Производство портландцемента

Для подтверждения  правильности выполненных расчетов определяем величину КН, n и p модулей:

                                         КН=

                 n=                                              p=

                   1,7n;                                                            1 p.

Совпадение величины КН с заданной и величин n и p с допустимым пределом, подтверждает правильность расчетов.

4. Описание технологических  способов производства  гидрофобного портландцемента

Производство  портландцемента – сложный технологический и энергоемкий процесс, который можно разделить на два комплекса операций: изготовление клинкера и получение портландцемента измельчением клинкера совместно с гипсом, активными минеральными и другими добавками (если они используются).

Производство  портландцемента  состоит из следующих  основных операций:

• добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов, известняка и глины (если необходимо, то и корректирующих добавок);
• подготовка сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава;
• обжига сырьевой смеси материалов до спекания с получением клинкера;
• помол клинкера в порошок с небольшим количеством гипса, а также добавок.

Основной задачей  является получение клинкера с заданным фазовым (минеральным) составом, что  зависит от состава и качества сырья, выбранного соотношения между  исходными материалами, требуемой  дисперсности и однородности сырьевой смеси и правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

В настоящее  время применяют три способа  подготовки сырьевой смеси из основных материалов:

1. мокрый (помол и смешения сырья осуществляется в водной среде);
2. сухой (материалы измельчаются и смешиваются в сухом виде);
3. комбинированный.

4.1. Мокрый способ  производства клинкера

Технологическая схема производства портландцемента  по мокрому способу представлена на рис.2.

Рис.2. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента мокрым способом.

Добыча  и транспортирование  известняка и глины, приготовление сырьевой смеси. Площадку для строительства цементного завода выбирают, как правило, вблизи месторождений (или размещения) основных исходных материалов – карбонатного и глинистого компонентов. Это делается с целью уменьшить расходы на транспорт и довести до минимума запасы, а следовательно, и емкости складов сырья на площадке завода.

Добыча  известняка. Известняковые породы обычно залегают под слоем пустой породы (вскрыши), толщина которого может достигать 3 – 5 м и более. Для ее удаления применяют экскаваторы разных типов, бульдозеры. При гидромеханическом способе грунт размывают струей воды, подаваемой гидромонитором под давлением 1,5 – 2 МПа. Высокоэффективны разработка вскрышных пород с помощью роторных экскаваторов и их удаление в отработанные части карьеров ленточными конвейерами.

Взорванную породу кусками до 1 – 2м в поперечнике  грузят на транспортные средства и  отправляют на завод. Более крупные  глыбы дробят пневматическими перфораторами. В качестве транспортных средств используют самоопрокидывающиеся платформы (думпкары), автосамосвалы или подвесные канатные дороги.

На заводах  известняк подвергается двухступенчатому дроблению и помолу с глинистым  компонентом.

В последние  годы организация добычи и первичной  переработки  сырья для производства цемента претерпевает большие изменения. Так, для рыхлых скальных пород вместо взрывов начинают применять специальные рыхлители, навешиваемые на мощные тягачи или пневмоколесные погрузчики горной породы, масса которых в 6 – 8 раз меньше, чем элеваторов, при одинаковой вместимости ковша. Обладая большей мобильностью, они способны быстро перемещать добытую горную массу к дробильным установкам, находящимся в карьерах. При этом удельные затраты  на оборудование сокращаются примерно в два раза.

Высокой экономической  эффективностью характеризуется организация  дробления известняка, а также  переработка мела, мергелей и глин непосредственно на карьерах с подачей  на завод известнякового щебня ленточными конвейерами длиной до 5 – 8 км.

Еще более эффективно применение на карьерах вместо стационарных передвижных (самоходных) дробильных агрегатов производительностью до 400 – 1000 т/ч.

Имеются также  примеры переработки известняков  в шлам (иногда вместе с глиной, что  особенно целесообразно) укрупненным  измельчением их в стержневых мельницах. Шлам в этом случае направляется на завод в соответствующие емкости  с помощью гидротранспорта.

Добычу глины, мела и мягких мергелей ведут экскаваторами одноковшовыми или многоковшовыми. Транспортируют эти материалы также, как и известняк, на заводы, где перерабатывают в водные суспензии (шлам). На старых заводах для этой цели применяют глиноболтушки – круглый или многогранный бассейн, дно и стенки которого футеруются  чугунными плитами. В центре бассейна на фундаменте устанавливают вертикальный вал с крестовинами, на которые подвешивают стальные грабли. Вал приводится во вращение электродвигателем. Материалы после предварительного измельчения в дробилках до кусков размером не более 20 см разбалтывают с водой, образуется суспензия с частицами до 3— 5 мм. Крупные куски и примеси (песок, галька и т. п.), оседающие на дно, периодически удаляют. Полученный шлам насосами перекачивают в запасные бассейны, откуда он поступает на тонкое измельчение в мельницы совместно с другими компонентами сырьевой смеси.

Более эффективно использование роторных мельниц и мельниц самоизмельчения материала «Гидрофол» с каскадным пересыпанием его кусков в водной среде.

Обычно на территории завода создаются запасы известняков  и глинистого сырья, что требует  сооружения соответствующих хранилищ.

Приготовление сырьевой смеси включает: дробление известняка, глины и добавок, дозирование, совместный тонкий помол и смешение компонентов, корректирование состава полученной смеси (шлама) и ее хранение.

В производстве портландцемента по мокрому способу сырье размалывают в мельницах со значительным количеством воды — мокрый помол (обычно при содержании воды до 36—42 % массы сухого вещества).

Измельчение подаваемого  в мельницу материала в один рабочий  цикл до требуемой дисперсности называется одноступенчатым. При измельчении  «на проход» получают материал в  готовом виде (измельчение по открытому  циклу). Применяют также измельчение  по замкнутому циклу: материал, выходящий  из мельницы, разделяется (классифицируется) на готовый продукт и «возврат», идущий в ту же мельницу на дальнейшее измельчение до требуемой дисперсности.

При двух- или  трехступенчатом измельчении исходный материал подвергают дроблению или  помолу последовательно в двух или  трех машинах. При этом из измельчаемого  материала после каждой ступени  соответствующими аппаратами (грохотами, сепараторами, гидроциклонами и др.) может быть извлечен продукт с  необходимой степенью дисперсности.

Материалы, подвергаемые измельчению, часто различаются  по влажности, прочности, твердости, вязкости и т. п. Эти свойства предопределяют выбор механизмов для грубого  и тонкого измельчения.

Сырье измельчают до степени, характеризуемой обычно остатком на сите № 008 не более 5—10 %. Для  этого материалы в виде крупных  кусков и глыб вначале дробят в  соответствующих дробилках, а затем  подвергают тонкому помолу в мельницах (шаровых, молотковых и др.). Стоимость  помола в мельницах выше стоимости  дробления, поэтому экономично направлять в них материал с возможно малыми размерами частиц. С другой стороны, стоимость дробления увеличивается  с уменьшением крупности выдаваемого  продукта, поэтому для дробильно-помольной  установки существует оптимальная  степень дробления, при которой  стоимость дробления и помола минимальна. На дробление экономически целесообразно направлять материал в виде возможно более крупных кусков и глыб. Но их предельный размер определяется размером и производительностью дробилок, устанавливаемых, в свою очередь, на основании потребности предприятия в измельченном продукте в смену.

Чтобы добиться измельчения материала до нужных размеров, применяют трех- или двухстадийную  схему измельчения. Для первичного дробления известняков используют щековые и конусные дробилки.

Так как в  горной массе, получаемой буровзрывным способом, содержится до 20—30 % относительно мелкого материала, то рационально  выделять его перед первой стадией  дробления на колосниковом грохоте  и направлять сразу на вторую стадию дробления.

Щековые дробилки в цементной промышленности  применяют для дробления материалов большой и средней прочности, в частности известняков, мергелей, гипса и др.

На второй стадии дробления могут быть использованы как молотковые, так и конусные дробилки. Предпочтение отдают молотковым, так как они могут давать материал в кусках, размер которых меньше в два раза и более размера  выпускной щели. Конусные дробилки, в которых материалы измельчаются раздавливанием и изломом, используют для дробления твердых и очень твердых материалов с коэффициентом дробления 15—20. Недостатки дробилок — значительные размеры по высоте, а также более сложная, чем у щековых дробилок, конструкция.

Выпускают одно- и двухроторные молотковые дробилки с коэффициентом дробления соответственно 10—15 и 20—25. Их используют для измельчения известняков, мергелей, глинистых сланцев, угля, гипса до кусков с предельным размером 6—50 мм.

На третьей  стадии дробления можно устанавливать  короткоконусные, а также молотковые и ударно-отражательные дробилки с шириной выпускной щели 10—12 мм. При тонком дроблении производительность этих дробилок относительно уменьшается, что делает целесообразным предварительное  грохочение. В этом случае материал, получаемый из молотковых дробилок на второй стадии измельчения, содержит 30—40 % готового продукта (мельче 10 мм). Конусные дробилки, устанавливаемые на третьей  стадии, должны, работать только в замкнутом  цикле с применением грохотов соответствующей производительности.

В настоящее  время значительно распространено дробление известняков в две  стадии с установкой для первичного дробления молотковых дробилок (в  том числе и ударно-отражательных),   пригодных   для   измельчения глыб размером 1200—2000 мм до продукта с размером зерен 0—25 мм. Обычно влажные, липкие материалы перерабатывают в две стадии. На первой стадии используют щечно-валковые или щековые дробилки, на второй — молотковые с подвижными стенками (самоочищающиеся).

В технике дробления  явно наметилась тенденция к сокращению числа стадий дробления и получению  материала с возможно малой крупностью частиц для снижения стоимости последующего помола.

Дробленый известняковый  щебень (или крупка) направляется далее на совместный помол с глиняным шламом в шаровую мельницу через весовые дозаторы непрерывного действия с автоматическим управлением, что обусловлено необходимостью строго выдерживать соотношение по массе между компонентами.

Применение автоматического  дозирования по массе для питания  шаровых мельниц еще не обеспечивает получения продукта со строго заданной степенью измельчения. Это зависит  от твердости материала, которая  может меняться, от размера поступающих  на измельчение кусков, их влажности  и других факторов.

В настоящее  время применяют автоматическое регулирование процесса измельчения  непосредственно по тонкости помола, но пользуются еще и косвенным  параметром для регулирования работы мельницы — степенью загрузки первой камеры мельницы измельчаемым материалом: чем больше она загружена, тем  грубее помол. Регулируя питание  мельницы, в определенной мере можно  добиться стабильности измельчения.

Совместное измельчение  известняка и глины в присутствии  воды обеспечивает тщательное перемешивание  исходных материалов. С этой же целью  вместе с ними измельчают и корректирующие добавки (например, огарки), если заведомо известно, что химический состав двух исходных компонентов не позволяет  получить клинкер заданного минерального состава. В производстве применяют  и двухкамерные мельницы, причем первую камеру загружают стержнями, а вторую — шарами. В этом случае мельница выдает шлам с требуемой дисперсностью  материала (8—10 % на сите №008). По ряду данных такие мельницы производительнее обычных  трубных на 10—15%.

Корректирование состава шлама. При смешивании известняка с глиной не всегда удается сразу получить шлам требуемого химического состава в следствии разновидности сырья, несовершенства дозирующих устройств и других факторов. В связи с этим возникает необходимость в систематическом контроле содержания компонентов в сырьевой смеси и в случае отклонения от принятых значений в корректировании состава шлама. Для этого в него водят недостающий компонент в соответствующем количестве.