Приготовление сырьевой муки при производстве цемента из переувлажненного сырья

В настоящее время производство портландцемента осуществляют по трем способам: мокрому, сухому и комбинированному (полусухому). Каждый из них обладает как достоинствами, так и недостатками. На выбор способа производства влияет целый ряд факторов, и в первую очередь теплоэнергетический и карьерная влажность сырьевых материалов [2].

Мокрый способ производства цемента  рекомендуется использовать при  влажности сырья выше 15%. Он включает следующие основные стадии:

- добыча и доставка на завод сырья;

- получение шлама размучиванием в воде сырьевых материалов (карбонатного, глинистого);

- помол сырья в водной среде;

- корректирование состава сырьевого шлама;

- обжиг шлама во вращающейся печи;

- помол цементного клинкера совместно с гипсом и минеральными добавками.

Достоинством мокрого способа  производства являются меньшие энергетические затраты на стадии помола сырьевого шлама, что обеспечивает экономию электроэнергии в количестве примерно 10 кВт·ч на каждой тонне сырья по сравнению с сухим помолом. Не менее важным преимуществом этого способа является и достижение большей однородной сырьевой смеси в виде водной суспензии, что является залогом получения более высококачественного клинкера. Санитарно-гигиенические условия из-за меньшего количества тонкодисперсной пыли гораздо лучше на заводе, работающем по мокрому способу. И, наконец, капитальные затраты на строительство такого завода значительно ниже по сравнению с заводом сухого способа производства.

Однако несмотря на то, что приведенные достоинства представляются весьма существенными, тем не менее, мокрый способ из-за большего расхода теплоты и резкого роста цен на углеводородное топливо в последние годы стал неконкурентоспособным по сравнению с сухим способом получения портландцемента.

Сухой способ производства характеризуется  рядом общих технологических  стадий с мокрым, а именно: добыча и доставка на завод сырьевых материалов, помол цементного клинкера с добавками. В то же время ряд технологических операций имеют существенно иное аппаратурное оформление, что неизбежно накладывает свой отпечаток на их протекание. К их числу относится термообработка сырьевой муки в запечных теплообменных устройствах, сам обжиг в коротких вращающихся печах.

Проводя технико-экономическую оценку сухого способа производства портландцемента необходимо отметить, что кроме достоинств с теплотехнической точки зрения он характеризуется также меньшим объемом печных газов (на 30-40%) при одинаковой производительности печи, что влечет за собой более низкие расходы на их обеспыливание.

В то же время сухому способу производства присущи следующие недостатки: боле сложное технологические оборудование (каскад циклонных теплообменников  с декарбонизатором), высокая чувствительность к наличию в обжигаемом материале и золе топлива щелочей и хлоридов, что приводит к козлованию газоходов в запечных теплообменных устройствах, меньшая однородность сырьевой муки.

Резюмируя вышеизложенное, следует  отметить, что сухой способ благодаря  своей теплотехнической экономичности  во всем мире является преобладающим  и вытеснение им мокрого способа  продолжается, в том числе и  в Беларуси.

Комбинированный способ производства цементного клинкера в цементной промышленности не получил  широкого распространения. Он известен в двух вариантах. По первому варианту комбинированный способ основывается на мокром способе производства. Сущность его состоит в следующем. Как и по мокрому способу, готовят сырьевой шлам, который затем частично обезвоживают на непрерывно работающих фильтр-прессах до 16-18% менее энергоемким (механическим) способом, после продукт гранулируют и направляют во вращающуюся печь на обжиг. Основным недостатком этого технологического процесса является неустойчивая работа фильтр-пресса, что не обеспечивает постоянство влажности коржей и ведет в конечном итоге к образованию гранул, сильно отличающихся размерами и прочностью. Этот вариант технологии обычно используют тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую карьерную влажность.

Другой  вариант комбинированного способа  производства цемента более подходит для случая, когда сырье имеет относительно низкую влажность. В этом случае получают сырьевую муку по сухому способу, а затем на тарельчатом грануляторе увлажняют ее до 12-15% и закатывают в гранулы, после чего направляют на обжиг. Недостаток этого варианта очевиден, т. к. он состоит в нелогичности технологических операций - сушки сырьевых материалов, а затем увлажнения полученной из них муки [2].

1.3 Приготовление сырьевой смеси

1.3.1 Приготовление сырьевой смеси с порционной корректировкой. Мокрый способ производства. Принципиальная схема приготовления сырьевой смеси мокрым способом из известняка, глины и огарков (наиболее распространенный вариант) [4].

Известняк после грубого двухстадийного дробления на заводе или непосредственно на карьере поступает на объединительный склад, оборудованный грейферными кранами, или прямо в бункеры сырьевых мельниц, минуя склад. Глину после дробления в валковых дробилках и диспергирования в глиноболтушках или роторных мельницах-мешалках подают в сырьевые мельницы. Часть глиняного шлама направляют в один из вертикальных шламбассейнов в качестве корректирующего. Огарки поступают непосредственно на объединительный склад, а оттуда в бункеры сырьевых мельниц.

Приготовление сырьевой смеси порционным корректированием мокрым способом приведена на рис. 1.1

 

 

1, 2, 3 — дробилки; 4 – глиноболтушка; 5 – грейферный ран; 6 – насос; 7 – бункера-дозаторы; 8 – мельницы; 9 – вертикальные шламбассейны; 10 – горизонтальный шлам- бассейн

Рисунок 1.1 – Приготовление сырьевой смеси порционным корректированием мокрым способом

Известняк и огарки дозируют тарельчатыми, а глиняный шлам – ковшовыми питателями. Погрешность дозировки компонентов перед помолом не превышает           4-5 %. Так как количество огарков, поступающих в мельницу, невелико по сравнению с количеством остальных компонентов, их дозировка весьма ненадежна. В связи с этим на ряде заводов из огарков и глины приготовляют глино-огарочный шлам, который хранят в вертикальных шламбассейнах и подают в ковшовый питатель сырьевых мельниц самотеком.

Для размола  сырья в настоящее время вместо применявшихся ранее трехкамерпых мельниц диаметром 2,2-2,6 м применяют двухкамерные большого диаметра (3-4 м), оборудованные специальной сортирующей бронефутеровкой. Принцип действия сортирующей бронефутеровки состоит в распределении мелющих тел по убывающим размерам по длине мельницы. Такая сортировка позволяет осуществить принцип: чем тоньше измельчен продукт, тем мельче мелющие тела. Это повышает производительность мельницы. Преимуществом мельниц большого диаметра является их производительность, позволяющая сократить в 2-3 раза количество мельниц и уменьшить объем строительных работ. Кроме того, крупность частичек для питания мельниц большого диаметра составляет 15-20 мм против 8-10 мм для мельниц малого диаметра, что исключает третью стадию дробления и удешевляет его.

В последнее  время на ряде заводов применяют  двухстадийный помол, при котором на первой стадии используют стержневые мельницы. Стержневая мельница подготавливает материал к последующему помолу в короткой трубной мельнице, здесь он измельчается до размеров 0,8-1,4 мм. Устанавливать классификатор не нужно, так как опасность попадания крупных частичек известняка или кварца в печь устраняется. Стержневые мельницы имеют большую производительность. Одна такая мельница может обслужить несколько трубных. Можно также загружать стержни в первую камеру многокамерной трубной мельницы (во вторую и третью камеры загружаются шары и цильнебс). Некоторые заводы работают на мягком сырье (мел, мягкий мергель), то для предварительного помола устанавливают мельницы самоизмельчения «Гидрофол», процесс помола в которых происходит очень эффективно. В мельницу можно загружать материал в виде кусков размером до 500мм. «Гидрофол» может обслуживать две шаровых мельницы. Размолотый шлам подается в вертикальные корректировочные шламбассейны для порционной корректировки, т. е. подачи шлама в бассейн, его перемешивания, определения химического октава, введения необходимой порции корректирующего шлама, вторичного перемешивания и выпуска готового шлама в горизонтальные шламбассейны. Критерием готовности шлама является соответствие его характеристик заданным.  

Сухой способ производства. Известняк и глина после предварительного дробления поступают на усреднительный склад, куда подают и огарки. Дальнейшая подгтовка сырьевых материалов при сухом способе производства предусматривает процесс их сушки.

В настоящее время как у нас, так и за рубежом прослеживается тенденция к совмещению процессов мелкого дробления и помола с сушкой. Если влажность сырья не превышает 8 %, оно может поступать на помол без предварительной подсушки. Если же влажность сырья больше, его необходимо подсушивать в дробилках, ударно-отражательных мельницах или сушильных барабанах. Окончательную сушку совмещают с помолом в мельницах с центробежными сепараторами или в мельницах с проходными сепараторами дымовыми газами с температурой 300-325 °С.

Однако при сухом помоле наиболее целесообразно применять мельницы бесшарового измельчения. При бесшаровом измельчении в мельнице системы «Аэрофол» куски измельчаемого материала выполняют роль измельчающих тел. В такой мельнице совмещены процессы мелкого дробления, сушки и помола в замкнутом цикле с центробежным или проходным сепаратором [4].

Технологическая схема  приготовления сырьевой смеси сухим способом приведена на рисунке 1.2.

 

1, 2 – дробилки; 3 – вальцы; 4 – грейферный крап; 5 – сушильный барабан; 6 – бункера-дозаторы; 7 – мельницы; 8 – сепараторы; 9 – циклоны; 10 – корректировочные    силосы; 11 – силосы для храпения откорректированной муки.

1.2 – Технологическая схема приготовления сырьевой смеси сухим способом

1.3.2 Поточная схема приготовления сырьевой смеси. Поточная схема приготовления сырьевой смеси разработана для мокрого и сухого способов.

По схеме (рисунок 1.3) известняк после двухстадийного дробления поступает на склад для усреднения, где его укладывают в два штабеля вместимостью 10-20 тыс. тонн. Глиняный шлам, приготовленный на карьере, подают в специальные горизонтальные шламбассейны. Весовые дозаторы отвешивают точное количество твердых компонентов (известняка, огарков), которые подают совместно с отмеренным количеством глиняного шлама на помол в трубные мельницы, откуда готовый шлам поступает в горизонтальные шламбассейны на усреднение и хранение.

 

1, 2 – дробилки; 3 – питатель; 4 – бункера-дозаторы; 5 – мельницы; 6 – гидроциклон; 7 – горизонтальный   шламбассейн с двойным поточным корректированием; 8 – глиноболтушка

Рисунок 1.3 – Приготовление сырьевой смеси в потоке мокрым способом

При сухом  способе (рисунок 1.4) осуществляется предварительное усреднение дробленых материалов на усреднительном складе, дозировка (по массе) перед мельницами для одновременной сушки и помола и усреднение муки в силосах. Если для помола применяют мельницы «Аэрофол», куда сырье подают в кусках размером 250 мм, производится двухстадийная дозировка (первая – перед мельницей «Аэрофол», а вторая, более точная, – перед домолом в шаровой мельнице).

Главными  требованиями к приготовлению сырьевой смеси в потоке являются:

- точная дозировка (по массе) компонентов. При этом следует учитывать, что дозировка шламов (муки) дает в 8-10 раз меньшую погрешность,  чем дозировка кускового сырья;

- промежуточной сырьевой муки должно быть столько, чтобы количество его, подаваемое в течение часа, было в десятки раз меньше, чем количество шлама (муки) в бассейне (силосе). Это обеспечит достаточно постоянный состав усредненного шлама (муки);

- анализ сырьевых материалов экспресс-методами;

- интенсивное перемешивание шлама (муки) в бассейнах или си-лосах-усредиителях.

Большое значение при поточной корректировке имеют усредпительные склады, осуществляющие предварительную гомогенизацию сырья. Предварительная гомогенизация может быть двух типов: совместная – для всех компонентов сырьевой смеси и раздельная – гомогенизация каждого компонента отдельно. Раздельная гомогенизация предпочтительнее, поскольку различный зерновой состав компонентов и их физические свойства могут стать причиной расслаивания и нарушения химического состава смеси.

Гомогенизируют  материал после первичного дробления с крупностью кусков до 25 мм. Чаще всего предварительной гомогенизации подвергают основной компонент сырьевой смеси –известковый, химический состав которого подвержен наибольшим колебаниям. Желательно также проводить предварительную гомогенизацию глин и мергелей.

Гомогенизацию проводят в открытых или закрытых складах. Для автоматического управления процессом приготовления смеси на складах создают несколько штабелей [4].

Приготовление сырьевой муки сухим способом с двойным корректированием представлено на рисунке 1.4.

1, 2 – дробилки; 3 – бункера-дозаторы; 4 – мельницы; 5 – сепараторы; 6 – циклоны, 7 – силосы для хранения откорректированной муки

Рисунок 1.4 – Приготовление сырьевой муки сухим способом с двойным корректированием

Для регулирования состава смеси и управления дозирующими устройствами применяют счетно-решающие машины. Способы регулирования можно разделить на четыре группы: 1) система стабилизации, 2) синхронное управление; 3) управление по тенденции; 4) интегральное управление.

При системе стабилизации поддерживается постоянное точное соотношение между дозируемыми компонентами, что возможно лини, и том случае, когда химический состав поступающих материалов остаётся постоянным  в течение достаточно длительного времени.

При синхронном управлении состав компонентов не должен быть строго постоянным. Однако перед дозировкой следует провести химический анализ, поэтому перед дозаторами необходимо устанавливать емкости. Причем период пребывания материала в емкости должен быть не меньше, чем период запаздывания системы регулирования (т. е. отбора, доставки и анализа проб, произведения расчёта и регулирующего воздействия). Если это не соблюдается, работа системы нарушается.