Вяжущие вещества

Таблица 3.2.5 – Объемы помола отдельных компонентов

При мокром помоле сырья  одновременно с сырьевыми материалами в мельницы подается вода. Ее количество В_ш рассчитывается по формуле

В_ш = А_ш* ρ_ш – (А_с + W_м + W_г),

где     В_ш – количество воды, необходимое для приготовления шлама, м3/г;

ρ_ш – плотность шлама, т/м3;

А_ш – потребность в готовом шламе, м3/г;

А_с – потребность в сухом сырье, т/ч;

W_М , W_г, – количество воды, поступающее соответственно с мелом и глиной естественной влажности, т/ч.

Из приведенных выше расчетов имеем

А_ш = м³/ч; ρ_ш = 1,64 т/м³; А_с = т/ч;

W_м = 125.496 – 119.52 = 5,98 т/ч;

W_г = 32.292 – 28.08 = 4,21 т/ч;

Подставляя эти данные в в исходную формулу для В_ш, находим расход воды на приготовление шлама:

В_ш = * 1,64 – (+5.98+4.21) = 72.95 т/ч;

         72.95 * 24 = 1750.8 т/сут;

         1750.8 * 307 = 537495.6 т/год.

 

3.4. Материальный баланс карьера и дробильного отделения.

Согласно исходным данным потери сырья составляют 2,5 %. Из них 1,5% – потери в карьере при транспортировке и дроблении в дробильном отделении, 1 % – потери сырья с отходящими газами вращающихся печей.

Карьер, как и дробильное отделение, работает с выходными  днями – 307 суток в году по две смены в сутки или 307 * 16 = 4912 ч в год.

Для производства 606600 т/год клинкера необходимое количество сырьевых материалов, как рассчитано выше, составляет объемы:

Мела – 1015011,648 т/год;

Глины – 261177,696 т/год.

Необходимые поставки известняка и глины определим с учетом потерь 1,5 %.

Для мела получаем объемы:

 

1030236,82 : 307 = 3355,82 т/сут;

3355,82 : 16 = 209,74 т/ч;

Объемы для глины :

 

: 307 = 863,50 т/сут;

863,50 : 16 = 53,97 т/ч.

Таким образом, производительность карьера должна обеспечить добычу, а дробильное отделение подачу следующего количества дробленых материалов:

В год –  т мела, т глины;

В сутки – 3355,82 т мела, 863,50 т глины;

В час – 209,74 т мела, 53,97 т глины;

 

3.5. Материальный баланс клинкерного склада и отделения помола цемента.

На клинкерный склад поступают  клинкер, гипс и гидравлические добавки. Из материального баланса цеха обжига следует, что на склад поступает клинкера: в час 75 т;

                         в сутки 1800 т;

                         в год 606600 т.

При этом неизбежны некоторые  потери поступающих материалов, величины которых приняты для клинкера 0,5 %, добавки 1 %, гипса 1 %.

Тогда в отделение помола цемента за год клинкер поступит в количестве:

606600 * (100 + 0,5) / 100 = 609633 т.

При работе отделения помола цемента 307 суток в году по 3 смены (7368 ч в год) необходимое количество клинкера:

В сутки – 609633 : 307 = 1985,77 т;

В час – 609633 : 7368 = 82,74 т.

Определяем потребность  отделения помола цемента в компонентах.

Добавки : 609633 * 10/87 = 70072,75 т/год;

70072,75 : 307 = 228,25 т/сут;

70072,75 : 7368 = 9,51 т/ч.

Гипс : 609633 * 3/87 = 21021,82 т/год;

21021,82 : 307 = 68,47 т/сут;

21021,82: 7368 = 2,85 т/ч.

Отсюда следует, что производительность отделения помола цемента составляет

609633+70072,75 +21021,82 = 700727,57 т/год цемента;

1985,77 +228,25 +68,47 =2282,49 т/сут;

82,74 +9,51 +2,85 =95,1 т/ч.

При аспирации цементных  мельниц потери цемента могут  быть приняты порядка 0,5 %. Тогда действительная производительность помольного отделения  составит:

700727,57 * (100-0,5)/100 = 697223,93 т/год цемента;

2282,49 * (100-0,5)/100 = 2271,07 т/сут;

95,1 * (100-0,5)/100 = 94,62 т/ч.

Если учесть, что трепел подается на помол после предварительной сушки (W_нач=20 %) и потери его на складе составляют примерно 1 %, то количество трепела, которое поступает на склад за год, должно быть

 

Для гипса учитывается  только 1 % его потерь, т.к. он поступает  на помол без предварительной сушки и его поставка на склад составляет

 

 

3.6. Материальный баланс силосно-упаковочного отделения

В соответствии с приведенными выше расчетами в силосно-упаковочное отделение поступает цемента

в год 697223,93 т;

в сутки 2271,07 т;

в час 94,62 т.

Учитывая потери цемента  при упаковке и отгрузке порядка 0,5 %, рассчитаем количество цемента, подлежащее отгрузке:

в год 

в среднем в сутки 693737,81 : 365 = 1900,65 т.

Часовая отгрузка не может  быть рассчитана, поскольку зависит  от ритмичности поступления транспорта под погрузку цемента. 

3.7. Описание работы основного технологического оборудования

Для обжига сырьевой смеси  применяют вращающиеся печи. Они  состоят из корпуса, представляющего  собой барабан длинной 150 – 185 м. и более диаметром 4 – 7 м., сваренного из стальных обечаек. Корпус устанавливается на фундаменте с уклоном по длине 3 – 4°. На нем закреплены бандажи, опирающиеся на роликовые опоры, а также венцовая шестерня, через которую печь приводится во вращение электродвигателем. Обычно скорость вращения находится в пределах 0,5 – 1,2 , причем она может изменятся. Приподнятая часть печи является холодным концом, входящим в пылеосадительную камеру через уплотняющее устройство, которое препятствует подсосу наружного воздуха. Для защиты от воздействия горячих и для уменьшения теплопотерь корпус печи изнутри футеруется. Огнеупорные материалы для этой цели выбирают с учетом температур газов в разных зонах печи, а также основности обжигаемого материала. Широко применяется шамотный и многошамотный кирпич, а также высокоглиноземистые и талькомагнезитовые огнеупоры. Для зоны спекания преимущественно используют хромомагнезитовый, периклазошпинелидный и магнезитохромитовый кирпич.

В печной агрегат входят также шламовый питатель, пылеосадительная камера, электрофильтры для очистки  дымовых газов от пыли, дымосос, горячая  головка печи, колосниковый холодильник, предназначаемый для охлаждения клинкера.

Одним из элементов печи являются встроенные в них теплообменники, предназначаемые для интенсификации процессов теплоотдачи от печных газов обжигаемому материалу.

Вращающаяся печь работает по следующей схеме. Шлам из шламбассейна перекачивается насосом в распределительный  бак, установленный над печью. Отсюда он через ковшовый питатель или специальный  расходомер по трубе поступает в  печь.

С противоположной стороны  в печь подается газ. Попадая в  раскаленное пространство, газ воспламеняется и начинает гореть. Образующиеся дымовые  газы проходят через всю печь, отдавая  свое тепло обжигаемому материалу. По выходе из печи газы с температурой 150 – 200 °С направляются через пылеосадительную камеру в электрофильтр, где очищаются  от пыли.

Шлам, проходя через печь и подвергаясь воздействию газов  все более высокой температуры, претерпевает ряд физических и физико-химических превращений.

Процессы, протекающие при  обжиге клинкера во вращающихся печах.

Обжиг сырьевой смеси, и получение  клинкера сопровождается сложными физическими  и физико-химическими процессами, в результате которых из исходных компонентов спекшиеся зерна  размером до 2-3см, состоящие в основном из минералов  , , , и стекловидной фазы.

На рис. 2 показано распределение температуры материала и газового потока по длине барабана вращающейся печи, работающей по мокрому способу производства. По оси абсцисс отложена длина отдельных зон печи в процентах к общей длине барабана печи, а по оси ординат — температура материала и газового потока в каждой точке печи. Ломаный характер кривой температуры материала показывает, что при нагревании сырьевой смеси в ней происходят различные физико-химические процессы, в одних случаях тормозящие нагревание (пологие участки), а в других — способствующие резкому нагреванию (крутые участки).

Рис. 2 – Температура материала и газового потока по длине барабана вращающейся печи (1 – материал, 2 – газовый поток)

Характер процессов, протекающих  в сырьевой смеси определяется температурой обжига. Условно вращающуюся печь можно разделить на следующие  зоны: I— до 200°С —испарения (сушка шлама);  II — 200—800°С — подогрева (дегидратации); III — 800- 1000° С - декарбонизации (кальцинирования); IV — 1000—1300° С — экзотермических реакций; V- 1300-1450-1300°С - спекания; VI — 1300—1000°С -охлаждения.

- зона сушки: шлам, попадая  в печь, подвергается действию  отходящих газов нагретых до  высокой температуры (t=300-600°C). При этом происходит испарение воды, шлам загустевает. Когда значительная часть воды испарилась, образуются крупные комья, распадающиеся затем на мелкие частицы, вследствие ухудшения связующих свойств глиняного компонента. Процесс испарения из шлама воды длится примерно до температуры 200°C , так как влага, содержащаяся в тонких порах и капиллярах материала, испаряется медленно.

- зона подогрева: в  этой зоне материал нагревается  до температуры t=500-600°C, при этом происходит выгорание органических веществ и теряется вода, содержащаяся в минералах глинистого компонента. Потеря химически связанной воды (дегидратация) приводит к тому, что глинистый компонент теряет связующие свойства. При этом происходит частичное или полное разложение глинистых минералов на свободные оксиды и , а также декарбонизация углекислого магния . Удаление воды приводит к потере пластичности глинистым материалом, рассыпается в порошок и поступает в зону декорбанизации.

В смеси начинаются реакции  в твердом состоянии между  его составляющими. При этом наблюдается  сцепление отдельных частиц порошка  и образование гранул различного размера.

- зона декорбанизации: В  этой зоне протекает процесс  разложения углекислого кальция  . Здесь потребление тепла наибольшее, так как происходит эндотермическая реакция разложения с образованием и . В этой зоне возникают реакции между основным оксидом и кислотными оксидами глинистого компонента , и с образованием , , . Температура обжигаемого материала в зоне декарбонизации колеблется в пределах 900 - 1200°C.

- зона экзотермических  реакций: В этой зоне взаимодействие  между основными и кислотными  оксидами протекает с большей  скоростью вследствие более высокой  температуры. Эти твердофазовые  реакции осуществляются с выделением  теплоты. При температуре 1200°C и более происходит насыщение образовавшихся ранее низкоосновных соединений до соответствующих клинкерных минералов: , , , . Реакция образования алюминатов, силикатов и алюмоферритов кальция является экзотермической, что приводит к повышению температуры материала на 200 - 250°С на коротком участке печи. При температуре 1300°C твердофазовые процессы образования минералов заканчиваются, и материал к этому времени состоит из образовавшихся соединений , , , , , , .

-зона спекания: В этой  зоне температура подымается  до 1300-1600°C, происходит спекание материала, вследствие образования в нем расплава в количестве 30% . Оптимальная температура спекания зависит от свойств исходных материалов, наличия в них примесей, тонкости измельчения, однородности смеси.

После расплавления в зоне спекания части материала, и образования  жидкой фазы в твердом состоянии  остается главным образом только двухкальцевый силикат  , который частично также растворяется в жидкой фазе. Соединяясь в расплавленном состоянии с оксидом кальция, образует . менее растворим в расплаве, чем и поэтому выкристаллизовывается из жидкой фазы. При этом количество и в расплаве уменьшается, и в нем растворяются новые порции этих соединений, которые опять вступают в реакцию и т.д.

Образование в условиях обжига завершается за 25…30 мин. Увеличение продолжительность выдержки материала в зоне спекания с одной стороны способствует более полному усвоению , а с другой стороны может вызвать чрезмерное укрупнение кристаллов алита, что скажется на качестве.

Для ускорения клинкерообразования, особенно при изготовлении клинкеров  с высоким содержанием  , используют специальные добавки – минерализаторы: , кремнефтористый натрий или , , гипс. Минерализаторы каталитически влияют на образование и , понижают температуру спекания на 150°С, что приводит к экономии. Количество вводимых минерализаторов составляет 1% от массы.

- зона охлаждения: В этой  зоне температура клинкера понижается  с 1300 до 1000°C, в результате чего расплав кристаллизуется и из него выделяются минералы , , , , , а часть жидкой фазы затвердевает в виде стекла.

Для хранения клинкера после  обжига используют силосный склад, который  представляет собой шесть – девять железобетонных цилиндров – силосов (на каждую печь) диаметром 12 – 18 м. и высотой 30 м. и более, сооруженных на общем основании и поднятых над цехом на колоннах так, что под их коническими днищами смонтированы дозаторы, при помощи которых клинкер и гипс, хранящиеся в разных силосах, дозируются в определенном соотношении. Отдозированые клинкер, доменный граншлак и гипс подаются на ленточный конвейер, который транспортирует их в шаровую многокамерную мельницу на помол.

 

4. Техника безопасности и охрана труда.

 

При большой насыщенности предприятий цементной промышленности сложными механизмами и установками  при добыче и переработке сырья, по обжигу сырьевой смеси и измельчению  клинкера, по перемещению, складированию  и отгрузке огромных масс материалов, при наличии большого количества электродвигателей особое внимание должно уделяться при проектировании заводов и при их эксплуатации созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихся. Охрана труда должна осуществляться в полном соответствии с "Правилами по технике  безопасности и производственной санитарии  на предприятиях цементной промышленности".