144940 (Производство шлакопортландцемента мокрым способом), страница 3

Обычно в состав доменных шлаков входят оксиды CaO, Si0₂, А1₂0₃, MgO, FeO и сернистые соединения CaS, MnS, FeS, а иногда Ti0₂ и соединения фосфора. В незначительных количествах встречаются в шлаках и другие оксиды, существенно не влияющие на их свойства. Преобладающими в доменных шлаках являются CaO, Si0₂, A1₂0₃ и отчасти MgO, суммарное содержание которых достигает 90–95%.

По химическому составу доменные шлаки отличаются от портландцементного клинкера лишь соотношением некоторых компонентов. Шлаки содержат повышенное количество кремнезема, частично глинозема и меньше оксида кальция.

Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования сроков схватывания. Он замедляет начало схватывания и повышает прочность цементного камня в ранние сроки. Количество гипса в цементе нормируется по содержанию SO₃. В обычных цементах оно должно быть не менее 1,0 и не более 3,5%, а в высокопрочных и быстротвердеющих – не менее 1,5 и не более 4,0%.

4. Способы производства портландцементов

В настоящее время применяют три способа подготовки сырьевой смеси из исходных материалов: мокрый (помол и смешение сырья осуществляются в водной среде), сухой (материалы измельчаются и смешиваются в сухом виде) и комбинированный.

Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов, при их совместном помоле быстро достигается высокая однородность смеси, но расход топлива на обжиг сырьевой смеси при мокром способе в 1,5–2 раза больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастают размеры обычных вращающихся печей при обжиге в них мокрой сырьевой смеси, так как эти тепловые агрегаты в значительной мере выполняют функции испарителей воды.

Сухой способ, несмотря на его технико-экономические преимущества по сравнению с мокрым, длительное время ограниченно применялся вследствие пониженного качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике тонкого измельчения и гомогенизации сухих смесей обеспечили возможность получения высококачественных портландцементов и по сухому способу. Это предопределило рост производства цемента по этому способу.

Сущность комбинированного способа заключается в том, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу, затем шлам обезвоживается на пресс-фильтрах, просушивается, гранулируется и направляется в печь, при этом влажность гранул 16–20%. Комбинированный способ по ряду данных почти на 20–30% снижает расход топлива по сравнению с мокрым способом, но при этом возрастают трудоемкость производства и расход электроэнергии.

При производстве портландцемента мокрым способом применяют следующую технологическую схему. Поступающий из карьера твердый известняк с размерами кусков до 1 м подвергается одно-, двух- или трехстадийному дроблению в дробилках с доведением кусков до 8–10 мм. Поступающую из карьера мягкую глину с размерами кусков до 500 мм измельчают в вальцовых дробилках до кусков размером 0–100 мм, а затем отмучивают в болтушках. Получаемый глиняный шлам с влажностью 60–70% подают в сырьевую мельницу, где он размалывается совместно с раздробленным известняком.

Полученный шлам, влажность которого находится в пределах 32–40%, центробежными насосами транспортируется в вертикальные шламовые бассейны, где он корректируется. Это необходимо для того, чтобы обеспечить постоянство заданного заводской лабораторией химического состава шлама. Откорректированный шлам поступает из вертикальных бассейнов в горизонтальные, где и хранится до подачи в печь для обжига. В вертикальных бассейнах шлам перемешивается сжатым воздухом, а в горизонтальных – механическим путем и сжатым воздухом. Перемешивание предотвращает возможность осаждения шлама и позволяет достичь полной его гомогенизации. При использовании сырьевых компонентов, имеющих постоянный химический состав, корректирование шлама производят не в вертикальных, а непосредственно в горизонтальных бассейнах большой емкости. Обжиг шлама на клинкер осуществляется во вращающихся печах. Они представляют собой стальной барабан, который состоит из обечаек, соединенных методом сварки или клепки, и имеет внутреннюю футеровку из огнеупорного материала. Профиль печей может быть как строго цилиндрическим, так и сложным с расширенными зонами. Расширение определенной зоны производят для увеличения продолжительности пребывания в ней обжигаемого материала.

Печь, установленная под углом 3…4 к горизонту, имеет частоту вращения 0,5…1,5 мин^-1. Вращающиеся печи в основном работают по принципу противотока. Вращающуюся печь можно разделить на 5 рабочих зон:

Зона испарения – Сырье поступает в печь с верхнего (холодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливно-воздушная смесь, сгорающая на протяжении 20…30 м длины печи. Горячие газы, перемещаясь со скоростью 2…13 м/с навстречу материалу, сначала подогревают его до 100 С, а в конце он приобретает температуру 200С. В начале шлам разжижается, затем комкуется. Печи оснащены цепными завесами засчет чего материал налипает на звенья, подсыхает и распадается на гранулы. Длительность пребывания материала в печи зависит от ее частоты вращения и угла наклона, составляя, например, в печи размером 5 * 185 м около 2 ч.

Зона подогрева – здесь материал нагревается до температуры 500С-600С. На этом этапе выгорают органические примеси и начинаются реакции. Происходит дегидратация глиняных минералов и образование оксидов алюминия, кремния и железа, начинается частичное разложение карбонатов с образованием СаО и МgО.

Зона кальценирования – здесь протекает реакция разложения карбоната Са при температуре 900С -1200С.

СаО СаО+СО₂

Мощные вентиляторы удаляют СО₂ из зоны обжига. На этом этапе начинают образовываться соединения типа СаО*Аl₂О₃, появляется небольшое количество белита 2СаО*SiO₂, оксиды СаО_, Fe₂O₃, SiO₂ находятся в активном состоянии.

Зона экзотермических реакций – реакции происходят при температуре 1200С – 1300С и с выделением тепла 100 ккал. В этой зоне происходит образование двухкальциевого силиката (белита) 2СаО*SiO_2, однокальциевый алюминат насыщается известью до образования трехкальциевого алюмината 3саО* Аl₂О₃, образуется четырехкальциевый алюмоферрит (целит) 4СаО*Аl₂О₃*, Fe₂O_3. В большом количестве содержится свободная известь. Образование минералов происходит в твердо-фазовом состоянии.

Зона спекания (зона усвоения извести) – при температуре 1300С – 1450С происходит частичное плавление материала с образованием жидкой фазы. Чтобы поучить качественный клинкер материал должен находиться в зоне определенное время 6–30 мин (время зависит от размера гранул). За это время 3саО* Аl₂О₃ и 4СаО*Аl₂О₃*, Fe₂O переходит в расплав 2СаО*SiO₂. В результате происходит взаимодействие белита 2СаО*SiO₂ с СаО и образуется алит 3СаО*SiO₂. Процесс его образования постепенно замедляется и известь нацело практически не связывается. Содержание свободных оксидов кальция около 1%, т. к. будет иметь место запоздалая гидратация обожжённой извести при которой цемент характеризуется неравномерным изменением объёма.

Зона охлаждения- с температурой 1100С – 1200С клинкер выходит из печи, после чего сразу попадает в холодильник. В холодильнике клинкер подвергается резкому охлаждению для:

1. Сохранения жидкой фазы в стекловидном состоянии, которая является более реакционноспособной.

2. Сохранения мелкокристаллического строения остальных клинкерных минералов.

3. Для помола клинкера его температура должна быть 45С – 50С для предотвращения износа мельниц.

После обжига и охлаждения клинкер направляется на склад для магазинирования – вылеживания с целью гашения свободной извести, при этом клинкер может специально обрызгиваться водой. При этом он становится более рыхлым, облегчается помол и уменьшаются сроки схватывания. Полученный клинкер дозируется и отправляется в цементную мельницу. На механизированном шихтовальном дворе складируются также гидравлические добавки и гипс, которые по мере надобности подаются в бункеры цементных мельниц для совместного помола с клинкером.

Полученный портландцемент транспортируется из мельниц пневматическим путем в силосы для хранения. После определения качества цемента часть его поступает в упаковочную машину. Здесь он автоматически насыпается в бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах цементовозах.

5. Расчет производительности и определение годового фонда рабочего времени основных технологических цехов

Расчет производительности основных цехов начинается с определения годового фонда рабочего времени.

Расчетный годовой режим работы цехов определяется по формуле:

Т_год=(N_год – N_пр – N_вых)*Т_сут,

где N_год – количество календарных дней в году, 365;

N_пр – количество праздничных дней в году, 12;

N_вых – количество выходных дней в году, 100;

Т_сут – суточный фонд рабочего времени.

Таблица 5.1 Основные режимы работы цехов

Расчет производительности технологической линии начинается с основного оборудования. Производительность вычисляется по формуле:

П_год = П_час * Т_год * n * К_исп,

где П_час – часовая производительность основного оборудования, 80;

n – количество единиц оборудования, 2;

К_исп – коэффициент использования оборудования, 0,95.

П_год =80*6072*2*0,95= 922944 т/г.

7. Подбор основного технологического оборудования

Расчет производительности производят на каждой технологической операции, данные приводят в сводной ведомости Табл. 5.2

Таблица 5.2

Список литературы

1. Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: Учеб. для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2000 – 303 с., ил.

2. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине
   «Минеральные вяжущие вещества». Эталон пояснительной записки. -
   Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2004

3. ГОСТ 10178–85 (2002) «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия»

4. www.bibliotekar.ru

5. www.rim-beton.ru-cement