Промислове виробництво цементу мокрим способом

Промислове виробництво цементу мокрим способом.

Класичне виробництво цементу полягає у наступних технологічних операціях: видобуток сировини, виготовлення сировинної суміші, її випалювання та отримання клінкеру, помел клінкеру і спеціальних добавок до стану дрібнодисперсного порошку.

За способом підготовки сировини розрізняють мокрий, сухий і комбінований методи виробництва клінкеру. Спосіб виробництва вибирається в залежності від технічних, економічних і технологічних факторів, до яких відносяться властивості сировини, його вологість і однорідність, наявність необхідної паливної бази і деякі інші аспекти.

Мокрий спосіб виготовлення цементного в'яжучого використовують у тому випадку, коли властивості компонентів не дозволяють застосувати сухий спосіб (більш економний і раціональний). Мокрий метод полягає в подрібненні і перемішуванні сировинних матеріалів, усередненні та коригування суміші при впливі деякої кількості води.

Цей спосіб виробництва цементу передбачає подрібнення сировини і змішування сировинної суміші з водою. В результаті утворюється досить густа маса, звана сировинних шламів, яка містить від 32 до 45% води.

В залежності від різних чинників (наприклад, беруться в розрахунок фізичні властивості вихідних матеріалів) при мокрому способі виробництва цементу можуть застосовуватись різні схеми, дещо відрізняються способом приготування суміші.

Цементні заводи, які застосовують мокрий спосіб виробництва, використовують для виробництва цементного клінкеру твердий вапняковий і м'який глинистий компоненти.

Первісна технологічна процедура отримання клінкеру являє собою подрібнення сировини. Якщо вапняним компонентом є крейда, його піддають дробленню в млині або болтушках. Твердий вапняк подрібнюють щековыми дробарками. Схожий процес подрібнення вапняку використовується при виробництві мінерального порошку.

Глиняний шлам і вапняк в певних пропорціях (в залежності від необхідного хімічного складу клінкеру) поміщаються в сировинну млин. Для отримання сировинного шламу певного хімічного складу проводять його коригування в потоці або басейнах.

Густа маса сировинного шламу, що виходить з млинів, подається насосами в витратні бачки, з яких рівномірно зливається в печі цеху для подальшого випалення. В мокрому виробництві цементу використовуються для випалу клінкеру обертаються довгі печі, в які вбудовані теплообмінні пристрої. Схожі печі, тільки меншого розміру використовуються для сушіння піску при виробництві сухих будівельних сумішей.

Обпалений клінкер з печей відправляється в холодильні камери, де піддається обробці холодним повітрям. Після охолодження клінкер відправляється на склад (іноді прямо з холодильних камер він йде відразу в цементні млини для помелу). Перед помолкой клінкер дроблять, а помел виробляють спільно з добавками і гіпсом.

Після помелу клінкер відправляють на склади силосного типу. Відвантаження споживачеві здійснюється або в паперових мішках, або у цементовозах, або в спеціально обладнаних залізничних вагонах.

Виробництво шлакопортландцементу мокрим способом.

Цементами називають штучні, порошкоподібні в'яжучі матеріали, які при взаємодії з водою, з водними розчинами солей або іншими рідинами утворюють пластичну масу, яка з часом твердне і перетворюється на міцне камневидное тіло - цементний камінь.

Першим природним в'яжучим була глина. Глина жирна земля після змішування з водою і висихання набували деяку міцність. Проте на увазі низьких споживчих якостей даних матеріалів (з використанням глини зводилися споруди, які не потребують значної міцності) - люди займалися пошуком більш досконалих в'яжучих.

Вапно є найдавнішим штучним мінеральним в'яжучим речовиною після гіпсу, є відомості, що єгиптяни використовували змішані вапняно-гіпсові розчини при будівництві пірамід. Однак гіпс довгий час не втрачав своїх позицій - внаслідок меншої енергоємності при виробництві, в тому ж Єгипті паливо було надзвичайно дефіцитним.

Вперше широко вапно стала застосовуватися в Греції для облицювальних робіт і в гідротехнічних спорудах

Римляни розвинули будівельне мистецтво, залишивши після себе знамениті пам'ятники стародавнього світу. Римляни так само склали перші рекомендації по виготовленню та застосуванню вапняних розчинів.

В Англії в 1796 році Джеймсом Паркером було отримано гідравлічне в'язка речовина - романцемент - подрібнений продукт випалення природних мергелів. Приблизно до середини XIX століття романцемент був основним в'язким речовиною, застосовуваним у гідротехнічному будівництві.

У Россі изобретателеп цементу вважається військовий інженер Єгор Челиев. У 1822 р. у Петербурзі вийшла книга Е. Р. Челієв «Трактат про мистецтво готувати хороші будівельні розчини», а в 1825 році книга «Повне повчання, як готувати дешевий і кращий мергель або цемент, досить міцний для підводних споруд».

У 1824 році Джозеф Аспдін, британський муляр, отримав патент на «Удосконалений спосіб виробництва штучного каменю», який він створив на власній кухні. Аспдін назвав отриманий продукт - портландцементом, тому що при виробництві він використовував каміння з кар'єру, який знаходився на острові Портланд.

Серед будівельних матеріалів цементу належить провідне місце. У сучасній будівельній практиці цемент застосовують для виготовлення монолітного і збірного бетону, залізобетону, азбестоцементних виробів, будівельних розчинів, багатьох інших штучних матеріалів, скріплення окремих елементів (деталей) споруд, та ін. Цемент і отримувані на його основі прогресивні будівельні матеріали успішно замінюють у будівництві дефіцитну деревину, цегла, вапно та інші традиційні матеріали. Наша країна посідає провідне місце в світі з виробництва цементу, будівельного вапна, збірного залізобетону, листових азбестоцементних виробів і труб, віконного скла.

Для отримання портландцементу з заданими спеціальними властивостями використовують такі основні заходи:

1) регулювання мінерального складу і структури цементного клінкеру, що робить вирішальне вплив на всі будівельно-технічні властивості цементу;

введення мінеральних і органічних добавок дозволяють цілеспрямовано змінювати властивості в'яжучого, економити клінкер, зменшувати витрату цементу в бетоні;

оптимізацію тонкості помелу і зернового складу цементу, що впливають на швидкість твердіння, активність, тепловиділення і інші властивості цементу.

1. Розрахунок складу сировинної шихти і клінкеру

Хімічний склад вихідного матеріалу, %

Компонент
Природ. вологість
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Ппп
Сума

Вапняк
13,4
7,57
1,94
1,14
47,41
1,68
0,58
39,03
99,35

Глина
20,1
49,74
15,08
4,55
10,14
3,89
0,28
12,78
96,46

k1 =100/99,35=1,0065;

k2 =100/96,46=1,0367

пизв= SiO2/ (Al2O3+ Fe2O3)= 7,57/ (1,94+1,14)= 2,46

пглина= SiO2/ (Al2O3+ Fe2O3) =49,74/ (15,08+4,55)= 2,53

ризв= Al2O3/ Fe2O3 =1,94/1,14= 1,7

рглина= Al2O3/ Fe2O3= 15,08/4,55= 3,31

Перерахунок сировинної суміші на 100%

Компонент
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Ппп
Сума

Вапняк
7,62
1,95
1,15
47,72
1,69
0,58
39,28
100,00

Глина
51,56
15,63
4,72
10,51
4,03
0,29
13,25
100,00

Визначаємо співвідношення між двома сировинними компонентами, задаючись величиною КН:

2,8*S2*KH+1,65*A2+0,35*F2-C2 2,8*51,56 *0,86+1,65*15,63+0,35*4,72-10,51

C1-2,8*S1*KH - 1,65*A1-0,35*F1 47,72-2,8*7,62*0,86-1,65*1,95-0,35*1,15

6,48 - 100% Вапняк: 5,48*100%

5,48-х% 6,48

Глина: 100% - 84,56% = 15,44%
    
Вапняк
Глина

У частках
1
5,48

У відсотках
84,56
15,44

 

Хімічний склад сировинної суміші і клінкеру

Компонент
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Ппп
Сума

Вапняк,

84,56 вагу. ч.
6,44
1,65
0,97
40,35
1,43
0,49
33,23
84,56

Глина,

15,44 вагу. ч.
7,96
2,41
0,73
1,62
0,63
0,04
2,05
15,44

Склад сировинної суміші, %
14,4
4,06
1,7
41,97
2,06
0,53
35,27
100,00

Склад клінкеру, %
22,25
6,27
2,63
64,84
3,18
0,82
-
100,00

 

Z= 100/ (100 - п. п. п)= 100/ (100-35,27)= 1,54487

Коефіцієнт насичення

CaO - 1,65*Al2O3-0,35*Fe2O3 64,84-1,65*6,27-0,35*2,63

2,8*SiO2 2,8*22,25

Силікатний модуль

SiO2 22,25

Al2O3+ Fe2O3 6,27+2,63

Глиноземний модуль

Al2O3 6,27

Fe2O3 2,63

2. Види портландцементу

Портландцемент

Портландцемент і його різновиди є основними в'яжучими речовинами в будівництві. Портландцементом називають гідравлічна терпка речовина, що отримується тонким помелом портландцемнтного клінкеру з гіпсом, а також із спеціальними добавками.

Порталандцементний клінкер - продукт випалення до спікання тонкодисперсної однорідної сировинної суміші, що складається з вапняку і глини або деяких матеріалів (мергелю, доменного шлаку та інші). При випалюванні забезпечується переважне вміст у клінкері високоосновних силікатів кальцію. Для регулювання термінів схоплювання портландцементу в клінкер при помелі додають двуводний гіпс у кількості 1,5-3,5% (по масі цементу в перерахунку на SO3).

За складом розрізняють: портландцемент без добавок; портландцемент з мінеральними добавками; шлакопортландцемент та інші.

Білий портландцемент

Звичайний портландцемент має зеленувато-сірий колір із-за відносно високого вмісту в ньому забарвлюючих оксидів: окису заліза і окису марганцю. Клінкер ж, не містить цих оксидів або містить їх у незначній кількості має білий колір. Це досягається застосуванням відповідної сировини - білих частинок глин, каолінів та вапняків з мінімальним вмістом зазначених оксидів.

Білий портландцемент на відміну від звичайного має підвищений силікатний модуль (3,0-3,8) і високий глиноземистий модуль (10 і більше), а коефіцієнт насичення низький - 0,80-0,87. Випал клінкеру білого портландцементу проводиться при більш високій температурі 1600-1650 0С, у зв'язку з чим продуктивність печей знижується, а вартість цементу збільшується. Білий портландцемент ділиться на марки 300,400 і 500, а за ступенем білизни підрозділяється на три сорти: вищий, БЦ-1 і БЦ-2. Інші властивості як у звичайного портландцементу.

Кольоровий портландцемент

Кольоровий портландцемент виготовляють спільним тонким подрібненням білого малозалізистого або кольорового клінкеру, активної мінеральної добавки (білого діатоміту), фарбувальної добавки (пігменту) і гіпсу. Кольорові клінкери отримують, вводячи в сировинні суміші мінеральні барвники: мумію або сурик (червоний пігмент), умбру (коричневий), охру (жовтий), окис хрому (зелений), сажу (чорний), ультрамарин (синій). Фарбувальні пігменти для кольорових цементів повинні володіти великою фарбувальної здатністю, високою стійкістю до лугів (зокрема, до Са(ОН)2, що утворюється при твердінні цементу), сонячного світла і атмосферних впливів, не повинні містити шкідливих домішок і розчинних солей.

Сульфатостойкие портландцементи

Такі портландцементи виготовляють на основі клінкеру нормованого мінерального складу і застосовують для виготовлення бетонних і залізобетонних конструкцій, які мають корозійну стійкість при впливі середовищ, агресивних за вмістом у них сульфатів.

Одним з основних шляхів отримання сульфатостійкого цементу є зменшення вмісту в клінкері трьохкальцієвого алюмінату не < 5%. По речовинному складу ці цементи підрозділяють на наступні види: сульфатостійкий портландцемент марки 400, сульфатостійкий портландцемент з мінеральними добавками марок 400 і 500, сульфатостійкий шлакопортландцемент марок 300 і 400

Сульфатостійкий портландцемент призначається для виготовлення бетонів, що піддаються дії сульфатної корозії і для бетонів підвищеної морозостійкості.

Пуцолановий портландцемент

Пуцолановий цемент збірна назва групи цементів до складу яких входить не менше 20% активних мінеральних добавок.

У сучасному будівництві основний вид пуццоланового цементу - пуцолановий портландцемент одержуваний спільним помелом портландцементного клінкеру (60-80%) активної мінеральної добавки (20-40%) і невеликої кількості гіпсу. Від звичайного портландцементу він відрізняється підвищеною корозійною стійкістю (особливо в м'яких і сульфатних водах) меншою швидкістю твердіння і зниженою морозостійкістю. Пуцолановий цемент застосовують в основному для одержання бетонів, що використовуються у підводних і підземних спорудах.

Пластифікований портландцемент

Пластифікований портландцемент виготовляють шляхом введення при помелі клінкеру близько 0,15-0,25% сульфітно-дріжджової бражки (в розрахунку на суху речовину). Оптимальний вміст добавки для цементу встановлюється дослідним шляхом і залежить від мінералогічного складу клінкеру, тонкості помелу цементу і вмісту в ньому гідравлічних добавок. Він відрізняється від звичайного портландцементу здатністю надавати розчинних і бетонних сумішей підвищену рухливість.

Пластифікуючий ефект використовується для зменшення водоцементного відносини і підвищення щільності, морозостійкості і водонепроникності бетону. Якщо ж зберегти В/Ц, то можна знизити витрату цементу (приблизно на 10-15%) без погіршення якості бетону.

Пластифіковані портландцементи рекомендуються для бетонних і залізобетонних конструкцій і споруд, що піддаються систематичному замерзання і відтавання або зволоженню в прісній воді і висиханню.

Гідрофобний портландцемент

Гідрофобний портландцемент виготовляють, вводячи в млин при помелі клінкеру 0,1-0,2% милонафта, асидолу, синтетичних жирних кислот, їх кубових залишків та інших гідрофобізующіх добавок. Ці речовини, адсорбуючись на частинках цементу, знижують його гігроскопічність, тому гідрофобний цемент при зберіганні навіть у дуже вологих умовах не псується, тобто не комкується і зберігає свою активність. У зв'язку з цим гідрофобні портландцементи рекомендується постачати в райони з високою вологістю повітря, а також у тих випадках, коли неминуче тривале зберігання цементу.

При виготовленні бетонних сумішей, коли відбувається змішування гідрофобного цементу з заповнювачами і водою, цілісність адсорбційних плівок на частинках цементу порушується, і він нормально реагує з водою. Гидрофобизующие речовини, введені при помелі клінкеру, діють і як пластифікатори, тобто пластифицируют бетонні суміші. Такі речовини зберігаються в отверділих матеріалах, суттєво підвищуючи їх водо - і морозостійкість і збільшуючи опірність агресивним впливам середовища.

Тампонажний портландцемент

Тампонажний портландцемент виготовляють подрібненням клінкеру, гіпсу і добавок. Він призначений для цементування нафтових і газових свердловин. Цемент для холодних свердловин відчувають при температурі 22±2 °С, для гарячих свердловин - при 75±3 °С. Передбачається випуск спеціальних різновидів тампонажного портландцементу: обтяжливого, піскуватого, солестойкого низкогигроскопичного.

Швидкотвердіючий портландцемент

Швидкотвердіючий портландцемент (БТЦ) відрізняється від звичайного більш швидким наростанням міцності: через 3 доби твердіння його міцність на стиск не менше 25 - 28 МПа, тобто більше половини його марочної 28-добової міцності (40 і 50 МПа). БТЦ отримують спільним тонким подрібненням спеціального портландцементного клінкеру і гіпсу. При помелі допускається введення не більше 10% активних мінеральних добавок осадового походження і не більше 15% доменних і электротермофосфорных гранульованих шлаків, глиежей.

В даний час БТЦ - основний вид в'яжучого для виготовлення збірного залізобетону. Застосування БТЦ в заводському виробництві залізобетонних конструкцій дозволяє знизити витрата цементу в бетоні на 10 - 15%, прискорити теплову обробку при менших енерговитратах, збільшити оборот металевих форм і тим самим зекономити метал.

 

Різновидом швидкотверднучого портландцементу є особливо швидкотверднучий портландцемент (ОБТЦ). Отримують ОБТЦ так само, як і БТЦ Особливо швидкотверднучий портландцемент марки 600 повинен односуточном віці мати межу міцності при стисненні 20-25 МПа, а в трехсуточном - 30-35 МПа.

Шлакопортландцемент - гідравлічна терпка речовина, що отримується шляхом тонкого подрібнення портландцементного клінкеру спільно з доменним гранульованим і электротермофосфорным шлаком, а також з двуводным гіпсом. Для отримання цементу шлакопортландцементу порошок портландцементу іноді розмелюють з гранульованим шлаком. Шлаку в шлакопортландцементе повинно бути не менше 21% і не більше 80% по масі (ГОСТ 10178 -85). Гіпс вводять в шлакопортландцемент для регулювання термінів схоплювання, а також в якості активізатора тверднення шлаку.

За своїми фізико-механічними властивостями шлакопортландцемент близький до звичайного портландцементу, але вигідно відрізняється від нього більш низькою вартістю. За інших рівних умов вартість його на 10 - 15% нижче вартості портландцементу.

Схематично твердіння шлакопортландцементу можна собі уявити як результат ряду процесів, що протікають одночасно, а саме:

гідролізу і гідратації клінкерних мінералів;

взаємодія гідрату окису кальцію з глиноземом і кремнеземом, що знаходяться в шлаковому склі, з утворенням гідросилікатів, гідроалюмінатов, а також гидросиликоалюминатов кальцію;

взаємодія трьохкальцієвого гидроалюмината кальцію клінкеру з сульфатом кальцію з утворенням гідросульфоалюміната кальцію.

Шлакопортландцемент твердіє дещо повільніше, ніж портландцемент, особливо при знижених позитивних температурах. Це пояснюється значним вмістом шлаку. Однак при дуже тонкому помелі, особливо двоступінчастому, і зміст шлаку близько 30-35% швидкість твердіння шлакопортландцементу така ж.

B залежності від міцності на стиск шлакопортландцемент випускають чотирьох марок: 300, 400, 500 і 600.

Внаслідок меншого вмісту гідрату окису кальцію продукти гідрації шлакопортландцементу більш стійкі, що обумовлює підвищені солестійкість і водостійкість.

По морозостійкості шлакопортландцемент поступається портландцементу в різній мірі в залежності від вмісту в ньому шлаку і хіміко-мінералогічного складу вихідної клінкеру.

Шлакопортландцемент характеризується зниженим або помірним тепловиділення при твердінні, а також меншими об'ємними деформаціями в розчині і бетоні - усадкою (на повітрі) і набуханням (у воді).

Будівельно-технічні властивості шлакопортландцементу обумовлюють та сфери його практичного застосування - ті ж, що і портландцементу аналогічних марок. Його доцільно використовувати для виробництва монолітних і збірних залізобетонних конструкцій і деталей, особливо з застосуванням тепловологісної обробки, а також для виготовлення будівельних розчинів. Шлакопортландцемент призначений в основному для бетонних і залізобетонних наземних, а також підземних і підводних конструкцій, що піддаються впливу прісних, а також мінералізованих вод з урахуванням норм агресивності води - середовища.

Внаслідок зниженого тепловиділення при твердненні та малої усадки шлакопортландцементу його можна досить ефективно застосовувати для внутримассивного бетону гідротехнічних споруд. В силу зниженою морозостійкістю шлакопортландцементу його не можна застосовувати для бетонних і залізобетонних конструкцій, що піддаються систематичному поперемінному заморожуванню і відтаванню або зволоженню і висиханню.

Для бетону дорожніх і аеродромних покриттів, залізобетонних напірних і безнапірних труб, залізобетонних шпал, мостових конструкцій, стояків опор високовольтних ліній електропередач, контактної мережі залізничного транспорту і освітлення слід поставляти цемент, виготовлений на основі клінкеру нормованого складу з вмістом трьохкальцієвого алюмінату (С3А) в кількості не більше 8% за масою.

Початок схоплювання цементу для бетону дорожніх і аеродромних покриттів повинне наступати не раніше 2 год, портландцементу для труб - не раніше 2 год 15 хв від початку замішування цементу. Питома поверхня повинна бути не менше 280 м2/кг

3. Характеристика сировинних матеріалів

Вапняк

Для виробництва портландцементу можна застосовувати різні види карбонатних порід: вапняк, крейда, вапняний туф, вапняк-черепашник, мергелістий вапняк, мергель тощо Вуглекислий кальцій у вапняках представлений мінералом кальцитом. Кальцит має твердість 3. Вапняки - осадові породи. За походженням розрізняють органогенні вапняки - продукти діяльності мікроорганізмів, хімічні - отримані осадженням з розчинів і уламкові - перевідкладення продукти зруйнованих вапняних порід. Вапняки містять домішкові мінерали - алюмосилікатні мінерали глин, домішки кварцу, халцедону, опалу, окису заліза, піриту (FeS2), гіпсу, фосфорита (апатиту), бариту (BaSO4). Вапняки звичайно забруднені карбонатом магнію, який утворює з карбонатом кальцію подвійну сіль - доломіт. Домішки у вапняках знаходяться у вигляді самостійних сполук, і вапняк являє собою механічну суміш мінералів (крім MgCO3). При вмісті глинистих мінералів до 30% вапняк називають глинистим, при вмісті понад 30% - мергелем.

По фізичним властивостями розрізняють кристалічний вапняк (мармур), щільні вапняки, землисто-пухкі вапняки або мелы. Крім того, зустрічаються вапняний туф, вапняк-черепашник. Мармур - щільна порода (продукт перекристалізації вапняків) з об'ємною масою 2650-2900 кг/м3 і міцністю 50 - 200 МПа. Щільні вапняки мають об'ємну масу 2200-2600 кг/м3 і міцність 8-200 МПа. Крейда складається з частинок скрытокристаллической структури з розміром частинок менше 0,1 мім.

Глинисті породи

З глинистих порід використовують зазвичай глину, суглинок, глинистий сланець, мергелистую глину, лес, лесовидний суглинок. Основою глини є водні алюмосилікатні мінерали у вигляді тонких частинок ( < 2 мкм), причому зустрічаються мономінеральні і полімінеральні глини. Глиниста речовина - це в основному гидроалюмосиликаты m Al2O3 * n SiO2 * p H2O, де значення коефіцієнтів при оксидах для окремих глинистих мінералів різні. В кристалічну решітку гидроалюмосиликатов можуть також входити K, Na, Ca, Mg, Fe.

До глинистим мінералам відноситься каолініт - шаруватий мінерал складу Al2O3·2SiO2·2H2O, в глинах він присутній у вигляді частинок розміром 0,3-0,4 мкм; монтмориллонит - шаруватий мінерал складу Al2O3·2SiO2·2H2O, в якому в твердому розчині знаходиться до 5% Fe2O3, 4 - 9% MgO, до 3,5% СаО. Бентонітові глини складаються з дуже тонких частинок (~ 2·10-9 м) монтморилоніту. Гідрослюди - мінерали, близькі по складу і структурі до монтмориллонитам, однак до складу останніх входять лужні іони, зміст яких може досягти 4 - 10%. Аргіліти - тверді породи, продукт дегідратації, пресування і перекристалізації глин. Сланці - скельна порода, продукт перекристалізації глин. Лес - землистая порода, складена з слюд, каолініту, польових шпатів, кальциту, кварцу. Суглинки - глини, що містять значну кількість кварцу (до 40%).

Глинисті породи містять потрібні для виробництва портландцементу кислотні оксиди SiO2, Al2O3 і Fe2O3, в вапняках знаходиться основний оксид СаО. Головною ознакою придатності глини для виробництва портландцементу, є значення її силікатної та глиноземного модулів, які визначають величину цих модулів в портландцементі, так як карбонатний компонент сировинної суміші зазвичай містить трохи глинистих домішок.

Карбонатное і глиниста (алюмосилікатні) сировина повинна бути можливо більш однорідним за складом і структурою, не містити включень великих зерен кварцу і інших уламкових порід, що утруднюють помел сировини і важко засвоюваних в процесі випалу.

Доменні шлаки

Залізні руди поряд з оксидами заліза містять ту чи іншу кількість домішок (кварцовий пісок, глина, карбонати кальцію і магнію, сполуки фосфору і сірки, і ін), які в сукупності порожньою породою. Деякі з них (сполуки фосфору і сірки) шкідливо відбиваються на якості чавуну. Неорганічні домішки є і в паливі, інструкції в домну для плавлення руди. Тому в процесі доменного виробництва необхідно не тільки відновити з оксидів заліза, але і звільнити його від домішок, внесених з рудою та паливом.

Так як пуста порода у руді рідко буває легких, то для її видалення в шихту вводять спеціальні добавки - плавні (флюси), здатні утворювати з нею легкоплавкі з'єднання. Як плавнів застосовують зазвичай карбонатні породи - вапняк, доломіт і т. п.

У процесі плавки карбонати вступають у хімічну взаємодію з компонентами пустої породи і мінеральної частини палива, причому утворюються легкоплавкі силікати і алюмосилікати кальцію і магнію. При 1400-1500 °С ці сполуки плавляться і у вигляді шлакового розплаву, що накопичується внаслідок меншої щільності над шаром чавуну, випускаються з доменної печі. При виплавці 1 т чавуну на коксі на середньому виходить 0,5-0,7 т шлаку.

Хімічний склад доменних шлаків залежить від складу руди, плавнів, виду застосовуваного палива та виплавленого чавуну.

Зазвичай до складу доменних шлаків входять оксиди CaO, Si02, А1203, MgO, FeO і сірчисті з'єднання CaS, MnS, FeS, а іноді Ti02 і сполуки фосфору. У незначних кількостях зустрічаються в шлаки та інші оксиди, істотно не впливають на їх властивості. Переважаючими в доменні шлаки є CaO, Si02, A1203 і частково MgO, сумарний вміст яких досягає 90-95%.

За хімічним складом доменні шлаки відрізняються від портландцементного клінкеру лише співвідношенням окремих компонентів. Шлаки містять підвищену кількість кремнезему, частково глинозему і менше оксиду кальцію.

Гіпс вводять до складу портландцементу для регулювання термінів схоплювання. Він уповільнює початок схоплювання і підвищує міцність цементного каменю в ранні терміни. Кількість гіпсу в цементі нормується за змістом SO3. У звичайних цементах воно повинно бути не менше 1,0 м і не більше 3,5%, а в високоміцних і швидкотверднучих - не менше 1,5 і не більше 4,0%.

4. Способи виробництва портландцементів

В даний час застосовують три способи підготовки сировинної суміші з вихідних матеріалів: мокрий (помел і змішання сировини здійснюються у водному середовищі), сухий (матеріали подрібнюються і змішуються в сухому вигляді) і комбінований.

Кожен з цих способів має свої позитивні і негативні сторони. У водному середовищі полегшується подрібнення матеріалів, при їх сумісному помелі швидко досягається висока однорідність суміші, але витрата палива на випал сировинної суміші при мокрому способі в 1,5-2 рази більше, ніж при сухому. Крім того, значно зростають розміри звичайних обертових печей при випалюванні в них мокрою сировинної суміші, так як ці теплові агрегати значною мірою виконують функції випарників води.

Сухий спосіб, незважаючи на його техніко-економічні переваги порівняно з мокрим, тривалий час обмежено застосовувався внаслідок зниженого якості одержуваного клінкеру. Однак успіхи в техніці тонкого подрібнення і гомогенізації сухих сумішей забезпечили можливість отримання високоякісних портландцементів і сухим способом. Це зумовило зростання виробництва цементу за цим способом.

Сутність комбінованого способу полягає в тому, що сировинну суміш готують по мокрому способі, потім шлам зневоднюється на прес-фільтрах, просушується, гранулюється і направляється в піч, при цьому вологість гранул 16-20%. Комбінований спосіб по ряду даних майже на 20-30% знижує витрату палива в порівнянні з мокрим способом, але при цьому зростають трудомісткість виробництва і витрата електроенергії.

При виробництві портландцементу мокрим способом застосовують наступну технологічну схему. Надходить з кар'єру твердий вапняк з розмірами шматків до 1 м піддається одне-, двох - або трехстадийному подрібнення в дробарках з доведенням шматків до 8-10 мм. Надходить з кар'єру м'яку глину з розмірами шматків до 500 мм подрібнюють у вальцьових дробарках до шматків розміром 0-100 мм, а потім відмучують в болтушках. Одержуваний глиняний шлам з вологістю 60-70% подають в сировинну млин, де він розмелюється спільно з роздробленим вапняком.

Отриманий шлам, вологість якого знаходиться в межах 32-40%, відцентровими насосами транспортується у вертикальні шламові басейни, де він коригується. Це необхідно для того, щоб забезпечити постійність заданого заводською лабораторією хімічного складу шламу. Скоригований шлам надходить з вертикальних басейнів в горизонтальні, де і зберігається до подачі в піч для випалу. У вертикальних басейнах шлам перемішується стисненим повітрям, а в горизонтальних - механічним шляхом та стиснутим повітрям. Перемішування запобігає можливість осадження шламу та дозволяє досягти повної його гомогенізації. При використанні сировинних компонентів, що мають постійний хімічний склад, коригування шламу виробляють не вертикальних, а безпосередньо в горизонтальних басейнах великої ємності. Випал шламу на клінкер здійснюється в обертових печах. Вони являють собою сталевий барабан, який складається з обичайок, сполучених методом зварювання або клепки, і має внутрішню футеровку з вогнетривкого матеріалу. Профіль печей може бути як строго циліндричним, так і складним з розширеними зонами. Розширення певної зони виробляють для збільшення тривалості перебування в ній обжигаемого матеріалу.

Піч, встановлена під кутом 3...4 до горизонту, має частоту обертання 0,5...1,5 хв-1. Обертові печі в основному працюють за принципом протитечії. Обертову піч можна розділити на 5 робочих зон:

Зона випаровування - Сировина надходить в піч з верхнього (холодного) кінця, а з боку нижнього (гарячого) кінця вдувається паливно-повітряна суміш, згорає протягом 20...30 м довжини печі. Гарячі гази, переміщаючись зі швидкістю 2...13 м/с назустріч матеріалу, спочатку підігрівають його до 100 З, а в кінці він набуває температуру 200С. На початку шлам розріджується, потім комкується. Печі обладнані ланцюговими завісами зарахунок чого матеріал налипає на ланки, підсихає і розпадається на гранули. Тривалість перебування матеріалу в печі залежить від її частоти обертання і кута нахилу, складаючи, наприклад, в печі розміром 5 * 185 м близько 2 ч.

Зона підігріву - тут матеріал нагрівається до температури 500С-600С. На цьому етапі вигорають органічні домішки і починаються реакції. Відбувається дегідратація глиняних мінералів і утворення оксидів алюмінію, кремнію і заліза, починається часткове розкладання карбонатів з утворенням СаО і МдО.

Зона кальценирования - тут протікає реакція розкладання карбонату Са при температурі 900С -1200С.

СаО СаО+СО2

Потужні вентилятори видаляють СО2 із зони випалу. На цьому етапі починають утворюватися сполуки типу СаО*Аl2О3, з'являється невелика кількість беліта 2СаО*SiO2, оксиди СаО, Fe2O3, SiO2 знаходяться в активному стані.

Зона екзотермічних реакцій - реакції відбуваються при температурі 1200С - 1300С і з виділенням тепла 100 ккал. У цій зоні відбувається утворення двухкальциевого силікату (беліта) 2СаО*SiO2, однокальціевий алюмінат насичується вапном до освіти трьохкальцієвого алюмінату 3саО* Аl2О3, утворюється чотирьохкальцієвого алюмоферріт (цілить) 4СаО*Аl2О3*, Fe2O3. У великій кількості міститься вільна вапно. Утворення мінералів відбувається в твердо-фазовому стані.

Зона спікання (зона засвоєння вапна) - при температурі 1300С - 1450С відбувається часткове плавлення матеріалу з утворенням рідкої фази. Щоб повчити якісний клінкер матеріал повинен знаходитися в зоні певний час 6-30 хв (час залежить від розміру гранул). За цей час 3саО* Аl2О3 і 4СаО*Аl2О3*, Fe2O переходить у розплав 2СаО*SiO2. В результаті відбувається взаємодія беліта 2СаО*SiO2 з СаО і утворюється аліт 3СаО*SiO2. Процес його утворення поступово сповільнюється і вапно націло практично не зв'язується. Вміст вільних оксидів кальцію близько 1%, т. к. буде мати місце запізніла гідратація обпаленої вапна при якій цемент характеризується нерівномірним зміною обсягу.

Зона охолодження - з температурою 1100С - 1200С клінкер виходить з печі, після чого відразу потрапляє в холодильник. У холодильнику клінкер піддається різкому охолодженню для:

1) Збереження рідкої фази в склоподібному стані, яка є більш реакційноздатні.

2) Збереження мелкокристаллического будови інших клінкерних мінералів.

3) Для помелу клінкеру його температура повинна бути 45С - 50С для запобігання зносу млинів.

Після випалу і охолодження клінкер направляється на склад для магазинирования - вилежування з метою гасіння вільної вапна, при цьому клінкер може спеціально бризкатися водою. При цьому він стає більш пухким, полегшується помел і зменшуються терміни схоплювання. Отриманий клінкер дозується і відправляється в цементний млин. На механізованому шихтовальном дворі складуються також гідравлічні добавки і гіпс, які в міру потреби подаються в бункери цементних млинів для сумісного помелу з клінкером.

Отриманий портландцемент транспортується з млинів пневматичним шляхом в силоси для зберігання. Після визначення якості цементу частина його надходить в пакувальну машину. Тут він автоматично насипається в паперові мішки, які потім відвантажуються з заводу залізничним, автомобільним або водним транспортом. Іншу частину цементу відправляють навалом в спеціальних залізничних вагонах або контейнерах цементовозах.

5. Розрахунок продуктивності і визначення річного фонду робочого часу основних технологічних цехів

Розрахунок продуктивності основних цехів починається з визначення річного фонду робочого часу.

Розрахунковий річний режим роботи цехів визначається за формулою:

Тгод=(Nгод - Nпр - Nвых)*Тсут,

де Nгод - кількість календарних днів в році 365;

Nпр - кількість святкових днів у році, 12;

Nвых - кількість вихідних днів у році, 100;

Тсут - добовий фонд робочого часу.

Таблиця 5.1 Основні режими роботи цехів

№
Найменування цеху
Добовий фонд робочого часу, год
Тгод, год

1
Складське господарство
16
4048

2
Цех дроблення
16
4048

3
Цех сушіння
24
6072

4
Цех випалу
24
8040

5
Цех помелу клінкеру
24
6072

 

Розрахунок продуктивності технологічної лінії починається з основного обладнання. Продуктивність обчислюється за формулою:

Пгод = Пчас * Тгод * n * Кісп,

де Пчас - годинна продуктивність основного обладнання, 80;

n - кількість одиниць обладнання, 2;

Кісп - коефіцієнт використання обладнання, 0,95.

Пгод =80*6072*2*0,95= 922944 т/р.

 

ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА ВИРОБНИЦТВА ЦЕМЕНТУ «МОКРИМ» СПОСОБОМ ТА ЕТАПИ ТЕХНОЛОГІЇ

Технологія виробництва портландцементу - мокрий спосіб

Мокрий спосіб доцільно застосовувати, якщо в глині є сторонні домішки при значних коливаннях хімічного складу сировини і його високої вологості. До недоліків цього способу належать високий витрата палива на випал - в 1,5 - 2 рази більший, ніж при сухому.

Рис. 1. Технологічна схема одержання цементу мокрим способом:

1 - щокова дробарка; 2 - молоткова дробарка; 3 - склад сировини; 4 - млин «Гидрофол»; 5 - млин мокрого помелу; 6 - вертикальний шламбассейн; 7 - горизонтальний шламбассейн; 8 - обертова піч; 9 - холодильник; 10 - клінкерна склад; 11 - млин; 12 - силос цементу.

Зазвичай вміст СаСО3 у шламі становить 75 - 78%. Відхилення від нього допускається не більше 0,1%. Скоригований шлам зберігається в горизонтальних шламбассейнах. З них шлам потужними насосами перекачують в розподільний бачок встановлений над піччю. З бачка шлам поступає в піч на випал.

Виходить з печі клінкер інтенсивно охолоджується в колосниковом холодильнику і надходить на клінкерна склад, де витримується 3-4 тижні. Тут створюється проміжний запас клінкеру, що забезпечує безперебійну роботу заводу. Крім того, в клінкері при вылеживании відбувається в природних умовах ряд фізико-хімічних процесів, що сприяють підвищенню якості і стабілізації властивостей цементу, тому витримування клінкеру на складі являє собою окрему технологічну операцію. При витримуванні відбувається гасіння атмосферною вологою СаО незв'язаного. Одночасно з цим склоподібна частина клінкеру кристалізується, двухкальціевий силікат 2СаО·ЅіО2 з β-модифікації частково перетворюється γ-форму. Все це призводить до стабілізації складу клінкеру, деякого його розпушуванню і полегшення подальшого помолу. Крім клінкеру, на клінкерних складах зберігаються попередньо роздроблені мінеральні добавки (трепел, опока, шлак та ін), які вводять до складу цементу при помелі клінкеру.

Відкриті клінкерні склади обладнані мостовими кранами з грейферними захватами, з допомогою яких клінкер і мінеральні добавки подають у витратні бункери цементних млинів.

У силосних складах складові цементу надходять на збірний стрічковий конвеєр, який доставляє їх до млинам. Харчування кульових млинів здійснюється з допомогою тарілчастих дозаторів, встановлених під видатковими бункером біля кожної млини. Одночасно з размалываемыми матеріалами млини подають інтенсифікаторами помелу.

Вологість размалываемых матеріалів не повинна перевищувати у клінкеру - 0,3%, у мінеральних добавок - 2%, у гіпсу - 10%. При необхідності мінеральні добавки перед помелом висушуються.

Тонкість помелу робить істотний вплив на властивості портландцементу. Чим тонше размолот клінкер, тим швидше схоплюється і твердне цемент і вище його міцність в початкові терміни тверднення.

Тонкість помелу повинна бути такою, щоб при просіюванні не менше 85% цементу вільно проходило через сито №008. При цьому питома поверхня цементу не повинна бути менше 250 - 300 і перевищувати 700 м2/кг. З кульових млинів цемент пневмотранспортом завантажують у силосу. Місткість силосів 2500 - 10000 т, а іноді і більше. Силоси обладнані пневматичними пристроями для розпушування і гомогенізації цементу при зберіганні.

Цемент упаковується в мішки спеціальними машинами, продуктивність яких досягає 120 т/год. Кожна партія його забезпечується паспортом, у ньому зазначаються маса, марка, назва цементу.

Мокрый способ производства используют при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Влажность глины при этом не должна превышать 20%, а влажность мела - 29%. Мокрым этот способ назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии - шлама влажностью 30 - 50%. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 7 м, а длина - 200 м и более. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. Після цього кульки-клінкери, які утворюються на виході з печі, розтирають у тонкий порошок, який і є цементом.

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)