Технологические линии производства цветного портландцемента

Чаще всего при спекании клинкера по сухому способу используется вращающаяся печь для обжига. Основными элементами вращающихся печей являются корпус (барабан), приводной механизм, опорные бандажи с роликами, а также загрузочная и разгрузочная камеры. Корпус мечи представляет собой сварную металлическую трубу диаметром до 5м и длиной до 185м, футерованную изнутри огнеупорным кирпичом. Он опирается на специальные ролики, ширина пролета между которыми составляет для больших печей 20 - 28 м. Для перемещения материала корпус наклонен к горизонту под углом в 3°. Привод печи, с помощью которого она вращается с частотой около 1 об/мин, состоит из электродвигателя, редуктора и зубчатой передачи. Опорные бандажи кольцевой формы воспринимают на себя всю нагрузку от веса барабана, достигающую 70—80 т. Для больших печей применяют кованые бандажи прямоугольного сечения, которые надевают на корпус свободно, с небольшим зазором, учитывая последующее тепловое расширение барабана. Каждый бандаж опирается на два ролика, вращающиеся вместе с бандажом во время работы печи. Верхний торец печи входит в загрузочную камеру. Сухую шихту загружают в печь с помощью шнекового питателя через патрубок, расположенный в загрузочной камере. Улавливаемая пыль возвращается в барабан печи так же, как сухая шихта. Нижний торец печи входит в разгрузочную камеру. Между ней и барабаном ставится специальное кольцевое уплотнение. В передней стенке камеры имеются отверстия для установки горелочных устройств. К ней также примыкают устье канала, по которому готовый продукт пересыпается в холодильник.

На печи установлены современные швейцарские электрофильтры, благодаря этому эффективность степени очистки отходящих газов увеличится более чем в 10 раз. В качестве топлива новой современной печи при обжиге клинкера используется природный газ. На главном подающем топливо трубопроводе используется расходомер газа ЭМИС-ВИХРЬ 200. В составе с датчиками давления АИР и ТС-1088 производства ООО «НПП «Элемер» комплекс обеспечивает измерение и учет массового расхода газа с передачей данных на центральный пульт управления печи [8].

 

Запуск новой печи позволяет предприятию двигаться вперед, потому, что производство клинкера - основного компонента цемента - выростает на 25%. На рисунке 3 представлен образец современной вращающейся печи.

Рисунок 3 – Современная вращающаяся печь для обжига клинкера

 

Вращающиеся печи различают: по принципу теплообмена — с противотоком и с параллельным током газов и материала; по способу передачи энергии — с прямым, косвенным (через стенку муфеля) и комбинированным нагревом обрабатываемого материала.

По назначению различают вращающиеся печи для спекания шихт в производстве глинозёма, получения цементного клинкера, окислительного, восстановительного, хлорирующего обжига, прокалки гидроокиси алюминия, кокса, карбонатов, сульфатов и др., обезвоживания материалов, извлечения цинка и свинца (вельц-печи), получения железа или   сплавов цветных металлов  их прямым восстановлением из руд в твёрдой фазе (кричные печи), обжига огнеупорного сырья и др. Для движения пылегазового потока  устанавливают мощный дымосос, с помощью которого отработанные газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Пыль,  уловленная в электрофильтре, пневмонасосами по трубе подается в печь с загрузочной стороны за цепную завесу. Охлаждение клинкера происходит в колосниковом холодильнике, обеспечиваемом холодным воздухом. Так как количество воздуха, идущего на охлаждение клинкера, превышет количество воздуха, необходимого на горение, то часть воздуха из холодильника выбрасывается в атмосферу после предварительной очистки в пылеулавнивающем устройстве [8]. Во время обжига сырьевая смесь, перемещаясь вдоль печи от места загрузки к выгрузке, претерпевает ряд физико-химических превращений, в результате которых она превращается в спекшуюся каменную массу, называемую клинкером. В зависимости от процессов, которые совершаются во время обжига в различных частях печи, последняя условно делится на шесть зон.

 

В самом начале сырьевую смесь высушивают, поэтому ту часть печи, где происходит сушка, принято называть зоной сушки. Следующая зона называется зоной подогрева. В ней начинаются реакции разложения карбонатов, выгорание органических веществ и дегидратации глин. Средняя температура в зоне подогрева колеблется около 500º С.

В дальнейшем с повышением температуры до 900-1200º С продукты дегидратированных глин и карбонаты щелочноземельных металлов полностью разлагаются на окислы. Эта часть печи названа зоной кальцинирования. Здесь начинают образовываться силикаты, алюминаты и ферриты кальция.

При дальнейшем продвижении вдоль печи материал попадает в зону экзотермических реакций с еще более высокой температурой, достигающей 1300ºС.

Наконец, в зоне максимальных температур обжига при 1450- 1500ºС, называемой зоной спекания, происходит почти полное усвоение окиси кальция с образованием 3CaO-Si02 и спекание клинкера за счет появления жидких фаз. Пребывание обжигаемого материала в этой зоне должно быть не менее 20-30 мин. Спекшийся клинкер попадает в зону остывания с температурой около 1000º С, после чего поступает для дальнейшего охлаждения в барабанные, рекуператорные или колосниковые холодильники, а оттуда - в клинкерный склад.

 

3.3.5. Помол цемента

Портландцемент производится путем совместного размола клинкерного цемента, поверхностно активных добавок с небольшим количеством природного или индустриального гипса (или ангидрита) на цементном заводе. В промышленности строительных материалов применяют в большинстве случаев мельницы непрерывного действия, работающие по открытому или замкнутому циклу. Трубные мельницы сравнительно просты по конструкции, удобны в эксплуатации, обеспечивают высокую степень измельчения, поддаются автоматизации. Однако они имеют существенные недостатки: малы скорости воздействия мелющих тел на материал, в работе измельчения участвует только часть мелющих тел; рабочее пространство барабана используется всего на 35—45%; высокий удельный расход электроэнергии (35— 40 кВт ч/т цемента); значительный износ мелющих тел и футеровки (1—1,2 кг/т цементного клинкера); большая металлоемкость, высокий шум при работе. При этом удельная производительность составляет около 0,1 т/ч на 1 т массы мельницы, к. п. д. 0,005—0,01. Мельницы загружают мелющими телами на 28—35% их объема. Массу и ассортимент мелющих тел подбирают путем испытаний мельницы, при которых проверяют ее производительность и тонкость помола в отдельных камерах. Износ мелющих тел возмещают периодической догрузкой их через определенные промежутки времени (не реже чем через 100 ч работы). Через длительный срок работы (не реже чем через 1800 — 2000 ч) мелющие тела полностью заменяют.

 

Способность материалов к измельчению оценивается коэффициентом   размолоспособности, представляющим собой отношение удельного расхода энергии при измельчении эталонного материала к удельному расходу энергии на измельчение сопоставляемого с ним материала при одинаковой степени их измельчения. Обычно эталоном служит цементный клинкер средней размалываемости, коэффициент размолоспособности которого принимается за единицу. Размалывающие установки могут быть расположены отдаленно от производства клинкера [10]. Различные типы цемента должны храниться отдельно в цементных бункерах до укладывания в мешки и отправки потребителю. На рисунке 4 представлена мельница для размола цемента и его активации.

Рисунок 4 – Мельница для помола и активации цемента

 

Мельница предназначена для использования как отдельно, так и в составе технологических комплексов периодического или непрерывного действия для обработки материалов твердостью не более 9 по шкале Мо при температуре не более 110°С.

 

Техническая характеристика:

Мельница состоит из цилиндрической горизонтальной камеры, заполненной мелющими телами и измельчаемым материалом, и расположенного внутри камеры динамического вибровозбудителя. При вращении вала вибровозбудителя камера приводится в поступательное движение по траектории, близкой к круговой. При этом движение от стенок камеры передается мелющим телам, в зонах контакта которых происходит обработка материала.

 

Мельницы РВМ-55 обладает высокой удельной производительностью, малой металлоемкостью, что позволяет получить высокий экономический эффект.

Технические характеристики:

-Объем помольной камеры, 0.4 куб. м

-Частота колебаний, 25/сек

-Мощность двигателя, 55 кВт

-Производительность, 1 т/ч

-Расчетная производительность (по машинному времени) при измельчении эталона - кварцевого песка до удельной поверхности 300 кв. м/кг, при удельных затратах энергии 60 кВтч/т.

-Масса мельницы с двигателем и обрабатывающими телами, 3,5 т [10].

 

Данная мельница хорошо вписывается в концепцию цементного завода по производству цветного цемента.

 

3.3.6. Хранение цемента

К сожалению, цемент при длительном хранении существенно теряет свою активность. Главная опасность при хранении цемента - влага и углекислота присутствующая в атмосфере. В зависимости от условий окружающей среды, потеря активности может составить вплоть до 15% в месяц. Активность цемента - главнейший параметр, который отвечает за его марку и скрепляющие свойства. Так же, потеря активности существенно влияет на затормаживание процесса гидратации цемента. Причём, чем выше изначальная активность, тем быстрее она теряется. Например цемент марки 500 через пару месяцев хранения на складе, вполне может показать марку 400. А через полгода его можно просто выкинуть. Конечно, всё зависит от условий хранения цемента: в каком виде он лежит, какова влажность окружающего воздуха. В первую очередь страдает навальный цемент. Даже при хранении в герметичных цементных силосах (емкостях), во избежание слёживания, хотя бы раз в полмесяца цемент "передувается" из емкости в емкость. На рисунке 5 изображён цементный силос.

Рисунок 5 – Цементный силос

 

Силос цемента — это бункер для хранения сухого цемента, строительных смесей или иных мелкодисперсных материалов. Стандартная конструкция представляет собой металлический цилиндр, закрытый сверху крышкой с вентиляционными отверстиями и фильтрами, заканчивающийся снизу конусом с отверстием и установленным в нём шиберным затвором для выдачи цемента. Устанавливается вертикально на опорах. Цементные силосы являются составной частью склада цемента.

Отправление потребителю готовой продукции в мешках, вместимостью 50кг.

 

3.3.7. Отправка цемента

Цемент может быть отправлен или насыпью, или упакованный в мешки и уложенный в штабеля для отправки. Использование видов транспортировки (то есть дорог, железных дорог, водных путей) зависит от местных условий и требований. Структура цементного завода зависит от выпускаемой продукции. Завод, проектируемый в курсовой работе, потребляет привозное сырьё, поэтому предусмотрена железнодорожная линия, с помощью которой на завод привозятся исходные компоненты клинкера(известняк, глинистый сланец, бокситовый шлам) и двуводный гипс. С помощью железнодорожного транспорта осуществляют вывоз готовой продукции с территории завода. На рисунке 2 показан предполагаемый вид железнодорожного полотна и проход по нему вагонов с сырьём. В случаях, когда потребитель находится недалеко от территории завода или нет возможности для доставки ему продукции ж/д способом, производится вывоз продукции грузовыми автомобилями.

Рисунок 6 – Железнодорожная линия, обеспечивающая завод по производству портландцемента необходимым сырьём и осуществляющая вывоз готовой продукции.

Потребности в цветном цементе обычно невелики, его производство можно отнести к малотоннажным, поэтому зачастую потребители изготавливают его для себя, а заодно — на продажу. Среди фирм, поставляющих цветные цементы, можно назвать «Консолит», «Мастер-Класс», ООО «Оргстрой» (Россия), «Састобе-цемент» (Казахстан).

 

 4 СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА  И РАСЧЁТ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ  НА ВЫПУСК ЗАДАННОГО ОБЪЕМА  ПРОДУКЦИИ

 

Составление материального баланса позволяет определить расход материалов, подлежащих переработке на каждой технологической стадии, а также общий расход материалов, необходимый для выпуска заданного объёма готовой продукции.

 

Статьи прихода материального баланса:

-количество сырьевых компонентов, потребляемое для производства заданной продукции (цветного портландцемента)

Статьи расхода материального баланса:

-количество готовой продукции;

-количество побочных продуктов

-количество материальных потерь на каждой технологической стадии

 

Для расчётов необходимы исходные данные:

-вещественный состав цемента;

-результаты расчёта сырьевой смеси для получения клинкера;

-сведения о влажности сырьевых материалов;

-сведения о влажности сырьевой смеси;

 

15) Теоретический расход сухой сырьевой смеси на производство 1000кг цемента

с учётом потерь при прокаливании

16) Потери при прокаливании сырьевой смеси

17) Количество сухой сырьевой смеси с учётом безвозвратного уноса

18) Потери сухой смеси с безвозвратным уносом

19) Расход сырьевой смеси, с учётом её состава

20) Количество сухих сырьевых материалов с учётом потерь при помоле, складировании, транспортировке сырьевой смеси

где И,А,Ж – содержание соответственно карбонатного, алюмосиликатного и железистого компонентов сырьевой смеси(%)

21) Потери сухих сырьевых компонентов при помоле, складировании и транспортировке сырьевой смеси

 

 

22) Количество сухой извести, с учётом потерь при дроблении, транспортировке и складировании и сушке