Производство портландцемента

Решающее влияние на процессы, происходящие в цементном  растворе, оказывает температура  в скважине. С ее повышением процессы твердения раствора ускоряются, его механическая прочность повышается, а время начала схватывания сокращается. При температуре твердения выше 120°С прочность раствора падает и резко сокращаются сроки схватывания.  

Повышенное содержание С₃А вызывает ускорение процессов схватывания и увеличивает прочность цемента в первые сроки твердения. Сроки схватывания регулируются введением надлежащего количества гипса. Для замедления схватывания тампонажных цементов применяют различные замедлители: казеин, борную кислоту, соли лигносульфоновых кислот, которые усиливают замедляющее действие гипса. В цементах для сверхглубоких скважин эти замедлители, однако, не дают необходимого эффекта.

 

Цементы с поверхностно-активными  добавками (ПАВ). По согласованию с потребителем с целью улучшения строительно-технических свойств цементов допускается введение в них в процессе помола поверхностно-активных добавок (пластифицирующих или гидрофобных) в количестве 0,3% от массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки. ПАВ интенсифицируют процесс помола, так как, адсорбируясь на поверхности клинкерных частиц, понижают их твердость, предотвращают слипание частиц цемента и налипание их на мелющие тела.

В качестве пластифицирующей добавки обычно используют лигносульфонат технический (ЛСТ). Адсорбируясь на частицах цемента, она образует защитные пленки, устраняющие сцепление гидратирующихся зерен цемента друг с другом. В результате растворы и бетоны на таком цементе .приобретают повышенную подвижность и удобоукладываемость. По ГОСТу подвижность цементно-песчаного раствора состава 1:3 из цемента всех видов с пластифицирующей добавкой должна быть такой, чтобы при водоцементном отношении (В/Ц) =0,4 расплыв стандартного конуса был не менее 135 мм. Это дает возможность сократить на 8...10% расход цемента при том же В/Ц бетона либо снизить водопотребность цемента в бетонной смеси при сохранении заданной ее подвижности, что обеспечивает повышение прочности и морозостойкости бетона..

Портландцемент с пластифицирующими  добавками целесообразно применять при изготовлении монолитного бетона, строительстве гидротехнических сооружений, дорожных и аэродромных покрытий.

 

В данной курсовой работе рассматривается производство портландцемента с гидрофобизирующими добавками.

В качестве гидрофобизирующих (водоотталкивающих) добавок используют асидол, мылонафт, олеиновую кислоту и т. д. Адсорбируясь на поверхности частиц цемента, они покрывают их водоотталкивающей пленкой, сообщая цементу гидрофобные свойства. По ГОСТу такой портландцемент не должен впитывать в себя воду в течение 5 мин [1]. При перемешивании цементобетонных смесей пленки срываются зернами заполнителя и не препятствуют твердению. Бетоны на портландцементе с гидрофобными добавками обладают значительно меньшими водопоглощением и водопроницаемостью.

Портландцементы с гидрофобными добавками отличаются пониженной гигроскопичностью при хранении и перевозках, а также способностью придавать цементобетонным смесям повышенную подвижность и удобоукладываемость, а бетонам - повышенную морозостойкость. Их применяют, когда требуется длительное хранение цемента или перевозка его на дальние расстояния, а также для наружной штукатурки зданий, в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ВЫБОР СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА

 

Производство портландцемента состоит из ряда технологических операций, которые можно разделить на две основные группы. Первая включает операции по производству клинкера, вторая — измельчение клинкера совместно с гипсом, а в ряде случаев и с другими добавками, т. е. приготовление портландцемента.

Производство клинкера — наиболее сложный и энергоемкий процесс, требующий больших капитальных и эксплуатационных затрат. Получение портландцементного клинкера состоит из следующих технологических операций: добычи сырьевых материалов, дробления, помола и смешивания 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 (влажностью, прочностью и т. д.). 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 комбинированный 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 сухого 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. Каждый способ может быть реализован в виде нескольких технологических схем, отличающихся как последовательностью операций, так и видом используемого оборудования. Выбор конкретного варианта определяется свойствами перерабатываемого сырья (твердостью, однородностью, влажностью). При этом необходимо стремиться к получению продукции высокого качества с минимальными затратами сырьевых, энергетических и трудовых ресурсов.

Мокрый способ производства. Поступающий с карьера известняк подвергают двух- или трехступенчатому дроблению до зерен размером 8...10 мм, а затем направляют в мельницу. Поступающую с карьера глину измельчают в валковых 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.

Для эффективной эксплуатации печей необходимо подавать на обжиг сырьевую смесь оптимального и постоянного состава. От этого зависят производительность печи, удельный расход теплоты на обжиг, срок службы футеровки, качество цемента.

В процессе приготовления шихты возникают неизбежные колебания ее состава из-за неоднородности сырья, а также погрешностей дозирования, поэтому перед обжигом состав сырьевой смеси необходимо откорректировать. Различают корректирование порционное и поточное. 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 хранится там до подачи в печь на обжиг.

При поточном корректировании готовят два шлама, отличающиеся 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.

Поточное корректирование  широко применяют на современных  мощных цементных заводах. Оно позволяет сократить расходы на строительство, снизить расход электроэнергии, однако требует более строгого соблюдения технологического режима, оперативного и надежного контроля всех этапов процесса.

После проверки соответствия состава шлама заданным показателям он подается на обжиг во вращающуюся печь, где происходит получение клинкера. Затем клинкер охлаждается в холодильнике и поступает на склад, где создается его промежуточный запас, обеспечивающий бесперебойную работу завода. Вместе с тем выдерживание клинкера на складе повышает качество цемента. На складе хранят также гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки дробят до зерен размером 8...10 мм и высушивают до влажности не более 1%, гипс подвергают только 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. При мокром способе производства в присутствии воды упрощается процесс измельчения материалов, легче достигается однородность смеси, надежнее и удобнее осуществлять транспортирование шлама. Эти обстоятельства обусловили широкое распространение мокрого способа производства в отечественной цементной промышленности (85% общего выпуска клинкера). Однако введение в шлам значительного количества воды (30...50% от массы шлама) ведет к резкому повышению расхода теплоты на ее испарение (5,8...6,7 МДж/кг клинкера), что на 30...40% больше, чем при сухом способе производства. Кроме того, при мокром способе производства возрастают габариты и металлоемкость печей, поскольку значительная часть их выполняет функции испарителя воды из шлама. Использование мокрого способа может быть целесообразно лишь при высокой влажности сырья [3].

Сухой способ производства. Последовательность технологических операций при сухом способе производства такая же, как и при мокром, однако на стадии подготовки сырьевых смесей имеются существенные отличия.

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. 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. Дальнейшие технологические операции аналогичны соответствующим операциям при мокром способе производства.

Основным преимуществом  сухого способа производства является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,4...4,2 МДж/кг. Кроме того, 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. Важным достоинством сухого способа производства является более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи, работающие по сухому способу производства, в 2...3 раза более мощные, чем по мокрому. Необходимо отметить, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды, что в последние годы приобретает важное значение.

Комбинированный способ производства. Технологическая схема включает две дополнительные операции. Фильтрация шлама в пресс-фильтрах обеспечивает снижение его влажности от 40...50 до 18...22%, а агломерация коржа в грануляторах или в дробилках-сушилках способствует приданию ему размеров и формы, удобных для обжига. Комбинированный способ производства позволяет использовать преимущества подготовки сырьевой смеси по мокрому способу и одновременно снизить расход теплоты на обжиг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОСНОВНЫХ ЦЕХОВ И ПОДБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

 

Расчет производительности технологической линии начинается с основного оборудования. Производительность вычисляется по формуле:

П_год=П_час*Т_год*n*К_исп,

где П_час – часовая производительность основного оборудования, 100;

       n – количество единиц оборудования, 5;

       К_исп – коэффициент использования оборудования, 0,95.

П_год=100*5*0,95*5976=2838600 т/год

Расчет производительности производят на каждой технологической  операции, данные приводят в сводной ведомости (таблица 4).

Таблица 4

№	Наименование оборудования	Годовой фонд рабочего времени, Тгод, ч	Потребная производительность, т/ч
			Часовая	Суточная	Годовая
1	2	3	4	5	6
Линия известняка
1	Экскаватор	5976	478,66	11487,84	2860523
2	Щековая дробилка	5976	478,19	11476,56	2857665
3	Сушильный барабан	5976	477,71	11465,04	2854810
4	Бункер известняка	5976	468,76	11250,24	2801333
5	Ленточ. транспортер	5976	468,29	11238,96	2798534
6	Дозатор	5976	467,36	11216,65	2792948
Линия глины
7	Экскаватор	5976	154,97	3719,36	926121
8	Валковая дробилка	5976	154,81	3715,64	925196
9	Сушильный барабан	5976	154,66	3711,93	924271
10	Ленточ. транспортер	5976	127,27	3054,55	760583
11	Дозатор	5976	127,01	3048,45	759065
Линия опоки
12	Автотранспорт	5976	27,97	671,36	167169
13	Склад	5976	27,94	670,69	167002
14	Элеватор	5976	27,91	670,02	166835
15	Дозатор	5976	27,86	668,68	166502
16	Сушильный барабан	5976	27,83	668,01	166336
1	2	3	4	5	6
17	Бункер АМД	5976	23,96	575,13	143208
18	Ленточ. транспортер	5976	23,93	574,55	143065
19	Дозатор	5976	23,89	573,41	142779
Линия помола сырья
20	Шаровая мельница	5976	593,78	14250,86	3548465
21	Бункер	5976	590,83	14179,96	3530811
22	Дозатор	5976	590,24	14165,79	3527284
Линия обжига
23	Вращающаяся печь	8280	425,57	10213,79	3523760
24	Холодильник	8280	309,66	7431,96	2564027
25	Склад клинкера	8280	309,35	7424,53	2561465
Линия гипса
26	Автотранспорт	3984	36,19	579,16	144213
27	Склад гипса	3984	36,16	578,59	144069
28	Ленточ. транспортер	3984	36,12	578,01	143925
29	Бункер гипса	3984	36,05	576,85	143638
30	Дозатор	3984	36,01	576,28	143494
31	Валковая дробилка	3984	35,98	575,70	143351
32	Ленточ. транспортер	3984	35,94	575,13	143208
33	Расходный бункер гипса	3984	35,87	573,98	142922
34	Дозатор	3984	35,83	573,40	142779
Линия асидола
35	Автотранспорт	3984	2,15	34,50	8592
36	Склад ПАВ	3984	2,15	34,46	8583
37	Мешалка для приготовления расвора	3984	2,15	34,43	8575
38	Дозатор	3984	2,15	34,43	8566
Линия помола цемента
39	Шаровая мельница	5976	477,36	11456,78	2852739
40	Дозатор	5976	475	11400	2838600
41	Пневматический насос	5976	474,52	11388,59	2835761
42	Расходный бункер	5976	473,57	11365,81	2830089