Производство портландцемента

Добывают и дробят известняк и глину при сухом способе производства с помощью тех же механизмов, что и при мокром способе. Раздробленное сырьё сушат в сушильных барабанах до остаточной влажности 1–2%, а затем подвергают тонкому измельчению в мельницах, работающих по открытому или замкнутому циклу.

В настоящее время всё шире начинают применять каскадные мельницы без мелющих тел (типа Аэрофол), сырьевые материалы в которых измельчаются под действием падающих кусков самого материала. Следовательно, работают они без специальных мелющих тел или с очень небольшим их количеством. Эти мельницы применяют для измельчения сырья с влажностью до 20%, а по ряду данных и с большей влажностью.                        

Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах того или иного типа, направляется на гомогенизацию и корректирование в специальные железобетонные силосы до 500–2000 м3. Чем неоднороднее сырьё, тем меньше обычно вместимость отдельных силосов. Муку в них перемешивают с помощью сжатого воздуха, вводимого через керамические пористые плитки, укладываемые на днище силосов. Иногда вместо керамических применяют специальные металлические плитки или даже перфорированные трубы, покрытые тканью. Воздушные струи, проникающие в муку, аэрирует её, что сопровождается уменьшением плотности. Одновременно материал приобретает дольшую текучесть.

Используется способ непрерывной гомогенизации, при котором мука непрерывно подаётся на верх большого силоса, заполненного уже аэрированной и гомогенизированной смесью. Одновременно у днища силоса непрерывно отбирается готовый материал. Ёмкость силоса принимается равной 8 – 10-кратной часовой производительности мельниц. Высота силоса в 1,5 – 2 раза больше их диаметра.

Южгипроцементом запроектирован Агдамский цементный завод, в котором принят сухой способ производства. Годовая мощность завода до 2300 тыс. т цемента при двух технологических линиях. При вводе в действии третий линии выпуск вяжущего достигнет 3450 тыс. т.

Сырьём является известняки и суглинки с влажностью соответственно до 9 и 14%.

Дробления известняка предусмотрено сначала в щековых и затем молотковых дробилках производительностью 500 т/ч. Суглинки дробятся и одновременно сушатся в молотковой дробилке производительностью 250 т/ч, а затем усредняются на складе с помощью штабелеукладчика «Усреднитель-120». Он отбирает материал из разных штабелей и передаёт на ленточные транспортёры. Сырьё из карьера на завод перемещается с помощью ленточного транспортёра на расстояние 4,5 км.

Помол и сушка сырья производится в шаровых мельницах размером 4,4 на 10 м, производительностью 10 т/ч, работающий в замкнутом цикле. Для сушки используется тепло отходящих газов печей. Хранение и усреднение смеси производится в двухъярусных силосах. Обжигается смесь в двух печах. Печь производительностью 3000 т клинкера в сутки каждая оснащена четырёхступенчатыми теплообменниками.

Клинкер, дробленый гипс и активные добавки хранятся в силосах диаметром12 м и ёмкостью 1800 м3.

Измельчение клинкера с добавками предусмотрено в четырёх шаровых мельницах размером 4 на 13,5 м производительностью по 90 т/ч, работающих в замкнутом цикле.

Годовая мощность завода по клинкеру 1970 тыс. т. Выработка одного рабочего производства 12400 т в год. Расход условного топлива на 1 т клинкера 126 кг, электроэнергии на 1 т цемента 115 квт ч.

Помол клинкера осуществляют по открытому или замкнутому циклу с применением одностадийного, а иногда и двухстадийного измельчения.

При помоле материалов наблюдается значительное выделение тепла, вызывающее нагревание мелющих тел и материала до 120–150о С и более, что резко складывается на производительности помольных установок. В связи с этим размалывать следует только холодный клинкер. Кроме того, большое значение приобретают способы, способствующие уменьшение температуры материала при его измельчении. Для этого применяют, во-первых, вентиляцию мельниц и, во-вторых, впрыскивают в них воду. Иногда используют также и орошение водой корпуса мельницы снаружи.

Положительно влияют на процесс измельчения введение в материал интенсификаторов помола в виде поверхностно-активных веществ (ПАВ): сульфитно-дрожжевой бражки – СДБ, мылонафт, петролатума, триэтаноламина, контакта Петрова, угля и некоторых других веществ. Они повышают эффективность измельчения клинкера, так как понижают его сопротивляемость помолу, а также способствует уменьшению агрегации частичек материала и их налипания на мелющие тела. Это объясняется тем, что указанные вещества адсорбируются активными участками частичек. Различные добавки вводят в количестве 0,02–0,5% массы цемента.

Хранят цемент обычно в железобетонных силосах диаметром 8–18 м и высотой 25–40 м. Ёмкость их достигает 2500–10000 тонн и более. Силосы размещают блоками на колоннах или на железобетонной плите, уложенной прямо на грунт. Общая ёмкость силосов соответствует обычно не менее 10-суточной производительности завода. Склады оборудуется подъездными путями, а также устройствами для взвешивания цемента, отправляемого в железнодорожных вагонах и автоцементовозах. В силосах устанавливают автоматически действующие измерители уровня цемента /4/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Технологическая часть

 

2.1 Номенклатура продукции

 

 

Цемент следует изготовлять в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утверждённым в порядке, установленном министерством-изготовителем.

По вещественному составу цемент подразделяется на следующие типы:

портландцемент с добавками (с активными минеральными добавками не более 20 %).

По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемента подразделяют на марки:

портландцемент – 400, 500, 550 и 600;

При производстве цементов применяют:

клинкер, по химическому составу соответствующий технологическому регламенту. Массовая доля оксида магния (MgO) в клинкере не должна быть более 5%;

гипсовый камень по ГОСТ 4013-82. Допускается применение фосфогипса, борогипса, фторогипса по соответствующей нормативно-технической документации;

гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки по ГОСТ 3476-74 и другие активные минеральные добавки по соответствующей нормативно-технической документации;

добавки, регулирующие основные свойства цемента, и технологические добавки по соответствующей нормативно-технической документации.

Предел прочности цемента при изгибе и сжатии должен быть не менее значений, указанных в Таблице 1 /5/.

 

 

Таблица 1 – Пределы прочностей на изгиб и сжатие.

 

Обозначение вида цемента	Гарантированная марка	Предел прочности, МПа (кгс/см2)
		при изгибе в возрасте 28 сут.	при сжатии в возрасте 28 сут.
ПЦ-Д20	300 400 500 550 600	4,4(45) 5,4(55) 5,9(60) 6,1(62) 6,4(65)	29,4(300) 39,2(400) 49,0(500) 53,9(550) 58,8(600)

 

 

 

 

2.2 Сырьё

 

 

Сырьевыми материалами для производства клинкера служат карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция и глинистых пород, содержащие кремнезём, глинозём и оксид железа. В среднем на изготовление 1 т цемента требуется до 1,5 т исходного сырья.

Наряду с материалами природного происхождения цементная промышленность во всеувеличивающемся объёме начинает использовать побочные продукты (отходы) разных отраслей промышленности, например доленные шлаки, нефелиновый шлам и др.

Плотность плотных известняков достигает 2400 – 2700 кг/м2. Влажность этих материалов колеблется в проделах 2 – 6%. Известняки содержат до 90% и более углекислого кальция и небольшие количества кварцевого песка, глинистых материалов и др. По химическому составу эти материалы характеризуются преимущественным содержанием оксида кальция, СО2. они содержат также небольшое количество кремнезёма, глинозёма и др. Содержание оксида магния более 3 – 3,5% и серного ангидрита более 1,5 – 1,7% недопустимо.

При разработке технологической схемы производства портландцемента прежде всего учитывают химический и петрографический состав, а также физические свойства и влажность карбонатных пород.

Глины представляют собой тонкодисперсные осадочные горные породы и легко дают суспензии, когда их разбалтывают с водой.

Глины сильно различают по минералогическому гранулометрическому составу часто в пределах даже одного месторождения. Не редко они содержат значительное количество включений в виде песка и гравия, что вызывает необходимость предварительного их обогащения.

По минералогическому составу глины характеризуются преимущественным содержанием водных алюмосиликатов и кварцевого песка. Легкоплавкие глины состоят в основном из кремнезёма (70–80%), глинозёма (3–10%), окиси железа (3–6%) и небольшого количества карбонаров кальция и магния. В отдельных случаях содержание окиси кальция может достигать 10–25%, а окиси магния – 3–5%. Иногда в глинах присутствуют соединения, содержащие SO3, Na2O, K2O. Включения веществ, содержащие эти окислы, а также MgO нежелательны, и их количество должно быть минимальны.

Влажность глин колеблется в пределах 15–25%. Плотность комовой глины 1800–2000 кг/м2.

В цементном производстве используются также глинистые сланцы и лёссы. Сланцы характеризуются слоистостью и значительной прочностью /4/.

При обжиге колчедана образуется огарок, состоящий в основном из Fe2O3. Кроме того, в огарке находятся сера в виде соединения FeS и в виде сульфатов кальция и бария, а также силикаты и продукты окисления различных примесей присутствовавших в колчедане.

Количество образующегося огарка зависит от содержания в сырье серы, полноты её выгорания, условий обжига и пр. Чем меньше в сырье серы, тем больше образуется огарка.

Огарок представляет собой мелкий порошок с примесью серы и цветных металлов (Cu, Zn) в количествах, превышающих нормы, установленные для доменного процесса. Поэтому огарок, использующийся для чугуна, подвергают следующей переработке, при которой в нем уменьшается содержание S и увеличивается содержание Fe до 60 – 70 %. Из огарка извлекаются ценные примеси и он агломерируется.

Часть образующегося огарка используют в цементной промышленности. Для этого огарок обрабатывают серной кислотой, затем полученный сульфат железа обжигают с некоторыми добавками. От температуры обжига и типа добавок зависит оттенок пигмента /6/.

Гипс CaSO4×2H2O представляет собой скопление белых или бесцветных кристаллов, иногда окрашенных металлическими примесями в голубые, жёлтые или красные тона. Блеск стеклянный. Плотность 2.3 г/см3, твердость 2. Для гипса, развивающегося в пустотах и трещинах, характерно волокнистое строение и шёлковый блеск. Иногда гипс встречается в виде тонкозернистых и землистых агрегатов, а также слагает цемент песчаника.

Доменные шлаки по своему химическому составу напоминают цементный клинкер. В них преобладают оксиды: 30-50% CaO; 28-30% SiO2; 8-24% Al2O3; 1-3% MnO; 1-18% MgO, общее содержание которых достигает 90-95%.

Шлак, применяемый в качестве добавки к цементу, обязательно подвергается быстрому охлаждению водой или паром. Эта операция называется грануляцией, так как в процессе быстрого охлаждения шлаковый расплав распадается на отдельные зерна (гранулы). Быстрое охлаждение препятствует кристаллизации шлама, и он получается в стеклообразном и тонкозернистом химически активном состоянии. Поэтому гранулированный шлак является активным компонентом шлакопортландцемента, он взаимодействует с гидроксидом кальция с образованием низкоосновных гидросиликата и гидроалюминара кальция /7/.

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Расчёт состава сырьевой смеси

 

 

Сырьевая смесь рассчитывается, исходя из химического состава сырьевых компонентов и модулей характеристик клинкера:

 

 

 

 

 

 

где n – силикатный модуль;

КН – коэффициент насыщения;

CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 - содержание соответствующих оксидов в компонентах, сырьевой смеси и клинкера, %.

Химические составы сырьевых компонентов сводят в таблице 2.

 

Таблица 2 – Химический состав исходных сырьевых материалов.

 

Компоненты	Химический состав, %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	R2O	ППП	сумма
Известняк 3 Глина 3 Песок	2,36 68,40 97,10	0,93 12,53 1,47	0,88 5,29 0,13	53,90 3,58 0,43	0,72 - 0,28	0,13 - 0,30	- - -	41,08 6,62 0,29	100,00 96,42 100