Технологический процесс производства цемента

Сырье на завод доставляется обычно большегрузным автотранспортом, хотя возможно использование ленточных конвейеров или гидротранспорта. Иногда цементные заводы строят возле обширных залежей глины. Тогда глина дробится непосредственно на месте добычи и, перемешанная с водой поступает в глиноболтушку непосредственно по трубопроводам. 
Твердые породы предварительно дробят в дробилках (двух- или трехстадийное дробление) до размеров кусков 8-10 мм. Мягкие породы (глину и мел) измельчают в дробилках до кусков размером 100 мм, а затем распускают в глиноболтушках - железобетонных круглых резервуарах диаметром до 10 и высотой 2,5-3,5 м, футерованных изнутри чугунными плитами. В центре болтушки вращается крестовина с прикрепленными к ней стальными граблями для измельчения глины.

Глину в болтушку подают небольшими порциями вместе с водой. Грабли разбивают большие куски на зерна размером не более 3-5 мм, которые легко распускаются в воде. Полученный шлам насосами перекачивается в расходные бункера сырьевой мельницы для помола с дробленым известняком. Если в качестве карбонатного сырья используется мел, то его предварительно (после дробления) вместе с глиной распускают в болтушках, а затем домалывают в мельницах. Крупные включения собираются на дне резервуара и периодически удаляются. 
Качество цемента существенно зависит от химического состава сырьевой смеси, поступающей на обжиг. Однако из-за неоднородности сырья химический состав может изменяться. Поэтому необходимо постоянно следить за химическим составом шихты и корректировать его в процессе работы. Но контролировать состав путём непосредственного забора проб из печи невозможно. Контроль достигается использованием вертикальных и горизонтальных шламбассейнов. Шлам из мельницы подается сначала в первый вертикальный бассейн. Шлам другого состава поступает во второй вертикальный бассейн. Зная точный химический состав этих двух шламов, можно рассчитать состав требуемого шлама. Путем перекачивания нужных количеств шлама из этих бассейнов в третий получают готовый для обжига шлам. При перекачивании откорректированного шлама в вертикальный бассейн его тщательно перемешивают струями сжатого воздуха (аэрируют). Перед подачей в печь шлам из вертикального бассейна перекачивают в горизонтальный, где его перемешивают механическим способом.

Порционное корректирование состава шлама - довольно длительная и трудоемкая технологическая операция. К тому же этот процесс периодический. Более перспективен поточный способ приготовления сырьевого шлама.

Химический состав шлама постоянно проверяется автоматически работающими пробоотборниками и рентгеновским квантометром. Шламы из двух бассейнов смешиваются и попадают в третий - расходный, пройдя предварительно экспресс-анализ с помощью сложных электронных устройств. 
Обжигают сырьевую смесь (шлам) во вращающихся печах различной длины и диаметра. Топливо в виде газа или каменноугольной пыли вдувается в печь с нижнего конца. Дымовые газы с температурой 150-200 °С удаляются со стороны верхнего конца

Клинкер, полученный на выходе из печи подлежит помолу в трубных мельницах открытого или замкнутого цикла. Тонкость помола характеризуется остатком на сите и составляет 8-12% для большинства цементов.

Хранят готовый цемент в цементных силосах - железобетонных ёмкостях диаметром 10-12 метров и высотой 20-25м., вмещающие 2500-4000т. цемента.

4.Особенности  производства

 

Производство быстротвердеющего портландцемента (БТЦ), особобыстротвердеющего портландцемента (ОБТЦ), сульфатостойкого портландцемента, пуццоланового портландцемента и других цементов отличается рядом особенностей. БТЦ и ОБТЦ отличаются от обычного портландцемента интенсивным набором прочности в первый период твердения. БТЦ марки 400 через 3 суток обеспечивает прочность при сжатии 25 МПа, а в возрасте 28 суток 40 МПа, БТЦ марки 500 соответственно 28 и 50 МПа.

Получают БТЦ совместным измельчением до удельной поверхности 3500-4000 см2/г портландцементного клинкера с содержанием СзS и СзА около 60-65 % и гипса, содержание которого в пересчете на S0з не должно превышать 3,5 %. Быстротвердеющий портландцемент получают из однородной по составу сырьевой смеси с пониженным содержанием вредных примесей. Использование БТЦ и ОБТЦ в производстве бетонных и железобетонных изделиях и конструкциях позволяет сократить время твердения бетона.

Сульфатостойкие цементы, образующие цементный камень, устойчивый к агрессивному действию вод, содержащих сульфатные анионы SО2-4..К этой группе цементов относят сульфатостойкий портландцемент (без добавок и с минеральными добавками), сульфатостойкий шлакопортландцемент, пуццолановый портланд-цемент. Получают сульфатостойкие цементы измельчением клинкера с содержанием СзА не более 5 %, Сз5 - 50 %, СзА+С4АР-22 % с добавками и без добавок. По ГОСТ 22266-76 (сизм.) сульфатостойкие цементы имеют марки 300, 400 и 500.

При изготовлении шлакопортландцемента в качестве активной минеральной добавки применяют гранулированный доменный шлак. Шлак можно вводить не только на стадии помола, но и при получении клинкера, заменяя часть глинистого компонента. Это снижает расход топлива, так как не требуются затраты теплоты на разложение глины.

Сырьевую смесь с использованием шлака можно получать как сухим, так и мокрым способом. Более распространен сухой способ, так как при мокром способе шлак быстро расслаивается вследствие выпадения в осадок частичек шлама. Смесь готовят путем совместного помола известняка и шлака в мельницах по замкнутому циклу, причем помол совмещают с сушкой. Если шлак имеет влажность более 10 %, то его предварительно сушат в сушильных барабанах при температуре не выше 600-700 °С. Повышение температуры приводит к расстекловыванию шлака и снижению его активности. Получают шлакопортландцемент помолом в многокамерных мельницах клинкера, высушенного шлака и гипса. Количество кислых шлаков в шлакопортландцементе 30-40 %, основных - 50-60 %.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент изготовляют более тонким измельчением обычной сырьевой смеси (до 4000-5000 см2/ г), используя для этого двустадийный помол: вначале измельчают клинкер, а затем клинкерный порошок, шлак и гипс.

Пуццолановый цемент получают совместным помолом клинкера, гипса и активной минеральной добавки (20-40 %). Добавки перед помолом дробят и сушат до влажности 1-2 %. Совместный помол производят в многокамерных трубных мельницах по открытому циклу так как большинство активных минеральных добавок менее прочны, чем клинкер. В случае использования плотной, твердой добавки помол ведут по замкнутому циклу.

5.Анализ трудозатрат технологического процесса

 
Ввиду высокой зависимости спроса на цемент, а значит и на цементное сырье от объемов строительства (где потребляется более 80% цемента), в предкризисные годы в условиях строительного бума наблюдался устойчивый рост мирового производства цемента. Среднегодовой прирост за 2007-2014 гг. составил 7,2 процентных пункта. В 2012 и 2013 гг., по мере снижения темповроста строительства, темпы роста производства цемента снижались ежегодно на 4-5 процентных пункта. В 2013 г. объем мирового цементного производства оценивался в 2,8 млрд т. Для производства указанного объем цемента в мире используется порядка 4,5-5 млн т цементного сырья. 
При этом основным мировым производителем цемента является Китай. 

Динамика мирового производства цемента, а также выпуска данной продукции Китаем представлены на рисунке

 

 

доли основных стран- производителей в общемировом объеме выпуске

 

 

 

 

 

Российский рынок цементного сырья зависит от состояния отечественной цементной промышленности (что, в свою очередь, соответствует уровню развития строительной индустрии), а также от конъюнктуры мирового цементного рынка.

• Производственные затраты
• Затраты на покупку сырья и материалов:
• Зола (цена – 1400 руб./т.) – 109 340 000 рублей;
• Известняк (цена – 600 руб./т.) – 106 260 000 рублей;
• Гипсовый камень (цена – 715 руб./т.) – 6 449 300 рублей;
• Расходы на покупку каменного угля (цена – 3400 руб./т.) – 149 600 000 рублей;
• Расходы на оплату электроэнергии (цена – 3,39 руб./кВт.ч) – 74 580 000 рублей.

Исходя из динамики трудозатрат, различают 2 возможных варианта развития технологического процесса – ограниченное и неограниченное . Построим график изменения живого и прошлого труда для определения варианта развития техпроцесса. Наши исходные данные : Тж=500/(27t+675) и Тп=0,02t +0.5:

 

 

 

 

Динамика трудозатрат.

Годы Тж Тп Тж+Тп Тж/Тп dТж/dТп

1 0,712251 0,52 1,232250712 1,369713 

2 0,685871 0,54 1,225871056 1,270132 -1,31898

3 0,661376 0,56 1,221375661 1,181028 -1,22477

4 0,63857 0,58 1,218569604 1,100982 -1,1403

5 0,617284 0,6 1,217283951 1,028807 -1,06428

6 0,597372 0,62 1,217371565 0,963503 -0,99562

7 0,578704 0,64 1,218703704 0,904225 -0,93339

8 0,561167 0,66 1,221167228 0,850253 -0,87682

9 0,544662 0,68 1,224662309 0,800974 -0,82525

10 0,529101 0,7 1,229100529 0,755858 -0,77809

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Ограниченная динамика трудозатрат.

 

С помощью графика и аналитической таблицы удалось установить , что в нашем случае имеет место ограниченный вариант развития. Момент времени до которого развитие целесообразно равен t=4,9 г.

В техпроцессе имеет место трудосберегающий техпроцесс, потому что Тж- уменьшается, а Тп – возрастает.

Установим в какой степени снижаются затраты Тж по мере роста Тп. Для этого найдем отношение (Тж)”=dТж/dТп .Мы видим ,что значение отношения возрастает => реализуется возрастающий тип отдачи дополнительных затрат овеществленного труда.

В нашем техпроцессе мы обнаруживаем ограниченный путь развития, который называется рационалистическим. Он связан с уменьшением затрат живого труда за счет роста затрат прошлого труда. Вместе с тем живой труд уменьшается в большей степени, чем возрастет прошлый труд.

Рассчитываем параметры технологического процесса L , B , Y для момента времени t=3.

Воспользуемся моделью рационалистического развития техпроцесса.

L=1/Тж =1,512 
B=Тп/Тж =0,84672 
У=(1/Тж)*(1/Тп ) =2,7 
У*=У/L=1/Тп=1,7857

Это соотношение справедливо для механизированных процессов и является математической моделью закона рационалистического развития техпроцесса.

Математическая модель закона рационалистического развития техпроцесса 
Годы L=1/Тж B=Тп/Тж У=(1/Тж)*(1/Тп) У*=У/L=1/Тп

1 1,404   0,73008              2,7              1,923076923

2 1,458   0,78732              2,7               1,851851852

3 1,512   0,84672              2,7               1,785714286

4 1,566   0,90828              2,7               1,724137931

5 1,62   0,972 2,7                           1,666666667

6 1,674   1,03788       2,7                1,612903226

7 1,728   1,10592       2,7                1,5625

8 1,782   1,17612       2,7                1,515151515

9 1,836   1,24848       2,7                1,470588235

10 1,89   1,323 2,7                            1,428571429

Очевидно , что У*>L на протяжение первых 5-и лет, отсюда следует , что рационалистическое развитие техпроцесса производства извести целесообразно до 4 года включительно. Далее оно становиться нецелесообразным.

Рентабельность производства портландцемента достаточно высокая и составляет 24 %. Срок окупаемости можно уменьшить, увеличив объемы производства строительного материала за счет изменения режима работы предприятия. 
Снижение объемов строительных работ привело к падению цены на цемент, вследствие чего объем импортных поставок значительно уменьшился. Спад спроса привел к образованию временного переизбытка цемента, что, естественно повлекло за собой резкий спад добычи цементного сырья и объемов производства цемента.

Заключение

 
Цемент по своей сути представляет вяжущее вещество в форме порошка, получаемое посредством обжига и размалывания смеси из глины, известняка и различных добавок. Он сумел найти весьма обширное применение в строительстве зданий и отдельных частей конструкций домов, дорог, различных сооружений, инженерных систем и прочего.

Российская цементная промышленность в основном ориентирована на изготовление цемента по мокрому способу, но постепенно происходит сдвиг в сторону именно сухого, так как он более экономичный.

В настоящее время конкуренция на российском цементном рынке привела к тому, что многие мелкие предприятия вынуждены сокращать объемы выпуска продукии и фактически находятся в стадии консервации производства. Остаются крупные компании, которые имеют большие объемы производства , а также используют энергосберегающие технологии и снижают затраты на производство продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 
1. И. Ф. Бунькин: Строительные материалы и изделия.

2. Гаряев С.Г. Основы технологии и технико-экономическая оценка производства строительных материалов, изделий и конструкций.

3. Издательство: НТС "Стройинформ": Сухие строительные смеси. Бетоны. Материалы и технологии.

4. Источник эл. Журнал http://stroyres.net/: «Технология производства цемента в промышленных и домашних условиях»

5. Лабзина Ю.В.: Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций; М.:Стройиздат 1988

6. Лермит Р.: Проблемы технологии бетона

7. П. Майоров:  Бетонные  смеси. Рецептурный справочник для  строителей и производителей  строительных материалов.

8. Виктор Основин, Лариса Основина: Справочник современных строительных материалов и конструкций.

9. Александр Панченко: Микроцементы. Учебное пособие.

10. Сопин М.В. Основы технологии и технико-экономическая оценка производства строительных материалов, изделий и конструкций.

11. Сулименко Л.М. Технологии  минеральных вяжущих материалов  и изделий на их основе: Учеб. для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2000

12. Федин А. : Научно-технические основы производства и применения силикатного ячеистого бетона.

13. Ченцов И.В.. Основы технологии  важнейших отраслей промышленности. Мн.: Вышэйшая школа 1989

14. Чернов Михаил : Изделия и материалы для индивидуального строительства. Справочное пособие.

15. Чистов Ю.Д. Технология  производства строительных материалов, изделий и конструкций; М.:Стройиздат 1988