Приготовление сырьевой муки при производстве цемента из переувлажненного сырья

Усовершенствованный полумокрьм способ с мембранной фильтрацией трехступенчатым теплообменником (ж). Здесь вместо механического обезвоживания шлама «мел/глина» или «мел/глина/железная руда» (42-45% воды) до остаточной влажности 19-21% осуществляется при помощи мембранных фильтр-прессов. Затем корректирующий материал достаточно тонкого помола и фильтр-кек мела отдельно подаются в печную систему. Низкая остаточная влажность фильтр-кека позволит добавить к теплообменнику четвертую ступень. Данный процесс ж) будет иметь самый низкий расход тепла среди рассмотренных. Особенность процесса ж) состоит в том, что окончательная сырьевая смесь образуется только во флэш-сушилке, где смешиваются отдельные виды сырьевых потоков (мел, зола, руда тонкого помола и песок) [5].

1.6 Оборудование по переработке  влажных сырьевых материалов

Липкие и влажные материалы, используемые в производстве цемента, являются источником трудностей с точки зрения требуемого оборудования. Высокотехнологичные и дорогие линии зачастую страдают от таких банальных проблем, как забивка бункеров и течек, зависание материала, что не позволяет подавать материал в оборудование, установленное дальше по технологической цепочке, или на ленточные конвейеры, которые могут остановиться из-за того, что их нельзя очистить должным образом. Даже для очень совершенного оборудования цементного производства возможны осложнения в работе [6].

Нужно сказать, что для  переработки переувлажненного и  липкого сырья используется пластинчатый питатель. Металлические пластины полотна изогнуты таким образом, чтобы позволить им совершить полный оборот вокруг приводного вала; в результате поверхность пластин очищается с помощью скребка, как это имеет место при работе ленточного конвейера. Закругленная форма пластин позволяет извлекать материал из бункера и не дает полотну проскальзывать под столбом материала.

Данная конструктивная конфигурация является альтернативой поперечным ребрам тех пластинчатых питателей, которые снабжены плоскими пластинами; такие ребра позволяют извлекать сырьевой материал, однако представляют собой потенциальные точки забивания и скопления материала, которые невозможно прочистить и откуда невозможно этот материал удалить.

Пластины полотна питателей  также установлены на шарнирах и  непосредственно прикреплены друг к другу, чтобы не допустить прохода материала по пластинам полотна.

Другой момент, который требует особого внимания при проектировании, это скорость движения полотна питателя. Она должна быть по возможности высокой и сочетаться с требуемой производительностью пластинчатого питателя; если полотно движется медленно, то липкий материал будет скапливаться в кучу на разгрузочной пластине, причем этот материал, из-за своей высокой влажности, будет не рассыпаться а падать целыми кусками, что не позволит поддерживать его равномерную подачу на оборудование, установленное после питателя. В значительной степени проблему можно решить с помощью лопастного вала, поскольку он способствует постоянному обрушению материала и таким образом обеспечивает более равномерную подачу материала.

Что касается дробилок, то для влажного и липкого материала могут применяться только двухвалковые дробилки .Ударные, молотковые или щековые дробилки не подходят для переработки липких материалов.

Зубья двухвалковых дробилок режут липкий материал, как лезвие: он заполняет канавки и остается в них, но специальные скребки, которые очищают ротор, удаляют весь застрявший в канавках материал.

Липкий и влажный материал нельзя разгружать при помощи лезвий скребков, поскольку они немедленно забьются [7]. Для разгрузки такого материала в качестве рабочего органа используют ковши, открытые в нижней части. Из них материал разгружается в тот момент, когда ковши поворачиваются вокруг вала привода. Липкий материал извлекают при помощи специальных лезвий, которые удаляют материал с внутренней поверхности наподобие лезвий бритвы. Такая система позволяет разгружать материалы любой влажности, избегая проблем с забиванием.

Существует два типа ковшовых реклаймеров. Поперечные реклаймеры не выполняют операцию предварительного усреднения. Фронтальные реклаймеры осуществляют предварительное усреднение материала путем одновременной разгрузки разных слоев материала.

 

2 Расчет состава сырьевой смеси  и материального баланса производства

2.1 Методы расчёта сырьевой смеси

Цель  расчета сырьевой смеси — определить такое соотношение между отдельными компонентами шихты, при котором бы получался клинкер с заданными свойствами.

Чтобы рассчитать сырьевую смесь, необходимо иметь данные химического анализа сырьевых компонентов и знать характеристику клинкера. Характеристика клинкера может быть модульной или минералогической. На большинстве заводов расчет шихты производят по модульной характеристике, а если выбран минералогический состав, то его чаще всего пересчитывают на модульный.

Хотя  в настоящее время установлено, что цемент хорошего качества может быть получен из клинкера с разным химическим и фазовым составом, все же, с точки зрения технико-экономической целесообразности, вводятся определенные ограничения химических характеристик сырьевых смесей. При этом к рациональным можно отнести составы, которые: 1) обеспечивают необходимые технологические свойства обжигаемого материала, т. е. способны создавать на огнеупорной футеровке в зоне спекания хорошую обмазку, и обладают хорошей спекаемостью; 2) обеспечивают получение цемента высокого качества без усложнения процесса помола; 3) способствуют наиболее полному использованию сырьевых ресурсов заводов; 4) обеспечивают получение шлама с минимальной влажностью (при мокром способе производства).

Выбор определенных характеристик  клинкера зависит не только от вида сырья и требуемых свойств цемента, но и от типа печного агрегата. Так, в печах большого диаметра, оборудованных колосниковыми холодильниками, температура в зоне спекания на 50-70 °С выше, чем в 150-метровых печах, что дает возможность несколько уменьшить количество минералов-плавней или повысить КН.

Для получения в обжигаемом материале  необходимого качества жидкой фазы сумму С₃А + С₄АР надо поддерживать в пределах 18- 22 %, причем содержание С₃А должно составлять 5-8 %. Следовательно, сумма С₃S + С₂S составляет 72-75 % (остальные 2-4 % примеси). Рациональные пределы содержания С₃S – 52-62 %. Нижний предел принимается для заводов, работающих на твердом топливе с высокой зольностью, верхний – для заводов, работающих на газе и мазуте.

При этом модульная характеристика клинкера будет следующей:

КН = 0,90 ± 0,02; п = 2,2 ±0,3; р = 1,3 ±0,3.

При расчете химический состав сырья  необходимо привести к 100 %.

Хотя для клинкера чаще всего  задаются три характеристики (модуля), однако расчет начинают с двухкомпонентной шихты При этом определяют соотношение основных компонентов (известнякового (мелового) и глинистого) для получения заданного КН. КН характеризует лишь соотношение С₃S/С₂S и определяет суммарное содер

 

 

 

 

жание СаО в клинкере. Поэтому для установления необходимости введения третьего и четвертого компонентов рассчитывают пир для двухкомпонентной шихты. При  этом теоретически может возникнуть пять случаев:

1)п = п₃, р = р₃; 2) п>п₃, р>р₃; 3) п<п₃, р<р₃; 4) п>п₃, р<p₃ ; 5) п < п₃, р>р₃,

где п₃ и р₃ — заданные значения модулей; п и р — значения модулей для двухкомпонентной шихты.

Первый случай встречается на практике очень редко, хотя с технологической и экономической точки зрения двухкомпонентная шихта наиболее рациональна.

Во втором случае (оба модуля больше требуемых), который наиболее распространен на практике, приходится вводить железистую добавку, что одновременно снижает оба модуля: и кремнеземистый, и глинозмистый. Количество добавки должно быть таким, чтобы оба модуля сохранились в приемлемых границах.

В третьем случае (оба модуля меньше требуемых), что наблюдается при применении низкокремнеземистого маложелезистого сырья, необходимо вводить две добавки — кремнеземистую и глиноземистую. Такие случаи на практике встречаются относительно редко.

В четвертом случае повысить глиноземистый и снизить силикатный модули можно введением глиноземистой добавки, что на практике делают очень редко.

В пятом случае необходимо одновременно вводить кремнеземистую и железистую добавки.

После установления, какую добавку  следует вводить, приступают к расчету трех- или четырехкомпонентной шихты.

Такие расчеты выполняют по методам Кинда — Окорокова, Когана или графически. Наиболее распространен первый метод. При выводе расчетных формул исходят из того, что на х массовых частей первого, у массовых частей второго, г массовых частей третьего компонента приходится одна часть четвертого компонента. Затем, используя формулы смешивания, определяют содержание СаО (С₀), SiO₂ (S₀), А1₂0₃ (А₀) и Fе₂0₃ (F₀) в шихте, полученные значения подставляют в формулы; КН — для двухкомпонентной шихты, КН и одного из модулей – для трехкомпонентной шихты, КН и обоих модулей — для четырехкомпонентной шихты. Решив уравнения, находят значения х, у и г, т. е. массовые части сырьевых компонентов.

Возможность получения шихты из двух компонентов можно определить в большинстве случаев и без предварительного расчета. Если шихта состоит из известняка и глины, то решающее влияние на кремнеземистый и глиноземистый модули оказывает глинистый компонент, так как в известковом компоненте содержится мало SiO₂, А1₂0₃ и Fе₂0₃. Поэтому, определив кремнеземистый и глиноземистый модули для глины, можно сразу сказать, нужно ли вводить третий и четвертый компоненты [3].

2.2 Расчет состава сырьевой смеси

Для производства цемента могут применяться как  природные вещества, так и промышленные продукты. Исходными материалами служат минералы, содержащие главные составные части цемента: оксид кальция, кремнезем, глинозем и оксид железа. Эти компоненты редко содержатся в нужном соотношении в каком-либо одном виде сырья. Поэтому часто приходится подбирать сырьевую смесь по расчету из составляющей, богатой известью (карбонатный компонент), и составляющей, бедной известью, но содержащей кремнезем, глинозем и оксид железа (глинистый компонент). Двумя основными компонентами сырьевой смеси, как правило, служат мел и глина, известняки глина или известняк и мергель.

Пусть нам требуется рассчитать сырьевую смесь при КН = 0,85 с использованием сырьевых компонентов, химический состав которых приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Химический состав компонентов смеси

Компоненты	Содержание оксидов, мас. %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	ппп	Сумма
Мел	1,15	0,95	0,57	53	0,6	0,13	43,6	100
Глина	70,15	13,2	7,4	0,75	1,05	0,18	6,1	98,83

Указанный химический состав приводим к 100%. Для этого определяем коэффициент пересчета:

Умножая на этот коэффициент, соответствующие составы, получим химический состав сырьевых материалов, приведенный к 100 % (таблица 2.2.).

Таблица 2.2 – Химический состав сырьевых материалов, приведенный к 100 %

Компоненты	Содержание оксидов, мас. %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	ппп	Сумма
Мел	1,15	0,95	0,57	53	0,6	0,13	43,6	100
Глина	70,9217	13,3455	7,4814	0,7584	1,0616	0,1819	6,1673	100

Вводим сокращения в обозначения:

SiO₂ – S;

Al₂O₃ – A;

Fe₂O₃ – F;

CaO – C.

Принимая, что в сырьевую смесь входят х  массовых частей мела и одна массовая часть глины, можно написать следующие равенства:

Таким образом, на одну часть глины приходится 3,9729 частей мела и выражая состав смеси в процентах, будем иметь:

Расчет состава сырьевой смеси  в соответствии с полученными данными сводим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Состав сырьевой смеси

Компоненты	Содержание оксидов, мас. %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	ппп	Сумма
Мел × 0,7989	0,919	0,759	0,4554	42,34	0,479	0,104	34,83	79,89
Глина×0,2011	14,262	2,684	1,505	0,1525	0,214	0,037	1,25	20,11
Сырьевая смесь (сумма обоих компонентов)	15,181	3,443	1,9604	42,49	0,693	0,141	36,08	100