Разработка материального баланса и основных проектных технологических решений цеха обжига цементного завода

Министерство образования  Республики Беларусь.

 

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ.

 

 

 

 

 

 

Кафедра  “Строительныe материалы и изделия”.

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО “ВЯЖУЩИМ ВЕЩЕСТВАМ”

 

на тему: Разработка материального  баланса и основных проектных

                технологических решений цеха  обжига цементного завода.

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 3-го курса

                                                                         гр.112212 Зуев С.В.

                                                                           Руководитель: доцент

Дзабиева Л.Б.

                                            

 

 

 

 

 

 

Минск-2004 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Введение______________________________________________  3

 

2. Характеристика продукции  (ГОСТ, ТУ)____________________  5

 

3. Технологическая часть__________________________________   8

 

4. Мероприятия по охране  труда и окружающей среды_________ 36

 

5. Список использованной  литературы_______________________ 39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

В связи с большим промышленным, военным и гражданским строительством в начале 19 века велись работы над решением проблемы получения гидравлического вяжущего вещества из искусственной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины. Созданное новое вяжущее вещество было названо портландцементом, так как оно в затвердевшем виде по цвету и прочности сильно походило на портландский камень, добываемый вблизи города Портланд.

В 1825 году в Москве  была опубликована книга Егора Челиева  под названием «Полное наставление, как изготавливать дешевый и лучший мергель или цемент, весьма прочный для подводных строений, как-то: каналов, мостов, плотин, подвалов, погребов и штукатурки каменных и деревянных строений». Егор Челиев описывает способ производства вяжущего из смеси извести или известковой штукатурки с глиной. Он считает необходимым обжиг смесей при белом калении до частичного расплавления компонентов в стекло, а также последующее измельчение полученного продукта и рекомендует при затворении вяжущего водой вводить небольшое количество гипса.

Изобретателем современного портландцемента часто считают  англичанина Джозефа Аспдина. В 1824 г. он получил патент на изготовление вяжущего вещества из смеси извести  с глиной обжигом ее до полного  удаления углекислоты.

Егор Челиев, понимавший значение обжига смеси исходных компонентов «добела», описал уже применявшийся метод изготовления гидравлического вяжущего, который был более совершенным, чем способ Джозефа Аспдина. Поэтому основоположником производства портландцемента в нашей стране считают Е. Челиева.

В России первый завод  по производству портландцемента был  построен в Петербурге в 1839 г. Затем  были основаны заводы в Риге (1866 г.), Щурове (1870 г.), Подольске (1879 г.). Мощность первый заводов была не велика и  составляла десятки тонн цемента в год.

В начале 20 века, когда зародилось производство асбестоцементных изделий, оно базировалось на применении портландцемента, качество которого характеризовалось тогда пределом прочности при сжатии     раствора 1:3 жесткой консистенции примерно 10МПа. Выпускались, в основном, плоские прессованые асбестоцементные изделия. Основной продукцией в настоящее время являются непрессованые волокнистые кровельные листы обыкновенного и усложненного профиля разных размеров, весьма знаителен объем производства асбестоцементных труб.

Современная строительная техника  базируется преимущественно на применении цементного бетона и растворов. Большое  разнообразие строительных конструкций, особенности их сооружения и существенные различия условий службы при различных  видах агрессивных воздействий вызвали необходимость создания цементов со специальными техническими свойствами, которые могли бы использоваться при строительстве гидроэлектростанций в транспортных сооружениях, при промышленном производстве сборных, обычных и преднапряженных железобетонных конструкций, в строительстве морских и океанических сооружений, для автомобильных дорог и аэродромов, при бурении нефтяных и газовых скважин, для производства асбестоцементных изделий, огнеупорных бетонов и т.д.

Технический прогресс в строительной индустрии, расширение фундаментальных знаний в области химии цемента, возросшая актуальность проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов – все это вызвало необходимость усиления научных работ по специальным цементам, различающимся по химическому составу.

В настоящее время  выпускаются разнообразные цементы, в том числе портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и др. Выпускается большое количество портландцемента марок 500-600, а также  специальные цементы – асбестоцемент,  сульфатостойкий, гидрофобный, пластифицированный, дорожный и др.

Разработка технологии производства и применения специальных  портландцементов, обладающих высокой  механической прочностью при изгибе, стойкостью против выщелачивания минерализованными водами была вызвана тем, что обычные портландцементы разрушались в этих условиях. Многолетние исследования позволили установить физико-химические процессы, вызывающие выщелачивание портландцемента. Эти работы послужили основанием выбора специального цемента, который получил название асбестоцемент.

Асбестоцементом называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания смеси, состоящей из цемента, воды и асбеста, который в асбестоцементе армирует цементный камень, обеспечивая высокую прочность изделий при растяжении и изгбе. Асбестоцемент – композиционный материал. Тонкие волокна асбеста, равномерно пронизывая массу гидратированного цемента, повышают его сопротивление растяжению.

Цементный камень играет роль матрицы. Введение арматуры в матрицу обеспечивает получение нового материала, основные механические свойства которого отличаются от свойств матрицы и арматуры, взятых отдельно. Он отличается небольшой плотностью, малой тепло- и электропроводностью, высокой огнестойкостью, водонепроницаемостью и морозостойкостью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ХАРАКТЕРИСТИКА  ПРОДУКЦИИ

 

Основным видом цемента, применемым при традиционной технологии асбестоцементных изделий, является портландцемент (ПЦ), для получения цветного и декоративного асбестоцемента – белый и цветные цементы и минеральные, а также органические пигменты.

Портландцементный клинкер представляет собой многоминеральный и поликристаллический  продукт. Минералы, входящие  в его  состав склонны к полимиорфизму  и сполсобны растворять в своих кристаллических решетках различные примесные элементы, образуя с ними твердые растворы внедрения или замещения. Процессы клинкерообразования зависят от характера газовой среды, режимов обжига  и охлаждения, природы сырьевых материалов, что усложняет фазовый состав  клинкеров. Приводит  к возникновению неравновесных соединений. Это обстоятельство следует учитывать  при оценке влияния  основного минералогического  состава цемента, получаемого на различных цементных заводах, на технологию асбестоцементных изделий и их свойства.

Клинкер состоит в основном из кристаллов силикатов кальция - алита C₃S и белита C₂S, а также промежуточной «фазы», запролняющей объем между ними. Она также поликристаллическая и полименаральная, основные ее составляющие – C₃A, C₄AF и стекло.

Трехкальциевый силикат C₃S существует в шести полиморфных модификациях – моноклинной MI-a, MI-b, триклинной T₁, T₂, T₃ и ромбической R. Миткрорентгеноспектральный анализ позволил установить сложны йсостав алита промышленных клинкеров.

Содержание окислов в алите, в процентах по массе находится в следжующих пределах: CaO – 70,9 – 73,1; SiO₂ – 25,63 – 23,39; Al₂O₃ – 0,7 – 1,94; Fe₂O₃ – 0,35 – 1,36; MgO – 0,23 – 1,1; TiO₂ – 0,05 – 0,27. Количество MgO и Fe₂O₃ в алите пропорционально их содержанию в клинкере, причем в состав алита входит примерно половина общего количества MgO в клинкере.

Твердые растворы замещения, образуемые C₃S c Al и Fe, дают только триклинные модификации, а одновременное присутствие таких малых составляющих, как MgO, Al₂O₃ и Fe₂O₃, стабилизирует модификацию. По гидратационной активности C₃S и его твердые растворы располагаются в следжующий ряд: C₃S < C₃SM < алит клинкера < C₃SA. В большинстве промышлденных клинкеров фаза алита в основном представлена модификацией MI-b.

Белит C₂S существует в виде четырех форм, которые поджвергаются полиморфному превращению со снитжением температуры от 14400-1500 C.         В портландцементном клинкере белит преимущественно представлен метастабильной при обычной температуре модификацией, в решетке которого =C₂S в значительной степени присутствукют инородные ионы.Ион Ca²⁺ при этом может значительно замещаться: Mg²⁺, K⁺, Na⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Ba²⁺, а анион SiO₄^4- анионами, PO₄^3-, SO₄^2-,  причем анионные замещения приводят к стабилизации   -C₂S. При повышенном соджержании плохорастворимых щзелочей, входящих в сосмтав основныъх клинкерных фаз, в клинкерах наблюдается также -C₂S.

Трехкальциевый алюминат C₃A в чистом виде не обладает полдиморфизмом. В клинкере он образуент так называемое «прямоугольное» темное промежуточное вещество. В состав кристаллов C₃A может входить большое количесьтво примесей – K₂O, Na₂O, MgO, Fe₂O₃, SiO₂.

Рентгеноструктурный анализ  показал, что C₃A обычно имеющий кубическую кристаллическую решетку (С) при наличии примесей щелочных элементов (Na, K) приобретает призматическую – орторомбическую (О) иои тетрагональную (Т)- форму, причем возможно  существование двух форм.

При максимальном содержании в C₃A, Na₂O или K₂O образуются фазы, которые часто обозначают как NC₈A₃ или KC₈A₃. В большинстве заводских клинкеров алюминаты кальция представлены либо кубической, либо призматической формой, причем, если содержание плохорастворимой Na₂O₃ более 0,2%, то преобладает вторая.. Повышенная гидратационная активность щелочесодержащих алюминатных фаз может отрицательно влиять на технологические свойства цемента.

 C₄AF, относящийся к алюмоферритовой составляющей (так называемому светлому ферритовому веществу) способен образовывать твердые расьтворы с C₅A₃. В клинкере A-F фазы в основном в пределах C₄AF – C₈A₃F или C₆AF₂ – C₆A₂F, т.е в среджгнем приближаются к C₄AF. В их состав входят также примеси Na₂O, K₂O, Al₂O₃, MgO, TiO₂, MnO.

Стекловидная фаза в  клинкере представляет собой неравновесный продукт, образующийся в результате его быстрого охлаждения. Состав  застывшей эвтектики в системе СаО – Al₂O₃ – Fe₂O₃ – SiO₂,  следующий, %: CaO=54,8; SiO₂=6; Al₂O₃=22,7 и Fe₂O₃.

При петрографическом контроле качества клинкера можнго четко выделить несколько микрострукетурных форм алита и белита. Указанные формы алита можно характеризовать следующими особенностями:

1 – вытянутые кристаллы  с соотношением осей 2:1;

2 – шестигранники  с соотношением с соотношением  осей (в плоскости шлифа) 2:1

3 - таблитчатая форма;

4 - смешанная (таблитчатая и неопределенная) форма;

5 - неопределенная форма.

Соответственно белит  имеет следующие отличия:

1 - кристаллы плотной округлой формы;

2- кристаллы плотной неопределенной  формы; 

3 - неплотные кристаллы, имеющие иногда легкие зазубрины по краям;

4 – кристаллы зазубренной формы; 

5 – отдельные чешуйки.

Между микроструктурой  алита, белита и промежуточного  вещества и соджержаниенм в клинкерах  малых сосмтавляющих – MgO, Na₂O и FeO наблюдается достаточно четкие корреляционные зависимости. С увеличением содержания MgO микроструктура алита изменяетсмя: начинают преобладать формы кристаллов от 1 до 4, а с ростом количества FeO и Na₂O возрастает степень разрушения алита и белита с соответствующим переходом форм их микроструктуры из 1 и 2 в 4 и 5.

Ухудшение микроструктуры клинкера с разрушением алита  и белита и ростом содержания FeO наблюдается при его обжиге в востановительных условиях, а также в результате термической диссоциации алюмоферритов кальция при обжиге клинкера в мощных вращающихся печах.

Одновременно при этом наблюдается увеличение (против расчетного) содержания C₃A за счет разложения C₄AF в резульате внедрения в его структуру FeO, а также перевод части C₃A в NC₈A₄ или, при недостатке извести в C₁₂A₇, что отрицательно влияет на технологические свойства цемента.

Гранулометрический состав цемента зависит от условий обжига и сполсоба помола клинкера (открытый или замкнутый цикл), минералогического  состава и микроструктуры клинкерных минералов, влияющих наих микротвердость и ораззмалываемость, а также от достигнутой тонкоти помола (удельной поверхгности) – см. табл 1.1. При, этом, учитывая указанные различия припомоле в открытом цикле, цементы даже с близкой удельной поверхностью могут иметь различия в гранулометрическом составе. Интенсивная аспирация шаровых мельниц приводит к снижению содержания в цементах частиц менее 10 мкм и увеличению числа частиц  размером 15-40 мкм. Более четкие зависимости между удельной поверхностьюи гранулометрическим составом могут быть получены при помоле в замкнутом цикле (сепараторные мельницы)