Производство портландцемента мокрым способом
Министерство образования Российской Федерации
Белгородская Государственная Технологическая Академия Строительных Материалов
Кафедра Финансового Менеджмента
???????
На тему: «Производство портландцемента мокрым способом»
По дисциплине: Экономические основы технического развития
Выполнил: студент группы
Проверил:
БЕЛГОРОД 2001
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение_________________________________________ 2
2. Сырьё____________________________________________4
3. Приготовление шлама_____________________________5
4. Обжиг___________________________________________ 6
5. Особенности производства_________________________9
6. Блок-схема_______________________________________14
7. Список литературы_______________________________16
ВВЕДЕНИЕ.
Цементная промышленность является одной из важнейших отраслей материального производства. Значение этой отрасли в народном хозяйстве определяется прежде всего ее неразрывной связью с ходом капитального строительства.
Цемент - один из главнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов, железобетонных изделий, а так же для скрепления отдельных деталей строительных конструкций, гидроизоляции и многих других целей.
Для строительных нужд вяжущие материалы стали использовать уже в глубокой древности. Первыми искусственными вяжущими веществами были гипс и известь, применявшиеся древними египтянами и греками при возведении монументальных сооружений, сохранившихся до наших дней.
В Англии в 1796 году было получено гидравлическое вяжущее вещество - романцемент - измельченный продукт обжига природных мергелей. Примерно до середины XIX века романцемент был основным вяжущим веществом, применяемым в гидротехническом строительстве. В 1824г. в Англии, а в 1825г. в России, независимо друг от друга, создали новый материал, который в результате своего внешнего сходства в затвердевшем виде с природным камнем, добываемым вблизи английского города Портленда, получил название портландцемент.
Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и некоторых добавок. Производство складывается из двух основных технологических процессов: получение клинкера и его помол с соответствующими добавками. Первый процесс наиболее энергоёмкий и ответственный, так как от качества клинкера зависят основные свойства цемента.
Существует несколько способов производства портландцемента:
1. сухой
2. мокрый
3. полусухой
4. комбинированный
Выбор способа производства зависит от особенностей приготовления сырьевой смеси. Сухой способ предусматривает приготовление сырьевой смеси из предварительно высушенных тонкомолотых компонентов и обжиг их в порошкообразном состоянии. При мокром способе тонкое измельчение и гомогенизацию смеси осуществляют в водной среде. Полученная водная суспензия - шлам направляется на обжиг. Полусухой способ связан с получением гранул из сырьевой смеси, которые затем поступают на обжиг. Комбинированный способ включает операцию приготовления сырьевой муки по мокрому способу с последующим обезвоживанием её на фильтрах. На обжиг поступает полусухая масса.
Но полусухой и комбинированный способ применяются довольно редко, поэтому основными можно назвать сухой и мокрый способы. Мокрый способ привлекает простотой измельчения сырьевых материалов и их гомогенизации. Кроме того, он обеспечивает лучшие саеитарно-гигиенические условия работы обслуживающего персонала и, несмотря на то, что этот способ отличается большой энергоемкостью, он получил наибольшее распространение.
Рассмотрим технологический процесс производства портландцемента по мокрому способу подробнее.
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 ленточ-ных 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 трехста-дийное дробление) до размеров кусков 8-10 мм. Мяг-кие породы (глину и мел) измельчают в дробилках до кусков размером 100 мм, а затем распускают в глиноболтушках-железобетонных круглых резервуарах диа-метром до 10 и высотой 2,5-3,5 м, футерованных изну-три чугунными плитами. В центре болтушки вращается крестовина с прикрепленными к ней стальными грабля-ми 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 рас-пускаются в воде. Полученный шлам насосами перекачи-вается в расходные бункера сырьевой мельницы для по-мола с дробленым известняком. Если в качестве карбо-натного 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 периодиче-ски удаляются.
Качество цемента существенно зависит от химического состава сырьевой смеси, поступающей на обжиг. Однако из-за неоднородности сырья химический состав может изме-няться. Поэтому необходимо постоянно следить за хими-ческим 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 бас-сейн. Зная точный химический состав этих двух шламов, можно рассчитать состав требуемого шлама. Путем пе-рекачивания нужных количеств шлама из этих бассей-нов в третий получают готовый для обжига шлам. При перекачивании откорректированного шлама в вертикаль-ный бассейн его тщательно перемешивают струями сжа-того воздуха (аэрируют). Перед подачей в печь шлам из вертикального бассейна перекачивают в горизонталь-ный, где его перемешивают механическим способом.
Порционное корректирование состава шлама - до-вольно длительная и трудоемкая технологическая опе-рация. К тому же этот процесс периодический. Более перспективен поточный способ приготовления сырьевого шлама.
Химический состав шлама постоянно проверяется автоматически работающими пробоотборниками и рент-геновским квантометром. Шламы из двух бассейнов сме-шиваются и попадают в третий - расходный, пройдя предварительно экспресс-анализ с помощью сложных электронных устройств.
Обжиг.
Обжигают сырьевую смесь (шлам) во вра-щающихся печах различной длины и диаметра (рис 2) Топливо в виде газа или каменноугольной пыли вдувается в печь с нижнего конца. Дымовые газы с тем-пературой 150-200 °С удаляются со стороны верхнего конца.
По характеру процессов температурные зоны в печи называют: 1-до 200о- испарения(сушка шлама); 2- 200-800о- подогрева; 3- 800-1000о- декарбонации; 4- 1000-1300о- экзотермической реакции; 5- 1300-1450-1300о- спекания; 6- 1300-1000о- охлаждения.
В зоне 3 происходит процесс разложения CaCO3 по схеме
CaCO3-->CaO + CO2
CaO в свою очередь вступает в соединения с элементами глинистого компонента CaO*Fe2O3; Cao*SiO2; CaO*Al2O3.
В зоне 4 происходит насыщение этих соединений до соответствующих клинкерных материалов. В зоне 5 образуется основная часть портландцементного клинкера - кальцевый силикат 3CaCO*SiO2
Для утилизации теплоты отходящих газов и повыше-ния степени теплообмена между материалом и горячими газами используют различного вида теплообменные уст-ройства. Так, в печах длиной 185 м, работающих по мок-рому способу, применяют фильтры-подогреватели, цеп-ные завесы и металлические теплообменники.
Фильтры-подогреватели устанавливают в холодной части печи на расстоянии 3-5 м. Фильтры-подогревате-ли снижают запыленность отходящих газов до 2-3% и уменьшают расход теплоты на 210 кДж/кг. Повыше-ние температуры газов и их запыленности приводит к загустеванию шлама. Влажность шлама, выходящего из фильтра-подогревателя, не должна быть_ниже 33-35%, а температура газов в этой зоне - не более 200 оС.
На расстоянии 1 м от фильтра-подогревателя уста-навливает цепные завесы. Длина цепной зоны 40-50 м, масса цепей 170-225 т, поверхность цепей 3500-4500 м2 . Цепи обычно навешиваются двумя способами: свободно свисабщими концами или гирляндами. Причем последний метод крепления эффективнее. Цепи аккумулируют теплоту газов и передают ее шламу, ускоряя тем самым процесс сушки. Из цепной зоны шлам выходит в виде гранул.
В зон подогрева печи устанавливают металлические теплообменники. Применение таких теплообменных устройств увеличивает интенсивность подогрева материала, который разделяется на несколько мелких потоков. Открытая поверхность материала и скорость прогрева увеличивается, а температура газов снижается, что предохраняет цепи от преждевременного выгорания. Однако на этом участке печи резко возрастает пыление материала. Для снижения пылевыделения рекомендуется следить за влажностью материала, которая не должна превышать 2-3%.
При использовании коротких печей целесообразнее применять запечные теплообменники: концентраторы шлама и распылительные сушилки. Концентраторы шлама увеличивают производительность печи до 25%, а расход теплоты снижают на 15-20%. Однако применение их сдерживается значительным пылевыделением, т. к. значительная часть шлама пересушивается и потоком горячего газа, что требует установки дополнительных фильтров. Распределительные сушилки из-за сложности работы форсунок, низкого коэффициента паронапряжения, громоздкости конструкции и сложности в эксплуатации не находят широкого распространения.
Клинкер, полученный на выходе из печи подлежит помолу в трубных мельницах открытого или замкнутого цикла. Тонкость помола характеризуется остатком на сите и составляет 8-12% для большинства цементов.
Хранят готовый цемент в цементных силосах - железобетонных ёмкостях диаметром 10-12 метров и высотой 20-25м., вмещающие 2500-4000т. цемента.
Основной качественной характеристикой цемента является его прочность(марка). Марка цемента соответствует пределу прочности образцов 4*4*16см. на сжатие, изготовленных из раствора1:3 по массе с песком, твердевших 28 суток в воде прт температуре 20-+2 град. Прочность колеблется от 300 до 600 кгс/см2. Промышленность выпускает цементы марок 400-550, а по особым заказам - М600.
Особенности производства
Производство быстротвердеющего портландцемента (БТЦ), особобыстротвердеющего портландцемента (ОБТЦ), сульфатостойкого портландцемента, пуццоланового портландцемента и других цементов отличается рядом особенностей. БТЦ и ОБТЦ отличаются от обычного портландцемента интенсивным набором прочности в пер-вый период твердения. БТЦ марки 400 через 3 суток обеспечивает прочность при сжатии 25 МПа, а в возра-сте 28 суток 40 МПа, БТЦ марки 500 соответственно 28 и 50 МПа.
Получают БТЦ совместным измельчением до удель-ной поверхности 3500-4000 см2/г портландцементного клинкера с содержанием СзS и СзА около 60-65 % и гипса, содержание которого в пересчете на S0з не должно превышать 3,5 %. Быстротвердеющий портланд-цемент получают из однородной по составу сырьевой смеси с пониженным содержанием вредных примесей. Использование БТЦ и ОБТЦ в производстве бетонных и железобетонных изделиях и конструкциях позволяет сократить время твердения бетона.
Сульфатостойкие цементы, образующие цементный камень, устойчивый к агрессивному действию вод, содержащих сульфатные анионы SО2-4..К этой груп-пе цементов относят сульфатостойкий портландцемент (без добавок и с минеральными добавками), сульфато-стойкий шлакопортландцемент, пуццолановый портланд-цемент. Получают сульфатостойкие цементы измельче-нием клинкера с содержанием СзА не более 5 %, Сз5 - 50 %, СзА+С4АР-22 % с добавками и без добавок. По ГОСТ 22266-76 (сизм.) сульфатостойкие цементы име-ют марки 300, 400 и 500.
При изготовлении шлакопортландцемента в качестве активной минеральной добавки применяют гранулиро-ванный доменный шлак. Шлак можно вводить не толь-ко на стадии помола, но и при получении клинкера, заме-няя часть глинистого компонента. Это снижает расход топлива, так как не требуются затраты теплоты на раз-ложение глины.
Сырьевую смесь с использованием шлака можно по-лучать как сухим, так и мокрым способом. Более распро-странен сухой способ, так как при мокром способе шлак быстро расслаивается вследствие выпадания в осадок частичек шлама. Смесь готовят путем совместного по-мола известняка и шлака в мельницах по замкнутому циклу, причем помол совмещают с сушкой. Если шлак имеет влажность более 10 %, то его предварительно су-шат в сушильных барабанах при температуре не выше 600-700 °С. Повышение температуры приводит к рас-стекловыванию шлака и снижению его активности. Получают шлакопортландцемент помолом в многока-мерных мельницах клинкера, высушенного шлака и гип-са. Количество кислых шлаков в шлакопортландцементе 30-40 %, основных - 50-60 %.
Быстротвердеющий шлакопортландцемент изготовля-ют более тонким измельчением обычной сырьевой смеси (до 4000-5000 см2/ г), используя для этого двустадий-ный помол: вначале измельчают клинкер, а затем клин-керный порошок, шлак и гипс.
Пуццолановый цемент получают совместным помо-лом клинкера, гипса и активной минеральной добавки (20-40 %). Добавки перед помолом дробят и сушат до влажности 1-2 %. Совместный помол производят в многокамерных трубных мельницах по открытому цик-лу так как большинство активных минеральных добавок менее прочны, чем клинкер. В случае использования плотной, твердой добавки помол ведут по замкнутому
циклу.
Рис 1. Технологическая схема производства портландцемента но мокрому способу
/-глиноболтушка; 2- подача воды; 3-подача глины; 4-подача извест-няка: 5-дробилка; 6-сырьевая мельница; 7-шлам-бассейны; 8-враща-ющаяся печь; 9-холодильник; 10-подача угольной пыли в печь; //-эле-ватор для подачи угля; 12-сушильный барабан для угля; 13 - склад угля;14-мельница для угля; 15 - склад гипса; /б-элеватор для подачи гипса из дробилки в бункер; 17-склад клинкера; 18-трубная мельница; 19 - силосы для цемента; 20-упаковка цемента
Список используемой литературы
1. К.В. Чаус, Ю.Д. Чистов, Ю.В. Лабзина: Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций М.:Стройиздат 1988
2. С.Г. Гаряев, М.В. Сопин Основы технологии и технико-экономическая оценка производства строительных материалов, изделий и конструкций БелГТАСМ
3. Конспект лекций доцента кафедры маркетинга Никифоровой Евгении Петровны.