145018 (Производство цемента), страница 4

Важнейшие оксиды, входящие в состав клинкера (СаО, SiO₂ , А1₂0₃ и Fе₂0₃), взаимодействуют в процессе обжига, образуя клинкерные минералы. Портландцементный клинкер состоит из ряда кристаллических фаз, отличающихся друг от друга химическим составом. Основные минералы клинкера: алит - 3СаО • SiO₂ (сокращенная запись С₃S); белит — 2СаО • SiO₂ (С₂S); трехкальциевый алюминат 3 СаО • А1₂0₃ (C₃А) ; алюмоферриты кальция переменного состава от 8 СаО • 3 А1₂0₃ • Fе₂О₃ до 2СаО • Fе₂0₃(С₈A₃F...C2F).

Минералогический состав клинкера влияет на технологию производства портландцемента и его свойства. Знание минералогического состава клинкера позволяет прогнозировать свойства портландцемента: скорость набора прочности при различных условиях твердения, стойкость в пресных и минерализованных водах, тепловыделение при твердении и др. Это дает в соответствии с видом сооружения и условиями его эксплуатации подбирать нужный цемент.

Алит – важнейший материал клинкера, основной носитель его вяжущих свойств. Он обусловливает возможность быстрого твердения цемента и достижения им высокой прочности.

Белит взаимодействует с водой значительно медленнее алита и в начальные сроки твердения обладает низкой прочностью. Но со временем белит набирает прочность и не уступает алиту по прочностным показателям.

Трехкальциевый алюминат быстро гидратируется, активно участвует в процессах схватывания, но вклад егов конечную прочность цементного камня сравнительно невелик. При увеличении содержания алюмоферритов кальция цементы твердеют медленно, но достигают высокой прочности. Регулирование минералогического состава обеспечивает получение цементов с заданными свойствами.

2.2 Технологическая схема производства портландцемента сухим способом

Цементное производство в укрупненном виде состоит из следующих основных переделов:

• Добыча, первичное измельчение сырья в карьерах и доставка его на

площадку цементного завода, складирование;

• измельчение и усреднение (гомогенизация) измельченной смеси, подготовка её к обжигу;

• теплохимическая обработка сырья с получением клинкера — исходного материала для переработки в цемент, охлаждение клинкера;

• помол клинкера с добавками на цемент (количество и состав добавок зависят от химического и минералогического состава исходного сырья и клинкера, требуемого сорта цемента);

• подача цемента на склад, хранение, упаковка и отгрузка.

Для производства цемента применяют мокрый, сухой и комбинированный способы.

Сухой способ производства. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом показана на рис. 10.

Рис. 10. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом

Измельчение материалов в мельницах может производиться при влажности сырья не более 1 %. В природе сырья с такой влажностью практически нет, поэтому обязательная операция сухого способа производства — сушка. Желательно совмещать процесс сушки с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу производства. В шаровой (трубной) мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка — сырьевой муки.

Возрастающие требования к экономии расхода топлива вынуждают перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. С другой стороны такие материалы характеризуются пониженной плотностью и соответственно прочностью. Предварительное измельчение таких материалов целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения « Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырьё влажностью до 25 %. Однако полностью высушиться сырьё при этом не успевает, и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой массы должна производиться её досушка.

Сырьевая мука подается в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Далее готовая шихта поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками. Полученный клинкер охлаждают в охладителе и подают на склад, где создается его запас, обеспечивающий бесперебойную работу завода. Вместе с тем выдерживание клинкера на складе повышает качество цемента. На складе также хранят гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1 %, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минеральных добавок в шаровых (трубных) мельницах обеспечивает получение цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают цемент либо навалом( в автомобильных и железнодорожных цементовозах, специализированных судах), либо в таре – многослойных бумажных мешках.

Основное преимущество сухого способа производства – снижение расходов топлива. Также при сухом способе на 35 – 40 % уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важное достоинство сухого способа производства и более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. Еще немаловажным фактором является то, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.

В мировой цементной промышленности сухой способ производства занял ведущее место. В настоящее время доля сухого способа занимает в Японии, Германии и Испании 100 %, в других развитых странах – 70 – 95 %. В России доля сухого способа производства всего 13 %.

В приложении 1 изображена схема размещения оборудования технологической линии по производству цемента сухим способом производительностью 3000 т/сут. За исходное сырье приняты известняк и глина. Известняк проходит двухстадийное дробление в щековых, а затем в молотковых дробилках. Глина измельчается в валковых дробилках и сушится в сушильных барабанах. Каждый компонент сырьевой шихты, поступающий со склада, направляется в бункера 1, снабженные затворами и весовыми дозаторами 2, и далее к конвейерам 3, доставляющим их в загрузочную воронку мельницы 4.

В отделении для помола сырья установлены две сырьевые мельницы 4 размером 4,2×10 мм. При влажности шихты, не превышающей 8% , мельница работает с подводом сушильного горячего газа от запечных теплообменников. При большей влажности сырья устанавливают топочное устройство, из которого в мельницу дополнительно подают горячий газ.

Каждая мельница работает по схеме пневматической разгрузки с воздушно-проходным сепаратором 5. Крупка, отделенная сепаратором, возвращается в мельницу на домол, готовый продукт через циклоны 14, аэрожелобы и расходомер поступает в силосы 13 сухой сырьевой муки, оборудованные системой смесительной аэрации. Из силосов 13 сырьевая мука по аэрожелобам 15 и затем пневматическими подъемниками направляется в циклонный теплообменник (10, 11), где нагревается газами, выходящими из печи, до 700... 750 °С и частично (до 20%) декарбонизуется, после чего поступает во вращающуюся печь 12.

При нормальном режиме работы газы, отходящие из теплообменников 11, направляются дымососом 9 в сырьевые мельницы, из которых дымососом 6 подаются в электрофильтр 7 на обеспыливание и затем дымососом 8 — в дымовую трубу. Температура выходящих из мельницы газов около 50°С. Но если мельница не работает, то газы, выходящие из циклонного теплообменника с температурой 300...350°С, в газоходе охлаждаются распыленной водой до требуемой температуры.

Особенность процесса обжига состоит в том, что дегидратация сырья и частично декарбонизация перенесены в зону запечных теплообменников, вследствие чего печь получается короче по сравнению с печью соответствующей производительности, работающей по мокрому способу. Выданный печью клинкер проходит через охладитель 16, из которого пластинчатым конвейером 18 подается в силосы 19, а затем через дозаторы 20 по конвейеру 21 поступает вместе с добавками на помол в мельницы 22. Цемент из мельницы подается пневмокамерными насосами 23 в силосы 24 или в упаковочное отделение. Отработанные газы из охладителя 16 поступают в бункер 17.

2.3 Особые виды портландцемента

Для более полного удовлетворения специфических требований отдельных видов строительства промышленность выпускает особые виды портландцемента.

При получении портландцементов с заданными специальными свойствами используют следующие основные пути: 1) регулирование минерального состава и структуры цементного клинкера, оказывающих решающее влияние на строительно-технические свойства цемента; 2) регулирование тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, прочность, тепловыделение и другие важнейшие свойства вяжущего; 3) изменение вещественного состава портландцемента введением в него активных минеральных и органических добавок, позволяющих направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер и расход цемента в бетоне.

Виды цемента:

Быстротвердеющий портландцемент

Cульфатостойкий портландцемент

Цемент с поверхностно - активными добавками

Гидрофобизирующие добавки

Белые портландцементы

Цветные портландцементы

Тампонажные портландцементы

Пуццолановый портландцемент

Шлаковые цементы

Глиноземистый цемент

Расширяющиеся цементы

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) .

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) – это портландцемент с минеральными добавками, который отличается интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения. Повышенная механическая прочность БТЦ достигается надлежащим подбором минералогического состава клинкерной марки БТЦ 400 и 500. Для этого вида цемента нормируется прочность не только в 28-суточном возрасте, но и в 3-суточном. Предел прочности при сжатии через 3-е суток должен быть не менее 20-25 МПа соответственно. БТЦ предназначен для изготовления железобетонных конструкций и изделий в заводских полигонных условиях, а также для скоростного строительства. Применение БТЦ дает возможность отказаться от тепловлажностной обработки бетона.

Cульфатостойкий портландцемент.

Сульфатостойкость обеспечивается снижением содержания в клинкере алюминатов кальция, главным образом трехкальцевого алюмината 3CaO*Al₂O₃. Выпускают сульфатостойкий портландцемент, в который не допускается введение активных минеральных добавок и сульфатостойкий портландцемент с активными минеральными добавками. Активность данного цемента меньше, чем БТЦ марки 400 и 500.

Цемент с поверхностно - активными добавками (ПАВ).

Для улучшения некоторых свойств цемента допускается введение при помоле поверхностно-активных добавок (пластифицированных и гидрофобных) в количестве 0,3 от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Абсорбируясь на зернах цемента, пластифицированные добавки образуют на них защитные пленки, устраняющие сцепление зерен цемента друг с другом. В результате растворы и бетоны на таком цементе приобретают повышенную подвижность и удобоукладываемость.

Белые портландцементы.

Отличаются от обычных цветом. Сырьем служат известняки и глины, содержащие минимальное количество красящих оксидов: железа, марганца, титана. Тонкость помола несколько выше, остаток носителя не больше 12%.

Цветные портландцементы.

Для получения цвета на помол клинкера вводят пигменты. Количество пигмента должно быть: минерального – не более 10%, органического – 0,3%.

Тампонажные портландцементы.

Предназначены для тампонирования нефтяных и газовых скважин с целью их изоляции от грунтовых вод. Тампонажным цементам предъявляются жесткие технические требования: высокая текучесть, независимость от температуры и давления, конкретные в зависимости от давления и температуры сроки схватывания, прочность затвердевшего цементного раствора в ранние сроки, обеспечивающая закрепление колонны труб в стволе скважины. Сроки схватывания не ранее 2 часов и не позднее 10 часов.

Пуццолановый портландцемент.

Получается местным помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, гипсов и активных минеральных добавок. При повышенных температурах весьма интесивно твердеет, а при автоклавной обработке прочность с бетоном на его основе через 6-8 часов превышает прочность бетона нормального твердения в 28-суточном возрасте. Недостатки: чувствителен к температурным условиям твердения, при 0⁰ С полностью перестает твердеть, поэтому непригоден для зимних работ. Имеет пониженную воздухостойкость и морозостойкость. Выпускают марки 300 и 400. Предназначен для изготовления подземных и подводных конструкций зданий и сооружений. Не допускается его применение для сооружений, работающих в условиях попеременного замораживания и таяния, увлажнения и высыхания.

Шлакопортландцемент (ШПЦ).

Получается местным помолом портландцементого клинкера, гипса и гранулированного доменного шлака. Шлаки должны быть не менее 21% и не более 60%. Чем больше шлака, тем меньше активность цемента. Выпускают марки 300, 400, 500. По сравнению с портландцементом ШПЦ характеризуется замедленным нарастанием прочности в первые сроки, в дальнейшем скорость твердения повышается и к 6-12 месяцам его прочность приближается к прочности портландцемента. Используют при гидротехническом строительстве, в строительстве портовых сооружений. Не рекомендуется применять ШПЦ для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и таянию, а также при пониженных температурах.

Известковошлаковый цемент (ИШЦ).

Получается совместным помолом доменных шлаков с известью до 30%. Допускается добавка гипса 5% и портландцемента 10-20%. ИШЦ медленно схватывается и медленно твердеет. Прочность изделий на его основе по истечении времени может быть 5-20 МПа. Стоек в пресных и сульфатных водах, на воздухе его прочность снижается. Применяется в строительных растворах для кладки и штукатурки, а также для изготовления низкомарочных бетонов.

Глиноземистый цемент.