Цемент пользуется огромной популярностью в строительстве. Его применяют как самостоятельно, так в качестве компонента многих строительных составов (к примеру, в производстве железобетона и бетона). Изготовление цемента – дорогостоящий и энергоемкий процесс. Заводы размещают в непосредственной близости к месту добычи сырья, из которого в дальнейшем будет создаваться продукт.
Производство цемента включат 2 этапа:
- получение клинкера,
- измельчение клинкера и введение добавок.
На получение клинкера приходится приблизительно 70% себестоимости стройматериала.
Начинается все с добычи сырьевых материалов. Как правило, добыча известняка осуществляется путем сноса части горы, после которого открывается слой желто-зеленого известняка. Глубина залегания известнякового слоя – приблизительно 10 м, толщина – в среднем 0,7 м. После того, как сырье доставлено на завод, производится обжиг в специальной печи при температуре +1450°С, в результате которого получают клинкер.
На второй стадии производства цемента осуществляют дробление клинкера, гипсового камня, сушка добавок. Затем производится помол клинкера вместе с добавками и гипсом. Гипс добавляют в размере 5% от общей массы, добавки вводят в зависимости от типа смеси.
Однако, учитывая тот факт, что технические и физические характеристики сырьевого материала могут отличаться, для каждого типы сырья предусмотрен свой способ подготовки.
Способы производства цемента:
- мокрый,
- сухой,
- комбинированный.
Изготовление цемента мокрым способом
Мокрый способ предусматривает изготовление цемента с применением карбонатного компонента (мела) и силикатного компонента (глины). Также используются железосодержащие добавки (пиритные огарки, конверторный шлам и пр.). Влажность мела не должна быть более 29%, а влажность глины – не выше 20%. Называется этот способ производства цемента тому, потому что измельчение сырья осуществляется в воде, на выходе образуется шихта в виде суспензии на водной основе. Влажность шихты – 30-50%. Далее производится обжиг шлама в печи, в результате которого выделяется углекислота. Образовавшиеся шарики-клинкеры перемалывают в тонкий порошок под названием цемент.
Данный способ по праву считается наиболее экономически выгодным. Особенность его в том, что на всех стадиях используются материалы только в сухом состоянии. Выбор схемы производства цемента определяется химическими и физическими характеристиками сырья. Наиболее востребованным признано изготовление материалов во вращающихся печах, в котором используются глина и известняк.
После того, как глина и известняк прошли измельчение в дробилке, их сушат до требуемого состояния (влажность - не более 1%). Просушка и измельчение производиться в сепараторной машине, после чего смесь отправляется в циклонные теплообменники, где находится не боле 30 секунд. Далее идет стадия, на которой производиться обжиг сырья с дальнейшим перемещением в холодильник. Затем клинкер направляется на склад, где происходит его перемалывание и фасовка. Подготовка гипса и добавок, а также хранение и транспортировка цемента идентичны тем, которые производятся при мокром способе.
Комбинированный вариант производства цемента
Шлам получают «мокрым» способом, после чего смесь обезвоживается в специальных фильтрах до того момента, пока уровень влажности не достигнет 16-18%. Далее сырье отправляют на обжиг. Второй вариант комбинированного способа производства цемента предусматривает сухое изготовление сырьевой массы, в которую затем вводят 10-14% воды и гранулируют. Размер гранул не должен превышать 15 мм. Далее производится обжиг.
Для каждого способа производства используют свое оборудование и определенную последовательность операций.
Современные производства ориентируют деятельность на получение материала сухим методом. Его по праву считают будущим цементной промышленности.
Традиционно на всех цементных заводах существуют несколько методов производства, к ним относятся сухой, мокрый, полусухой и комбинированный.
В принципе, именно от выбранного способа производства напрямую зависят особенности производства сырьевых смесей. Основными способами являются мокрый и сухой; именно они приняты многими цементными заводами и именно такими способами производится основное количество всего качественного цемента в мире.
Различаются самые распространённые виды производства характером переработки сырьевого материала и физическими свойствами получаемой в производстве сырьевой смеси, которая в последующих производственных операциях поступает на обжиг.
В общем виде производства цемента складывается из следующих операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, состоящей из дробления, помола в усреднения ее состава; обжиг сырьевой смеси (получение клинкера); помола клинкера в тонкий порошок.
В цементной промышленности применяют различные схемы измельчения сырьевых материалов, предусматривающие использование помольного оборудования различных типоразмеров. Существуют два основных способа помола - мокрый и сухой, в зависимости от вида подготовки сырья к обжигу, которые могут осуществляться по открытому и замкнутому циклам.
При мокром способе производстве измельчение сырьевых материалов, их перемешивание, усреднение и корректирование сырьевой смеси осуществляется в присутствии определенного количества воды, а при сухом все операции выполняются с сухим материалом.
В случае, когда сухую сырьевую муку гранулируют, добавляя при гранулировании необходимое для образования прочных гранул количество воды (до влажности 10-14%), такой способ называют полусухим.
При комбинированном способе подготовки сырья, размол его и перемешивание производится мокрым способом, после чего шлам механически или термически обезвоживается и поступает в печь для обжига.
Химический состав цемента определяется всем ходом его производства, но важнейшее значение имеет его завершающая стадия - процесс измельчения и смешивания клинкера с добавками.
Установлено, что качественный состав цементного клинкера получается при обжиге во вращающихся печах сырьевой смеси, не содержащей частиц крупнее 0,1 мм и с небольшим содержанием очень мелких фракций. Этого и добиваются, совершенствуя схемы и способы помола исходных сырьевых материалов.
Способ производства цемента выбирают в зависимости от технологических и технико-экономических факторов: свойств сырья, его однородности и влажности, наличия достаточной топливной базы и т.д. При сухом способе производства цемента выбор схемы зависит от физических и химических свойств сырья и складывается из следующих операции.
После выхода из дробилки известняк и глину высушивают до влажности примерно 1 %. после чего измельчают в сырьевую муку. Помол и сушку ведут в одном аппарате - сепараторной мельнице. Этот способ более эффективен и применяется на большинстве заводов, работающих по сухому способу.
Сырьевую муку заданного химического состава получают путем дозирования сырьевых компонентов в мельницу с последующим усреднением и корректированием сырьевой шихты в специальных смесительных силосах, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо высоким или низким титром.
Затем подготовленная сырьевая смесь поступает в систему циклонных теплообменников, состоящую из нескольких ступеней циклонов. Время пребывания смеси в циклонных теплообменниках не превышает 25-30с. Из циклонов материал подается в печь, откуда клинкер пересыпается в холодильник. После охлаждения отправляется на склад.
Другие технологические операции при сухом способе производства- подготовка добавок и гипса, помол цемента его хранение и отправка потребителю - такие, как и при мокром способе. Схема производства цемента по сухому способу представлена на рисунке 4.
Сухой способ производства цемента.
Рисунок 4 - Схема сухого способа производства цемента
Описание процесса обжига в производстве цемента по сухому способу
технологический цементный обжиг
Данный способ считается наиболее экономически выгодным. Особенность его в том, что на всех стадиях используются материалы только в сухом состоянии. Выбор схемы производства цемента определяется химическими и физическими характеристиками сырья. Наиболее востребованным признано изготовление материалов во вращающихся печах, в котором используются глина и известняк.
После того, как глина и известняк прошли измельчение в дробилке, их сушат до требуемого состояния (влажность - не более 1%). Просушка и измельчение производиться в сепараторной машине, после чего смесь отправляется в циклонные теплообменники, где находиться не более 30 секунд.
Рисунок 5 - Технологическая схема производства цемента сухим способом: 1 - циклоны, 2 - декарбонизатор, 3 - вращающаяся печь, 4 - клинкерный холодильник
1.ВИД И ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗГОТОВЛЯЕМОГО ПРОДУКТА
Изготовляемый продукт: портландцемент. Алит 3CaO*SiO2 (C3S)-59,64% Белит 2CaO*SiO2 (C2S)-16,64% Коэффициент насыщения КН: 0.91, Модули: силикатный - 2,24; глиноземный - 2,28;
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Исходными данными для проектирования служат: мощность предприятия - 1,2 млн. тонн в год, место строительства - г. Искитим, исходные сырьевые материалы - известняк и сланец.
2.1 Режим работы завода и его отдельных цехов
Отправным материалом для расчета технологического оборудования, потоков сырья, состава рабочих и т.п. является режим работы цеха. Он определяет количество рабочих дней в году, количество смен работы в сутки и рабочих часов в смене. Режим работы устанавливают в соответствии с трудовым законодательством по нормам технологического проектирования предприятий вяжущих веществ. Заводы вяжущих веществ обычно имеют 2 цеха основного производства: цех обжига и цех помола. Режим работы цехов обжига принимают круглогодичным, двухсменным. При расчете годового фонда времени необходимо знать коэффициент использования печных установок (Кис). Он зависит от длительности остановки печи на ремонты (капитальный, для замены футеровки и др.). Коэффициент использования печей принимаем равным: Кис=0,90…0,92.
Вр = Кис х Во, Вр = 0,92 х 365 =335суток;
где Вр - число рабочих дней в году, сут.; Кис - коэффициент использования печей; Во - общее календарное число дней в году = 365; Цеха помола работают по режиму прерывной недели с 2 выходными днями, а неделю в 2 смены количество рабочих суток в году принимают равным 260. Для транспортных цехов завода (склада сырья и готовой продукции) при использовании железнодорожного транспорта принимают трехсменную с 365 рабочими днями, автомобильного - двух- трехсменной с 262 рабочими днями в году.
2.2 Характеристика сырьевых материалов
Сырьевыми материалами для помола являются: известняк и сланец.
Таблица 2.2.1-Химический состав сырьевых материалов, % Σ,%Известняк, %3,681,090,5152,650,570,2742,53101,27Сланец, %59,818,758,093,353,640,196,776,4100,59
Естественная влажность: Известняка-3%ланца-6,4% Способность материалов к измельчению оценивается коэффициентом размолоспособности, представляющим собой отношение удельного расхода энергии при измельчении эталонного материала к удельному расходу энергии на измельчение сопоставляемого с ним материала при одинаковой степени их измельчения. Обычно эталоном служит цементный клинкер средней размалываемости, коэффициент размолоспособности которого принимается за единицу. Коэффициент размолоспособности для известняка 1,2-1,8, для сланца??? Твердость дробимых минералов по шкале Мооса не должна превышать шести, это например такие минералы как известняк, кальцит, доломит, каолин, бентонит, тальк, барит, флюорит, поташ и.т.д. Конечный продукт достигает крупности помола 5 микрон при эффективности 97 %. Мельницы трубные сырьевые могут быть использован, в металлургической, химической и других отраслях промышленности для помола сырьевых материалов размолоспособностью 50…125 кг/кВт*час, крупностью кусков до 25 мм сухим или мокрым способом в открытом или замкнутом циклах. портландцемент клинкер обжиг смесь 3.ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЗАВОДА
Важнейшими условиями, определяющим выбор способа производства, являются: Производство клинкера - наиболее сложный и энергоемкий процесс, требуемый больших капитальных и эксплуатационных затрат. Получение портландцементного клинкера состоит из следующих технологических операций: добыча сырьевых материалов, дробление, помола и смешивание их в определенном количественном соотношении и обжига сырьевой смеси. Комплекс технологических операций по получению портландцемента из клинкера включает дробление клинкера, гипса и минеральных добавок, сушку добавок, помол клинкера совместно с активными минеральными добавками и гипсом, складирование, упаковку и отправку цемента потребителю. Перерабатываемое в цементной промышленности сырье отличается как составом, так и физико-техническими свойствами. Для каждого вида сырья должен быть выбран такой способ подготовки, который обеспечивал бы тонкое измельчение и равномерное перемешивание компонентов с минимальными энергетическими затратами. В зависимости от способа подготовки сырьевых смесей различают мокрый, сухой и комбинированные способы производства клинкера. При мокром способе производства тонкое измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде водной суспензии - шлама влажностью 30-50%. При сухом способе шихту готовят в виде тонкоизмельченного порошка, поэтому перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают. Комбинированный способ производства может базироваться как на мокром, так и на сухом способе приготовления шихты. В первом случае сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, а затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16 …18% и подают на обжиг в печи в виде полусухой массы. Во втором случае сырьевую смесь готовят по сухому способу, а затем гранулируют с добавкой 10..14% воды и подают на обжиг в виде гранул. Обращая внимание на исходные данные курсового проекта (Wизвестняка = 3%) выбран сухой способ производства. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом представлена на рисунке 1. Измельчение материалов в мельницах может производиться при влажности сырья не более 1%. В природе сырья с такой влажностью практически нет. Желательно совмещать процесс сушки с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводах, работающих по сухому способу производства. В шаровой мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка - сырьевой муки. Сырьевая мука поступает в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Готовая сырьевая мука поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками и т.д. Поступающий с карьера известняк подвергают двух- или трех- ступенчатому дроблению до зерен размером 8…10 мм, а затем направляют в мельницу. Поступающую с карьера глину измельчают в дробилках, а затем размучивают в мельницах - мешалках или болтушках. Это сокращает расход энергии на тонкое измельчение. Окончательное тонкое измельчение компонентов и получение однородной смеси известняка, глиняного шлама и корректирующих добавок происходит в шаровых мельницах. В процессе приготовления шихты возникают колебания ее состава из-за неоднородности сырья, а также погрешностей дозирования, поэтому перед обжигом состав сырьевой смеси необходимо откорректировать. При порционном корректировании шлам центробежными насосами перекачивают в вертикальные бассейны, где корректируют его состав путем добавления шламов с большим или меньшим содержанием компонентов. Откорректированный шлам поступает из вертикальных бассейнов в горизонтальные, и храниться там до подачи в печь на обжиг. При поточном корректировании готовят два шлама, отличающихся по составу и коэффициенту насыщения. Корректирование состава достигается смешением их в необходимом соотношении в горизонтальных шламбассейнах большей вместимости. Готовый шлам интенсивно перемешивают при помощи сжатого воздуха. Затем поступает на обжиг. Обжиг шлама осуществляется во вращающихся печах с внутри печными теплообменниками. В качестве теплообменников применяют фильтры подогреватели. При температуре 1300…1500 градусов материал спекается и образуется клинкерные зерна. Охлажденный клинкер попадает на колосниковый грохот, а затем в дробилку и в бункер. Измельченный клинкер передается на силосный склад, во время его хранения или магнизирования свободный оксид кальция в клинкере гасится влагой воздуха. Время хранения клинкера на складе составляет 10…14 суток. Добыча известняка. Известняковые породы обычно залегают под слоем пустой породы, толщина которого может достигать 3-5 м и более. Для ее удаления применяют экскаваторы разных типов, бульдозеры. При гидромеханическом способе грунт размывают струей воды, подаваемой гидромонитором под давлением 1,5-2 МПа. Высокоэффективны разработка вскрышных пород с помощью роторных экскаваторов и их удаление в отработанные части карьеров ленточными конвейерами. Взорванную породу кусками размером до 1м, а иногда до 1,5-2 м в поперечнике грузят на транспортные средства и отправляют на завод. Более крупные глыбы дробят пневматическими перфораторами. В качестве транспортных средств используют самоопрокидывающиеся платформы на 90-100 т, автосамосвалы или подвесные канатные дороги. В последние годы организация добычи и первичной переработки сырья для производства цемента претерпевает большие изменения. Так, для рыхления скальных пород вместо взрывов начинают применять специальные рыхлители, навешиваемые на мощные тягачи или пневмоколесные погрузчики горной породы, масса которых в 6-8 раз меньше, чем экскаваторов, при одинаковой вместимости ковша. Обладая большой мобильностью, они способны быстро перемещать добытую горную массу к дробильным установкам, находящимся в карьерах. При этом удельные затраты на оборудование сокращаются примерно в два раза. Высокой экономической эффективностью характеризуется организация дробления известняка, а также переработка мела, мергелей и глин непосредственно на карьерах с подачей на завод известнякового щебня ленточными конвейерами длиной до 5-8 км. Еще более эффективно применение на карьерах вместо стационарных передвижных (самоходных) дробильных агрегатов производительностью до 400-1000 т/ч. Добыча глины. Добычу глины ведут экскаваторами одноковшовыми или многоковшовыми. Транспортируют эти материалы так же, как и известняк, на заводы.
3.1 Дробление и усреднение
Добытый известняк вначале подвергают двухстадийному, а иногда одностадийному дроблению до кусков размером 1-3 см. Для этой цели на новых предприятиях часто используют передвижные механизмы, например молотковые дробилки соответствующей производительности. Полученную щебенку направляют на усреднительный склад, где с помощью комплекса машин осуществляется первичная гомогенизация сырья. Добытую глину вначале также подвергают дроблению при одновременной сушке с последующей подачей полученного материала на усреднительный склад для гомогенизации.
3.2 Сушка и помол сырья
С этих складов известняк и глину направляют через автоматические дозаторы в требуемом соотношении по массе в шаровые мельницы, где осуществляются сушка и тонкий помол сырья. Для сушки в мельницы направляют дымовые газы, образующиеся во вращающихся печах при сжигании топлива. Шаровые мельницы часто работают в замкнутом цикле с сепараторами (проходными или центробежными). Из мельниц мука в виде пылегазовой смеси направляется в осадительные циклоны, а затем в горизонтальные электрофильтры, в которых выделяется твердая фаза. Иногда для оптимизации работы оборудования в линии устанавливаются охладители газов, в которые в необходимом количестве пульверизируется вода. При этом температура газов, поступающих в электрофильтры, должна держаться на уровне 120-140 °С. В этих условиях остаточное содержание пыли в газах, выбрасываемых в атмосферу, доводится до санитарных норм (75-90мг/м3). На крупных предприятиях с производительностью одной технологической линии 3000 т клинкера в сутки устанавливают две шаровые мельницы размером 4,2×10 м, дающие 120-130 т/ч муки с остатком 10-12 % на сите № 008.
В настоящее время все шире начинают применять каскадные мельницы без мелющих тел типа «Аэрофол», сырьевые материалы в которых измельчаются под действием падающих кусков самого материала. Эти мельницы применяют для измельчения сырья с влажностью до 20%, а по ряду данных и с большей влажностью. Сырье загружают кусками размером до 30-50 см. В мельницу подают горячие; газы, которые сушат материал до влажности 0,5- 1%. Эти же газы выносят измельченный продукт, который затем выделяется из потока в проходных сепараторах и циклонах, причем более крупные частицы возвращаются на домол. Иногда после такой мельницы устанавливают обыкновенную шаровую мельницу для домола материала. Расход электроэнергии на помол материалов в бесшаровых мельницах уменьшается по сравнению с расходами на помол в трубных мельницах примерно на 25 %. Производительность таких мельниц 250-300 т/ч и более.
3 Гомогенизация
Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах того или иного типа, направляется на гомогенизацию и корректирование в специальные железобетонные силосы вместимостью до 500-2000 м3 (в зависимости от масштабов производства и однородности сырья). Чем неоднороднее сырье, тем меньше обычно вместимость отдельных силосов. Муку в них перемешивают сжатым воздухом, вводимым через керамические пористые плитки, укладываемые на днище силосов. Иногда вместо керамических применяют специальные металлические плитки или даже перфорированные трубы, покрытые тканью. Воздушные струи, проникающие в муку, аэрируют ее, что сопровождается уменьшением насыпной плотности. Одновременно материал приобретает большую текучесть. После гомогенизации проверяют состав сырьевой муки по содержанию оксида кальция (титр муки). Если оно соответствует требуемому, то смесь направляют на обжиг. Если же выявляется отклонение, то, муку из двух силосов направляют в третий в таком соотношении, чтобы получить смесь требуемого состава. После заполнения общего силоса материалы в нем тщательно перемешивают до полной однородности. Для перемешивания применяют обычно воздух, очищенный от масла и паров воды, под давлением до 0,15- 0,2 МПа. Через 1 м2 пористых плиток подается в 1 мин около 2 м3 воздуха. Затраты электроэнергии на гомогенизацию составляют 0,4-0,6 кВт·ч на 1 т муки; общий расход энергии на всю установку (подача материала в силосы, его выгрузка и перемешивание) 2,2-2,5 кВт·ч/т. В месте выхода готовой муки из силосов устанавливают пробоотборники, автоматически отбирающие пробы массой 10-15 г/т материала. Силосы снабжают также устройствами для обеспыливания отработанного воздуха и удаления воздуха из готовой муки. 3.4 Циклонный теплообменник и декарбонизатор
В тех случаях, когда муку обжигают во вращающихся печах, снабженных циклонными теплообменниками, сухую, смесь из силосов с помощью пневмонасосов того или иного типа направляют в приемный бункер печной установки. Отсюда элеватором подают на ленточный конвейер - дозатор, его в газоход батарейного циклона. 3десь он подхватывается отходящими газами и проходит ряд других циклонов после чего и поступает в печь 10. Во время перемещения по газоходам и циклонам сырьевая мука постепенно нагревается и поступает в циклон с температурой 800-850 °С частично (на 30-40 %) декарбонизированной. Нагревается мука в газовом потоке, циклонных теплообменников очень интенсивно. Циклоны изнутри футеруют огнеупорами. Газы через систему циклонов движутся под действием дымососа. Отработанные газы с температурой 200-300 °С очищаются от пыли в электрофильтрах или же сначала используются для сушки муки.
3.5 Обжиг
Обжиг сырьевой смеси при сухом способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда только при сухом способе производства. Вращающаяся печь представляет собой длинный, расположенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри (рисунок 1). Длина печей 95-185-230м, диаметр 5-7м.
Рисунок 1 - Схема вращающейся печи: Сырьевая шихта; 2 - горячие газы; 3 - вращающаяся печь; 4 - цепные завесы, улучшающие теплообмен; 5 - привод; 6 - водяное охлаждение зоны спекания печи; 7 - факел; 8 - подача топлива через форсунку; 9 - клинкер; 10 - холодильник; 11 - опоры
Горячие газы поступают навстречу сырью. Сырье занимает только часть печи по поперечному сечению, и при ее вращении со скоростью 1-2 об/мин медленно движется к нижнему концу, проходя различные температурные зоны. В зоне испарения происходит высушивание поступившего сырья при постепенном повышении температуры с 70-80°С (в конце этой зоны), поэтому первую зону называют еще зоной сушки. Подсушенный материал комкуется, при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы. В зоне подогрева, которая следует за сушкой сырья, при постепенном нагревании сырья с 200°С до 700°С, сгорают находящиеся в нем органические примеси, из глинистых минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450-500°С) и образуется каолинитовый ангидрит А12О3·2SiO2 и другие подобные соединения. В зоне кальцинирования температура обжигаемого материала поднимается с 700°С до 1100°С, здесь завершается процесс диссоциации углекислых солей кальция и магния и появляется значительное количество) свободного оксида кальция. В этой же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды SiO2, А12О3, Fе2О3, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО·А12О3, СаО·А12О3 и частично 2СаО·SiO2 - белита. В зоне экзотермических реакций (1100-1250°С) проходят твердо-фазовые реакции образования ЗСаО·А12О3; 4СаО·А12О3Fе2О3 и белита. В зоне спекания (1300-1450°С) температура обжигаемого материала достигает наивысшего значения, необходимого для частичного плавления материала и образования главного минерала клинкера - алита 3СаО·SiO2 почти до полного связывания оксида кальция (в клинкере СаОсвобод не более 0,5-1%). В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300°С до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав. Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких камнеподобных зерен-гранул ("горошка") темно-серого или зеленовато-серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается с 1000°С до 100-200°С. После этого клинкер выдерживается на складе 1-2 недели. В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300°С до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав.
3.6 Помол клинкера
Помол клинкера с добавками в тонкий порошок производится преимущественно в трубных (шаровых) мельницах. Трубная мельница представляет собой стальной барабан, облицованный внутри стальными броневыми плитами и разделенный дырчатыми перегородками на 2 - 4 камеры. Крупнейшими помольными агрегатами являются мельницы размером 3,95×11 м, производительностью 100 т/ч и размером 4,6×16,4 м, производительностью 135 т/ч.
Материал в трубных мельницах измельчается под действием загруженных в барабан мелющих тел - стальных шаров (в камерах грубого помола) и цилиндров (в камерах тонкого помола). При вращении мельницы мелющие тела поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя и истирая зерна материала. Различают две схемы помола: по открытому (рисунок 2) и замкнутому циклам. Второй предпочтителен в тех случаях, когда необходимо получить вяжущие с высокой удельной поверхностью или измельчаемые компоненты различаются по размалываемости. Внедрение в производство мельниц, в которых осуществляется помол по замкнутому циклу, обусловлено в основном повышением требований к тонкости помола, которые не могли быть удовлетворены при работе на установках открытого цикла. Тонкий помол на таких установках связан с резким уменьшением их производительности. В мельницах, работающих по замкнутому циклу, не только повышается тонкость измельчения, но и обеспечивается увеличение удельной производительности, снижение температуры выходящего продукта, уменьшение расхода мелющих тел. Применение замкнутого цикла целёсообразно еще и потому, что измельчаемая шихта, как правило, состоит из компонентов различной размолоспособности. В открытом цикле легко размалываемые компоненты переизмельчаются, в замкнутом они, размалываются по одинаковой тонкости. Своевременное удаление из мельницы мелких зёрен предотвращает их переизмельчение, на которое затрачивается большое количество энергии. Следует, однако, учесть, что переход на замкнутый цикл связан со значительным повышением расхода энергии на вспомогательные операции, усложнением конструкции и условий эксплуатации мельницы. Известняк Глина Кузнецкий уголь Гипс
Добыча Добыча Дробление Дробление (молотковая дробилка) Дробление Дробление с Сушка и
(щековая дробилка) сушкой помол Сушка
Дозирование Дозирование
Совместный помол с сушкой (трубная мельница)
Гомогенизация в смесительных силосах
Гранулятор
Обжиг во вращающейся печи
Холодильник
Клинкерный склад
Дозирование
Помол клинкера с добавками (трубная мельница)
Складирование цемента
Упаковка Отправка цемента в Отправка цемента в мешках вагонах, автомашинах и т.п. 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА
Сырьевой базой для производства неорганических вяжущих веществ являются горные породы и побочные продукты промышленности. Среди горных пород для этих целей используют сульфатные - гипс и ангидрит; карбонатные - известняк, мел, известковые туфы, ракушечник, мрамор, доломиты, доломитизированные известняки, магнезит; мергелистые - известковые мергели; алюмосиликатные - нефелины, глины, глинистые сланцы; высокоглиноземистое сырье - бокситы, корунды и др.; кремнеземистые горные породы - кварцевый песок, трассы, вулканический пепел (пуццолана), диатомит, трепел, опока. Сырье бывает одно- и многокомпонентным, составленным из нескольких исходных веществ. При многокомпонентном сырье для лучшего перемешивания и получения более однородной смеси компоненты предварительно совместно или по отдельности измельчают. После полного цикла подготовки сырья - дробления, помола, смачивания, корректирования состава - смесь подвергается термической обработке, или обжигу. При обжиге сырье теряет свободную воду, затем дегидратируется, отдавая химически связанную воду, и диссоциирует, распадаясь на отдельные оксиды. При последующем повышении температуры происходят реакции в твердом состоянии. При последующем повышении температур образуется жидкая фаза, которая ускоряет химические реакции в расплаве. Сырьевая смесь превращается в продукт, наделенный новыми качественными характеристиками. Но для проявления вяжущих свойств потребуется еще перемолоть продукт обжига. Чем выше тонкость помола, чем больше удельная поверхность частиц вяжущего вещества, тем, следовательно, быстрее и полнее пройдут процессы растворения, химического взаимодействия с водой, затворения и образования новых гидратных соединений. Портландцементный клинкер является продуктом спекания при обжиге сырьевой шихты надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в нем высоко-основных силикатов кальция. Физико-химической основой технологии производства являются термохимические реакции, при которых происходит химическое взаимодействие между известью и глинистыми минералами. В результате образуется клинкер, содержащий кальциевые соединения - трех и двухкальциевые силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция. После охлаждения он тонко измельчается с небольшой добавкой гипса. При помоле специальных портландцементов в состав цементной шихты вводят дополнительные компоненты определенного состава.клинкере обычно содержатся примеси в виде щёлочей, оксидов титана, фосфора и др. Химический состав портландцементного клинкера характеризуется коэффициентом насыщения кремнезема известью (КН) и модулями, силикатным (п) и глиноземным (р), численное значение которых позволяет производственнику ориентироваться в особенностях технологии производства клинкера. Они определяют свойства, необходимые для получения специального портландцемента на его основе. Силикатный модуль обычно находится в пределах 1,7-3,5, а глиноземный - 1-3.Титр-масса сырьевых материалов, содержащихся в 1 мл раствора. Результаты исследований, проводившихся в последние годы с помощью новейших физико-химических методов, позволили более ясно представить себе фазовый состав клинкера и создать базу для проектирования заданного состава клинкера при производстве специальных портландцементов.
5. РАСЧЕТЫ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЛИНКЕРА
5.1 Общие положения
Расчет портландцементной сырьевой смеси производится с целью определения соотношения между компонентами, входящими в ее состав. В качестве исходных данных при таком расчете используем химический состав сырьевых компонентов, входящих в состав смеси (известковый и глинистый компоненты и корректирующие добавки в виде гипсового камня), приведенный в таблице 5.1.1, и коэффициент насыщения.
Таблица 5.1.1 - Химический состав сырьевых материалов, % SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO2п.п.п.WΣИзвестняк, %3,681,090,5152,650,570,2742,53101,27Сланец, %59,818,758,093,353,640,196,776.4100,59
Для удобства расчетов и возможности последующего его контроля приведем химический состав исходных сырьевых компонентов к сумме 100%. Составим пропорции для приведения химического состава известняка к 100%
Составим пропорции для приведения химического состава глины к 100%:
Занесем полученные данные в таблицу 5.1.2
Таблица 5.1.2 - Химический состав сырьевых материалов, приведенный к 100% SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3п.п.п.WΣИзвестняк3,631,080,5051,990,560,2641,983100Глина59,4518,648,043,333,620,196,736,4100
Таблица 5.1.3 - Условные обозначения, используемые в расчетах Компонент (материал)SiOAl2OFe2OСаОПервый компонент - известковый (известняк, мел ракушечник)S1A1F1C1Второй компонент - глинистый (глина, глинистый сланец, доменный шлак и др.)S2A2F2C2Сырьевая смесьS0A0F0C0КлинкерSAFC С помощью выполненных расчетов можно определить процентное содержание в сырьевой смеси известняка И и глины Г:
Находим процентное содержание каждого оксида смеси и ее потерь при прокаливании:
5.2.1 Определение оксидного состава рассчитанной шихты Определение оксидного состава рассчитанного клинкера с пересчетом на прокаленное вещество. Занесем полученные данные в таблицу 5.2.1
Таблица 5.2.1 - Химический состав шихты и клинкера Величины силикатного (n) и глиноземистого (p) модулей для клинкера должны быть в допустимых нормах.
5.2.2 Минералогический состав клинкера
Полученные данные заносим в таблицу 5.2.2
Таблица 5.2.2 - минералогический состав клинкера Способ подготовки сырьевой смеси - сухой; Годовая производительность завода - 1,2 млн. тон в год; Состав портландцемента: 8. Режим работы предприятия: Количество рабочих дней для цеха обжига - 335. Для других цехов в 260 дней в 2 смены.
6.2 Годовая потребность материалов
2.1 Годовая потребность клинкера. Количество клинкера определяется вычитанием от годовой производительности завода всех добавок
С учетом потерь т,
6.2.2 Потребность цементной сырьевой смеси абсолютно сухом состоянии для изготовления 1 т клинкера при величине п.п.п. составляет
Ш1= (1/100-п.п.п.)*100; Ш1=(1/100-35,51)*100=1,550 т.
На весь клинкер:
Ш=Ш1*Кп; Ш=1,550*1143420=1772301 т.
6.2.3 Количество сухого известняка на 1 т клинкера
Ис=Ш1*И/100; Ис=1,550*81,65/100=1,265 т.
Количество сухого известняка на весь клинкер.
СИ=Ис*Кп; СИ=1,265*1143420=1446426 т.
Количество известняка с учётом естественной влажности. ВлИ=СИ*103/100=1446426*103/100=1489819 т.
Количество известняка с учётом потерь.
ПИ=ВлИ*102/100=1489819*102/100=1519615 т.
6.2.4 Количество глины. Количество сухой глины на 1 т клинкера
СГ1=Ш1*Г; СГ1=1,550*18,34/100=0,284 т.
Количество сухой глины на весь клинкер:
СГ=СГ1*Кп; СГ=0,284*1143420=324731 т.
Количество глины с учётом естественной влажности.
ВлГ=СГ*110/100=324731*110/100=357204 т.
Количество глины с учётом потерь.
ПГ=ВлГ*102/100=357204*102/100=364348 т.
Количество сухого гипса на 1 тонну клинкера.
ГС=0,05*1200000=60000 т.
Количество гипса с учётом естественной влажности.
ВлГ=ГС*109/100=65400 т. Количество гипса с учётом потерь.
ПГ=ВлГ*101/100=65400*101/100=66054 т.
6.2.5 Количество топлива
Расход теплоты на обжиг клинкера составляет 3.4…4.2 МДж/кг. Принимаем среднее значение, равное 3.8 МДж/кг.
Таблица 6.2.1 - Общая потребность материалов Наименование материалаПотребность материала, тГодоваяКвартальнаяМесячнаяСуточнаяЧасоваяИзвестняк:- сухой14464263616061205355563347- с естественной влажностью14898193724551241525730358- с учетом потерь15196153799041266345844365Глина:- сухая3247318118327061124978- с естественной влажностью3572048930129767137485- с учетом потерь3643489108730362140187Гипсовый камень:- сухой6000015000125023114- с естественной влажностью6540016350136225215- с учетом потерь6605416513137625415,8Клинкер:1140000285000950004384274- с учетом потерь1143420285855952854397274,8Портландцемент, т12000003000001000004615Топливо, т431479107869359561659103 7. ВЫБОР, РАСЧЕТ, КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Определим тип и количество барабанных трубных мельниц необходимых для помола клинкера и добавок. Необходимая производительность цеха 520 т/ч цемента. Для обеспечения такой производительности примем, для нашего цеха, барабанную мельницу с размерами барабана 3,2х15 м., с часовой производительностью 53 тон, работающую в замкнутом цикле и обеспечивающую тонкость помола 8% остатка на сите №0,08, производящуюся на Новокраматорском машиностроительном заводе.
где N - количество машин, подлежащих установке; Пг(ч) - требуемая годовая или часовая производительность по данному технологическому пределу, т; Кис - нормативный коэффициент использования оборудования по времени (принимаем равный 0,97) Таблица 1. Техническая характеристика шаровой трубной мельницы ПоказательЗначениеПроизводительность, т/ч53Частота вращение барабана, об/мин0,266Мощность главного двигателя, кВт2000Масса (без электрооборудования и мелющих тел), т358Масса мелющих тел, т140Определим тип и количество электрофильтров необходимых для очистки аспирационного воздуха отсасываемого из мельниц при помоле.
Количество аспирационного воздуха определяется по формуле
S- площадь свободного сечения барабана мельницы. V-cкорсть описываемого воздуха в мельнице (0.6…0.7) т.к. в цехе используется пять мельниц, то объем аспирационного воздуха отсасываемого из мельницы будет равен: Для обеспечения очистки 94094 м3 аспирационного воздуха отсасываемого из мельницы применяем электрофильтр ПГД 3-38 вертикальный с максимальной производительностью 275000 м3/с и циклоны- промыватели типа СИОТ.
Таблица 9 - Техническая характеристика электрофильтра ПГД 3-38 ПоказательЗначениеЧисло полей1Предельная скорость газа, м/с2Производительность, м3/с275000Активная площадь сечения, м238 8. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ ПРОДУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Качество клинкера определяют часто по его насыпной плотности, которая при правильном составе сырьевой смеси и надлежащем обжиге во вращающейся печи (мокрый способ) колеблется обычно в пределах 1550-1650 г/л. Определяют также количество СаОсвоб, которое не должно превышать 1 % для обычного клинкера и 0,2- 0,3 % для быстротвердеющего. Получать цемент высокого качества на современных заводах можно, только строго соблюдая все технологические требования и правила и 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. 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 СаС03 (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, SiO2, А12О3, Fе2О3. Химический анализ клинкера и цемента производится по ГОСТ 5382-73. Качество клинкера определяют часто по его насыпной плотности, которая при правильном составе сырьевой смеси и надлежащем обжиге во вращающейся печи колеблется обычно в пределах 1550-1650 г/л. Определяют также количество СаОсвоб, 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. Цемент должен быть принят ОТК завода по ГОСТ 22236-76 (с изм.). Химический анализ сырьевых материалов и портландцемента.
8.1 Определение титра сырьевой смеси
В настоящее время разработан ряд надежных и точных методов ускоренного определения химического состава сырьевого шлама (по четырем основным оксидам - СаО, SiO2, А12О3, Fе2О3 и оксидам, содержание которых в цементе ограничено, - Nа2О, К2О, МgО, SО3, Р2О5 и др.) с помощью пламенного фотометра, рентгеновско - квантометра и других приборов опережающего контроля. Большинство цементных заводов работает, используя надежный метод опережающего контроля химического состава шлама по коэффициенту насыщения и одному из модулей, корректируя шлам в потоке. Вместе с тем в практике работы большинства цеховых лабораторий цементных заводов сохраняется один из ускоренных методов определения содержания оксида кальция в смеси по титру СаСО3. Этот метод позволяет с достаточной точностью оперативно анализировать шлам, поступающий в вертикальные и горизонтальные шламбассейны, смешивать в определенной пропорции «низкий» и «высокий» шламы (с низким и высоким содержанием СаСО3. Помимо определения титра сырьевой смеси, проводимого лабораторией сырьевого цеха, центральная заводская лаборатория через каждые 2 ч делает химический анализ шлама, поступающего в печь, определяя содержание четырех основных оксидов в смеси (СаО, SiO2, А12О3, Fе2О3), и 1 - 2 раза в смену делает его полный химический анализ. Вследствие повышенных погрешностей этот метод не применяют в следующих случаях: В сырье содержится много МgСОз, который будет вести себя в реакции как СаСОз и давать завышенные значения титра и т. д. В качестве сырьевых компонентов используются побочные продукты смежных производств (белитовый шлам, шлаки, золы и т. п.), которые с трудом и не полностью разлагаются в соляной кислоте. Нормальный титр шлама на разных заводах изменяется в пределах 75 79 % СаСО3. На каждом заводе значение титра может колебаться в пределах не более ±0,2 %.
8.2 Определение содержания свободной извести в цементе этилово -глицератным методом
Качество портландцементного клинкера, обожженного во вращающихся или шахтных печах, контролируется машинистом печи и цеховой лабораторией по цвету полученных гранул, количеству пыли и сваров, насыпной (объемной) массе, крупности. Наряду с описанием внешнего вида зерен клинкера на предприятиях систематически отбирают пробы клинкера для установления его химического и минерального составов. В процессе гидратации цемента из «недожженного» или «пережженного» клинкера свободная известь вступает в реакцию с водой уже в затвердевшем цементном камне, в нем возникают вредные напряжения, способные вызвать разрушение сооружения, возведенного из такого цемента. Одним из наиболее распространенных химических методов количественного анализа на свободную известь в клинкере является определение ее содержания этилово - глицератным или этилово - бензоатным методом.
8.3 Определение содержания SО3 в твердеющем цементе
В процессе помола в портландцементный клинкер в качестве обязательного компонента вводят гипс в количестве, обеспечивающем содержание SО3 в полученном Цементе не ниже 1,5 и не выше 3,5 % (ГОСТ 10178-76, ГОСТ 9835 - 77 и др.). Введение гипса обусловлено тем, что измельченный портландцементный клинкер при затворении водой проявляет свойство к очень быстрому схватыванию, получается, как принято говорить, «быстряк»- материал, непригодный для применения в производстве бетонов и растворов. Основное влияние на это свойство цемента оказывает присутствие в нем трех кальциевого алюмината С3А. Для замедления сроков схватывания цемента при его производстве применяют природный двуводный гипс взаимодействие которого с С3А в растворе протекает по реакции
Образовавшийся в начальные сроки твердения цементного камня гидросульфоалюминат кальция (эттрингит) является весьма полезным компонентом в построении кристаллической решетки твердеющего цемента и ускорении роста начальной прочности бетонов и растворов. Образование же эттрингита в сформировавшемся цементном камне вызывает, с одной стороны, разрушение кристаллической решетки гидроалюмината кальция (ее растворение), что ведет к снижению прочности монолита, а с другой - растущие кристаллы С3А·ЗСаSО4·32Н2О занимают в затвердевшем цементном камне объем больший, чем все участвующие в его образовании компоненты. Это вызывает в сформировавшемся монолите внутренние напряжения вплоть до разрушения кристаллов новообразований соседних минералов и на рушение их связей с заполнителями в бетоне или растворе. Присутствие свободных ионов SO42- в затвердевшем цементном камне и образование в нем эттрингита в поздние сроки твердения может вызвать появление в монолите микро- и макротрещин за счет внутренних напряжений, которые резко ухудшают качество изделий. В ряде случаев эти явления могут частично или полностью вывести из строя готовое сооружение, в связи с чем содержание SО3 в портландцементе не должно превышать 3,5%. По этой же причине для ответственных сооружений ограничивают содержание С3А в портландцементном клинкере, идущем на изготовление цементов для этих сооружений.
9. АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Производственный корпус представляет собой одноэтажное однопролетное здание. Шаг крайних колонн и опирающихся на них стропильных конструкций принят равным 12 метрам, а пролет 24 метров, что обеспечивает размер здания 24х48 метров. С торцов здания располагаются распашные двухпольные ворота (размером 6х5 метров). Такая конструктивная схема позволяет разместить в цехе пять барабанных мельниц типа «3,2х15» с электроприводами, оборудование для отчистки отсосных аспирационных газов из мельниц и ремонтное отделение. При строительстве использовались колоны серии КЭ-01-52, подкрановая часть двухветвевая, ветви связаны горизонтальными распорками через интервал 1,5-3,0 метра. У крайних продольных колон используется привязка «250». Для стен использовались железобетонные панели - ребристые, с высотой контурных ребер 300 миллиметров и толщиной полки 30 миллиметров, арматура преднапряженная. Панели формуются из бетона марки 300, 400. Покрытие выполнено из плоских плит, последовательно передающих друг на друга собранную нагрузку. Торцевые стены выполнены из кирпичной кладки, это вызвано необходимостью установки ворот. Они связаны с железобетонным каркасом гибкими связями (стержни диаметром 10-12 миллиметров). В цехе располагаются два мостовых опорных крана, грузоподъемностью 15 тонн:
Таблица 9.1 - Краткая характеристика мостовых опорных кранов параметрзначениегрузоподъемность, т15Пролет крана, м11Крановый габарит здания, мм2950Ширина крана, мм6300Тип рельсаКР-7010. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСТНОСТИ
При большой насыщенности предприятий цементной промышленности сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчёнию 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. Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующих и погрузочно - разгрузочных механизмов должно осуществляться в соответствии с правилами безопасной работы у каждой установки. Агрегатами повышенной опасности являются тепловые установки. Обслуживающий персонал допускается к работе только после проверки знаний и правил их эксплуатации. Сушильные установки должны, как правило, работать под разрежением. При загрузке и выгрузке материала особое внимание нужно обращать на то, чтобы продукты горения не попадали в цех через открытые двери туннелей. Сушильные цехи оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией. 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 систём 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.д. В зависимости от мощности и величины различных механизмов и интенсивности пылевыделения рекомендуются следующие объемы воздуха (м3/ч), отсасываемого от:
шнековых и молотковых дробилок.......4000 - 8000
элеваторов. . . ...............1200 - 2700
бункеров...................500 - 1000
мест погрузки материалов..........300 - 3500
упаковочных машин. . ..........5000
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 1 м2 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 .
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 2.Волженский, А.В. Минеральные вяжущие вещества/ А.В. Волженский. - М.: Стройиздат, 1986. - 464с.
.Строительные машины: Справочник / Под. Ред. В.А. Баумана, Ф.А. Лаяира.-П.: Машиностроение, 1977.-486с. .
.Дизендорф Т.Е. Методические указание к курсовому проекту по дисциплине «Вяжущие вещества».-Томск: ТГАСУ, 2004.-31с.
.Волконский Б.З. Производство цемента по сухому способу.-М.: Стройиздат, 1971.-177с.
.Сулименко, Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе/ Л.М. Сулименко. - М.: Высш. шк., 2000. - 303с.
.Шершевский, И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений/ И.А.Шершевский. - Л.: Стройиздат, 1979. - 167с.
Так называемые «мокрая» и «сухая» технология производства цемента являются самыми распространенными способами получения этого незаменимого строительного материала.
Российские цементные заводы используют преимущественно «мокрый» метод, в то же время практически все зарубежные производители связующего работают по «сухой технологии».
Отличия мокрой технологии производства цемента от сухой
Обе технологии имеют свои преимущества и свои недостатки. Основной недостаток, которым отличается мокрый способ производства цемента – значительная энергоемкость процесса, отражающаяся на себестоимости конечного продукта. Сухая технология отличается большей экологической опасностью и соответственно большими капитальными затратами на устранение данного фактора. Рассмотрим оба способа производства цемента подробнее.
«Мокрая» технология производства связующего
Технологическая схема мокрого способа предусматривает раздельную первичную обработку компонентов клинкера. Измельченные «ингредиенты» загружаются в специальное оборудование для кратковременной выдержки под слоем воды. После этого компоненты клинкера, мокрыми, попадают в специальные мельницы, где их перемалывают до состояния порошка и тщательно перемешивают.
Подготовленный таким образом шлам подается в вертикальные и горизонтальные «шлюмбассейны» на корректировку необходимого соотношения «ингредиентов». Следующей технологической операцией идет печной обжиг откорректированного шлама и охлаждение промышленными холодильными установками. Полученный таким образом клинкер измельчается до мелкодисперсного порошка – цемента. Далее производятся: лабораторный анализ на соответствие цемента требованиям ГОСТ, фасовка и отправка потребителю.
Преимущества «мокрой» технологии
- Меньшие технологические затраты на измельчение сырья. Такие компоненты как мел и глина хорошо размокают в воде при первичной обработке в бассейнах. Соответственно процесс их измельчения происходит намного проще и легче;
- Транспортировка, усреднение и корректировка шлама происходит проще и экологически безопаснее, чем аналогичные операции при сухой технологии;
- В разы меньшее пылеобразование;
- Конструкция печей обжига шлама проста, надежна и имеет высокий Коэффициент Использования пространства – от 0,89 до 0,91;
- Имеется принципиальная возможность использовать сырьевые компоненты «пестрого» химсостава и хорошей гомогенизации шлама.
Недостатки
- Большой удельный расход тепловой энергии на обжиг сырья для производства цемента. Сырье поступающее на обжиг, имеет среднюю влажность 35-45%. Соответственно для испарения влаги и прогрев компонентов требуется порядка 5 450-6 800 кДж/кг тепловой энергии или 35% тепловой мощности печи. Поэтому часть обжиговой печи работает как сушильный агрегат со всеми вытекающими «неприятностями»;
- Высокая материалоемкость обжиговых печей при небольшой производительности.
Указанные недостатки выливаются в относительно низкую производительность труда, значительные технологические и эксплуатационные расходы, обуславливающие относительно высокую себестоимость производства.
«Сухая» технология производства связующего
В этом случае основное производственно-технологическое оборудование аналогично мокрому способу. Изменения заключаются в принципиально иной технологической схеме производства клинкера. После предварительного измельчения компоненты клинкера подаются в сушильные барабаны, причем каждый компонент подается в отдельный барабан. После сушки «ингредиенты» перемешиваются и поступают в общую мельницу для дальнейшего измельчения и ввода присадок.
Следующая операция обусловлена видом и влажностью глины. Все остальные компоненты корректируются по указанным параметрам глины. Суть операции заключается в незначительном увлажнении (не более 13% влажности) шлама и последующую подачу на обжиг. Соответственно небольшой влажности энергетические затраты на обжиг небольшие, а печи менее металлоемки и менее габаритны. Операции, следующие после обжига шлама, аналогичны предыдущему способу производства цемента.
Преимущества «сухой» технологии
- Относительно невысокий удельный расход тепловой энергии расходуемой на обжиг клинкера – 2 900-3 700 кДж/кг;
- Меньший на 30-40% объем печных газов при аналогичной производительности и возможность их вторичного использования для сушки компонентов. Это позволяет существенно снизить энергозатраты на производство клинкера и требует меньших капиталовложений на обеспыливание;
- Относительно меньшая металлоемкость обжиговых печей при большей производительности по сравнению с «мокрой» технологией. Производственная мощность печей при «сухом» способе – от 3 000 до 5 000 тонн продукта в сутки, что на 100-200% мощнее аналогичного оборудования работающего по «мокрой» технологии;
- Отсутствует необходимость в наличии мощных источников технологической воды.
Цементное производство в укрупненном виде состоит из следующих основных переделов:
· Добыча, первичное измельчение сырья в карьерах и доставка его на
площадку цементного завода, складирование;
· измельчение и усреднение (гомогенизация) измельченной смеси, подготовка её к обжигу;
· теплохимическая обработка сырья с получением клинкера -- исходного материала для переработки в цемент, охлаждение клинкера;
· помол клинкера с добавками на цемент (количество и состав добавок зависят от химического и минералогического состава исходного сырья и клинкера, требуемого сорта цемента);
· подача цемента на склад, хранение, упаковка и отгрузка.
Для производства цемента применяют мокрый, сухой и комбинированный способы.
Сухой способ производства. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом показана на рис. 10.
Рис. 10.
Измельчение материалов в мельницах может производиться при влажности сырья не более 1 %. В природе сырья с такой влажностью практически нет, поэтому обязательная операция сухого способа производства -- сушка. Желательно совмещать процесс сушки с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу производства. В шаровой (трубной) мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка -- сырьевой муки.
Возрастающие требования к экономии расхода топлива вынуждают перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. С другой стороны такие материалы характеризуются пониженной плотностью и соответственно прочностью. Предварительное измельчение таких материалов целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения « Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырьё влажностью до 25 %. Однако полностью высушиться сырьё при этом не успевает, и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой массы должна производиться её досушка.
Сырьевая мука подается в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Далее готовая шихта поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками. Полученный клинкер охлаждают в охладителе и подают на склад, где создается его запас, обеспечивающий бесперебойную работу завода. Вместе с тем выдерживание клинкера на складе повышает качество цемента. На складе также хранят гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1 %, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минеральных добавок в шаровых (трубных) мельницах обеспечивает получение цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают цемент либо навалом(в автомобильных и железнодорожных цементовозах, специализированных судах), либо в таре - многослойных бумажных мешках.
Основное преимущество сухого способа производства - снижение расходов топлива. Также при сухом способе на 35 - 40 % уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важное достоинство сухого способа производства и более высокий съем клинкера с 1 м 3 печного агрегата. Еще немаловажным фактором является то, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.
В мировой цементной промышленности сухой способ производства занял ведущее место. В настоящее время доля сухого способа занимает в Японии, Германии и Испании 100 %, в других развитых странах - 70 - 95 %. В России доля сухого способа производства всего 13 %.
В приложении 1 изображена схема размещения оборудования технологической линии по производству цемента сухим способом производительностью 3000 т/сут. За исходное сырье приняты известняк и глина. Известняк проходит двухстадийное дробление в щековых, а затем в молотковых дробилках. Глина измельчается в валковых дробилках и сушится в сушильных барабанах. Каждый компонент сырьевой шихты, поступающий со склада, направляется в бункера 1, снабженные затворами и весовыми дозаторами 2, и далее к конвейерам 3, доставляющим их в загрузочную воронку мельницы 4.
В отделении для помола сырья установлены две сырьевые мельницы 4 размером 4,2Ч10 мм. При влажности шихты, не превышающей 8% , мельница работает с подводом сушильного горячего газа от запечных теплообменников. При большей влажности сырья устанавливают топочное устройство, из которого в мельницу дополнительно подают горячий газ.
Каждая мельница работает по схеме пневматической разгрузки с воздушно-проходным сепаратором 5. Крупка, отделенная сепаратором, возвращается в мельницу на домол, готовый продукт через циклоны 14, аэрожелобы и расходомер поступает в силосы 13 сухой сырьевой муки, оборудованные системой смесительной аэрации. Из силосов 13 сырьевая мука по аэрожелобам 15 и затем пневматическими подъемниками направляется в циклонный теплообменник (10, 11), где нагревается газами, выходящими из печи, до 700... 750 °С и частично (до 20%) декарбонизуется, после чего поступает во вращающуюся печь 12.
При нормальном режиме работы газы, отходящие из теплообменников 11, направляются дымососом 9 в сырьевые мельницы, из которых дымососом 6 подаются в электрофильтр 7 на обеспыливание и затем дымососом 8 -- в дымовую трубу. Температура выходящих из мельницы газов около 50°С. Но если мельница не работает, то газы, выходящие из циклонного теплообменника с температурой 300...350°С, в газоходе охлаждаются распыленной водой до требуемой температуры.
Особенность процесса обжига состоит в том, что дегидратация сырья и частично декарбонизация перенесены в зону запечных теплообменников, вследствие чего печь получается короче по сравнению с печью соответствующей производительности, работающей по мокрому способу. Выданный печью клинкер проходит через охладитель 16, из которого пластинчатым конвейером 18 подается в силосы 19, а затем через дозаторы 20 по конвейеру 21 поступает вместе с добавками на помол в мельницы 22. Цемент из мельницы подается пневмокамерными насосами 23 в силосы 24 или в упаковочное отделение. Отработанные газы из охладителя 16 поступают в бункер 17.