Производство сульфатостойкого портландцемента

 

        Одни сырьевые материалы идут непосредственно на изготовление клинкера, другие же в виде добавок используются при его помоле (гипс и МД – гранулированный доменный шлак).

        Карбидная известь-пушонка – техногенное сырье, побочный продукт переработки карбида кальция на ацетилен. Вследствие реакции карбида кальция CaC с водой выделяется тонкодисперсный осадок, который в основном представлен гидрооксидом кальция Ca(ОН)₂ [7]. Химический состав приведен в таблице 2.

       Порошкообразная карбидная известь характеризуется голубоватым цветом, имеет запах аммиака. Кристаллы  Ca(ОН)₂ представлены в виде пластинок размером до 0,2 мм.

        Насыпная плотность карбидной извести 0,5 г/см³. Удельная плотность 200-230 м³/кг. Остаток на сите № 008 не более 1-5% [7].

        Хвосты обогащения руд – отходы сухой магнитной сепарации. Хвосты СМС представляют собой щебневидный материал со средним размером зерен до 25 мм. Насыпная плотность отходов 1600-1800 кг/м³, истинная плотность тонкоизмельченных хвостов СМС 2800-3000 кг/м³. Твердость минералов, образующих хвосты СМС, составляет 2-7 по шкале Мооса.

        Химический состав отходов обогащения руд (таб. 2) до 80-90% представлен основными клинкерообразующими оксидами при преимущественном содержании кремнезема [8].

        Глинистые сланцы – продукт начальной стадии метаморфизма глинистых горных пород, характеризуются выраженной сланцеватостью и легко раскалываются на тонкие пластины. Не размокают в воде [7]. Химический состав приведен в таблице 2.

        Для регулирования сроков схватывания цемента при помоле к клинкеру добавляют не менее 1,5 и не более 3,5% гипса от массы цемента в пересчете на ангидрид серной кислоты SO₃ [1].

        Для производства СШПЦ в клинкер нормированного состава добавляют тонкоизмельченный гранулированный доменный шлак в количестве 21-60%.

        Гранулированный доменный шлак – образуется в результате взаимодействия пустой породы руд, золы топлива и флюсов в процессе выплавки чугуна [7], который гранулируют, т.е. быстро охлаждают водой, паром или воздухом.

        Шлаки содержат повышенное количество кремнезема и частично глинозема и меньше окиси кальция [5]. Гранулы шлака – зерна размером до10 мм с насыпной плотностью 0,5-0,8 г/см³. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2 Расчет состава сырьевой смеси для получения цементного клинкера 

        Расчет химического и вещественного  состава сырьевой смеси, а также  химического и фазового состава  клинкера выполняют на ЭВМ  [10].

        Все результаты сведены в таблицу  4,5. 

        Таблица 4 – Результаты расчетов. 

 
 

        Таблица 5 – Результаты расчетов. 

 

   Для нормированного состава клинкера предварительно рассчитывают содержание основных оксидов клинкера: 

С=0,7369* C₃S+0,6512* C₂S+0,6227* C₃A+0,4616* C₄AF,            (1)

                       S=0,2631* C₃S+0,348* C₂S,                                        (2)

     А=0,3773* C₃A+0,2098* C₄AF,                                    (3)

   F=0,3286* C₄AF,             (4) 

где C, S, A, F-содержание оксидов соответственно СаО, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, %;

C₃S, C₂S, C₃A, C₄AF – рекомендуемое содержание фаз в клинкере, %.

       

С=0,7369* 49,53+0,6512* 26,76+0,6227* 5,00+0,4616* 17,00=65,88%

S=0,2631* 49,53+0,348* 26,76=22,64%

А=0,3773* 5,00+0,2098* 17,00=5,91%

F=0,3286* 17,00=5,57% 

      Расчет  коэффициента насыщения (КН), кремнеземного (n) и глиноземного (р) модулей: 

,                (5)

           

,        (6)

                                           .              (7) 

=0,86

=1,97

=1,06  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Технологическая  схема производства  вяжущего

3.1 Обоснование выбора  способа производства  и технологической  схемы

     Технология  производства портландцемента включает ряд технологических операций, которые можно разделить на две основные группы. Первая — это операции по производству клинкера, вторая — измельчение клинкера совместно с гипсом, а в ряде случаев и с другими добавками, т. е. приготовление цемента. Получение клинкера — наиболее сложный и энергоемкий процесс, требующий больших капитальных и эксплуатационных затрат. Доля клинкера в стоимости цемента достигает 70-80%. Производство клинкера состоит из добычи сырьевых материалов, дробления, помола и смешивания их в определенном соотношении, обжига сырьевой смеси и магазинирования клинкера. 
          Комплекс операций по получению из клинкера цемента включает следующие технологические процессы: дробление клинкера, сушку минеральных добавок, дробление гипсового камня, тонкое измельчение клинкера совместно с активными минеральными добавками и гипсом, складирование, упаковку и отправку цемента потребителю. Даже в пределах одного месторождения химико-минералогический состав сырья меняется в широких пределах. Поэтому получение сырьевой смеси постоянного состава — сложная задача. С другой стороны, перерабатываемое цементной промышленностью сырье отличается не только составом, но 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 шихты с минимальными энергетическими затратами. Это послужило причиной появления в цементной промышленности трех способов производства, отличающихся технологическими приемами подготовки сырьевых смесей: мокрого, сухого и комбинированного.

     При мокром способе тонкое измельчение  сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в  виде водной суспензии - шлама влажностью 30-50%. При сухом способе сырьевую шихту готовят в виде тонкоизмельченного сухого порошка, поэтому перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают. Комбинированный способ 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 варианте сырьевую смесь готовят по сухому способу, а затем гранулируют с добавкой 10—14 % воды и подают на обжиг в виде гранул диаметром 10—15 мм. Каждый способ производства может быть реализован в виде нескольких технологических схем, отличающихся как последовательностью операций, так и видом используемого оборудования. Выбор конкретной технологической схемы определяется свойствами перерабатываемого сырья (твердостью, однородностью, влажностью).

     Изготовление  клинкера по сухому способу технически и экономически наиболее целесообразно в тех случаях, когда исходные сырьевые материалы характеризуются:

   - влажностью до 10-15%;

   - относительной однородностью по химическому составу и физической структуре, что обеспечивает возможность получения гомогенной сырьевой муки при измельчении сухого сырья.

        При сухом способе изготовления клинкера исходные материалы после дробления подвергаются высушиванию и совместному помолу в мельницах до остатка на сите № 008 5-8%. Обжигает сырьевую муку в коротких вращающихся печах с циклонными теплообменниками [5].

        Производительность технологической линии с печью 4,5*80 с циклонными теплообменниками и реакторами-декорбанизаторами составляет 3000 тонн клинкера в сутки. При этом способе производства цемента расход топлива снижается на 30-40% по сравнению с мокрым, а металлоемкость печных агрегатов – в 2,5-3 раза [1].

        Помол клинкера осуществляется в трубных мельницах, которые являются непрерывно действующим оборудованием.

        Вентиляция достигается просасыванием через барабан воздуха со скоростью 0,5-0,7 м/сек. с помощью аспирационной установки, в состав которой входят вентилятор, циклоны, а также рукавные фильтры или электрофильтры. В последних улавливаются тонкие частички, присоединяемые обычно к общей массе продуктов.

        Современные помольные установки оснащаются системами автоматического регулирования, которые обеспечивают непрерывную их работу и получение продукта с заданной степенью измельчения без участия человека. В последнее время начали применять системы автоматического регулирования работы мельниц, основанные на измерении удельной поверхности получаемого продукта [5]. 
 
 
 
 
 
 
 

3.2 Структура и режим работы предприятия 

     Режим работы устанавливают в соответствии с нормами технологического проектирования и определяют в зависимости от характера производства, мощности сырьевой базы и других факторов. 

        Расчет годового фонда времени работы технологического оборудования осуществляют по формуле: 

, ч                         (8) 

   где Ср – расчетное количество  рабочих суток в году;

          Ч – количество рабочих часов  в сутки;

          Ки – коэффициент использования оборудования, равный 0,8-0,9 [10]. 

        Принятый в курсовой работе  режим работы цеха представлен  в     таблице 3. 

        Таблица 3 – Режим работы предприятия