Развитие мокрого способа производства цемента

    Главные оксиды - SiO₂, Al₂O₃, СаО и Fe₂O₃ - при обжиге взаимодействуют между собой, образуя клинкерные минералы, соотношение которых определяет свойства портландцемента. Клинкер состоит из кристаллов различной формы, между которыми размещено промежуточное вещество, представленное стекловидной фазой.

    

    Минералогический  состав клинкера представлен  следующими минералами: алит (трехкальциевый силикат -3СаО × SiO₂), белит b-модификация (двухкальциевый силикат -   2СаО ×SiO₂), трехкальциевый алюминат (3СаО ×Al₂O₃) и алюмоферриты кальция переменного состава от 8 СаО ×3 Al₂O₃ ×Fe₂O₃ до 2СаО ×Fe₂O₃. Содержание в клинкере трехкальциевого алюмината для цементов типов I, II, III должно содержаться не более 5 %. Сумма С₃А и С₄АF должна быть не более 22 %.

    Наряду  с главными клинкерными  минералами в состав клинкера входит незакристаллизованное  стекло, которое имеет  переменный состав со значительным количеством  Al₂O₃ и Fe₂O₃. Минералогический состав клинкера влияет на технологию производства портландцемента и его свойства.

    Кроме химического и  минералогического  составов, клинкер  характеризуется  определенными соотношениями  четырех основных оксидов. Эти соотношения  называются модулями и коэффициентом  насыщения. В цементном  производстве для  характеристики состава  клинкера пользуются двумя модулями - силикатным (п) и глиноземным (р).

    Силикатный (кремнеземный) модуль характеризует отношение  в клинкере минералов-силикатов (С₃S +C₂S) к минералам-плавням (С₃А и С₄АF) и определяется как отношение количества оксида кремния в клинкере к суммарному содержанию в нем оксидов алюминия и железа. Для портландцемента силикатный модуль находится в пределах от 1,7 до 3,5.

    Глиноземный (алюмосиликатный) модуль характеризует соотношение  С₃А и С₄АF в клинкере и выражается отношением оксида алюминия и оксида железа. Величина глиноземного модуля для портландцемента находится в пределах от 1,0 до 3,0.

    Коэффициент насыщения - это наиболее важная характеристика портландцементного клинкера, его величина определяет соотношение в клинкере между минералами-силикатами С₃S и C₂S.

    При производстве портландцементного клинкера основная задача состоит в том, чтобы при минимальном  количестве свободного оксида кальция получить продукт, содержащий как можно больше трехкальциевого  силиката.

    Необходимой добавкой при помоле клинкера является гипс, который вводится в виде гипсового  камня. По химическому  составу он представлен, в основном, двуводным  сернокислым кальцием СаSО₄×2Н₂О. Химически чистый двуводный сернокислый кальций содержит, %: СаО -32,56; SО₃ -46,51 и Н₂О -20,93.

    

    Введение  гипса в цемент позволяет замедлить  сроки схватывания  при твердении  цементного камня. Гипсовый камень должен соответствовать  требованиям ГОСТ 4013-82. Для производства цемента используют гипсовый камень с размером частиц до 60 мм, поэтому перед подачей в цементную мельницу предусматривается его дробление.

    Для связывания в воде нерастворимые соединения свободного гидрата  оксида, который выделяется в процессе твердения цемента необходимо вводить активные минеральные добавки. В данном проекте в качестве активных минеральных добавок предусмотрено использование доменного шлака полусухой грануляции. Доменный шлак получают в результате обжига железной руды совместно с флюсами в восстановительной среде с использованием кокса в качестве топлива и восстановители оксидов железа до металлического Fе и получения чугуна. Грануляция шлака происходит путем его быстрого охлаждения. Доменный шлак по химическому составу, в основном, (на 90 % и более) состоит из четырех оксидов - SiO₂, Al₂O₃, СаО, MgO.

    Введение  доменного гранулированного шлака в качестве активной минеральной  добавки улучшает строительно-технические  свойства цемента:  повышает его водонепроницаемость, морозостойкость, коррозийностойкость. Кроме этого снижается  себестоимость цемента, так как он является отходом производства; успешно решаются вопросы охраны окружающей природы, экологической  защиты земель, воды и атмосферного воздуха, предотвращая образование  завалов.

[1,2,11] 
 

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Обоснование выбора  схемы технологического  процесса 
 

    Помол клинкера может осуществляться по открытому и  по замкнутому циклу. При открытом цикле помола материал один раз проходит через мельницу и в качестве готового продукта поступает на дальнейшее хранение.

    При помоле в замкнутом  цикле измельченный в мельнице материал поступает в сепаратор (воздушно-проходной  или циркуляционный), который отделяет готовый продукт  от крупки и она  возвращается обратно  в мельницу на домол. Крупка циркулирует  в системе, пока не измельчится до требуемой  тонкости.

    Выбор схемы зависит  от ассортимента выпускаемой  продукции. В данном проекте выпуск ассортимента по замкнутому циклу более рационален. Использование данной схемы производства позволяет получить портландцемент высокого качества за счет более тонкого помола цемента.

    Клинкер, гипс и шлак со склада транспортируются грейферными  кранами в бункера  мельниц. Из бункеров клинкер и добавки  поступают в весовые  дозаторы и в определенном соотношении попадают в загрузочное  устройство мельницы, где происходит помол  шихты за счет действия на нее мелющих  тел.

    Размолотый  в мельнице материал поступает в двухходовой  переключатель, который  подает его в аэрожелоб. С помощью элеватора материал подается на высоту, где по аэрожелобу он направляется в центробежный сепаратор. Восходящий воздушный поток, создаваемый вентилятором, встроенным внутри сепаратора, взвешивает частицы и классифицирует их по размеру, причем грубые частицы крупки достигают стенок внутреннего корпуса и, сползая по внутреннему корпусу, направляется на домол. Мелкие частицы с воздушным потоком через жалюзи проходят во внешний корпус сепаратора, где благодаря резкому снижению скорости движения воздуха достигают стенок и конической части внешнего корпуса и как готовый продукт направляется в бункер пневмовинтового насоса. Насос перекачивает цемент по трубопроводу в силоса, где он хранится.

    

    При данной схеме помола пневмовинтовые насосы устанавливают в  одном помещении  под пылеулавливающими  устройствами, что  улучшает условия  их обслуживания. Кроме  этого снижается  расход электроэнергии на помол цемента.

    Технологический процесс в проектируемом отделении осуществляется по следующей схеме: 

Объединенный  склад клинкера и  добавок

Грейферный кран

     Клинкер                                       Гипс                                     Шлак 

     Бункер                                      Бункер                                  Бункер

  Весовой дозатор                      Весовой дозатор                          Весовой дозатор

           

                                    Трубная мельница                       Аспирационная шахта

                                    2х камерная

 аэрожелоб                                                                    Группа циклонов  

  крупка                            Элеватор                                    Фильтр

                               Центробежный сепаратор                       Вентилятор

                                        Бункер                                    Атмосфера 

                                        Насос

                                    Трубопровод

                                       Силос  

    Схема 2.1 Технологическая схема помола цемента по замкнутому циклу. 

    Использование данной схемы производства позволяет получить высококачественный цемент с меньшими энергозатратами. 

[1,3] 

    

    

    2.2 Выбор технологического  оборудования отделения  помола цемента 

    Помол клинкера и добавок  - важная часть технологического процесса, в результате которого получают готовый продукт - цемент.

    Основным  агрегатом тонкого  измельчения в  цементной промышленности является трубная  мельница. Мельницы могут применяться  различных размеров: диаметром 2,6 ×13;    3 ×14; 3,2 ×15 м; 4 ×13,5 м.

    Исходя  из потребности отделения  с учетом ассортимента выпускаемой продукции, наиболее эффективна установка двух трубных мельниц размером диаметром 4 ×13,5 м с паспортной производительностью 100 т/час.

    Мельница  проста по конструкции, ее использование  позволит получить цемент с высокой степенью измельчения. Конструктивно мельница представляет собой горизонтально расположенный стальной барабан. Помольный агрегат работает непрерывно, материал движется по мельнице в течении 20 -30 минут со скоростью около 0,5 м/минуту. Длина мельницы обеспечивает необходимое время пребывания материала в ней и соответствующую тонкость помола.

    Измельчение размалываемого материала происходит при движении мелющих тел. Внутренняя поверхность мельницы покрыта бронеплитами для предохранения ее от истирания мелющими телами и измельченным материалом. Внутренняя поверхность мельницы отфутерована продольными, а днище торцовыми бронеплитами. Мельница по длине разделена на две камеры межкамерными перегородками, жестко закрепленными на корпусе мельницы и препятствующими прохождению сквозь них крупных кусков материала и мелющих тел. В первую камеру загружаются шары диаметром 60-100 мм, массой 5-6 кг каждый. Во вторую камеру поступает тонкодисперсный продукт, и его необходимо доизмельчить истиранием, поэтому его загружают стальными цилиндрами - цильпебсом, имеющими длину 25-40 мм и диаметр 16-25 мм.

    Обеспечить  точность дозировки  сырьевой шихты позволяет  установка ленточных  весовых дозаторов типа СБ-111. Дозатор представляют собой короткий ленточный конвейер с бесконечной лентой, подвешенной шарнирно на бункере.

    

    Для транспортирования  измельченного материала  из мельницы в сепаратор  предусмотрена установка  цепного элеватора, который состоит  из замкнутого тягового органа с закрепленными на нем ковшами емкостью 18×10^-3 м³. Способ загрузки элеватора - зачерпывание, а выгрузки - свободный самотечный.

    Для отделения крупки от измельченного  цемента в данном проекте предусмотрена  установка центробежного  циркуляционного  сепаратора типа СМЦ -420А  производительностью 180 т/час с выносными  циклонами. Конструктивно сепаратор представляет вращающийся распределительный диск, на который подается измельченный материал, где под действием центробежной силы рассеивается в горизонтальной плоскости камеры сепарации. Недоизмельченный материал поступает в мельницу на дальнейший помол.