Портландцемент — один из основных материальных ресурсов современного строительства, применяемый в качестве вяжущего материала для растворов и бетонов, изделий и конструкций на их основе. Ведущее положение портландцемента среди строительных вяжущих материалов обусловлено его универсальными свойствами, позволяющими ему в совокупности с природными и искусственными заполнителями на основе широко распространенного сырья обеспечить необходимые эксплуатационные требования к наиболее массовым строительным материалам — бетону и железобетону.
1. Характеристика выпускаемой продукции
История производства вяжущего.
Наука о цементе за почти двухсотлетнюю историю развития, основываясь на достижениях химии и других наук, позволила разработать эффективную технологию этого материала и создать цементную промышленность, для которой характерен высокий уровень использования передовых достижений современной техники. Совершенствование производства портландцемента осуществляется решением проблем снижения его энергоемкости, повышения уровня экологичности, дальнейшего улучшения качественных показателей и создания новых видов, повышения эффективности применяемого оборудования и уровня автоматизации производственных процессов.
В России цемент начали производить в прошлом столетии. В начале 20-х годов XIX в. Е. Делиев получил обжиговое вяжущее из смеси извести с глиной и опубликовал результаты своей работы в книге, изданной в Москве в 1825 г. В 1856 г. был пущен первый в России завод портландцемента, который расположился в г. Гроздеце, затем были построены заводы в Риге (1866), Подольске (1874), Новороссийске (1882), и т.д.
В начале 20 века, в России работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн. тонн цемента. Однако после Первой мировой войны большинство цементных заводов было разрушено. С приходом советской власти цементную промышленность России пришлось создавать практически с нуля.
Уже в 1962 году, СССР занял первое место в мире по выпуску цемента. В 1971 году выпуск цемента в стране превысил 100 млн. тонн. Цементная промышленность СССР отличалась высокой концентрацией производства. Средняя мощность цементного завода в СССР была почти в 2 раза выше, чем в США, и на 30% выше, чем в Японии.
Основные показатели и требования в соответствии с ГОСТ.
Правила приемки:
Каждая партия цемента или ее часть, поставляемая в один адрес, должна сопровождаться документом о качестве, в котором указывают:
Реферат производство портландцемента
... портландцемента тесно связаны с техническим уровнем строительного производства. Широкое внедрение в строительство эффективных сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций требует применения бетонов высокой прочности, получаемых на основе высокопрочных цементов. ...
- наименование предприятия-изготовителя, его товарный знак и адрес;
- наименование и (или) условное обозначение цемента;
- номер партии и дату отгрузки;
- вид и количество минеральных добавок в цементе;
- класс прочности цемента;
- наименование и количество специальных добавок в цементе;
- содержание хлорид-иона Сl- для цемента типа ЦЕМ III в том случае, если оно превышает 0,10 %;
- значение удельной эффективной активности естественных радионуклидов в цементе по результатам периодических испытаний;
- номера вагонов или наименование судна;
- гарантийный срок соответствия цемента требованиям настоящего стандарта, сут;
- знак соответствия при поставке сертифицированного цемента (если это предусмотрено системой сертификации);
- обозначение настоящего стандарта.
Форма документа о качестве — по ГОСТ 30515.
Транспортирование:
Цемент транспортируют всеми видами транспорта с соблюдением Правил перевозок грузов, установленных для транспорта данного вида, и требований другой документации, утвержденной в установленном порядке.
Цемент без упаковки транспортируют в специализированных вагонах-цементовозах, автоцементовозах и судах.
Цемент в упаковке транспортируют в универсальных транспортных средствах (крытых вагонах, автомобилях и судах) транспортными пакетами, в контейнерах или поштучно (мешками).
Цемент в мелкой расфасовке транспортируют в крытых вагонах или автомобильным транспортом в специальных емкостях.
Транспортирование цемента пакетами в термоусадочной пленке железнодорожным транспортом осуществляют в соответствии с Техническими условиями на размещение и крепление пакетов, сформированных из мешков цемента с использованием термоусадочной пленки, в четырехосных полувагонах.
Транспортные пакеты формируют с применением плоских поддонов по ГОСТ 9078, термоусадочной полиэтиленовой пленки по ГОСТ 25951 или других средств пакетирования по соответствующим нормативным документам.
Пакеты в термоусадочной пленке должны быть герметичны и плотно обжаты пленкой со всех сторон. Габариты пакета должны быть следующими: длина — 1260—1290 мм, ширина — 1030—1060 мм, высота — 880 — 950 мм. Ширина проема на уступе цокольной части должна быть не менее 100 мм с каждой стороны пакета, высота — не менее 90 мм.
Масса пакета нетто — не более 2000 кг.
Цемент в мягких контейнерах транспортируют железнодорожным транспортом в полувагонах или на платформах; в судах в трюме или на открытой палубе; в бортовых автомобилях.
Контейнеры, применяемые для транспортирования цемента, должны соответствовать требованиям нормативных документов на них.
Изготовитель обязан поставлять цемент в исправном и очищенном транспортном средстве.
При транспортировании цемента без упаковки или в мешках он должен быть защищен от воздействия влаги и загрязнения.
Хранение:
Цемент должен храниться раздельно по типам (видам) и классам прочности (маркам): в неупакованном виде — в силосах или других закрытых емкостях, а цемент в упаковке — в сухих помещениях.
Смешивание цементов различных типов (видов) и классов прочности (марок), а также загрязнение его посторонними примесями и увлажнение не допускаются.
Не допускается хранить цемент без упаковки в складах амбарного типа.
При хранении мешки с цементом укладывают вплотную на поддоны в штабели по высоте не более 1,8 м с обеспечением свободного подхода к ним.
Допускается хранение цемента в мягких контейнерах и пакетах, изготовленных с применением водонепроницаемых материалов, под навесом или на открытых площадках при условии целостности водонепроницаемой упаковки.
Для предотвращения примерзания мягких контейнеров и пакетов их следует укладывать на поддоны в штабели высотой не более трех ярусов.
Объем производства в стране и в мире.
Портландцемент — один из основных материальных ресурсов современного строительства, применяемый в качестве вяжущего материала для растворов и бетонов, изделий и конструкций на их основе. Ведущее положение портландцемента среди строительных материалов обусловлено его универсальными свойствами, позволяющим ему в совокупности с природными и искусственными заполнителями, на основе широко распространенного сырья, обеспечить необходимые эксплуатационные требования к наиболее строительным материалам — бетону и железобетону.
В данном разделе представлены данные об объёмах производства портландцемента [млн.т.] в России начиная с 2005 года. Источником служат данные Федеральной службы государственной статистики РФ (Росстат).
Таблица 1.
|
Янв. |
Фев. |
Мар. |
Апр. |
Май |
Июн. |
Июл. |
Авг. |
Сен. |
Окт. |
Нояб. |
Дек. |
||
|
2005г. |
2,07 |
2,39 |
3,15 |
3,64 |
4,10 |
5,05 |
5,34 |
5,53 |
5,10 |
4,94 |
3,64 |
3,23 |
|
|
2006г. |
2,06 |
2,30 |
3,64 |
4,44 |
5,02 |
5,41 |
5,97 |
5,93 |
5,44 |
5,31 |
4,57 |
4,02 |
|
|
2007г. |
3,15 |
3,49 |
4,37 |
5,23 |
5,62 |
5,87 |
6,01 |
6,09 |
5,96 |
5,78 |
4,58 |
3,45 |
|
|
2008г. |
2,93 |
3,67 |
4,62 |
5,37 |
5,38 |
5,08 |
5,53 |
5,40 |
5,02 |
4,62 |
3,21 |
2,58 |
|
|
2009г. |
1,63 |
2,42 |
3,00 |
3,49 |
4,08 |
4,64 |
5,16 |
4,96 |
4,77 |
4,34 |
3,04 |
2,58 |
|
|
2010г. |
1,7 |
2,1 |
3,2 |
4,0 |
4,9 |
5,6 |
5,6 |
5,9 |
5,3 |
5,1 |
4,0 |
3,0 |
|
Рис.
Ежегодно в мире производится свыше 3 млрд т цемента. При этом за последние 11 лет выпуск цемента год от года возрастал. С 2000 г. по 2011 г. объемы производства выросли более чем в 2 раза, с 1,6 млрд т до 3,6 млрд т (табл. 2).
Таблица 2.
|
Годы |
2000 |
2001 |
2002 |
2003 |
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2011 |
|
|
Млрд т |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,95 |
2,13 |
2,31 |
2,55 |
2,77 |
2,84 |
3,06 |
3,4 |
3,56 |
|
|
% |
— |
6,3 |
5,9 |
8,3 |
9,2 |
8,5 |
10,4 |
8,6 |
2,5 |
7,7 |
7,8 |
7,9 |
|
Рассчитано по: US Geological Survey, Mineral Commodity Summary, January 2012.
Наиболее высокие темпы роста производства (108 — 110% к уровню предыдущего года) наблюдались в 2003— 2007 гг. в условиях строительного бума — в строительстве потребляется более 80% цемента. В 2008 г. в связи с началом мирового экономического кризиса темпы роста выпуска цемента снизились до 102,5%. Однако уже в 2009 г. в мире было выпущено свыше 3 млрд т цемента, что на 7,7% выше уровня предыдущего года. В 2010 г. объем выпуска достиг 3,3 млрд т (+7,8%), а в 2011 г. — 3,6 млрд т.
Более половины этого объема в 2010 г. приходилось на предприятия азиатских стран. В первую очередь это Китай (53%) и Индия (6%).
Вклад государств Западной Европы составляет около 9%, США — 2,7%, Бразилии — 1,7% (рис. 3).
Доля стран СНГ не превышает 2,5% мирового производства (в том числе России — 1,4 %).
Рис.
Рациональная область применения.
Портландцемент применяется для изготовления бетонов, растворов, строительных изделий и конструкций в разнообразных отраслях строительства. Особенности эксплуатационных требований к материалам на основе портландцемента обусловили необходимость разработки большой совокупности его разновидностей. Часть из них производится серийно цементной промышленностью, часть — по мере возникающей необходимости по специальным техническим условиям. С развитием технологии цемента и бетона, количество разновидностей портландцемента с улучшенными и специальными свойствами постоянно увеличивается.
цементы общестроительного
Цементы общестроительного назначения, изготавливаемые в России и других странах СНГ, стандартизированы в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 31108-2003.
Ограничения применения и возможные недостатки.
Если вода или водные растворы солей и кислот фильтруются сквозь цементный камень, то начинается его разрушение. Коррозия протекает тем интенсивнее, чем выше капиллярная пористость цементного камня. В зависимости от действующих коррозионных агентов различают несколько видов коррозии.
Физическая коррозия
сульфатная коррозия
3СаО*А 12О 3*6Н 2О+3Са 2+ +3SО 2—4 + 25Н 2О = 3СаО*А 12О 3*3СаSО 4*31Н 2О.
Объем эттрингита в 2,5 раза превышает объем исходного гидроалюмината, что и вызывает разрушение затвердевшего цементного камня. Это эта же реакция образования эттрингита, но проводимая целенаправленно, используется для получения расширяющихся цементов. Основные пути защиты цементных материалов от коррозии следующие: правильный выбор типа цемента и снижение капиллярной пористости цементного камня.
1.1 Сырьевые компоненты
Основные виды сырья для производства портландцемента и требования к ним.
При производстве портландцемента применяют разнообразные материалы, одни из которых идут непосредственно на изготовление клинкера, другие же в виде добавок используются при его помоле (гипс и минеральные добавки).
Сырьевыми материалами для производства клинкера служат карбонатные породы с высоким содержанием углекислого кальция и глинистые породы, содержащие кремнезем, глинозем и оксид железа. В среднем на изготовление 1 т цемента требуется до 1,6 т исходного сырья.
Наряду с материалами природного происхождения цементная промышленность во всеувеличивающемся объеме использует побочные продукты (отходы) разных отраслей промышленности, например, доменные шлаки, золы, нефелиновый шлам и др.
В производстве портландцемента наиболее широко используют известняки и мел, а так же мергели. Средняя плотность плотных известняков достигает 2400-2700, а меловых пород — 1500-2000 кг/м 3. Влажность этих материалов соответственно 2-6 и 15-30%. Известняки и мел содержат до 90% и более углекислого кальция и небольшие количества кварцевого песка, глинистых минералов и др.
При разработке технологической схемы производства портландцемента прежде всего учитывают химический и петрографический (минеральный) состав, а так же физические свойства и влажность карбонатных пород.
При повышенном содержании в известняках и мергеле доломита их относят к доломитизированным, и они могут применяться в шихте в зависимости от содержания MgO в глинистом компоненте при условии содержания MgO в клинкере не более 5%.
Вредными примесями в известковом компоненте являются кремневые включения в виде желваков или прослоек халцедона, трудно поддающихся измельчению, и малореакционноспособные; загипсованность нежелательна, т.к. сульфатная сера переходит в клинкер, поэтому содержание SO3 ограничивается 1,7%.
Вредными примесями в глинистых породах является MgO, однако при содержании в карбонатных породах, идущих в шихту, более 53% CaO, содержание MgO в глинах практически не ограничивается. Содержание SO3 в глинистых породах не должно превышать 3%, P2O5 — 0,6%; отклонения допустимы в зависимости от содержания этих оксидов в карбонатном сырье.
В связи с развитием сухого способа производства цемента важное значение имеет содержание в глинистых породах R2O (K2O+Na2O).
Оценка производится с учетом содержания R2O в карбонатных породах и назначения цемента. Содержание щелочных оксидов в цементе пересчитывается на Na2O по формуле
R2O = Na2O + 0,658 K2O.
Браковочным признаком глинистых пород является их гранулометрический состав: количество фракций крупнее 0,2мм не должно превышать 10%, фракций крупнее 0,08мм должно быть не более 20% (включая фракцию крупнее 0,2мм).
Корректирующие добавки вводят в шихту для корректирования кремнеземистого и глиноземистого модулей. Железосодержащие добавки (содержание Fe2O3 не менее 40%) пиритные (колчеданные) огарки, колошниковая пыль, железная руда и отходы ее обогащения; глиноземистые добавки (содержание Al2O3 не менее 30%): маложелезистые, богатые глиноземом, глины, каолин, бокситы; кремнеземистые добавки (содержание SiO2 не менее 70%): кварцевые пески, опоки, трепел. При мокром способе производства с целью снижения влажности шихты применяют концентраты СДБ (сульфитно-дрожжевая бражка).
Требования к СДБ определены ТУ 81-04-32 — 70.
В качестве интенсификаторов процесса обжига клинкера в шихту могут вводиться фосфогипс (в пересчете на SO3 1% массы вводимого в печь сырья), кремнефтористый натрий (Na2SiF6 в количестве 0,2-0,5% массы шихты, расходуемой на 1т клинкера), или плавиковый шпат (CaF2 в количестве 0,5-1%).
Для снижения расхода топлива в шихту или в печь можно вводить горючие отходы, от сжигания которых зола должна учитываться при расчете шихты, а так же зола ТЭС и шлаки.
Основные месторождения.
Цементные заводы, как правило, располагают вблизи добычи сырья, что является следствием ряда технических и экономических факторов.
Крупные месторождения цементных мергелей в СССР разрабатываются в районе г. Новороссийска, в Донецкой и Воронежской областях, известняков на Урале и Дальнем Востоке, мела — в Поволжье, в Брянской, Белгородской, Харьковской и Донецкой областях, мрамора — в Иркутской области.
Складирование сырья.
Бассейны для шлама предназначаются для приготовления сырьевой смеси заданного химического состава и хранения ее запаса с целью обеспечения бесперебойного питания печей.
Из двух основных способов приготовления шлама — поточного и порционного — следует отдавать предпочтение первому, так как в этом случае создаются благоприятные предпосылки для автоматизации процесса, получения смеси однородного состава и использования одного типа бассейнов — горизонтальных.
Способ порционного корректирования химического состава шлама в вертикальных бассейнах и хранения его запаса в горизонтальных или же в вертикальных бассейнах может применяться в отдельных специальных случаях и при проектировании заводов небольшой мощности.
Для облегчения выбора типа шламбассейна рекомендуется пользоваться приводимой ниже таблицей.
Таблица 3.
|
Производительность завода, т/год |
Тип шламбассейна |
||
|
для сырьевого шлама |
для глиняного шлама |
||
|
1 000 000 и больше |
Горизонтальный |
Горизонтальный |
|
|
300 000 — 600 000 |
Горизонтальный или горизонтальный в сочетании с вертикальным |
Вертикальный |
|
|
50 000 — 100 000 |
Вертикальный |
||
Окончательно количество и тип шламбассейнов определяется расчетом. При этом желательно, чтобы количество горизонтальных бассейнов для одноименных шламов было не менее двух (что обеспечивает взаимозаменяемость при чистке), а всего не более четырех, т.к. большее их количество усложняет насосное хозяйство. Рекомендуемое число вертикальных шламбассейнов при разноименных шламах не должно быть меньше шести и больше двенадцати.
Если вертикальные бассейны предусматриваются только для глиняного шлама, то их число должно быть не менее двух. Обязательным элементом отделения шламбассейнов является насосная с шламопроводами. Перемешивание шлама в бассейнах осуществляется сжатым воздухом.
Горизонтальные шламбассейны имеют в плане форму круга с центральной опорой в середине при относительно небольшой высоте. Применяются горизонтальные бассейны емкостью резервуара 2500, 5500, 8000 и 20 000м 3. Такие шламбассейны имеют односторонние или двусторонние мешалки.
Для обеспечения равномерного распределения поступающего в бассейн шлама вдоль всего моста мешалки оборудуются специальным лотком.
В зависимости от климатических условий бассейны для шлама могут сооружаться как в помещении, так и на открытой площадке. В суровых климатических условиях горизонтальные бассейны рекомендуется сооружать в помещении.
Вертикальные шламбассейны (железобетонные или металлические) имеют цилиндрическую форму с коническим днищем, угол наклона которого не должен быть меньше 60°. Переход от цилиндрической части к конической (набетонка) должен быть закруглен радиусом не менее 300мм.
Рекомендуемые диаметры вертикальных бассейнов находятся в пределах от 6 до 10м, а емкость одного бассейна 400-1200м 3.
Для перемешивания шлама сжатым воздухом в центре вертикального шламбассейна устанавливается металлическая труба диаметром не менее 150мм.
2. Технология производства портландцемента
Производство портландцемента включает два основных технологических передела — производство клинкера и измельчение клинкера совместно с гипсом и другими добавками. В себестоимости портландцемента до 70-80% составляет стоимость клинкера. На его производство в основном используется топливо, затраты на которое составляют более 20% полной себестоимости цемента. В то же время из общего количества потребленной электроэнергии примерно 40% расходуется на помол цемента.
Особенностями цементного производства являются высокая капиталоемкость, обусловленная насыщенностью сложным оборудованием, материало- и энергоемкость, необходимость решения сложных задач экологии и производственной санитарии. В связи с этим непреходящую актуальность для цементной промышленности имеют все технологические решения, направленные на повышение эффективности производства.
Имеется два основных способа производства цемента — мокрый и сухой. При мокром способе сырьевые материалы измельчаются в водной среде и сырьевая смесь, поступаемая на обжиг имеет вид суспензии — шлама, при сухом — материалы измельчаются и смешиваются в сухом виде, а сырьевая смесь направляется на обжиг в порошкообразном или гранулированном виде. портландцемент строительство вяжущий
При сухом способе затраты теплоты на обжиг клинкера достигают 3150-4190кДж/кг, что значительно меньше затрат при производстве по мокрому способу (5900-6700кДж/кг).
Портландцементный клинкер по сухому способу в настоящее время производят при использовании различного сырья. Наиболее эффективен он при применении сырьевых материалов с влажностью не более 10-15% с достаточно однородным химическим составом и структурой, что способствует возможности получения гомогенной сырьевой муки.
Получение сырьевой смеси включает дробление, т.е. первичное грубое измельчение сырьевых материалов. После дробления материалы подвергают высушиванию и совместному помолу. Полученная сырьевая мука направляется на гомогенизацию и корректирование химического состава с доведением его до требуемого. В тех случаях, когда муку обжигают во вращающихся печах с конвейерными кальцинаторами, а так же в шахтных печах (в цементной промышленности такие агрегаты применяют ограниченно) сырьевую муку до обжига подвергают гранулированию.
Дробление сырьевых материалов осуществляют на дробильных установках, установленных обычно на карьерах и включающих оборудование для дробления и грохочения исходного сырья для получения продуктов определенной крупности. В зависимости от крупности конечных продуктов различают грубое (более 100мм), среднее (10-100мм) и мелкое (10-0,5мм) дробление.
степенью дробления
Выбор типа дробильного оборудования осуществляют в зависимости от максимальной крупности кусков исходного материала, его прочности, необходимой степени дробления и требуемой производительности.
Дробление материалов ведут в одну или несколько стадий. Преимущественное распространение получило стадийное дробление, при котором материал дробят в 2-3 приема на дробилках разных типов. На каждой стадии получают материал с требуемыми размерами кусков, отсеиваемыми на грохоте. Дробилки последних стадий работают, как правило, в замкнутом цикле с виброгрохотом, при этом материал крупнее заданного размера возвращается в дробилку для повторного дробления.
Щековые дробилки
Рис.3.
а — двухрычажной с простым движением щеки, б — однорычажной со сложным движением щеки; 1 — неподвижная щека, 2 — подвижная щека, 3 — материал для дробления.
молотковые дробилки
Рис.
а — однороторная; б — двухроторная одноступенчатого дробления.
ударные мельницы
мельниц самоизмельчения
Рис.
1 — загрузочная течка; 2 — поперечные била; 3 — зубчатые выступы;
4 — разгрузочный патрубок.
В таких мельницах измельчение материала происходит при ударах кусков друг о друга и о бронеплиты. Применяют для измельчения сырья с влажностью до 20%, а по ряду данных и с большей влажностью. Мельница «Аэрофол» представляет собой барабан диаметром 7-9мм и длиной до 2м, футерованный бронеплитами, имеющими ребра для подъема измельченного материала. Сырье загружают кусками размером до 30-50см. 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. Т.е. в мельнице «Аэрофол» можно осуществлять одновременно дробление, размол, пневматическое разделение готового продукта и его просушивание.
Для измельчения особо твердых материалов мельницу загружают 4-6% свободного объема шарами.
шаровую мельницу
Рис.
1 — барабан; 2 — дробящие тела (шары); 3 — загрузка исходного материала; 4 — подшипники; 5 — разгрузка измельченного материала.
сепараторов
Готовая фракция в виде муки в составе пылегазовой смеси направляется в осадительные циклоны и окончательно выделяется в электрофильтрах. Крупка, выделенная в сепараторе, возвращается на домол. 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, доводитя до санитарных норм (75-90мг/м 3).
Введение в мельницу сушильного агента способствует устранению налипанию материала на мелющие тела, облегчая процесс помола. Производительность мельниц, работающих по замкнутому циклу, повышается на 15-20%
Для интенсификации помола сырьевых материалов в мельницы вводят небольшие добавки ПАВ (триэтаноламин, ЛСТ и др.).
корректированию
порционном корректировании
При поточной или непрерывной схеме за счет ускоренного химического анализа, определяемого с помощью рентгеноспектрального метода, применения ЭВМ и автоматизирующих устройств обеспечивается постоянное необходимое дозирование исходных компонентов и отпадает необходимость приготавливать несколько видов смесей, корректируемых путем смешивания.
Главным технологическим переделом при производстве портландцементного клинкера является обжиг сырьевой смеси. При обжиге сухих сырьевых смесей используют печи с запечными теплообменниками, в которых используется теплота отходящих газов для прохождения подготовительных процессов.
печи с циклонным теплообменниками
Рис.
1 — вращающаяся печь; 2,6,7,8 — циклоны I-IV ступеней;
3,10 — электрофильтр; 4 — отходящие газы; 5 — подача сырьевой смеси; 9 — кальцинатор (декарбонизатор); 11 — вторичный воздух из холодильника; 13 — холодильник клинкера.
Циклоны установлены последовательными ступенями друг под другом в виде двух ветвей по четыре циклона в каждом и соединены между собой патрубками для пересыпания сырьевой смеси и газоходами. Вся установка работает под разряжением, создаваемым дымососом. В основу конструкции печей с циклонными теплообменниками положен принцип теплообмена между отходящими газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии, осуществляемого в циклонах. Сырьевая мука в системе циклонных теплообменников движется навстречу потоку отходящих из вращающейся печи газов с температурой 900-1100°С. Средняя скорость движения газов в газоходах составляет 15-20м/с, что значительно выше скорости витания частиц сырьевой муки. Сырьевая мука поступает в газоход между верхними I и II ступенями циклонов и увлекается потоком газов в циклонный теплообменник I ступени. Поскольку диаметр циклона намного больше диаметра газохода, скорость газового потока резко снижается, и частицы выпадают из него. Осевший в циклоне материал через специальный затвор поступает в газоход, соединяющий II и III ступени, а из него выносится газами в циклон III ступени. В дальнейшем материал проходит циклоны III и IV ступеней. Время пребывания сырьевой муки в циклонных теплообменниках не превышает 25-30с. За это время сырьевая мука нагревается до температуры 700-800°С, полностью дегидратируется и на 25-30% декарбонизируется.
реактор-декарбонизатор
Теплота отходящих газов печей с циклонными теплообменниками может быть использована для сушки сырьевой муки. Недостатком этого типа печей является сравнительно высокий расход электроэнергии и относительно низкая стоимость огнеупорной футеровки.
К печам, применяемым при обжиге клинкера при сухом способе, относятся так же печи с конвейерными кальцинаторами (типа «Леполь»).
Кальцинатор (рис.8) представляется собой бесконечный колосниковый конвейер, заключенный в офутерованный огнеупорным кирпичом металлический кожух. Кальцинатор разделен на две камеры: холодную и горячую. В первой камере происходит сушка, во второй — частичная карбонизация сырья.
Рис.
1 — загрузочная воронка с регулирующим шибером; 2
Печи с конвейерными кальцинаторами применяются для обжига сырьевой шихты, способной к образованию прочных гранул, не разрушающихся в процессе предварительной тепловой обработки. Сырьевая мука перед термической подготовкой на решетке кальцинатора проходит грануляцию в грануляторах тарельчатого и барабанного типа. Размер гранул составляет 7-10мм при влажности 10-15%. Гранулы попадают через специальное распределительное устройство на решетку кальцинатора, частично декарбонизируются, а затем поступают в печь. Горячие газы с температурой 1100-1200°С поступают из печи в первую камеру кальцинатора и дымососом просасываются через слой гранул. При этом они нагреваются до 700-800°С, а температура газов снижается до 250-300°С. Отсасываемые газы проходят очистку в циклонах и подаются во вторую камеру.
В печах с конвейерным кальцинатором достигается равномерный обжиг клинкера при относительно низком расходе тепла и малом пылеусосе. Однако, учитывая, что не все сырьевые материалы обладают способностью хорошо гранулироваться, а так же конструктивные недостатки колосниковой решетки, применение печей с конвейерными кальцинаторами является ограниченным. Установка оборудования для грануляции сырья так же усложняет эксплуатацию таких печей.
Многие свойства портландцемента, в том числе активность, скорость твердения, определяются не только химическим и минеральным составом клинкера, формой и размерами кристаллов алита, белита и др., наличием тех или иных добавок, но и в большей степени тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом и формой частичек порошка.
Цементный порошок в основном состоит из зерен размером от 5-10 до 30-40 мкм. Тонкость помола портландцемента характеризуют обычно остатками на ситах с размером ячеек в свету 0,2, 0,0,8, а иногда и 0,06мм, а так же удельной поверхностью порошка, определяемой на приборах конструкции В.В. Товарова, ПСХ и др.
В настоящее время обычные портландцементы измельчают до остатка на сите №008 5-8% (по массе), цементы же быстротвердеющие — до остатка 2-4% и меньше. При этом удельная поверхность соответственно достигает 2500-300 и 3500-4500см 2/г и более.
С увеличением тонкости помола цемента повышается его прочность и скорость твердения, но лишь до показателей удельной поверхности 7000-8000см 2/г. с этого предела наблюдается обычно ухудшение прочностных показателей затвердевшего цемента. Морозостойкость же его часто начинает ухудшаться и при более низких показателях удельной поверхности (4000-5000см 2/г).
Разные фракции цементного порошка по-разному влияют на прочность цемента при твердении, а так же на скорость твердения. Так, А.Н. Иванов-Городов, полагает, что равномерное и быстрое твердение цемента достигается при следующих зерновых составах, %:
- зерен мельче 5мкм — не более 20;
- «5…20 — 40-45;
- » 20…40 — 20-25;
- » крупнее 40мкм — 15-20.
Однако, чрезмерное измельчение продукта не всегда целесообразно, т.к. частички 1-3 и даже 5мкм быстро гидратируются влагой воздуха уже при кратковременном хранении цементов на складах, что значительно снижает активность материала.
Для определения содержания различных фракций в цементном порошке используют методы воздушной сепарации, а так же седиментационный и микроскопический анализы.
Для помола клинкера с добавками применяют почти исключительно шаровые мельницы производительностью до 50-100т/ч и более. Клинкер размалывают по открытому или замкнутому циклу с применением одностадийного, а иногда и двухстадийного измельчения.
Большое влияние на производительность мельниц оказывает степень заполнения камер мелющими телами. Обычно камеру грубого измельчения заполняют на 26-32, среднего — на 26-30 и тонкого — на 24-30%.
Измельченный в мельнице материал поступает в сепаратор, где из него выделяются фракции тех размеров, какие требуются для готового продукта, а более крупные частицы направляются снова в мельницу на дополнительное измельчение. Таким образом, из материала непрерывно извлекаются наиболее дисперсные частички, которым особенно присуще свойство агрегироваться и прилипать к мелким телам и стенкам мельницы. Благодаря этому производительность помольных установок возрастает на 10-20%. Измельченный материал из мельницы в сепаратор подают элеваторами (ковшовыми и др.) или пневматическим транспортом.
Цемент, выходящий из мельничной установки, взвешивают для учета эффективности ее работы, а затем направляют на склады с помощью пневмовинтовых или камерных насосов. Цемент передается с помощью сжатого воздуха (0,3-0,4МПа), предварительно освобожденного от влаги и масла. Расход воздуха около 0,025м 3/кг.
Конструкция и принцип работы вращающейся печи.
Обжиг цементного клинкера осуществляется в основном во вращающихся печах, что обусловлено их высокой производительностью, возможностью сравнительно эффективно использовать различные виды топлива и сырья, а так же надежностью в эксплуатации.
Вращающаяся печь (рис.9) состоит из следующих основных элементов: цилиндрического корпуса с бандажами и венцовой шестерней, привода, роликоопор, теплообменников, холодной и горячей головок с уплотнительными устройствами. В комплект печного агрегата входят холодильник, устройства для сжигания топлива, тягодутьевые устройства и средства пылеочистки отходящих печных газов.
На корпусе печи закреплены на подкладках массивные кольца прямоугольного сечения — бандажи. Участок обечайки, где посажены бандажи, изготавливают из более толстого стального листа, чем вся обечайка. Для печей, диаметр корпуса которых менее 4м, бандажи выполняются цельнолитыми, а для печей больших диаметров — сварными из двух половин. Примерно на середине длины корпуса печи устанавливают венцовую шестерню, которая находится в зацеплении с подвенцовой шестерней. Печь приводится во вращение электродвигателем через понижающий число оборотов редуктор. Кроме основного рабочего двигателя привода имеется вспомогательный, который обеспечивает вращение печи в случае внезапного выхода из строя основного привода. Бандажи опираются на роликовые опоры, смонтированные на металлической раме, которая установлена на массивном железобетонном фундаменте. В месте соединения корпуса вращающейся печи с пыльной камерой, а так же с горячей головкой устанавливается специальное уплотнение с целью устранения подсосов холодного наружного воздуха.
Рис.9.
1 — корпус печи; 2 — бандаж; 3 — подбандажная обечайка;
4 — упорные ролики; 5 — венцовый привод; 6 — кольцо жесткости;
7 — холодный конец печи; 8 — фильтр-подогреватель;
9 — цепная завеса; 10 — теплообменник; 11 — горячая головка печи.
Корпус печи 1 сварен из стальных листов толщиной 30 и 30мм. В местах установки бандажей подбандажная обечайка 3 имеет толщину листа 50мм. На передней опоре 4 печи устанавливается упорная стойка с упорными роликами из стального литья, которые ограничивают продольное перемещение корпуса печи. В некоторых случаях для увеличения жесткости корпуса печи предусматривается установка колец жесткости 6.
Подшипники опор и ролики снабжены системой водяного охлаждения. Смазка подшипников опор печи — жидкая черпаковая из масляных ванн подшипников; смена масла — периодическая централизованная. Смазка подшипников упорных роликов, главного редуктора, подшипников подвенцовой шестерни — жидкая циркуляционная, а смазка редуктора вспомогательного привода и венцовой пары — жидкая заливная.
В холодильном конце печи устанавливается фильтр-подогреватель. В комплект печного агрегата входят:
- Ячейковый транспортер для транспортирования клинкера шириной 1000мм и производительностью до 200т/ч;
- Вентилятор высокого давления типа ВМ-75/1200-16 производительностью 5000м 3/ч (этот вентилятор применяют при сжигании твердого топлива);
- Двойной шламовый питатель с регулируемой скоростью вращения черпакового колеса (производительность 50-1000 м 3/ч) и вместимостью контрольного бачка 500л;
- Дымосос типа Д-14 производительностью 270 000м 3/ч и напором 260 мм вод.ст. (2600Па) с электродвигателем мощностью 350кВт (на одну печь устанавливают по два дымососа);
- Электрофильтр типа ДГПН-32-3 с оборудованием для транспортирования пыли и возврата ее в печь.
В отдельных случаях корпус печи в зоне спекания может иметь наружное охлаждение орошением водой.
Мероприятия по контролю качества.
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 производятся по стандартной методике.
Исходные материалы контролируют по химическому составу, содержанию CaCO3 (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 CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3. 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 (мокрый способ) колеблется обычно в пределах 1550-1650г/л. Определяют так же количество CaOсвоб, 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.).
2.1 Требования по технике безопасности
При большой насыщенности предприятий цементной промышленности сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчению 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 так же электроустановки, приямки, люки, площадки и т.п. должны быть заземлены электродвигатели и электрическая аппаратура.
Установки по приготовлению угольной пыли должны работать под разряжением. Температура аэроугольной смеси при выходе из мельницы не должна превышать для тощих углей 100, подмосковных — 80, длиннопламенный и бурых — 70°С. Нельзя подсушивать пыль до влажности ниже гигроскопической.
Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующих и погрузочно-разгрузочных механизмов должно осуществляться в соответствии с правилами безопасной работы у каждой установки.
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 цементных и остальных видов пыли не должна превышать 0,04мг/м 3. Содержание в воздухе CO не допускается более 0,03, сероводорода — более 0,02мг/м 3. В воздухе, выбрасываемом в атмосферу, концентрация пыли не должна быть более 0,06мг/м 3. При нормальной эксплуатации пылеочистных систем содержание пыли в выбрасываемом воздухе составляет 0,04-0,06мг/м 3.
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 так же отсосов воздуха из бункеров, течек, дробильно-помольных механизмов, элеваторов и т.п. В зависимости от мощности и величины различных механизмов и интенсивности пылевыделения рекомендуются следующие объемы воздуха (м 3/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 1м 2 ткани фильтров более 60-70м 3 воздуха в 1ч. Для очистки воздуха, отсасываемого из камер сырьевых мельниц, обычно устанавливают циклон или электрофильтр, соединенные последовательно. Воздух из сепаратора мельниц и головок элеватора 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 содержать значительное количество пыли (более 25-30г/м 3), то их сначала пропускают через батарею циклонов.
Шум, возникающий при работе многих механизмов на цементных заводах, характеризуется зачастую высокой интенсивностью, превышающей допустимую норму (90дБ).
Особенно неблагоприятны в этом отношении условия работы персонала в помещениях молотковых дробилок, сырьевых и цементных мельниц, компрессоров, где уровень звукового давления достигает 95-105дБ, 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 5-12дБ. Укрытие мельниц и дробилок шумоизолирующими кожухами, облицовка источников шума звукопоглощающими материалами так же дает хороший эффект (снижение на 10-12дБ).
Должностная инструкция насыпщика цемента 4-го разряда.
Должен знать:
