. Применение алюминиевых и цинковых приборов, форм и другого инвентаря, соприкасающихся с цементным тестом и растворами запрещается.

Определение тонкости помола (ГОСТ 310.2--76 с изм.). Контрольное сито должно удовлетворять требованиям ГОСТ 3584--73 сетку № 008 (ячейка в свету 0,08X0,08 мм).

     Цемент, высушенный в течение 1 ч при 105--110°С, отвешивают в количестве 50 г и просеивают через указанное сито. Просеивание заканчивается, если через сито за 1 мин проходит не более 0,05, г цемента. Тонкость помола цемента определяется с точностью до 0,1 % как отношение массы цемента, прошедшей через сито с сеткой № 008, к его первоначальной массе.

     Определение нормальной густоты цементного теста (ГОСТ 310.3- 76 с изм.). Нормальная густота цементного теста определяется на стандартном приборе Вика. Для приготовления цементного теста 400 г цемента энергично растирают с водой в чашке для затворения стандартной лопаткой для перемешивания в течение 5 мин с момента вливания воды в цемент. Количество воды (в % по массе цемента) подбирают с точностью до 0,25%. Клинкерный портландцемент требует обычно 23- 26%, клинкерный портландцемент с минеральными добавками 27-32% воды.

     Началом схватывания цемента считают время, прошедшее от начала затворения теста до момента, когда игла под действием силы тяжести 300±2 г не доходит до дна на 1--3 см. Конец схватывания цемента выражается временем от начала затворения до момента, когда перестает проникать в тесто более, чем на 1 см.

     Определение равномерности изменения объема (ГОСТ 310.3-76). Из теста нормальной густоты отвешивают две навески по 75 г, придают им форму шарика и кладут на отдельную стеклянную пластинку предварительно протертую машинным маслом.

      Пластинку постукивают о твердое основание до тех пор, пока шарик расплывается в лепешку диаметром 7-8 см и толщиной в средней части около 1 см. Поверхность лепешки заглаживают мокрым ножом от края к середине. Лепешки хранят в ванне с гидравлическим затвором в течение (24±2) ч, а затем подвергают испытанию кипячением. Для этого лепешки вынимают из ванны вынимают с пластинок и помещают на решетчатую полку кипятильного бачка. Воду в бачке нагревают до кипения, которое поддерживают в течение 4 ч. После остывания бака лепешки вынимают и остывают. Вспучивание лепешек, сопровождающееся увеличением объема, появление каких-либо искривлений, сетки мелких трещин на поверхности, а также отдельных трещин, идущих от края к середине (радиальные трещины), указывают на то, что цемент не выдержал испытания на равномерность изменения объема.

     Искривления обнаруживают при помощи линейки, прикладываемой к плоской поверхности лепешки. Трещины от усадки цементного теста, образующиеся обычно во время хранения лепешек во влажной камере, не принимают во внимание.

     Определение прочности (марки) цемента (ГОСТ 310.4--81).

Стандартные испытания цементов для определения их марки по прочности производят на образцах, приготовленных из стандартного раствора состава 1:3 по массе с водоцементным отношением, устанавливаемым экспериментальным путем.

      Форму наполняют готовым раствором слоем приблизительно 1 см и включают виброплощадку. В течение первых 2 мин вибрации все три гнезда формы равномерно небольшими порциями заполняют раствором. По истечении 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают, форму снимают с виброплощадки, срезают ножом, смоченный водой, излишек раствора, заглаживают поверхность образцов вровень с краями формы и маркируют образцы.

      Изготовленные образцы в формах хранят 24±2 ч в ванне с гидравлическим затвором. Образцы, имеющие через 24 ч прочность не достаточную для расформовки их без повреждения, допускается вынимать из формы через 48 ч, указывая этот срок в рабочем журнале. Затем их осторожно освобождают из форм и переносят в ванны с питьевой водой. Образцы укладывают в ванну в горизонтальном положении так, чтобы они не соприкасались друг с другом. Вода должна покрывать образцы не менее, чем на 2 см. Воду меняют через каждые 14 сут. Температура ее при замене быть 20±2°С, как и при хранении образцов.

     По истечении срока хранения образцы вынимают из воды не позднее, чем через 10 мин, подвергают испытанию. При испытании на изгиб образцы - балочки устанавливают на опорные элементы прибора таким образом, чтобы их длинные грани находились в вертикальном положении. Испытание образцов производят на приборах любой конструкции, удовлетворяющих следующим требованиям: средняя скорость нарастания испытатель нагрузки на образец должна быть 0,5±0,1 МПа; нагружение образца должно производиться в режиме чистого изгиба; захват для установки образца должен быть снабжен цилиндрическими элементами диаметром 10-0,1 мм, изготовленными из нержавеющей стали твердостью по     Роквеллу НРС 55-60.

Предел прочности при изгибе, вычисляют по формуле

Rизг=3Pl/(2bh2)

где Р- разрушающая нагрузка, H; l -- расстояние между опорами, см; b-ширина образца, см; h -- высота образца, см.

     Предел прочности при изгибе образцов цементного раствора вычисляют как среднее арифметическое двух наибольших результатов испытания трех образцов - балочек.

     Для испытания на сжатие каждую половинку образца - балочки помещают между двумя пластинками из нержавеющей стали твердостью по Роквеллу НРС 55-60. Предел прочности при сжатии отдельного образца вычисляют как частное, от деления разрушающей нагрузки (в Н) на рабочую площадь пластинки (в см2), т. е. на 25 см2.

     Заполнители. Определение насыпной плотности. Среднюю пробу 3-5 кг высушивают до постоянной массы при температуре 75±5°С и высыпают в предварительно взвешенный мерный сосуд объемом , 5 л с высоты 100 мм над его верхним краем. Диаметр мерного сосуда 185 мм, высота--186,5 мм. Образовавшийся над верхом конус удаляют металлической линейкой вровень с краями сосуда (без уплотнения). Затем мерный сосуд взвешивают на технических или торговых весах.

     Насыпную плотность заполнителя сн в сухом состоянии вычисляют с точностью до 10 кг/м3 по формуле:

сн=( т2 -- m')/V,

т2 -масса мерного сосуда, кг; m' - масса мерного сосуда с заполнителем, кг, V- объем мерного сосуда, м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА  ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

2.1Основные способы производства портландцемента

 Процесс производства портландцемента складывается из следующих основных технологических операций:

1) добыча сырьевых материалов и доставка их на завод;

2) дробление и помол сырьевых материалов;

3) приготовление и корректирование сырьевой смеси;

4) обжиг смеси (получение клинкера);

5) помол клинкера с  добавками (получение цемента). 
    В зависимости от вида подготовки сырья на обжиг различают: мокрый способ; сухой способ; полусухой способ; комбинированный способ производства портландцементного клинкера.

     При мокром способе производства помол сырьевых материалов, их смешивание и корректирование сырьевой смеси осуществляются в присутствии определенного количества воды, а при сухом способе все перечисленные операции производятся с сухими материалами. В некоторых случаях сухую сырьевую смесь гранулируют, добавляя при грануляции необходимое для образования прочных гранул количество воды. Такой способ производства портландцементного клинкера называется полусухим. 
     На рисунке 10 представлена общая схема производства портландцемента. 

 
Рис.10 Общая схема производства портландцемента

     Сущность комбинированного способа заключается в том, что сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, а затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи.

     Выбор способов производства портландцементного клинкера определяется рядом факторов технологического и технико-экономического характера: свойствами сырья, его однородностью и влажностью, наличием достаточной топливной базы в районе строительства и др. 
     В природной влажности сырья более 8-10% оказывается целесообразным мокрый способ. Мокрый способ более выгодно применять также при использовании двух мягких компонентов (глины и мела), так как измельчение их легко достигается разбалтыванием в воде. Сухим способом рационально получать портландцементный клинкер при однородном по составу сырье в случае, если влажность его не превышает 8-10%. Полусухой дает хорошие результаты при изготовлении клинкера из достаточно пластичных сырьевых материалов, когда при грануляции смеси образуются прочные и термостойкие гранулы. При хорошей фильтруемости сырьевых шламов предпочтение следует отдавать комбинированному способу.

2.2 Производство портландцемента  мокрым способом

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

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

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

В качестве глинистого сырья обычно используют глину или глинистый сланец.

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

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

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

      Глину в болтушку подают небольшими порциями вместе с водой. Грабли разбивают большие куски на зерна размером не более 3-5 мм, которые легко распускаются в воде. Полученный шлам насосами перекачивается в расходные бункера сырьевой мельницы для помола с дробленым известняком. Если в качестве карбонатного сырья используется мел, то его предварительно (после дробления) вместе с глиной распускают в болтушках, а затем домалывают в мельницах. Крупные включения собираются на дне резервуара и периодически удаляются.

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