. Анализ существующих схем производства портландцемента (достоинства, недостатки, пути совершенствования технологического процесса)

1. Анализ существующих схем производства портландцемента (достоинства, недостатки, пути совершенствования технологического процесса).

Процесс производства портландцемента  складывается из следующих основных технологических операций:

1) добыча сырьевых материалов  и доставка их на завод;

2) дробление и помол сырьевых  материалов;

3) приготовление и корректирование  сырьевой смеси;

4) обжиг смеси (получение клинкера);

5) помол клинкера с добавками  (получение цемента).

В зависимости от вида подготовки сырья на обжиг различают мокрый, сухой, полусухой и комбинированный способы производства портландцементного клинкера. При мокром способе производства помол сырьевых материалов, их смешивание и корректирование сырьевой смеси осуществляются в присутствии определенного количества воды, а при сухом способе все перечисленные операции производятся с сухими материалами. В некоторых случаях сухую сырьевую смесь гранулируют, добавляя при грануляции необходимое для образования прочных гранул количество воды. Такой способ производства портландцементного клинкера называется полусухим.

Каждый из этих способов имеет достоинства  и недостатки. Например, в присутствии воды облегчается измельчение материалов и проще достигается однородность смеси, но расход тепла на обжиг сырьевой смеси при мокром способе на 30-40% больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастает необходимый объем печи при обжиге мокрой сырьевой смеси (шлама), так как значительная часть ее выполняет функции испарителя воды.

Сущность комбинированного способа заключается в том, что сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, а затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи.

Выбор способов производства портландцементного клинкера определяется рядом факторов технологического и технико-экономического характера: свойствами сырья, его однородностью  и влажностью, наличием достаточной  топливной базы в районе строительства  и др.

В природной влажности сырья  более 8-10% оказывается целесообразным мокрый способ. Мокрый способ более  выгодно применять также при  использовании двух мягких компонентов (глины и мела), так как измельчение  их легко достигается разбалтыванием в воде. Сухим способом рационально  получать портландцементный клинкер  при однородном по составу сырье  в случае, если влажность его не превышает 8-10%. Полусухой дает хорошие  результаты при изготовлении клинкера из достаточно пластичных сырьевых материалов, когда при грануляции смеси образуются прочные и термостойкие гранулы. При хорошей фильтруемости сырьевых шламов предпочтение следует отдавать комбинированному способу.

В Советском Союзе преобладает  мокрый способ производства. В ближайшие  годы намечается широкое внедрение  в цементную промышленность сухого способа.

портландцементный клинкер

1. Мокрый способ производства

На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера обычно используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты. В этом случае технологическая схема производства цемента выглядит следующим образом:

Начальной технологической операцией  получения клинкера является измельчение  сырьевых материалов. Необходимость  тонкого измельчения сырьевых материалов определяется тем, что однородный по составу клинкер можно получить лишь из хорошо перемешанной сырьевой смеси, состоящей из мельчайших частичек ее компонентов.

Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры до 1200 мм. Получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно  только за несколько приемов. Вначале  куски подвергаются грубому измельчению . дроблению, а затем тонкому . помолу. Для грубого измельчения материалов применяют различные дробилки, а тонкое измельчение в зависимости от свойств исходных материалов производят в мельницах или в болтушках в присутствии большого количества воды.

При использовании в качестве известкового компонента мела, его измельчают в  болтушках. Если применяют твердый  глинистый компонент, то после дробления  его направляют в мельницу.

Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов  позволяет получать более однородный по составу сырьевой шлам.

В сырьевую мельницу известняк и  глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке  исходных материалов не удается получить из мельницы шлам необходимого химического  состава из-за колебаний химического  состава сырья одного и того же месторождения. Чтобы получить шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах.

Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или высоким содержанием CаCO3 (называемым титром) и этот шлам в определенной пропорции добавляют  в корректирующий шламовый бассейн.

Приготовленный таким образом  шлам, представляющий собой сметанообразную  массу с содержанием воды до 35-45%, насосами подают в расходный бачок, откуда равномерно сливают в печь.

Для обжига клинкера при мокром способе  производства используют вращающиеся  печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150-230 м и диаметром  до 7 м, футерованный внутри огнеупорным  кирпичом; производительность таких  печей достигает 1000-3000 т клинкера в сутки.

Барабан печи устанавливают с уклоном 3-40 гр. шлам подают с поднятой стороны  печи . холодного конца, а топливо в виде газа, угольный пыли или мазута вдувают в печь с противоположной стороны (горячего конца). В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы продвигаются по печи в сторону ее горячего конца. В области горения топлива развивается наиболее высокая температура: материала - до 15000 С, газов - до 17000 С, и завершаются химические реакции, приводящие к образованию клинкера.

Дымовые газы движутся вдоль барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, асами  охлаждаются. В результате, начиная  от зоны обжига, температура газа вдоль  печи снижается с 1700 до 150-2000 С.

Из печи клинкер поступает в  холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом.

Охлажденный клинкер отправляют на склад. В ряде случаев клинкер  из холодильника направляют непосредственно  на помол в цементные мельницы.

Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8-10 мм, чтобы облегчить  работу мельниц. Измельчение клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание всех материалов, а  высокая однородность цемента является одной из важных гарантий его качества.

Гидравлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20-30% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8-10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительном количестве и содержащаяся в нем влага легко испаряется за счет тепла, выделяющегося в мельнице в результате соударений и истирания мелющих тел друг с другом и с размалываемым материалом.

Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа, оборудованный  механическим (элеваторы, винтовые конвейеры), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.

Отгружают цемент потребителю либо в таре - в многослойных бумажных мешках по 50 кг, либо навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных  цементовозах, в специально оборудованных  судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом.

Для выполнения всех технологических  операций производства портландцемента  применяется разнообразное оборудование - дробилки, мельницы, печи и т.д., которое  объединяется в поточную линию. Схема  расположения агрегатов представлена на генеральном плане цементного завода, работающего на пластичных сырьевых материалах и газообразном топливе.

2. Сухой способ производства

Производство портландцементного клинкера по сухому способу складывается из следующих операций.

Известняк и глину предварительно дробят, затем высушивают до влажности  примерно 1% и измельчают в сырьевую муку. Сушат известняк и глину  либо раздельно, используя для этой цели сушильные барабаны или другие тепловые аппараты, либо совместно  в сырьевых сепараторных мельницах, в которых одновременно осуществляются помол и сушка материалов. Последний  способ более эффективен и применяется  на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу. 
Для получения сырьевой муки определенного химического состава мельниц ее направляют сначала в смесительные, а затем в корректирующие силосы, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром (содержанием CаCO3). В силосах мука перемешивается сжатым воздухом.

Подготовленная сырьевая смесь  поступает в систему циклонных  теплообменников, состоящую из нескольких (обычно четырех) степеней циклонов, соединенных  между собой и с короткой (40-70 м) вращающейся печью газоходами. Проходя последовательно через  все циклоны, сырьевая мука нагревается  движущимися ей навстречу дымовыми газами, выходящими из печи. Время пребывания смеси в циклонных теплообменниках  не превышает 25-30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреться  до температуры 700-800 С, но и полностью дегидратируется и частично (на 20-25%) декарбонизируется. Из циклонов материал поступает в печь, где происходят дальнейшие реакции образования цементного клинкера. Из печи клинкер пересыпается в холодильник, и после охлаждения направляется на клинкерный склад.

Другие технологические операции при сухом способе производства - подготовка гидравлических добавок и гипса, помол цемента, его хранение и отправка потребителю - такие же, как и при мокром способе.

3. Полусухой способ производства

Схема получения портландцементного клинкера при полусухом способе производства состоит из следующих операций.

Приготовление сырьевой муки в этом случае производится как и при сухом способе производства. Полученная мука проходит стадию грануляции в барабанных или тарельчатых грануляторах, и в виде гранул размером 10-20 мм и влажностью 11-16% поступает на обжиг.

Гранулированную сырьевую смесь обжигают в коротких вращающихся печах, оборудованных  конвейерными кальцинаторами (эти установки для получения клинкера называют печами Леполь).

Гранулы сначала поступают на конвейерный  кальцинатор - бесконечную, заключенную в неподвижный кожух колосниковую решетку, движущуюся со скоростью 25-50 м/ч. Выходящие из печи газы проходят через слой гранул, лежащий на решетке, и нагревают материал до температуры около 900 С, полностью высушивая его и частично на 20-30% декарбонизируя. Подготовленный таким образом материал поступает во вращающуюся печь, в которой завершается образование цементного клинкера.

Гранулированную или брикетированную  сырьевую смесь можно обжигать в  шахтных печах, которые представляют собой вертикальную шахту, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. В этом случае гранулирование или брикетирование сырьевой смеси производится совместно с частицами угля, которые добавляют в муку при ее помоле (способ "черного брикета").

Гранулы или брикеты поступают  в шахтную печь сверху, нагреваются  горячими дымовыми газами и за счет сгорания запрессованных в них частичек угля. Образовавшийся клинкер выгружается  внизу шахты и направляется на склад.

Остальные операции производства портландцемента  не отличаются от соответствующих стадий мокрого способа производства.Цемен

4. Комбинированный способ производства

Комбинированный способ производства портландцемента заключается в подготовке сырьевых материалов по мокрому способу, а обжиге смеси - по схеме полусухого. Основные технологические операции и последовательность их выполнения при комбинированном способе получения клинкера следующие.

Приготовленный в сырьевой мельнице шлам влажностью 35-45% после его корректировки  поступает в дисковый или барабанный вакуумфильтр, 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 "сухаря" и снижает остаточную влажность в нем до 12-14%.

Приготовленная таким образом  сырьевая смесь поступает на обжиг, который может осуществляться в  печах полусухого способа производства.

Остальные операции производства портландцемента  по комбинированному способу не отличаются от соответствующих стадий мокрого способа производства.

7. Типовые нормы естественной  убыли цемента при транспортировании

1 Железнодорожный (в крытых вагонах-хопперах и цистернах-цементовозах насыпью) 0,4% от массы