Вяжущие вещества

1.4 Комбинированный способ производства.

При комбинированном способе производства сырьевая смесь в виде шлама, полученного по мокрому способу производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.

Основные технологические операции и последовательность их выполнения при комбинированном способе производства портландцемента следующие. 

Выходящий из сырьевой мельницы шлам влажностью 35—40% после его корректирования поступает в вакуум-фильтр или пресс-фильтр, где он обезвоживается до влажности 16—20%. Образующийся при этом «сухарь» смешивается затем с пылью, уловленной электрофильтрами из дымовых газов печи; добавка пыли предотвращает слипание кусков «сухаря» и приводит к уменьшению влажности смеси до 12—14%. Приготовленная таким образом смесь поступает на обжиг, который   осуществляется   во вращающихся печах.

Все остальные операции производства портландцемента по комбинированному способу не отличаются от соответствующих операций при мокром способе производства.

1.5 Существующие схемы дробления

Дробление – это процесс механического измельчения твердых тел. Цель дробления – уменьшения размера кусков сырья до такой степени, при которой последующий помол осуществляется с наименьшими затратами электроэнергии. Измельчение материалов производят следующими способами: раздавливанием, раскалыванием, ударом, изломом, истиранием. Для дробления материалов применяют щековые, конусные, валковые и молотковые дробилки.

Выбор схемы дробления и типа дробильного оборудования зависит от свойств исходного сырья, мягкие породы ( мел, глина) дробят по одноступенчатой схеме в валковых дробилках до кусков размеров 200 мм. В них материал измельчают способом раздавливания между валками, вращающимися навстречу друг другу. При разных скоростях вращения валков имеет место и истирание материала. В зависимости от свойств исходного материала применяют гладкие, рифленые и зубчатые валки. Твердые породы (известняк, мрамор) дробят по двухступенчатой схеме (рис.2):1. На щековых дробилках до кусков размером 75- 200 мм. В таких дробилках используют способы раздавливания, раскалывания и частичного истирания материала. Преимущества дробилки данного типа являются простота, надежность, а также возможность переработки достаточно влажных материалов.2. На молотковых дробилках до кусков размером 8 – 10 мм. На данной дробилке измельчение производят ударом и частично истиранием.

1.6 Порционное и поточное приготовление шихты

              Существует два способа приготовления шлама заданного химического состава - порционный и поточный. При порционном способе, который применяется на заводах сравнительно меньшей мощности, исправляют (корректируют) титр шлама следующим образом. В специальном коррекционном бассейне в зависимости от химического состава шлама в первом бассейне изготовляется шлам с повышенным или пониженным содержанием CaCO3. Затем основной и корректирующий шлам из обоих бассейнов перекачивают в соответствующей пропорции в третий бассейн. После тщательного перемешивания и проверки химического состава шлам можно перекачивать в другие бассейны, где хранятся запасы шлама. Запасы необходимы на случай, если мельница остановится, так как отсутствие приготовленной сырьевой смеси выведет печь из строя. Пуск же печи после длительной ее остановки - продолжительная и дорогостоящая операция.

Шламовые бассейны представляют собой железобетонные или металлические резервуары цилиндрической или прямоугольной формы. При хранении шлама необходимо тщательно его перемешивать, чтобы он не отстаивался и был однородным. Перемешивать шлам в шламовом бассейне можно механическим и пневматическим путем. Механическое перемешивание шлама осуществляется движущимися балками с граблями, насаженными на вертикальные валы. Оно вызывает большой расход энергии и, так как перемешивание производится только в горизонтальном направлении, шлам приобретает некоторую слоистость. Более совершенное перемешивание осуществляется путем подачи сжатого воздуха под давлением 0,25-0,3 МПа. Шламовый бассейн, где перемешивание осуществляется сжатым воздухом, представляет собой цилиндрический резервуар с конусообразной нижней частью. Шламовый бассейн соединен со сборником сжатого воздуха, который, поступая через сопло в нижнюю часть бассейна, заставляет шлам бурлить и перемешиваться.

Запасы откорректированного шлама хранятся в больших горизонтальных бассейнах прямоугольной или круглой формы, оборудованных крановой мешалкой с механическим и пневматическим перемешиванием.

Поточный способ приготовления шлама предпочтительнее, так как в этом случае создаются благоприятные предпосылки для автоматизации процесса и использования одного типа бассейнов - горизонтальных. Суть поточного способа приготовления шлама заключается в следующем. Мельницы оснащаются весовыми дозаторами для взвешивания компонентов шихты, что позволяет получить шлам заданного состава непосредственно из мельниц. Полной однородности достигают в результате систематического опережающего контроля часто отбираемых проб сырьевых материалов перед помолом и в потоке шлама, поступающего из мельниц в бассейны. Вследствие большой вместимости бассейнов возможные колебания химического состава шламов сглаживаются. Отклонения от заданного состава, если они наблюдаются, происходят чрезвычайно медленно, что позволяет своевременно их обнаружить и соответственно изменить дозировку компонентов, поступающих на помол.

По другому варианту приготовления шлама в потоке готовят два промежуточных шлама с пониженным и повышенным содержанием CaCO3. Промежуточные шламы поступают в бассейны-усреднители большой вместимости, после чего в заданном соотношении подаются в сырьевые мельницы.

Горизонтальные шламбассейны имеют в плане форму круга большого диаметра при относительно небольшой высоте. В центре круга есть опора, на которой крепится планетарная пневмомеханическая мешалка, перемещающаяся по окружности бассейна. Шлам поступает в бассейн вдоль всего моста мешалки, для чего на мосту имеются специальные лотки, и равномерно распределяется по зеркалу бассейна. Применяются горизонтальные шламбассейны с вместимостью резервуара 2500, 5500, 8000 и 20 000 м3.

1.7 Добавки, вводимые при помоле

1.7.1 Активные минеральные добавки

К ним относятся природные или искусственные минеральные вещества, которые сами по себе вяжущими свойствами не обладают, но, будучи смешанными в тонкомолотом виде с известью, образуют при затворении водой тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой, а при смешивании с портландцементом повышают его водостойкость и антикоррозионные свойства. Введение активных минеральных добавок несколько снижает себестоимость цемента

1.7.2 Корректирующие добавки

При особо благоприятном химическом составе сырьевых материалов портландцементная смесь требуемого состава может быть приготовлена только из двух компонентов – карбонатного и глинистого. Но в большинстве слуае6в получить заданную сырьевую смесь из двух компонентов почти не удается, поэтому применяют третий и даже четвертый компоненты - корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси. В качестве железосодержащей добавки обычно используют пиритные огарки с сернокислотных заводов, реже – колошниковую пыль доменных печей. В качестве глиноземистой добавки применяют богатые глиноземом маложелезистые глины, бокситы. Кремнеземистой добавкой служат кварцевые пески, опоки, трепел. Содержание оксидов в корректирующих добавках должно быть, % : для железистых Fe2O3 – не менее 40; для кремнеземистых SiO2 - не менее 70; для глиноземистых Al2O3 - не менее 30. Наиболее широко используются железистые добавки. Бокситы также являются корректирующей добавкой при получении портландцементного клинкера. Боксит представляет собой гидроксид алюминия с примесями Fe2O3, SiO2, CaО, MgO и TiO2.

1.8 Основные схемы помола, используемые в производстве цемента

Измельчение цементного клинкера на современных цементных заводах производится преимущественно с использованием шаровых мельниц.

В основном используются следующие технологические схемы: помол клинкера по открытому циклу и помол в замкнутом цикле с последующей классификацией получаемого материала.

Технологическая схема по открытому циклу объективно считается устаревшей, хотя на отечественных цементных заводах еще используется достаточно широко.

Трубные шаровые мельницы с открытым циклом измельчения в производстве цемента применяют как для помола сырьевых материалов, так и для окончательного помола цементного клинкера.

Длина шаровых мельниц, работающих по открытому циклу, в 4-5 раз превышает их диаметр. На цементных заводах применяют трубные мельницы размерами 4 х 13.5, 3.2 х 15, 2.6 х 13 метров и др. Их производительность при помоле цементного клинкера до остатка 8-10 % на сите № 008 достигает соответственно 90, 50, 25 т/ч. Такие мельницы приводятся во вращение двигателями соответственно 3200, 2000, 1000 кВт.

Работая в режиме повышенного энергопотребления, имея впечатляющие габаритные размеры и производительность, качество портландцемента, получаемого с использованием трубных мельниц, оставляет желать лучшего.

Рис.4 Измельчение цементного клинкера в шаровой мельнице работающей по открытому циклу

Помол цементного клинкера до удельной поверхности 3000 см2/г является естественным пределом для трубных мельниц открытого цикла. Получение более высокодисперсного материала на данном оборудовании не имеет смысла по причине увеличения расхода энергии, необходимой для измельчения материала, повышения температуры измельчаемого материала (в некоторых случаях до 200°С, обычно до 120-150°С), большого количества переизмельченного материала, ускоренного износа мелющих тел (шаров), броневых плит. Более того, именно для шаровых мельниц открытого цикла характерен наибольший процент цементных зерен округленной формы, активность которых невелика.

По этим причинам трубные мельницы открытого цикла, являясь, безусловно, устаревшим оборудованием на цементных заводах, имеющих возможность обновления технологического оборудования, заменяются шаровыми мельницами, работающими по замкнутому циклу.

Для получения цемента с удельной поверхностью более 3000 см2/г и выше использование шаровых мельниц замкнутого цикла вполне оправдано, более того, именно данный метод производства высокомарочного портландцемента применяется на большинстве современных цементных заводов, в том числе и зарубежных.

Рис.5 Измельчение цементного клинкера в шаровой мельнице работающей по закрытому циклу

Схема работы измельчительного оборудования, задействованного в замкнутом цикле производства цемента следующая.

Измельченный в шаровой мельнице материал поступает в сепаратор, где из него извлекается фракция тех размеров, какие требуются для готового продукта (например, частицы цемента размерами 0-40 мкм). Более крупные частицы направляются снова в шаровую мельницу для дополнительного измельчения. Таким образом, из основной массы измельчаемого материала непрерывно извлекаются частицы требуемого размера, что в значительной степени снижает опасность переизмельчения частиц, которые особенно склонны к агрегации и налипанию к мелющим телам и стенкам мельницы. Соответственно, именно использование шаровых мельниц и сепараторов, работающих в замкнутом цикле, создает возможность получения высокоактивного портландцемента в промышленных масштабах.

В целом для метода помола цемента в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле, характерна большая маневренность в работе, что позволяет выпускать портландцемент с различной тонкостью помола и, соответственно, активностью, что совершенно не достижимо для шаровых мельниц, работающих в открытом цикле. Основными недостатками помола цементного клинкера по замкнутому циклу является большая сложность и стоимость технологического оборудования, высокий расход электроэнергии, а также возможность накопления трудно дробимых включений, не прошедших классификацию и отправленных на повторный помол.

Трудно дробимые включения накапливаются в шаровой мельнице, что существенно снижает практическую производительность помольного оборудования и требует регулярного освобождения рабочей камеры шаровой мельницы от накопившихся включений.

1.9 Транспортирование и хранение материалов

Для доставки сырья на завод обычно используют железнодорожный и автомобильный транспорт, воздушно- канатные дороги, ленточные конвейеры, гидротранспорт. Железнодорожный транспорт наиболее эффективно использовать в неглубоких карьерах с объемом перевозок сырья свыше 2 млн т/год при дальности транспортирования более 8 км. Преимущества данного вида транспорта :высокая производительность, надежность работы в любых условиях, низкий расход электроэнергии, большой срок службы подвижного состава; недостатки : высокие капитальные затраты на устройство железнодорожного пути и эксплуатационные расходы на его содержание и ремонт. Автомобильный транспорт целесообразно применять для транспортирования материалов при сложном рельефе поверхности, малых объемах перевозок и дальности транспортирования до 8 км. Мягкие, рыхлые и мелкокусковые породы доставляют на завод при расстоянии 1-6 км в благоприятных климатических условиях ленточными конвейерами. На цементных заводах с невысокой производительностью, расположенных в сильно пересеченной местности, а также на равнине при пересечении технологических путей от горных цехов автомобильными дорогами, железнодорожными путями и др. используют воздушно-канатные дороги. К их достоинствам относят независимость от рельефа местности, возможность полной автоматизации производственных процессов, малую трудоемкость обслуживания; к недостаткам – невысокую производительность и большие капитальные затраты