Автор работы: Пользователь скрыл имя, 19 Сентября 2015 в 21:09, курсовая работа
Цемент применяется для изготовления сборного и монолитного железобетона, строительных изделий и сооружений, легких и ячеистых пено- и газобетонов, получения цементных и смешанных строительных растворов, цементного фибролита.
К разновидностям цемента относятся следующие:
быстротвердеющий;
пластифицированный;
сульфатостойкий;
Последний недостаток особенно существен, поскольку рост производственной мощности цементных заводов неизбежно связан с увеличением вместимости силосов для хранения измельченного сырья.
На новых заводах корректирование сырьевой смеси происходит в двух ярусных силосах. В верхний ярус поступают исходные сырьевые смеси различного состава. После точного определения их характеристик они смешиваются в более крупных силосах нижнего яруса в заданном состоянии. Двух ярусное расположение силосов позволяет не только сократить их площадь и расходы на строительство, но и использовать своеобразный эффект гравитационного перемешивания в процессе разгрузки. Он обусловлен тем, что когда материал выгружают из силоса верхнего яруса в силос нижнего яруса, скорость его опускания больше в центре силоса и постепенно уменьшается в направлении к периферии, что заставляет горизонтальные слои материала разного уровня перемещаться к центру, где они одновременно извлекаются.
Технологическая схема поточного приготовления сырьевой смеси представлена на рис. 3. Поступающие с карьеров на завод известняк и глина после первой стадии дробления проходят через контрольные пункты определения химического состава. Результаты анализов , проводимые 1 раз в течение 1-2 ч , используются для первичного дозирования с точностью + 3-4% , т. е. относительно невысокой .
Рис3. Технологическая схема поточного приготовления смеси по сухому способу:
1 — карьер известняка; 2 — карьер глины; 3 — вагоны с огарками; 4 — валковая дробилка; 5, 13, 16, 20, 24 — контрольные станции определения химсостава; б — щековая дробилка; 7 — склад; 8, 10, 15, 23 — дозаторы по массе; 9 — бункера; // — мельница «Аэрофол»; 12 — циклон-разгружатель; 14 — промежуточные силосы; 17 — центробежный сепаратор; 18 — бункер-весоизмеритель; 19 — шаровая мельница; 21 — гомогениззционный силос; 22 — запасной силос.
Дозированные количества известняка и глины подаются в мельницу самоизмельчения. Сюда же поступают отходящие от печей горячие газы. Размолотая и высушенная смесь известняка с глиной поступает в циклон - разгрузитель, а затем в промежуточные силосы . После циклона - разгрузителя расположен контрольный пункт , осуществляющий отбор проб смеси и анализ на быстродействующем рентгеноспектральном анализаторе уже с частотой один раз в 5-10 мин . Размер промежуточного силоса выбирается таким образом, чтобы продолжительность его заполнения составляла 8-10 ч, что обеспечивает получение представительной информации для прогнозирования состава смеси, которая будет выходить из данного силоса при разгрузке. Из силосов сырьевая смесь поступает на дозаторы по массе , обеспечивающие точное заданное соотношение компонентов сырья перед домолом его в шаровой мельнице .
Грубо измолотую смесь готовят двух составов:
Это позволяет:
Ориентировочные значения соотношений известняка и глины в " высокой " и " низкой " смесях должны составлять соответственно 90 : 10 и 70 : 30 % .
Дозированная смесь " высоких " и " низких" материалов и огарков контролируется каждые 5-10 мин и подается элеватором в центробежный сепаратор . Здесь отделяются фракции тонкого помола , а крупка возвращается на домол в мельницу. В месте последующего объединения обоих потоков ставится снова контрольная станция. Объединенные потоки готовой сырьевой муки поступают в один двух ярусный гомогенезационный и запасной силосы , содержащие запас готовой муки на 1,5-2 сут .Выходящая из запасного силоса мука через дозаторы и контрольную станцию поступает на обжиг.
Обжиг клинкера при сухом способе производства осуществляется во вращающихся печах с циклонными теплообменниками, состоящими обычно из четырех последовательно соединенных циклонов, через которые направляются отходящие из печи газы; навстречу газам сверху вниз через циклоны поступает сухая измельченная сырьевая шихта; за 25-30 с она нагревается до 750-800С и декарбанизуется на 30-40%. Такая современная печь имеет производительность 3000 т/с при удельном расходе тепла 3,2 - 3,4 МДж/кг клинкера.
Обжиг цементно-сырьевой смеси протекает в определенных температурных границах -- технологических зонах печного агрегата. Условно выделяют зоны :
В зоне подогрева при температуре 200-700 С выгорают органические примеси и начинаются процессы разложения глинистого компонента. В зоне декарбонизации при температуре 900-1200С протекает диссоциация карбонатов кальция и магния с образованием свободных CaO и MgO. Одновременно продолжается распад глинистых минералов. С ростом температуры происходит взаимный обмен между атомами и ионами вещества с образованием новых соединений : двукальциевый силикат ( ( белит ) , который медленно твердеет , при этом выделяет очень мало теплоты ; продукт твердения в течение первого месяца обладает невысокой прочностью , но затем на протяжении нескольких лет при благоприятных условиях прочность его неуклонно возрастает) ;трехкальциевый алюминат ( ( целит ) , содержится в количестве 4-12 % ; при благоприятных условиях обжига образуется в виде кубических кристаллов ; целит является причиной сульфатной коррозии цемента , поэтому его содержание в сульфатостойком цементе ограничено 5 % );.четырехкальциевый алюмоферрит содержится в количестве 10-20% . Это алюмоферритная фаза промежуточного вещества клинкера , представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава , обычно ее состав близок к 4CaO*AL2O3*Fe2O3 . По скорости гидратации этот минерал занимает как бы промежуточное положение между алитом и белитом и не оказывает определяющего значения на скорость твердения и тепловыведение цемента .При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной и обожженной сырьевой смеси клинкер не должен содержать свободного оксида кальция CaO , так как пережженная при температуре около 1500С известь, так же как и магнезия MgO , очень медленно гасится, увеличиваясь в объеме , что может привести к растрескиванию уже затвердевшего бетона. В природе есть горная порода , обеспечивающая получение клинкера такого состава -- мергель ( тесная смесь известняка с глиной ).
В зоне экзотермических реакций при температуре 1200-1300С процесс твердофазового спекания материала завершается. Содержание свободной извести резко уменьшается, но в смеси остается некоторое ее количество ,необходимое для насыщения двукальциевого силиката до трехкальциевого.
В зоне спекания температура клинкера сравнительно медленно понижается с 1300 до 1000 С.
Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и не являются стабильными .Меняя режим работы печи , можно смещать зоны и регулировать тем самым процесс обжига .
Вращающиеся печи ( рис.4 ) , установленные под углом к горизонту 3-4 вращаются со скоростью 0,5-1,4 мин -1 . Работает печь по принципу противотока . Сырьё поступает в печь с верхнего ( холодного ) конца , а со стороны нижнего ( горячего )конца вдувается топливо -- воздушная смесь , сгорающая на протяжении 20-30 м длины печи . Горячие газы , перемещаясь со скоростью 2-13 м/с навстречу материалу , нагревают последний до требуемой температуры . Занятое материалом сечение во вращающихся печах составляет лишь 7-15 % объема ,что является следствием высокого термического сопротивления движущегося слоя и объясняется малой теплопроводностью частиц обжигаемого материала и слабым перемешиванием их в слое.
Рис. 4. Вращающаяся печь:
1 — дымосос; 2- питатель для подачи шлама; 3 — барабан; 4 — привод; 5— вентилятор с форсункой для вдувания топлива; 6 -холодильник
В печах сухого способа часть физико-химических превращений происходит в запечных теплообменниках ( например , циклонных ) . Во взвешенном состоянии в потоке горячих газов очень интенсивно ( за 25-30с ) происходит сушка и частичная ( до 20-35%) декарбонизация сырьевой смеси.
Техническим прогрессом является введение в систему циклонных теплообменников дополнительной диссоционной ступени реактора - декарбонизатора , в котором сжигается до 60% топлива , предназначенного для обжига клинкера . В реакторе - декарбонизаторе происходит на 85-90% разложение карбоната кальция , а остальные 10-15 % процесса диссоциации приходятся на долю вращающейся печи . Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м3 внутреннего объема печи в 2,5-3 раза , повысить производительность печей до 6000 -10000 т/сут, снизить удельный расход теплоты до 3,0 - 3,1 МДж/кг клинкера . Размеры установки невелики , и она может использоваться не только при строительстве новых заводов , но и при модернизации действующих печей с циклонными теплообменниками .
Декарбонизатор ( рис.5 ) представляет собой печь специальной конструкции с вихревой форсункой , где в вихревом потоке происходит сжигание топлива и декарбонизация сырьевой муки .
Рис.5.Схема печной установки с выносным декарбонизатором (а) и выносными теплообменниками (б): 1 — декарбоннзатор (кальцинатор); 2 — топливные форсунки; 3 — топливные насосы; 4 — трубчатый подогреватель; 5 — топливный бак; 6 — вращающаяся печь; 7 — пневмоподъем-ник; 8 — дозаторы сырьевой муки; 9 — бункера для сырьевых материалов; 10 — разгрузитель сырьевой муки; //— розжнговая труба; 12 — циклоны теплообменника; 13 — газоход; 14—- циклоны пылеочистки дымовых газов; 15 и /7 — дымососы; 16 — электрофильтр, /5 — водяной насос; 19 — переходной трубопровод; 20 — вертикальный газоход; 21 — трубопровод горячего воздуха из холодильника.
Полученный в печи раскалённый клинкер поступает в холодильник , где охлаждается движущимся ему навстречу холодным воздухом до 60-80 С . Далее клинкер подаётся на измельчение в сепараторную машину .
Тонкое измельчение клинкера с гипсом и активными минеральными добавками -- завершающая технологическая операция производства цемента . Его основные свойства ( прочность , скорость твердения и др.) определяются степенью измельчения .
Измельчение осуществляется под действием внешних сил , преодолевающих силы взаимного сцепления частиц минерала . Макро- и микро неоднородность кусков материала , агрегирование порошка , взаимодействие измельчаемого материала и измельчающих поверхностей предопределяет стадийность процесса . На кривой сопротивляемости размолу клинкера можно выделить три участка : грубого , среднего , тонкого измельчения . Удельная работа измельчения последовательно возрастает от первой к третьей стадии . На первой сопротивляемость размолу определяется пористостью материала, на второй -- микроструктурой и минералогическим составом вещества. На третьей стадии сопротивляемость размолу увеличивается с ростом удельной поверхности вследствие агрегации тонких частиц и их налипания на рабочие поверхности . По мере измельчения энергетические потенциалы частиц настолько возрастают , что происходит их агрегирование с уменьшением удельной поверхности. На третьей стадии измельчения большая часть энергии тратится не на измельчение продукта , а на разрушение вновь образующихся агломератов .
Размол цемента -- наиболее энергоёмкая операция. На 1т клинкера расходуется 90-110МДж энергии . Это обусловливает стремление к уменьшению массы измельчаемого материала . Из него целесообразно предварительно выделять куски меньше того размера , до которого производится измельчение на данной стадии. В результате уменьшается расход энергии , повышается производительность мельницы ,конечный продукт более однородный по размерам . Измельчение материала происходит в процессе перемещения вдоль мельничного барабана . Чем длиннее этот путь , тем больше степень измельчения . Мельницы должны иметь достаточную длину ( 10-14 м ) , которая обеспечивает необходимое время пребывания материала в мельнице и соответствующую тонкость помола .
Мельницы разделены дырчатыми перегородками на камеры ( 2 , 3 и 4 ) . В первую камеру поступают крупные куски ,для разрушения которых необходима большая сила удара .Поэтому её загружают шарами большого диаметра -- 60-110мм , массой 5-6 кг . Во вторую камеру загружают шарами меньшего диаметра -- 30-60мм , потому что во вторую камеру материал поступает уже в виде крупки .В следующие камеры поступает тонко измельченный продукт , и его истирают, поэтому их загружают обычно стальными цилиндрами ( цильпебсами ) , имеющими длину 25-40 мм и диаметр 16-25 мм.
Обязательное условие эффективной работы мельницы -- охлаждение мельничного пространства путем его аспирации ( вентилирования ) .
Для интенсификации процесса помола рекомендуется применение специальных добавок (0,03 - 0,04 триэтаноламина и сульфитно - дрожжевой бражки (СДБ)).
Наиболее мощное помольное оборудование используют в цементной промышленности , как в открытом , так и в закрытом циклах .
На рис.6 показана технологическая схема помола цемента на современном цементном заводе в открытом цикле . Клинкер , гипс и активные минеральные добавки со склада подаются в бункера и дозируются тарельчатыми питателями в мельницу . После измельчения цемент поступает в аспирационную шахту , а из неё в бункер цемента и далее на склад . Мельничное пространство аспирируется . Цемент , осаждённый в циклонах и электрофильтре , собирается шнеком и направляется в расходный бункер цемента . Главный недостаток измельчения в открытом цикле -- трудность получения материалов с удельной поверхностью ( до 4000-5000см/г ).
Рис.6.Технологическая схема помола цемента в открытом цикле:
1 — сборный шпек; 2 — ячейковые разгружатели; 3 — аспирациониый вентилятор; 4 —электрофильтр; 5 — циклоны; 6 — расходные бункера (добапок, клинкера, гипса); 7 — тарельчатые питатели; 5 — склад; 9 — грейферный кран; 10 — расходный бак для ПАВ; 11 — перекачивающие насосы; 12 — ковшовый питатель; 13 — мельница; 14 — аспирационная шахта; 15 — редуктор; 16 — электродвигатель; 17 — шнек; 18 — расходный бункер цемента; 19 — пневмовинтовой насос
Внедрение замкнутого цикла помола обусловлено повышением требований к тонкости помола , которые не могли быть удовлетворены при работе на установках открытого цикла . Мельницы , работающие в замкнутом цикле , дают более однородный по размеру зёрен продукт , характеризуются большей удельной производительностью .В то же время мельницы замкнутого цикла требуют больших капитальных затрат .
В последнее время
получает распространение