Способы производства цемента. Этапы и способы производства цемента

В природе эта порошкообразная масса, использующаяся в основном в качестве вяжущего в процессе изготовления различных сухих смесей и растворов, не встречается. Цемент – продукт искусственный. Технологии его производства, их особенности, чем отличаются различные способы (например, сухой от мокрого) – тема этой статьи.

В стоимость любой продукции всегда закладываются транспортные расходы на доставку сырья. Именно поэтому большинство цементных заводов функционирует в регионах, где оно добывается. В качестве исходных компонентов используются определенная разновидность известняка (основной) и добавки (гипс и другие измельченные минералы). Их подбор зависит от марки цемента, которую требуется получить.

Основные этапы

1. Получение клинкера.

Самый дорогостоящий технологический этап, на который приходится до 65 – 75 % всех затрат на изготовление цемента. Клинкер – это смесь на основе извести и глины, являющаяся исходным сырьем для производства вяжущего. В общем виде схема выглядит так: подготовленную смесь заливают водой и дают отстояться в течение определенного периода, после чего она подвергается термической обработке в специальных печах (режим в пределах 1400 – 1500 °C), в результате которой отдельные фракции спекаются, и получается гранулированная масса.

2. Цемент.

Далее зерна клинкера подвергаются измельчению (помолу). На этом этапе изготовления промежуточного цементного продукта в сырьевую массу вводятся добавки, которые определяют конечные характеристики вяжущего. В зависимости от процентного содержания минералов он классифицируется по маркам.

Специфика производства портландцемента в том, что в сырье должны преобладать материалы с повышенным содержанием алюмосиликатов и оксида кальция. На практике этого можно достичь, если исходную массу готовить в пропорции 1 к 3 (глина/известняк).

Существует несколько технологий производства вяжущего. При выборе того или иного способа каждый завод по выпуску цемента ориентируется прежде всего на доступность конкретного типа сырья в данном регионе, возможности оборудования, энергетические мощности и ряд других факторов. А с учетом того, что при изготовлении продукта можно комбинировать с разновидностями добавок, их процентным содержанием – нюансов даже при однотипной технологии достаточно.

Способы заводского производства

1. «Мокрый».

Данная технология считается наиболее сложной и затратной. Схема мокрого способа в том, что первичная обработка основных компонентов в начале цикла производится раздельно. Измельченные фракции загружаются в оборудование, предназначенное для кратковременного хранения материалов в водной среде. После отмачивания продукты поступают в специальные мельницы, где все еще мокрые фракции превращаются в порошкообразную массу с одновременным перемешиванием всех ингредиентов.

Подготовленный шлам перемещается в шлюмбассейны (вертикальный + горизонтальный), в которых осуществляется процесс корректировки долевого соотношения составляющих цемента. По сути, определяется химическая формула конечного продукта. Далее – обжиг мокрого шлама в печи и охлаждение в холодильных установках. О цементе как таковом можно говорить только после окончательного измельчения его шлама, в результате чего и получается порошок в том виде, в котором он поступает на склад. После контроля качества вяжущее фасуется. В последнее время мокрый способ изготовления применяется все реже, так как существуют более простые и менее затратные технологии производства цемента.

2. Сухой способ.

Принципиальное отличие от мокрого – в измененной технологической схеме. Основное оборудование то же самое, но при сухом способе после предварительного измельчения сырья для цемента компоненты поступают в сушильные барабаны (каждый в свой). После этого они перемешиваются и дополнительно измельчаются в общей мельнице. Особенность сухого способа еще и в том, что на этом этапе вводятся добавки.

Дальнейший нюанс производства определяется видом и влажностью глины. Все сухие составляющие шлама по этому параметру необходимо «выровнять». С этой целью масса увлажняется, после чего отправляется на обжиг. Так как влажность промежуточного цементного продукта относительно невысокая (порядка 13 %), то для его осушения и получения гранул не требуется мощных печей и большого эн/потребления. Это позволяет определить сухую технологию как наиболее экономичный способ производства.

Есть и еще одна методика, которая считается очень рентабельной. Речь идет о производстве бесклинкерного цемента сухим способом. В чем разница? Сырьем для получения портландцемента являются не горные породы, а зольная пыль, по сути, отходы производства. Такая технология еще больше снижает затраты на эл/энергию (не требуется многоступенчатое дробление компонентов для портландцемента), доставку сырья и увеличивает выбор разновидностей сухого шлама. Данный способ привлекателен для тех, кто решил организовать собственное производство.

3. Полусухой.

Такое производство портландцемента несколько отличается от вышеописанного. Во-первых, размерами гранул шлама, во-вторых, его влажностью (она несколько больше), в-третьих, принципом обжига. Он производится в печах Леполь, конструкция которых при таком способе получения цемента обеспечивает уменьшение примерно на 22 – 22 % уровня карбонизации продукта. Далее то же самое – мелкий помол сухого материала и отправка в бункер для хранения.

4. Комбинированный способ.

В нем сочетается несколько технологий. Схема зависит от того, какой из способов получения портландцемента (сухой или мокрый) выбран в качестве базового. Хотя есть и другие варианты. Соответственно, подбирается и оборудование, необходимое для той или иной технологии изготовления.

Цемент собственного изготовления

Учитывая огромный спрос на данный стройматериал, многих интересует вопрос организации производства вяжущего в домашних условиях. Разовое производство, для себя, в каких-то определенных целях (заливка фундамента, капитальный ремонт и тому подобное) – нерентабельно. Во-первых, процесс изготовления материала связан с большим потреблением эл/энергии. А конечные затраты – это не только оплата счетов, но и необходимость прокладки новой силовой линии. Во-вторых, придется закупить соответствующее оборудование – печь и мельницу для помола. Если к этому добавить и стоимость всех компонентов, то производство цемента на дому – бесперспективно и убыточно.

Другое дело – предпринимательство. Сейчас на рынке много различного оборудования, из которого выйдет смонтировать поточную линию для изготовления вяжущего. Несмотря на то, что в основном все агрегаты «made in Китай», судя по отзывам на тематических форумах, существенных претензий к их работе по получению цемента нет. Затраты на мини-завод по производству стройматериала довольно быстро окупаются. К сожалению, данных о полной стоимости (в комплекте) в открытом доступе нет (везде указывается «уточняйте»), но можно сделать некоторые выводы, если ознакомиться с ценами на аналогичные образцы. Например, измельчитель твердых пород из Китая обойдется около 145 000 – 155 000 рублей.

Рентабельность несложно оценить самостоятельно, если ориентироваться и на цены вяжущего. 1 т цемента в среднем (с доставкой) обходится примерно в 3 450 рублей. Себестоимость его изготовления на своем небольшом заводе специалистами оценивается (в зависимости от технологии и схемы) в пределах 780 – 960 руб/т. Рыночная стоимость портландцемента еще выше – порядка 4 050 руб/т. Преимущества производства на своем оборудовании очевидны. Недаром собственный завод считается не просто выгодным, а высокоприбыльным бизнесом.

Введение 3

1. Портландцемент 4

2. Сырьевые материалы, используемые для производства портландцемента 6

2.1 Сырьевые материалы для получения клинкера 6

2.2 Добавки к клинкеру необходимые при изготовлении портландцемента 7

3. Добыча и доставка на завод основных сырьевых материалов 8

4. Разгрузка и хранение сырьевых материалов 9

5. Технология производства цемента, схемы 10

5.1 Мокрый способ производства 11

5.2 Сухой способ производства 14

5.3 Полусухой способ производства 15

5.4 Комбинированный способ производства 15

6. Хранение и упаковка 16

Заключение 18

Список литературы 19

Введение

Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах. Цемент - это собирательное название группы гидравлических вяжущих веществ, представляет собой тонкоразмолотый минеральный порошок, способный при смешении с водой образовывать пластичную массу, с течением времени затвердевающую в камневидное тело. Главной составной частью цемента являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.

В группу цемента входят все виды портландцемента, пуццоланового портландцемента, шлакопортландцемента, глиноземистый цемент, расширяющиеся цементы и некоторые другие.

В данной работе будет рассмотрена технология производства наиболее распространенного цемента - портландцемента.

1. Портландцемент

Наиболее распространенный цемент, называемый портландцементом - это гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе.

Портландцемент получают путем обжига при высокой температуре (1400-1500°) природного сырья в виде мергелей или искусственной смеси известняка с глиной и другими материалами. Обжиг производится в специальных печах. Обычно цементообжигательная печь - это огромный, длиной 100-150 метров, горизонтально расположенный цилиндр, выложенный внутри огнеупорным кирпичом и медленно вращающийся. Печь устанавливается с наклоном; благодаря этому материалы в ней, пересыпаясь, постепенно передвигаются от одного конца к другому. При обжиге получается спекшийся материал, часть которого расплавилась и застыла в стекловидном состоянии. Этот материал носит название цементного клинкера. На рис. 1 показано строение цементного клинкера при небольшом увеличении. Из рисунка видно, что цементный клинкер состоит из кристаллических минералов, соединенных стекловидным веществом.

Рис. 1 Частица цементного клинкера в разрезе при увеличении в 100 раз

Портландцемент может выпускаться без добавок или с активными минеральными добавками в количестве до 15% от веса цемента. Добавки вводятся для придания цементу специальных свойств (пониженной водопотребности, повышенного воздухосодержания, гидрофобных свойств и т.д.).

Помимо портландцемента, выпускаются большие количества различных цементов, отличающихся составом сырья, из которого их получают, способом производства и свойствами. Советская цементная промышленность выпускает специальные цементы, предназначенные для особых условий службы бетона и специальных целей. Значительное количество разновидностей цементов получается на основе портландцементного клинкера путем добавки к нему различных веществ. В приведенной таблице 1 дается краткий перечень важнейших цементов с указанием их назначения, особенностей и области применения.

Табл. 1 Краткий перечень важнейших цементов с указанием их назначения, особенностей и области применения.

Чем тщательнее подобран состав сырья, чем лучше проведен процесс обжига и чем тоньше размолот цемент, тем выше его качества и тем большую прочность может он обеспечить при затворении его водой. Но более активный цемент всегда более чувствителен к действию влаги и углекислоты, содержащихся в воздухе, и при хранении быстрее теряет активность. Поэтому современные тонкомолотые высокоактивные цементы требуют тщательной упаковки, хранения и быстрого употребления в дело.

2. Сырьевые материалы, используемые для производства портландцемента

Сырьевые материалы, применяемые при производстве портландцемента, разделяются на две группы. К первой группе относятся материалы, предназначенные для получения клинкера, ко второй - материалы, добавляемые к клинкеру при помоле.

2.1. Сырьевые материалы для получения клинкера

Для получения портландцементного клинкера требуемого состава сырьевую смесь составляют из нескольких компонентов. Основные компоненты: известковый, состоящий преимущественно из углекислого кальция (карбонатная порода), и глинистый, содержащий большое количество кислотных окислов SiO 2 и А1 2 О 3 . В некоторых случаях, когда имеется возможность, два основных компонента заменяют одним мергелем, представляющим собой природную смесь глинистых веществ и СаСО 3 в необходимом для производства клинкера соотношении. Иногда вместо природного глинистого компонента используют отходы (шлаки, золы, нефелиновый шлам и др.) различных отраслей промышленности, имеющие подходящий состав.

Для регулирования содержания в смеси того или иного окисла в нее вводят корректирующие добавки. Если в сырьевой смеси недостает кремнезема, добавляют трепел, песок, опоку, диатомит и другие вещества с высоким содержанием SiO 2 ; при недостатке глинозема (А1 2 О 3) применяют бокситы, алюминиевые шлаки или глину с высоким содержанием А1 2 О 3 недостаток окиси железа компенсируют добавкой железной руды, колчеданных огарков, колошниковой пыли.

Пригодность сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера устанавливают на основании их технологического изучения и технико-экономического анализа вопросов, вытекающих из организации цементного производства в данном районе (способ производства, вид топлива, качество цемента).

Карбонатные породы. Карбонатные породы образовались в основном из остатков животного мира, осевших на дне водоемов, а также из химических осадков углекислого кальция. Они встречаются в природе в виде известняков, мела, известнякового туфа, известняка-ракушечника и мрамора. Все разновидности карбонатных пород находят применение в производстве портландцемента, за исключением мрамора. Чаще всего используют известняки и мел, осадочное происхождение которых обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств.

Глинистые породы. Для цементного производства используют следующие виды этих пород: легкоплавкие глины, глинистый мергель, глинистый сланец, лёсс.

Глины представляют собой тонкодисперсные горные породы, легко распускающиеся в воде. Глины имеют разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. В тех случаях, когда глины содержат значительное количество грубых включений, обломков горных пород, их необходимо предварительно обогащать. Минералогический состав глин представлен различными гидроалюмосиликатами, из которых наиболее часто встречаются каолинит, монтмориллонит и гидрослюды. Обычно глины содержат в виде примеси кварцевый песок.

Мергели представляют собой природную смесь глинисто-песчаных веществ (20-50%) и мельчайших частиц углекислого кальция (50-80%). В зависимости от содержания СаСО 3 и глинисто-песчаного вещества мергели разделяются на песчаные, глинистые и известковистые.

Лёсс представляет собой пористую осадочную горную породу серо желтого цвета, близкую по химическому составу глинистым мергелям, но отличающуюся более грубо дисперсными частицами. Лёсс состоит в основном из частиц размером 0,1-0,5 мм; глинистые частицы (меньше 0,01 мм) содержатся в незначительном количестве, но в то же время в лёссе почти нет частиц песка с зернами крупнее 0,25 мм.

Глинистые сланцы относятся к породам метаморфическим (видоизмененным). Образовались они в результате видоизменения глин под действием большого давления, которое возникает при перемещении верхних слоев земной коры в более глубокие. По химическому составу глинистые сланцы подобны глинам, но отличаются от них физическими свойствами - они обладают высокой плотностью, прочностью и не размокают в воде.

Промышленные отходы. В качестве сырьевых компонентов на некоторых цементных заводах используются отходы различных отраслей промышленности. Наиболее широко применяют доменные шлаки и нефелиновый шлам, представляющий собой отход глиноземного производства. Нефелиновый шлам состоит из 80-85% тонкодисперсного частично гидратированного двухкальциевого силиката. Состав шлама доводят до состава портландцементной сырьевой смеси. Недостатками шлама являются повышенное содержание щелочей и необходимость использования двух корректирующих добавок для повышения содержания АО3 и Fe2O3 в сырьевой смеси.

Минерализаторы. Минерализаторами называются вещества, которые активно участвуют в образовании клинкерных минералов при обжиге и сами частично входят в их состав. При использовании минерализаторов повышается реакционная способность портландцементной сырьевой смеси и создаются благоприятные условия для образования двухкальциевого и трехкальциевого силикатов.

В качестве минерализаторов в цементной промышленности используют плавиковый шпат - флюорит (CaF2), кремнефтористый натрии (Na2SiFa6), апатит (Са5 /РО4/3F) , гипс, фосфогипс и другие.

Введение небольших количеств (0,5-1%) этих химических веществ в портландцементную сырьевую смесь способствует снижению требуемой температуры клинкерообразования, а соответствующим подбором этих соединений можно регулировать минералогический состав клинкера и, следовательно, свойства будущего цемента.

2.2 Добавки к клинкеру необходимые при изготовлении портландцемента

При изготовлении портландцемента стандарт допускает добавку к клинкеру активных минеральных (гидравлических) добавок в количестве, определяемом видом портландцемента и качеством добавки. Неотъемлемой частью портландцемента является добавка гипса; получение пластифицированного и гидрофобного портландцемента достигается добавкой поверхностно-активных веществ.

Активные минеральные добавки . Активные минеральные добавки подразделяются на природные и искусственные.

Природные активные минеральные добавки бывают:

осадочного происхождения, образованные в результате осаждения в водоемах остатков некоторых растений или в результате природного обжига глинистых пород (диатомиты, трепелы, опоки); вулканического происхождения, образовавшиеся в результате извержения магмы (пеплы вулканические, туфы вулканические, пемза) .

Назначение активных минеральных добавок в портландцементе состоит в том, чтобы связать в нерастворимые в воде соединения свободный гидрат окиси кальция, выделяющийся при твердении цемента. В соответствии с этим основным показателем качества гидравлической добавки является способность ее связывать Са(ОН) 2 . Эта способность добавки характеризуется ее активностью.

В качестве искусственных активных минеральных добавок используют:

доменные гранулированные шлаки; кремнеземистые; топливные золы и шлаки; обожженные глины.

Гипс. Гипс как добавка к клинкеру при получении портландцемента вводится в виде гипсового камня. По химическому составу он представлен в основном двуводным сернокислым кальцием CaSO 4 -2H 2 O.

Поверхностно-активные добавки .

Поверхностно-активные добавки подразделяются на пластифицирующие и гидрофобизующие . Их используют, как отмечалось, для изготовления соответственно пластифицированного и гидрофобного портландцементов. Однако эти добавки вводят также и во все другие разновидности портландцементов. При этом каждый цемент приобретает дополнительное название, соответственно пластифицированный или гидрофобный. Например, пластифицированный дорожный портландцемент или гидрофобный сульфатостойкий портландцемент.

Пластифицирующие поверхностно-активные добавки применяют в виде концентратов сульфитно-спиртовой барды (ССБ). Они образуются как отход при получении целлюлозы по сульфитному способу. Оптимальное количество вводимой добавки в цемент находится в пределах 0,15-0,25% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.

Гидрофобизующие поверхностно-активные добавки применяют в виде асидола, асидол-мылонафта и мылонафта, являющихся нафтеновыми (нефтяными) кислотами, образующимися при переработке нефти. Кроме указанных веществ, применяют также олеиновую кислоту. Она содержится в животных жирах. Количество вводимой гидрофобизующей добавки зависит от ее вида и состава цемента и устанавливается опытом. Обычно величина этой добавки находится в пределах от 0,06 до 0,30% от массы цемента, считая на сухое вещество добавки.

Для лучшего распределения добавок в цементе их вводят в цементную мельницу в жидком виде. Для этой цели применяют специальные дозировочные механизмы. Если же добавки поступают ил завод в виде пасты, например мылонафт, или в твердом состоя их растворяют и горячей коде.

3. Добыча и доставка на завод основных сырьевых материалов

Цементные заводы строятся, как правило, вблизи месторождений основных сырьевых материалов - известняка и глины. В этом случае уменьшаются транспортные затраты и отпадает необходимость создавать па заводе большие запасы сырья.

Месторождения сырья в цементной промышленности чаще всего разрабатываются открытым способом, при котором добыча ведется непосредственно с поверхности земли. Залежи известняка располагаются обычно под слоем вскрышной (пустой) породы, высота которой может достигать 5 и более метров. Вскрышу, которая чаще всего сложена из землистых пород, удаляют экскаваторами, бульдозерами, а также в случае очень мягких, легко размываемых пород, используют гидромеханический способ. Обычно вскрышные работы производят на 6-10 месяцев раньше работ по добыче сырья.

Способ добычи зависит от физико-механических свойств сырья. Мягкие нескальные породы добывают при помощи экскаваторов, которые также используются для погрузки на транспортные средства скального сырья, измельченного взрывом. В цементной промышленности используют экскаваторы с ковшом емкостью до 6 м3, производительность которых при разработке мягких пород достигает 400 м3/ч. В последнее время для добычи мела и глины применяют специальные комбайны, производящие одновременную добычу и размучивание сырья в шлам с влажностью 50-60%. В некоторых случаях мягкое сырье добывают гидромеханическим способом - размывают породы струей воды под давлением.

Способы доставки добытого сырья на завод зависят от его свойств, способа добычи, рельефа местности, расстояния от карьера до завода и других факторов.

Когда мягкие породы добывают гидромеханическим способом али приготовляют сырьевой шлам в карьере, используется гидротранспорт. При сильно пересеченной местности между карьером и заводом рекомендуется транспортировать сырье с помощью воздушно-канатных дорог. Если карьер расположен на расстоянии менее 8 км от завода, рационально использовать автомобильный транспорт, или расстояние больше 10 км сырьё транспортируют по железной дороге, при расстоянии до 6-8 км применяют ленточные транспортеры.

4. Разгрузка и хранение сырьевых материалов

Бесперебойная работа основных технологических цехов цементного завода обеспечивается созданием па территории завода запасов сырьевых материалов.

Разгружают сырьевые материалы с помощью различных средств механизации: кранов, оборудованных грейферными ковшами, специальных разгрузочных механизмов, скреперов, бульдозеров, разгрузочных эстакад. Выбор механизмов и схемы организации разгрузочно-погрузочных работ и складских операций определяется величиной грузопотока и видами транспортных средств доставки грузов.

На цементных заводах большой мощности для разгрузки сыпучих материалов с открытых транспортных средств применяют разгрузчики. Материал с их помощью сгребают или захватывают и затем передают на систему ленточных конвейеров, укладывающих его в штабель.

С открытых платформ материал разгружают скребковым разгрузчиком. Платформа медленно продвигается над приемным бункером и одновременно с нее в бункер сгребается материал при помощи скребка, совершающего возвратно-поступательное движение. Из приемного бункера материалы посредством одного или системы ленточных конвейеров передаются на склад.

При очень больших грузопотоках применяют стационарные опрокидыватели вагонов. При опрокидывании вагона материал ссыпается в приемный бункер, откуда затем подается на склад. Склады обычно организуют общими бункерами, но обеспечивающими раздельное хранение всех сырьевых материалов не только по их видам, но и по качеству. В некоторых случаях гипс и гидравлические добавки хранят отдельно. Как правило, твердое и жидкое топливо размещают на специальных складах.

Склад сырьевых материалов представляет собой железобетонную эстакаду шириной до 30 м и длиной, определяемой потребной емкостью склада. По эстакаде перемещается мостовой кран, оборудованный грейферным ковшом. Кран захватывает материал и перемещает его в соответствующий отсек склада. Краном также подают материал па переработку. Для защиты от атмосферных осадков склады делают закрытыми.

На многих цементных заводах устраивают силосные склады, на которых хранят дробленые и Сухие материалы (клинкер, добавки, гипс). Силосы, представляющие собой вертикальные железобетонные емкости круглого сечения, разгружают весовыми дозаторами. Материал из силосов подается непосредственно в мельницу. Для силосных складов требуются небольшие производственные площадки, они отличаются высокой степенью механизации и позволяют автоматизировать все транспортные операции.

5. Технология производства цемента, схемы

Процесс производства портландцемента складывается из следующих основных технологических операций:

1) добыча сырьевых материалов и доставка их на завод;

2) дробление и помол сырьевых материалов;

3) приготовление и корректирование сырьевой смеси;

4) обжиг смеси (получение клинкера);

5) помол клинкера с добавками (получение цемента).

В зависимости от вида подготовки сырья на обжиг различают

Мокрый способ

Сухой способ

Полусухой способ

Комбинированный способ производства портландцементного клинкера.

При мокром способе производства помол сырьевых материалов, их смешивание и корректирование сырьевой смеси осуществляются в присутствии определенного количества воды, а при сухом способе все перечисленные операции производятся с сухими материалами. В некоторых случаях сухую сырьевую смесь гранулируют, добавляя при грануляции необходимое для образования прочных гранул количество воды. Такой способ производства портландцементного клинкера называется полусухим.

Каждый из этих способов имеет достоинства и недостатки. Например, в присутствии воды облегчается измельчение материалов и проще достигается однородность смеси, но расход тепла на обжиг сырьевой смеси при мокром способе на 30-40% больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастает необходимый объем печи при обжиге мокрой сырьевой смеси (шлама), так как значительная часть ее выполняет функции испарителя воды.

На рисунке 2 представлена общая схема производства портландцемента.

Рис.2 Общая схема производства цемента

Сущность комбинированного способа заключается в том, что сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, а затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи.

Выбор способов производства портландцементного клинкера определяется рядом факторов технологического и технико-экономического характера: свойствами сырья, его однородностью и влажностью, наличием достаточной топливной базы в районе строительства и др.

В природной влажности сырья более 8-10% оказывается целесообразным мокрый способ. Мокрый способ более выгодно применять также при использовании двух мягких компонентов (глины и мела), так как измельчение их легко достигается разбалтыванием в воде. Сухим способом рационально получать портландцементный клинкер при однородном по составу сырье в случае, если влажность его не превышает 8-10%. Полусухой дает хорошие результаты при изготовлении клинкера из достаточно пластичных сырьевых материалов, когда при грануляции смеси образуются прочные и термостойкие гранулы. При хорошей фильтруемости сырьевых шламов предпочтение следует отдавать комбинированному способу.

5.1. Мокрый способ производства

На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера обычно используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты. Технологическая схема производства цемента мокрым способом представлена на схеме 1.

Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов. Необходимость тонкого измельчения сырьевых материалов определяется тем, что однородный по составу клинкер можно получить лишь из хорошо перемешанной сырьевой смеси, состоящей из мельчайших частичек ее компонентов.

Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры до 1200 мм. Получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергаются грубому измельчению - дроблению, а затем тонкому помолу. Для грубого измельчения материалов применяют различные дробилки, а тонкое измельчение в зависимости от свойств исходных материалов производят в мельницах или в болтушках в присутствии большого количества воды.

При использовании в качестве известкового компонента мела, его измельчают в болтушках. Если применяют твердый глинистый компонент, то после дробления его направляют в мельницу.

Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный по составу сырьевой шлам.

В сырьевую мельницу известняк и глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке исходных материалов не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава из-за колебаний химического состава сырья одного и того же месторождения. Чтобы получить шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах.

Схема 1. Мокрый способ производства портландцемента

Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или высоким содержанием CаCO 3 (называемым титром) и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.

Приготовленный таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу с содержанием воды до 35-45%, насосами подают в расходный бачок, откуда равномерно сливают в печь.

Для обжига клинкера при мокром способе производства используют вращающиеся печи (рис. 3). Они представляют собой стальной барабан длиной до 150-230 м и диаметром до 7 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000-3000 т клинкера в сутки.

Рис.3 Вращающаяся печь

а – размером 5х185 м; 1 – течка для подачи шлама, 2 – фильтр-подогреватель, 3 – цепная завеса, 4 – теплообменники, 5 – бандажи, 6 –подбандажная обечайка, 7 – венцовая шестерня привода барабана печи, 8 – привод печи, 9 – опорные ролики, 10 – орошающая установка, 11 – головка печи, 12 – холодильник;б – размером 3,6х3,3х3,6х150 м; 1 – течка, 2 – цепная завеса, 3 – бандажи, 4 – привод, 5 – венцовая шестерня, 6 – опорный ролик, 7 – орошающая установка, 8 – холодильник, 9 – головка печи.

Барабан печи устанавливают с уклоном 3-4 градуса. Шлам подают с поднятой стороны печи холодного конца, а топливо в виде газа, угольный пыли или мазута вдувают в печь с противоположной стороны (горячего конца). В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы продвигаются по печи в сторону ее горячего конца. В области горения топлива развивается наиболее высокая температура: материала - до 1500 0 С, газов - до 1700 0 С, и завершаются химические реакции, приводящие к образованию клинкера.

Дымовые газы движутся вдоль барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура газа вдоль печи снижается с 1700 до 150-200 0 С.

Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом.

Охлажденный клинкер отправляют на склад. В ряде случаев клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол в цементные мельницы.

Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8-10 мм, чтобы облегчить работу мельниц. Измельчение клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание всех материалов, а высокая однородность цемента является одной из важных гарантий его качества.

Гидравлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20-30% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8-10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительном количестве и содержащаяся в нем влага легко испаряется за счет тепла, выделяющегося в мельнице в результате соударений и истирания мелющих тел друг с другом и с размалываемым материалом.

Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа, оборудованный механическим (элеваторы, винтовые конвейеры), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.

Отгружают цемент потребителю либо в таре - в многослойных бумажных мешках по 50 кг, либо навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом.

5.2. Сухой способ производства

Производство портландцементного клинкера по сухому способу складывается из следующих операций (схема 2):

Схема 2. Сухой способ производства портландцемента

Известняк и глину предварительно дробят, затем высушивают до влажности примерно 1% и измельчают в сырьевую муку. Сушат известняк и глину либо раздельно, используя для этой цели сушильные барабаны или другие тепловые аппараты, либо совместно в сырьевых сепараторных мельницах, в которых одновременно осуществляются помол и сушка материалов. Последний способ более эффективен и применяется на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу.

Для получения сырьевой муки определенного химического состава мельниц ее направляют сначала в смесительные, а затем в корректирующие силосы, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром (содержанием CаCO3). В силосах мука перемешивается сжатым воздухом.

Подготовленная сырьевая смесь поступает в систему циклонных теплообменников, состоящую из нескольких (обычно четырех) степеней циклонов, соединенных между собой и с короткой (40-70 м) вращающейся печью газоходами. Проходя последовательно через все циклоны, сырьевая мука нагревается движущимися ей навстречу дымовыми газами, выходящими из печи. Время пребывания смеси в циклонных теплообменниках не превышает 25-30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреться до температуры 700-800 С, но и полностью дегидратируется и частично (на 20-25%) декарбонизируется. Из циклонов материал поступает в печь, где происходят дальнейшие реакции образования цементного клинкера. Из печи клинкер пересыпается в холодильник, и после охлаждения направляется на клинкерный склад.

Другие технологические операции при сухом способе производства - подготовка гидравлических добавок и гипса, помол цемента, его хранение и отправка потребителю - такие же, как и при мокром способе.

5.3. Полусухой способ производства

Схема получения портландцементного клинкера при полусухом способе производства состоит из следующих операций (схема 3):

Схема 3. Полусухой способ получения портландцемента

Приготовление сырьевой муки в этом случае производится как и при сухом способе производства. Полученная мука проходит стадию грануляции в барабанных или тарельчатых грануляторах, и в виде гранул размером 10-20 мм и влажностью 11-16% поступает на обжиг.

Гранулированную сырьевую смесь обжигают в коротких вращающихся печах, оборудованных конвейерными кальцинаторами (эти установки для получения клинкера называют печами Леполь).

Гранулы сначала поступают на конвейерный кальцинатор - бесконечную, заключенную в неподвижный кожух колосниковую решетку, движущуюся со скоростью 25-50 м/ч. Выходящие из печи газы проходят через слой гранул, лежащий на решетке, и нагревают материал до температуры около 900 С, полностью высушивая его и частично на 20-30% декарбонизируя. Подготовленный таким образом материал поступает во вращающуюся печь, в которой завершается образование цементного клинкера.

Гранулированную или брикетированную сырьевую смесь можно обжигать в шахтных печах, которые представляют собой вертикальную шахту, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. В этом случае гранулирование или брикетирование сырьевой смеси производится совместно с частицами угля, которые добавляют в муку при ее помоле (способ "черного брикета").

Гранулы или брикеты поступают в шахтную печь сверху, нагреваются горячими дымовыми газами и за счет сгорания запрессованных в них частичек угля. Образовавшийся клинкер выгружается внизу шахты и направляется на склад.

Остальные операции производства портландцемента не отличаются от соответствующих стадий мокрого способа производства.

5.4. Комбинированный способ производства

Комбинированный способ производства портландцемента заключается в подготовке сырьевых материалов по мокрому способу, а обжиге смеси - по схеме полусухого. Основные технологические операции и последовательность их выполнения при комбинированном способе получения клинкера следующие (схема 4):

Схема 3. Комбинированный способ получения портландцемента

Приготовленный в сырьевой мельнице шлам влажностью 35-45% после его корректировки поступает в дисковый или барабанный вакуумфильтр, где он обезвоживается до влажности 16-20%. Образующийся при этом сухарь смешивается затем с пылью, уловленной электрофильтрами из дымовых газов печи; добавка пыли предотвращает слипание "сухаря" и снижает остаточную влажность в нем до 12-14%.

Приготовленная таким образом сырьевая смесь поступает на обжиг, который может осуществляться в печах полусухого способа производства.

Остальные операции производства портландцемента по комбинированному способу не отличаются от соответствующих стадий мокрого способа производства.

6. Хранение и упаковка

До упаковки и отгрузки потребителю цемент хранится в силосах. Силос цемента - это бункер для хранения сухого цемента, строительных смесей или иных мелкодисперсных материалов. Стандартная конструкция представляет собой металлический цилиндр, закрытый сверху крышкой с вентиляционными отверстиями и фильтрами, заканчивающийся снизу конусом с отверстием и установленным в нем шиберным затвором для выдачи цемента. Устанавливается вертикально на опорах. Цементные силосы являются составной частью склада цемента. При хранении цемента в силосах происходит его охлаждение до 30-50 0 С. При хранении гасится свободная известь, что улучшает свойства цемента, кроме того, хранение вызывает замедление сроков схватывания цемента. Период выдерживания цемента в силосах используется для определения лабораторной марки цемента. Силосы также являются промежуточным буферным складом, обеспечивающим непрерывную работу завода при периодичности отгрузки.

С целью снижения капитальных затрат и удешевления строительства наблюдается тенденция к переходу на строительство силосов большого диаметра.

Выгрузку цемента ведут или с выпускных устройств, расположенных сбоку, в этом случае железнодорожные пути располагают рядом с силосами, или из днищ. В последнем случае железнодорожные пути проходят между колонн. Для погрузки цемента навалом в автомашины устраивают специальные выносные бункеры, куда цемент транспортируют пневматическими насосами

Упаковку цемента в мешки ведут специальные упаковочные машины штуцерные и карусельные. Штуцерные машины имеют небольшую производительность 35-50 т/ч (700-1200 мешков в час). Карусельные машины изготовляют 5, 6, 10, 12 и 14-сосковыми. 12-сосковые упаковывают до 90 т/ч, 14-сосковые до 120 т/ч. Установка карусельной машины позволяет отказаться от строительства склада тарированного цемента и вести погрузку прямо от машины в вагоны.

Цемент из силосов аэрожелобами (рис. 4) и элеваторами, а иногда пневмонасосами подается в бункер упаковочных машин или в специальную камеру для уплотнения цемента.

Рис. 4 Аэрожелоб.

1 - масловодораспределитель; 2 - верхняя часть аэрожелоба; 3 - пористая перегородка; 4 - силос; 5 - шлюзовый затвор; 6 - фильтр; 7- компрессор

Аэрожелоб – это транспортное средство, которое представляет собой трубопровод прямоугольного сечения, составленный из двух коробов - верхнего и нижнего, между которыми помещена воздухопроницаемая микропористая керамическая или мягкая перегородка 3. В нижнюю часть под давлением подают воздух, а в верхнюю 2, являющуюся транспортным лотком, через загрузочный патрубок - цемент. Насыщенный сжатым воздухом цемент приобретает текучесть и перемещается по лотку, установленному под углом 5-7° к горизонту.

Камера для уплотнения цемента имеет ячейки - соты, отделенные друг от друга вертикальными стенками. Поток цемента распределяется благодаря ячейкам на большое число струй. Соты приводятся в вибрационное движение в направлении, перпендикулярном движению цемента, в результате чего из цемента удаляется воздух. Уплотнение цемента позволяет применять более короткие мешки, а самое главное, мешки настолько плотно заполняются цементом, что разрывы мешков при транспортировке почти полностью устраняются. Перед подачей в бункер упаковочной машины или камеру для уплотнения цемент проходит просеивающий шнек, отделяющий посторонние предметы. Мешки с цементом подают на транспортер, направляющий их к погрузочной платформе, на которой установлен второй распределительный транспортер.

Для снижения потерь цемента при транспортировке широко используются специальные цементовозы. Цементовозы оборудованы устройствами для пневматической выгрузки цемента. Применение специализированных вагонов и машин-цементовозов позволяет снизить потери при погрузке и транспортировке до 0,5%.

Заключение

Среди строительных материалов цементу принадлежит ведущее место. В современной строительной практике роль цемента в выпуске новых прогрессивных материалов и изделий для полносборного домостроения постоянно возрастает.

Портландцемент используют во всех областях стройиндустрии для приготовления цементных и бетонных растворов, сухих строительных смесей, для производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также в производстве асбестоцементных изделий. Портландцемент и получаемые на его основе прогрессивные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и другие традиционные материалы.

Без цемента не обходится ни одно строительство, а это лучший показатель его высоких эксплуатационных характеристик.

Список литературы

1. Бутт Ю.М., Тимашев В.В., «Портландцемент». М..: Стройиздат, 1974.

2. Колокольников В.С., Производство цемента, М.: Высшая школа, 1967 г.

3. Лурье Ю.С., «Портландцемент». Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. Ленинград, 1963г.

4. «Справочник по производству цемента», под. ред. И.И. Холина.

Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, М.,1963г.

5. Чаус К.В., Чистов Ю.Д., Лабзина Ю.В., Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций, М.:Стройиздат,1988.

Каждый из нас прекрасно знает, что одной из наиболее перспективных отраслей современности является строительство. Именно по этой причине многие решаются начинать свое дело с производства цемента.

Но сразу же можно столкнуться с рядом трудностей. Одна из таких проблем — это выбор оборудования для производства цемента, так как от этого напрямую будет зависеть качество готового продукта. Конечно, еще один важный момент — это выбранная технология.

Общая информация

Не лишним будет отметить, что доходность подобного бизнеса достаточно велика. Тем не менее, конкуренция тоже высокая, поэтому большую роль играет выбранная технология производства, о чем мы обязательно поговорим. Основная трудность заключается в том, что даже в пределах всего одного месторождения сырья его показатели, такие как плотность, влажность и твердость, изменяются в широком диапазоне.

Так как производить цемент можно тремя способами (сухой, мокрый и комбинированный), для каждого из них оборудование приобретается в отдельности. Потому нужно сначала определиться, по какой технологии мы будем изготавливать товар, а затем уже производить закупку техники. Для начала давайте сделаем правильный выбор оборудования для производства цемента. Несмотря на множество нюансов, это достаточно просто.

Выбор оборудования для производства цемента

Сразу стоит отметить, что в качестве сырья используется глина и известняк, а эти материалы нуждаются в предварительном дроблении. Поэтому нам нужна дробилка (валковая, щековая и т. п.) Кроме того, понадобится приобрести специальную мельницу-мешалку, в которой будет измельчаться глина с добавлением воды.

Также важным оборудованием является шаровая мельница тонкого измельчения. Стоимость такой установки составляет порядка 3 000 000 рублей. Чтобы получить клинкер, нам необходимо обжечь полученную смесь во вращающейся печи. Но и это еще не все. Хотелось бы обратить ваше внимание на то, что клинкер для производства цемента можно получить в шаровых мельницах. Для его охлаждения нужен специальный холодильник. Дальше идет побочная техника, которая служит для упаковки, разгрузки и погрузки товара.

Технология производства цемента мокрым способом

Сразу хочется сказать, что если добывается сырье с большим содержанием влаги, то использовать сухой метод изготовления продукта нецелесообразно. Сама по себе технология мокрого способа достаточно проста. Она состоит в том, что сырье измельчается в дробилках, при этом добавляют небольшое количество воды.

Мокрый способ получения цемента

Смесь перемешивается до тех пор, пока не станет однородной. Полученный шлам усредняют и подают в печь. Если говорить более подробно, то известняк можно дробить в несколько этапов. Фракция должна равняться примерно 8-10 мм. После этого следует вальцовка. Но на этом все не заканчивается. Добытая глина тоже проходит дробление, размеры комков не должны превышать 100 миллиметров, после чего она поступает в болтушки, где отмачивается.

Производство цемента: этап 2

После того как из глины мы получили шлам с влажностью 70 %, нам нужно смешать сырье с известняком. По окончании процесса количество влаги снижается до 40 %. Тут наступает один из наиболее важных производственных этапов. Шлам поступает в центральный бассейн, где проводится корректировка состава.

В результате получаем постоянную химическую формулу. После обжига мы получаем клинкер, который подвергается помолу в специальных мельницах, о чем уже было сказано выше. Тут же выполняется сушка. Вот мы и получили готовый продукт, который транспортируется в складское помещение, где упаковывается и хранится.

Но прежде определяется марка цемента. А сейчас давайте немного поговорим о сухом методе, который тоже имеет место быть, но только в том случае, если изначальное сырье имеет небольшой процент влаги. Тут технология немного отличается.

Сухое производство цемента

После того как известняк и глина поступили из карьера, сырье перемалывается. Далее идет смешивание и сушка, а также помол в сепараторной мельнице. На следующем этапе полученная смесь при помощи пневматических установок перемещается к смесительным аппаратам, где производится корректировка.

Если говорить о применении глиняного компонента, то необходимо подать сырье в шнеки, где осуществляется увлажнение водой до 10-11 %. В остальном производство цемента сухим способом ничем не отличается от вышеописанного.

Единственное, что можно сказать на эту тему, так это то, что тут крайне важен процесс подготовки сырья. Обжиг может осуществляться не только во вращающихся печах, но и в шахтных и т. д. Естественно, выбор оборудования для производства цемента влияет на метод, которым будут проводиться работы.

Какой из способов лучше?

Дать однозначный ответ здесь вряд ли получится. Все дело в том, что при мокром методе сырьевую смесь получают на порядок проще и быстрее, а это уже большое преимущество. Именно из-за этого его используют чаще. Как уже было отмечено выше, его рационально использовать тогда, когда сырье имеет высокую влажность.

Еще один важный показатель — наличие сторонних примесей в глине. Если таковых много, то однозначно лучше мокрый метод. Но тут есть один существенный недостаток, который заключается в том, что при обжиге требуется большое количество топлива, а это дорого.

Сухой способ хорош тем, что он на порядок дешевле, так как угля требуется меньше. Именно по этой простой причине он получает все большее распространение. Как вы видите, преимуществ и недостатков поровну. Хотя более предпочтительно использовать мокрое производство. Это связано с тем, что производственной пыли гораздо меньше, да и качество товара получается отличным.

Несколько важных моментов

Нельзя не отметить, что существуют специальные добавки для производства цемента. Как правило, они имеют минеральную (гидравлическую) основу и могут быть как искусственными, так и природными. Если говорить о добавках природного происхождения, то это различные осадочные горные, а также вулканические породы.

Что же касается искусственных, то это разнообразные отходы промышленности, такие как шлаки, топливные золы и т. п. Что же касается результатов, которые получаются вследствие включения специальных добавок, то это пониженная себестоимость, а также приобретение цементом различных гидравлических свойств: высокая скорость затвердевания, сульфатостойкость и т. п. Все это делает возможным использование вяжущего вещества в любых условиях, например, при низких или чрезмерно высоких температурах.

Заключение

Теперь вы знаете, какие факторы влияют на выбор оборудования для производства цемента. Что же касается расходов, то вся техника будет стоить порядка 4 миллионов рублей. Это с учетом месячной аренды помещения и первоначальных затрат. Вы наверняка заметили, что само по себе производство достаточно сложное, но такого рода бизнес приносит хороший доход, поэтому дело окупится уже через год.

Современный рынок способен поглотить весь выпущенный вами товар, главное — найти покупателя. Производить цемент можно несколькими способами, вы же выбирайте тот, который принесет больше прибыли. Вот, пожалуй, и вся полезная информация по данной теме. Как вы видите, тут достаточно много нюансов, которые касаются непосредственно технологии и выбора оборудования.

Без использования цемента невозможно построить ни одно здание или сооружение. Этот материал применяют для заливки фундаментов, изготовления кладочного раствора, оштукатуривания стен. Изготавливаться на производстве он может несколькими способами.

Из чего делают цемент

Производится этот строительный материал путем смешивания кварца с окислами железа, алюминия и кальция. Основным сырьем при изготовлении цемента служат особый желто-зеленый известняк, глина, производственный шлак и нефелиновый шлам. Часто в первичную смесь добавляется мергель (природный цемент). Этот компонент позволяет получать материал высочайшего качества.

Первоначально все горные породы и производственные отходы измельчаются и тщательно перемешиваются. Затем полученный порошок отправляется в печь, где при очень высокой температуре спекается в клинкер. Последний также измельчается и смешивается со специальными добавками и гипсом.

Основные способы производства

Итак, из чего делают цемент, мы с вами выяснили. Теперь давайте посмотрим, каким именно образом изготавливается этот строительный материал. Для производства цемента может использоваться всего два основных способа: мокрый или сухой. Иногда применяется также комбинированный метод. Каждая из этих технологий имеет как свои преимущества, так и недостатки.

Приготовление шлама

Смесь для клинкера делают следующим образом:

Поступившие на предприятие твердые породы дробят до размеров зерна в 8-10 мм. Мягкие — до кусков в 100 мм.

Глину и мел разводят в болтушки в специальных емкостях для удаления твердых частиц. После высыхания их снова дробят.

Смеси из обоих бассейнов подаются в третий в таком количестве, чтобы получился шлам с заданными химическими характеристиками. В процессе поступления в бассейны клинкерная смесь тщательно аэрируется и перемешивается.

Обжиг

На следующем этапе шлам подвергают термической обработке. Для этого его загружают в специальные вращающиеся печи. Снизу в них вдувается топливо в виде каменноугольной пыли или газа.

Полученный в печах при высоких температурах клинкер измельчается в пыль в специальных мельницах. Тонкость помола определяется остатком на сите и может составлять 8-12 %.

Хранят полученный таким образом строительный материал в специальных железобетонных емкостях. Описанная выше методика — это мокрый способ производства цемента. Однако для его изготовления, как уже упоминалось, могут применяться и другие методики. Поэтому далее давайте разберемся с тем, в чем заключается различия.

Различие в мокрой, сухой и комбинированной технологии

На этапе изготовления клинкера и его помола эти три технологии абсолютно идентичны. Различие сухой и мокрой методики производства цемента заключается прежде всего в способе замешивания шлама. В первом случае измельчение сырьевых материалов и их перемешивание осуществляется в присутствии некоторого количества воды (влажность — около 40 %).

При сухой методике сырье с горнодобывающий предприятий первоначально поставляется в специальные сушильные барабаны и только затем — на мельницу (при влажности в 15 %). Не проводится в этом случае и процедура отмучивания.

При комбинированном способе шлам приготавливают по технологии мокрого. То есть из невысушенного сырья. Однако после прохождения мельницы смесь поступает не на обжиг, а в специальные фильтрующие барабаны, где проходит процесс обезвоживания.

Таким образом, линия по производству цемента помимо мельницы и печи может включать в себя и другие конструкции. К примеру, сушильные и фильтрующие барабаны, емкости для отмучивания, бассейны для перемешивания и пр. Выбор конкретного оборудования зависит в первую очередь от используемой технологии производства.

Целесообразность применения того или иного способа

К недостаткам мокрой методики изготовления относят в первую очередь большие затраты на топливо. Поэтому выбор конкретного способа производства зависит в первую очередь от того, из чего делают цемент. Мокрую технологию используют только тогда, когда в глине или других компонентах присутствует большое количество посторонних примесей либо это сырье имеет слишком неоднородный состав.

Для «чистых» же горных пород, не требующих удаления твердых частиц (отмучивания), гораздо целесообразнее применять сухой способ производства цемента. Не слишком большая выгода в плане экономии топлива при использовании этой технологии получается только в случае использования очень влажного сырья. Ведь сушить его приходится очень долго. Поэтому для таких горных пород, даже относительно чистых, также обычно применяется мокрый способ переработки.

Таким образом, выбор методики изготовления обусловлен в первую очередь рентабельностью предприятия и необходимостью снижения себестоимости конечного продукта. Или, другими словами, то, из чего делают цемент, и определяет технологию его производства.

Мы будем рады вашим комментариям!

К атегория:

Машины в производстве стройматериалов

Технологические схемы производства вяжущих материалов

Основными вяжущими строительными материалами являются цемент, известь и гипс.-Сырьем в цементном производстве служат два основных компонента: известняк или мел и глина. Цемент можно также изготовлять на основе мергеля - карбонатной горной породы.

Основным сырьем в производстве гипса и извести являются гипсовый камень и известняк. Добываемое в карьерах сырье, как и в производстве цемента, проходит стадии дробления, обжига и помола.

Технология цемента включает следующие основные стадии (переделы):
1) добычу, первичную обработку сырья в карьерах и доставку его на цементный завод;
2) подготовку сырья на цементном заводе: измельчение и усреднение измельченной смеси (гомогенизацию смеси); в отдельных случаях - предварительную подсушку сырья (при сухом способе производства);
3) теплофизическую обработку сырья в печи с получением клинкера - исходного полуфабриката для получения цемента; охлаждение клинкера в холодильнике;
4) помол клинкера в мельницах с предварительным дроблением или без него; при помоле к клинкеру в зависимости от состава исходного сырья и требуемого сорта цемента добавляют некоторые минералы, в том числе гипс или гипсосодержащие минералы, шлаки доменного производства и т. п.;
5) подачу цемента на склад, хранение, упаковку и отгрузку потребителю.

Получают цемент двумя способами - мокрым или сухим.

При мокром способе производства сырье измельчают с добавлением определенного количества воды до превращения его в смета-нообразную массу, называемую шламом. После усреднения и перемешивания шлам подают на обжиг во вращающиеся печи.

На заводах, работающих по сухому способу производства, добываемое природное сырье высушивают и измельчают, предварительно подогревая в специальных запечных теплообменных устройствах, после чего подают во вращающиеся печи. Иногда предварительно подсушенное сырье частично увлажняют с целью образования гранул и в таком виде его обжигают.

Выбор того или иного способа производства зависит от физико-химических свойств сырья. При значительном содержании влаги в природном сырье, его неоднородном химическом составе, а также легкости диспергирования с водой применяют мокрый способ производства. Если же сырьевые материалы имеют низкую естественную влажность, относительно однородный химический состав и не содержат значительных количеств щелочей и хлоридов, то применяют сухой способ производства. При выборе способа производства учитывают также вид и сорт топлива, употребляемого для обжига клинкера.

В Советском Союзе преобладает мокрый способ производства. Это объясняется особенностями размещения сырьевых ресурсов, а также некоторыми трудностями в создании оборудования для подготовки однородной сухой сырьевой смеси. В настоящее время ведутся работы по созданию мощного оборудования для производства цемента по сухому способу.

Технологическая схема производства цемента мокрым способом. Схема завода, работающего по мокрому способу на твердом сырье (известняке), приведена на рис. II-1. В карьере сырье добывают экскаваторами (часто с применением буровзрывных работ). Во многих карьерах практикуется первичное дробление сырья.

На цементный завод сырье подают автотранспортом или по железной дороге и выгружают в приемные бункера. Из бункеров известняк поступает в дробильное отделение завода. Здесь его дробят и ленточными конвейерами подают на склад, оборудованный мостовыми грейферными кранами.

Со склада известняк направляют в сырьевые мельницы. Одновременно с сырьем в мельницу подают в минимальном количестве воду. При этом получают шлам определенной консистенции (расте-каемости). В зависимости от химических и физических свойств сырья влажность шлама находится в пределах 30-50%.

В бассейнах специальные мешалки перемешивают шлам до полного усреднения состава и постоянно поддерживают его в однородном состоянии. Из бассейнов шлам питателями подается во вращающуюся обжиговую печь.

Мягкие компоненты (глину и мел) дробят в валковых или в самоочищающихся молотковых дробилках и подают в специальные бассейны, оборудованные глиноболтушками. Здесь глина, смешиваясь с водой и подвергаясь механическому воздействию, измельчается и превращается в растекающийся шлам, который затем смешивается в бассейнах со шламом основного (известнякового) компонента.

Для мягкого основного компонента - мела, а также для мергелей в последнее время процесс измельчения в болтушках и мельницах начинают заменять комбинированным процессом измельчения в мельницах-мешалках, или гидрофолах.

На многих заводах требуемый состав шлама получают, прокачивая его через специальные корректировочные бассейны, где к основным компонентам примешивают специальные добавки. В последнее время предпочитают состав шлама корректировать в процессе его перекачки по трубопроводам и в основных шламовых бассейнах.

В обжиговой печи в результате теплофизических и химических процессов сырье превращается в однородный по составу полуфабрикат - клинкер.

Дымовые газы, выходящие из печи, содержат значительное количество пыли, от которой их следует очищать перед выбросом в атмосферу в пылеулавливающих устройствах (электрофильтрах). Перед ними иногда устанавливают пылеулавливающие циклоны. Уловленную пыль возвращают обычно в печь. Иногда клинкерную пыль используют в сельском хозяйстве.

Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается воздухом от температуры 1250-1300 до 50-80° С. Нагревшийся воздух‘подается для сжигания топлива, тем самым возвращая в печь основную долю тепла, отобранного от клинкера. Небольшая избыточная часть воздуха выбрасывается в атмосферу и поэтому должна быть предварительно обеспылена.

Из холодильника клинкер конвейерами подают на склад, оборудованный, как и сырьевые склады, мостовыми грейферными кранами. Обычно в этом же здании хранят и те материалы,- которые добавляют к клинкеру при его помоле (гипс и др.).

Со склада клинкер и добавки поступают в мельницы на помол. На многих заводах мельницы.работают в так называемом замкнутом цикле, в единой системе с воздушными сепараторами. В качестве промежуточного транспорта в такой установке применяют элеваторы и аэрожелоба. Циркулирующий по системе воздух перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в центробежных циклонах, рукавных или электрических фильтрах. Из мельниц цемент пневмотранспортом - пневмокамерными или пневмовинтовыми насосами - перекачивается в цементные силосы.

Отгружают цемент потребителю либо в специальных вагонах или автоцистернах «навалом» (засыпка из силосов), либо в затаренном виде (в бумажных мешках). В последнем случае цемент из силосов пневмотранспортом подается в упаковочные машины, которые через систему конвейеров и погрузчиков выдают упакованный в мешки цемент. Использованный при пневматическом транспортировании цемента воздух перед выбросом его в атмосферу поступает в аппараты для очистки от цементной пыли.

Рис. II-1. Схема завода по производству цемента мокрым способом
А - участок добычи и подвозки сырья; Б - отделение приготовления сырья; В - отделение вращающихся печей; Г - склад клинкера; Д - помольное отделение; Е - цементные силосы; Ж - отделение упаковки цемента; 3 - участок погрузки цемента; 1 - пластинчатый питатель; 2 - дробильное отделение; 3 - ленточный конвейер; 4 - склад сырья; 5 - сырьевая мельница; 6 - шламовые насосы; 7 - шламовые мешалки; 8 - пылеулавливающие установки; 9 - шламовые питатели; 10 - вращающаяся обжиговая печь; 11 - холодильник; 12 - упаковочная машина; 13 - транспортирование мешков; 14 - установка для обеспыливания помещений; 15 - мельница для помола клинкера

Рис. II-2. Схема завода по производству цемента сухим способом
А - участок добычи и подвозки сырья; Б - отделение приготовления сырья; В - отделение вращающихся печей; Г - склад клинкера; Д - помольное отделение; Е - цементные силосы; Ж - отделение упаковки цемента; 3 - участок погрузки цемента; 1 - пластинчатый питатель; 2 - дробильное отделение; 3 - винтовой конвейер; 4 - бункер для известняка; 5 - обеспыливающее устройство; 6 - сырьевая мельница; 7 - воздушный сепаратор; 8 - силосы сырьевой смеси; 9 - электрофильтры; 10 - пылеулавливающие установки; 11 - циклонные теплообменники; 12 - вращающаяся обжиговая печь; 13- холодильник; 14 - ленточный конвейер; 15 - мельница для помола клинкера; 16 - склад сырого гипса; 17 - упаковочная машина; 18 -установка для транспортирования мешков; 19 - установка для обеспыливания помещения

Технологическая схема производства цемента сухим способом.

Схема цементного завода, работающего по сухому способу, представлена на рис. II-2. Предварительно грубо раздробленный, доставленный из карьера на завод известняк подвергается вторичному дроблению перед помолом. При дроблении и помоле сырье подсушивают с тем, чтобы влажность его не превышала 2%. Мел и мергель перед помолом также обычно дробят.

Глину, обладающую обычно высокой влажностью, подсушивают в специальных сушильных барабанах. Сырьевая мельница входит в состав помольной установки, оборудованной воздушными сепараторами и сушилкой. Прошедшее через сепаратор готовое сырье подают в силосы сырьевой муки. В процессе помола и в силосах компоненты смеси перемешиваются и состав смеси усредняется. В последнее время практикуется механическое усреднение (гомогенизация) отдельных порций сырья.

Из сырьевых силосов гомогенизированную смесь подают в тепло-обменные устройства: циклонные теплообменники или конвейерные кальцинаторы. Отходящие из печи газы с температурой 1000-1100 °С поступают в циклонные теплообменники и последовательно, несколькими ступенями, нагревают сырьевую смесь до 700-800° С, после чего ее направляют во вращающуюся печь. Температура газов, выходящих из циклонных теплообменников, 300 °С и выше. Во многих установках за рубежом эти газы используют или для подсушки сырья в мельницах с воздушными сепараторами или в специальных котлах-утилизаторах.

Во всех случаях из теплообменных устройств выходят сильно запыленные газы, содержащие в 1 м3 до 60 г пыли. Санитарная норма содержания пыли в газах, выбрасываемых в атмосферу, - не более 100 мг на 1 м3. Для того чтобы достичь этой нормы, применяют сложную систему пылеочистки, последовательно пропуская газ через специальные пылеосадительные циклоны, а затем через электрофильтры.

Конвейерные кальцинаторы - машины с подвижными цепными решетками, на которых нагревают сырье отходящими из печи газами, применяют в технологических линиях производительностью не свыше 800-900 т в сутки. В этих случаях перед подачей на решетку сырье гранулируют. Для образования прочных гранул содержание влаги в сырье увеличивают до 12-13%. Нагретые до 600-700°С гранулы по воронкам поступают в печь.

Процессы обжига в печах сухого способа идентичны тем, которые происходят в печах мокрого способа. Дальнейшие переделы производства (охлаждение, помол и т. д.) также сходны.

Технологические схемы производства гипса. Строительный гипс изготовляют по следующей технологической схеме. Из бункера гипсовый камень подается пластинчатым питателем (рис. II-3) в щековую дробилку, а затем на вторичное дробление в молотковую дробилку. Из дробильного отделения гипсовый щебень транспортируется элеватором в бункер, откуда по воронке через тарельчатый питатель подается в шахтную мельницу. В днище бункера установлен реечный затвор. В шахтной мельнице материал мелется и одновременно сушится отходящими от гипсоварочного котла газами, подаваемыми в мельницу по газоводу.

Рис. II-3. Технологическая схема производства строительного гипса

Из шахтной мельницы гипсовая мука увлекается газовым потоком в сепарирующую установку, состоящую из сдвоенного циклона, воздуховода, батарейных циклонов и рукавного фильтра. В сдвоенном циклоне остается часть материала, которая затем поступает в бункер. Другая часть гипсовой муки с газами уносится в батарейные циклоны для дополнительной очистки газов. Последняя, наиболее тонкая фракция, выпадает в рукавном фильтре. В качестве аппаратов для очистки воздуха применяют также и электрофильтры.

Рис. II-4. Технологическая схема производства молотой извести

Молотый гипс из всех трех пылеосадительных устройств собирается в общий бункер, откуда транспортируется элеватором и шнеком в бункер, установленный над гипсоварочным котлом. Из бункера молотый гипс периодически загружается двумя шнеками в гипсоварочный котел. Котел служит для частичной дегидратации гипса, т. е. для получения готового (полуводного) гипса. Котел обогревается топкой; пар, образующийся при варке гипса, отводится в пылеосадительную камеру через газовод.

После окончания варки горячий гипс из котла поступает самотеком в бункер томления, откуда шнеком, элеватором и шнеком транспортируется в буферный склад.

Топливо подается в топку гипсоварочного котла ленточным конвейером, элеватором через промежуточный бункер.

Технологическая схема производства молотой иззести с шахтными пересыпными печами представлена на рис. II-4.

Известняк электровибрационным питателем и ленточным конвейером направляется на вибрационный грохот для сортировки сырья. Мелкие фракции (отсев) ленточным конвейером направляются для переработки в известняковую муку, используемую в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Деловая фракция (верхний класс) конвейером, передается в бункера, оборудованные автоматическими весовыми дозаторами. Известняк с топливом с помощью скипового подъемника и загрузочного устройства направляется в шахтную печь, оборудованную выгрузочным устройством (шлюзовой затвор). Обожженный известняк пластинчатым конвейером направляется в щековую дробилку и далее вертикальным элеватором с помощью тарельчатого питателя загружается в шаровую мельницу. Молотая известь винтовым конвейером передается на склад.

Известняк обычно обжигают в шахтных или вращающихся печах. Большее распространение в известковой промышленности получила шахтная пересыпная печь.

Производство портландцемента осуществляется преимущественно мокрым или сухим способами в зависимости от приготовления сырьевой смеси.

Сырье для производства портландцемента должно содержать 75…78% СaCO3 и 22…25% глинистого вещества. В качестве сырья для производства портландцемента применяют известняки с высоким содержанием углекислого кальция (мел, мергели, плотный известняк) и глинистые породы (глины, глинистые сланцы), содержащие SiO2, Al2O3 и Fe2O3. В среднем на 1 т цемента расходуется около 1,5 т минерального сырья; примерное соотношение между карбонатным и глинистым составляющими сырьевой смеси 3:1 (то есть берется около 75% известняка и 25% глины).

Горные породы, удовлетворяющие указанным требованиям, в природе встречаются редко. Поэтому для производства портландцемента кроме известняков и глин применяют так называемые корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси.

Так, недостаточное количество SiO2 компенсируется введением высококремнеземистых веществ (опоки, диатомита, трепела). Увеличить содержание оксидов железа(Fe2O3) можно путем введения колчеданных огарков или руды. Повышение содержания глинозема Аl2О3 достигается добавлением высокоглиноземистых глин. Введенные в сырьевую смесь добавки корректируют химический состав сырьевой массы, регулируют температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера.

Для производства портландцемента все шире используют побочные продукты промышленности. Весьма ценным сырьем являются доменные шлаки, содержащие необходимые для получения клинкера составные части (СаО, Si02, Аl2Оз, Fе2Oз). Нефелиновый шлам, получающийся при производстве глинозема, содержит 25 - 30% Si02 и 50 - 55% СаО; достаточно к нему добавить 15 - 20% известняка, чтобы получить сырьевую смесь. Использование нефелинового шлама повышает производительность печей примерно на 20% и снижает расход топлива на 20 - 25%.

Основной и наиболее эффективный вид топлива - природный газ, отличающийся высокой теплотворной способностью. Сокращается применение мазута и твердого топлива, приготовляемого в специальных установках для сушки и помола угля (антрацита, каменного угля). Теплотворная способность твердого топлива ниже, чем газообразного; углевоздушные смеси подвержены взрывам; зольность углей 10 - 20%, и зола, попадая в обжигаемую сырьевую смесь, искажает расчетный минеральный состав клинкера. Стоимость топлива составляет до 25% себестоимости готового цемента, поэтому на цементных заводах много внимания уделяется его экономии.

Подготовка сырья.

Производство портландцемента - сложный технологический и энергоемкий процесс, включающий:

1) добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов, известняка и глины;

2) приготовление сырьевой смеси;

3) обжиг сырьевой смеси до спекания - получение клинкера;

4) помол клинкера с добавкой гипса - получение портландцемента;

5) магазинирование готового продукта.

Обеспечению заданного состава и качества клинкера подчинены все технологические операции. Приготовление сырьевой смеси состоит в тонком измельчании и смешении взятых в установленном соотношении компонентов, что обеспечивает полноту прохождения химических реакций между ними и однородность клинкера. Приготовление сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбинированным способами.

При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся печах; при сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде. В последнее время все шире начинает применяться комбинированный способ приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.

Каждый из способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов и быстро достигается однородность смеси, но расход топлива на обжиг смеси в 1,5…2 раза больше, чем при сухом способе. Развитие сухого способа длительное время ограничивалось вследствие низкого качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике помола и гомогенизации сухих смесей обеспечили качество портландцемента.

В настоящее время получает всемирное развитие сухой способ производства цемента с печами, оборудованными циклонными теплообменниками и реакторами-декарбонизаторами (рисунок-1). Производительность технологической линии с печью 4,5×80 м, циклонными теплообменниками и реактором-декарбонизатором составляет 3000 т клинкера в сутки.

При этом способе производства цемента расход топлива снижается на 30…40% по сравнению с мокрым, а металлоемкость печных агрегатов - в 2,5…3 раза. Намечается также освоение технологии и строительство цементных заводов с реактором-декарбонизатором с печами 5× ×100 м производительностью 5000 т клинкера в сутки.

◊ Сухой способ

Производство цемента по сухому способу экономичнее, чем по мокрому: отсутствует процесс образования шлама; можно совместить отдельные звенья технологической схемы в одном агрегате - мельницы самоизмельчения «Аэрофол», усреднительные склады, мельницы помола сырьевых материалов с подсушкой и др.

При сухом способе (рисунок-1) поступающие на завод сырьевые материалы в виде мергеля, известняка и глины подвергают дроблению в дробилках типа С-776 до зерен крупностью 2,5 мм (глинистый материал дробят в агрегатах с одновременной его сушкой). Приготовленный дробленый сырьевой материал ленточными транспортерами подают на склад сырья, где сырьевые компоненты усредняют (с помощью усреднительных машин) до установленного норматива по химическому составу и подают далее в бункера мельниц.

Рисунок-1. Технологическая схема производства цемента по сухому способу:

1-экскаватор; 2-самоходная дробилка; 3-роторная машина; 4-кран-перегружатель; 5-вагоно-опрокидыватель;6-приемные бункера сырья;7-дозирующее и транспортирующее устройство; 8-мельница предварительного измельчения «Аэрофол»;9-сепаратор;10-трубная мельница;11-топка; 12-циклон; 13-мельничный вентилятор; 14-кондиционер; 15-электрофильтр;16-аспирационный вентилятор; 17-дымовая труба; 18-механизм уборки пыли; 19-пневмокамерные насосы;20-корректирующие силосы; 21-расходные силосы; 22-расходный бункер постоянного уровня; 23-дозатор по массе; 24-пневмоподъемник; 25-рукавный фильтр; 26-циклонные теплообменники; 27-вращающаяся печь; 28-колосниковый холодильник; 29-вентилятор острого дутья; 30-вентилятор двойного подсоса;31-вентилятор общего дутья; 32-дробилка клинкера; 33-конвейер клинкера; 34-силосы; 35-регулировочный шибер; 36-дымосос; 37-вентилятор; 38-дозатор по массе; 39-конвейер; 40-трубная мельница; 41-элеватор; 42-сепаратор; 43-рукавный фильтр; 44-вагон -цементовоз;45-автоцементовоз; 46-весы; 47-цементный силос

Из последних сырьевые компоненты вместе с добавками через дозаторы по массе поступают в приемные устройства помольных агрегатов, где их измельчают до требуемой тонины, подсушивают за счет тепла отходящих газов из вращающихся печей и подвергают сепарации.
Измельченный в мельнице материал выгружают потоком газов через циклоны-разгружатели с помощью мельничного вентилятора. Далее мука поступает в коррекционные силосы, где она гомогенизируется и перегружается в расходные силосы.

Из силосов сырьевую смесь подают пневмоподъемниками в загрузочное устройство, оснащенное дозаторами по массе, и далее в циклонные теплообменники вращающейся печи. В теплообменниках сырьевая смесь нагревается встречными горячими газами вращающейся печи до температуры 750…800°С и частично декарбонизуется, после чего поступает в печь 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…800°С и декарбонизуется на 30…40%. Такая современная печь имеет производительность 3000 т/с при удельном расходе тепла 3,2…3,4 МДж/кг клинкера.

Техническим прогрессом является введение в систему циклонных теплообменников дополнительной диссоциационной ступени реактора-декарбонизатора (рис. 2), 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.

Рисунок-2. Новое в технологии цементного производства:

а)-печь с циклонными теплообменниками; б)-печь с циклонными теплообменниками и реактором -декарбонизатором; 1-печь; 2-циклонные теплообменники;3-реактор-декарбонизатор; 4-холодильник.

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.

Таким образом, наиболее теплонапряженная стадия процесса обжига цементного клинкера - декарбонизация - выносится за пределы печи, в которой происходит только спекание клинкера, и она оказывается термически ненагруженной. Это дает возможность существенно повысить производительность печей при том же удельном расходе тепла на обжиг. Клинкер охлаждается до 60…80°С в колосниковом холодильнике и далее подается на измельчение в сепараторную мельницу.

Цемент транспортируют в силосы, из которых он идет на отгрузку навалом или через упаковочную машину в таре потребителю.
Известны вращающиеся печи полусухого способа производства, в них печь соединена с конвейерной решеткой, на которой через слой гранулированной сырьевой шихты дважды просасываются горячие печные газы; в результате в загрузочный конец печи поступает подогретая и частично декарбонизированная сырьевая шихта.

Расход тепла в этой печи размерами 4×60 м - около 3,5 МДж при производительности 42 т/ч. При комбинированном способе сырьевые материалы, подготовленные по мокрому способу, и шлам, имеющий влажность около 40%, обезвоживаются на фильтрах до влажности 16…18%. Из полученного «сухаря» приготовляют гранулы и обжигают их по схеме сухого способа.

Мокрый способ производства портландцемента

◊ Мокрый способ

По мокрому способу (рис. 3) сырьевые материалы, доставляемые из карьера на завод в кусках, подвергают предварительному измельчению (до крупности не более 5 мм). Твердые породы дробят в дробилках, а более мягкие (глина, мел) измельчают перемешиванием с водой в глиноболтушках. Болтушка представляет собой круглый железобетонный резервуар диаметром 5…10 м и высотой 2,5…3,5 м, футерованный чугунными плитами.

Рисунок-3. Технологическая схема производства портландцемента по мокрому способу:

1 - подача известняка из карьера; 2 - дробилка для известняка;3 - подача глины из карьера;4 - подача воды; 5 - бассейн для размешивания глины;6 - сырьевая мельница; 7-шлам-бассейны;8 - вращающаяся печь;9 - холодильник;10 - подача топлива; 11 - склад гипса;12 - элеватор для подачи гипса из дробилки в бункер;13 - склад клинкера;14 - шаровая мельница;15 - силосы для цемента;16 - упаковка цемента

Вокруг вертикальной оси в болтушке вращается крестовина с подвешенными в ней на цепях стальными граблями для измельчения кусков глины. Полученный в глиноболтушке шлам с влажностью около 45% выпускается через отверстие с сеткой и переначинается в трубную (шаровую) мельницу, куда непрерывно подается дробленый известняк.

Рисунок-4. Шаровая многокамерная мельница:

1,10-торцовое днище; 2-подшипник; 3-загрузочная воронка; 4-пустотелая цапфа; 5-межкамерные перегородки; 6-корпус; 7-крышка; 8-диафрагменная перегородка; 9-корпус; 11-лопасти, 12-разгрузочный конус; 13-кожух; 14-сито; 15-разгрузочный патрубок; 16-разгрузочные отверстия.

Трубная мельница (рис. 4) представляет собой стальной цилиндр длиной до 15 м, диаметром до 3,2 м, вращающийся на полых цапфах, через которые мельницу с одной стороны загружают, а с другой стороны - разгружают. Внутри мельница разделена перегородками с отверстиями на три камеры. В первой и второй камерах имеются стальные или чугунные шары, а в третьей - небольшие цилиндрики. Через полую цапфу шлам поступает в первую камеру трубной мельницы.

При вращении мельницы шары под действием центробежной силы и силы трения прижимаются к стенкам, поднимаются на некоторую высоту и падают, разбивая и растирая зерна материала. Трубные мельницы являются непрерывнодействующим оборудованием. Тонкоизмельченный материал в виде сметанообразной массы - шлама - подается насосом в шлам-бассейны,представляющие собой железобетонные или стальные резервуары цилиндрической формы.

В них окончательно корректируется химический состав шлама и создается некоторый запас для бесперебойной работы печей. Из бассейнов шлам поступает в баки, а затем равномерно подается во вращающуюся печь для обжига. Вращающаяся печь (рис. 5) представляет собой длинный цилиндр из листовой стали, облицованный внутри огнеупорным материалом.

Рисунок-5. Вращающаяся печь

1-сырьевая шихта; 2-горячие газы; 3-вращающаяся печь; 4-цепные завесы,улучшающие теплообмен; 5- привод; 6-водяное охлаждение зоны спекания печи; 7-факел; 8-подача топлива через форсунку; 9-клинкер; 10-холодильник; 11-опоры.

Длина печей 150…185…230 м, диаметр 4…5…7 м. Барабан печи установлен с наклоном 3,5…4° и вращается вокруг своей оси с частотой 0,5…1,4 мин -1 .Вращающиеся печи работают по принципу противотока.Шлам загружается с верхней стороны печи и передвигается к нижнему концу.Топливо в виде пыли каменного угля или газа вдувается вместе с воздухом с противоположного конца печи и сгорает, создавая температуру 1500°С.

Дымовые газы удаляются со стороны поднятого конца печи.Шлам перемещаясь вдоль барабана, соприкасается с горячими газами идущими ему на встречу и постепенно нагревается. Образованию портландцементного клинкера предшествует ряд физико-химических процессов,протекающих в определенных температурных границах-технологических зонах печного агрегата -вращающейся печи.

При мокром способе производства цемента по ходу движения обжигаемого материала условно выделяют следующие зоны: I-испарения, II-подогрева и дегидратации, III-декарбонизации, IV-экзотермических реакций, V-спекания, VI-охлаждения. Рассмотрим эти процессы начиная с поступления сырьевой смеси с печь, то есть по направлению с верхнего ее конца (холодного) к нижнему (горячему).

В зоне испарения при постепенном повышении температуры с 70 до 200 °С испаряется влага а сырьевая смесь подсушивается. Подсушенный материал комкуется.Перемещаясь комья распадается на более мелкие гранулы. В печах сухого способа зона испарения отсутствует.

В зоне подогрева при постепенном нагревании сырья с 200 до 700 °С выгорают органические примеси, из глиняных минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450 …500°С) и образуется безводный каолинит Аl2Оз· Si02.Зоны испарения и подогрева при мокром способе занимают 50…60% длины печи.

В зоне декарбонизации температура обжигаемого материала повышается с 700 до 1100°С.Происходит диссоциация карбонатов кальция и магния с образованием свободных (СаО, MgO).Одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды SiO2,Al2O3,Fe2O3, которые вступают в химическое взаимодействие с CaO. В результате этих реакций происходящих в твердом образуются минералы 3CaO·Al2O3,CaO·Al2O3 и частично 2CaO·SiO2.

В зоне экзотермических реакций при температуре 1200…1300°С завершается процесс твердофазового спекания материала, образуются 3CaO·Al2O3, 4CaO·Al2O3·Fe2O3, и белит, резко уменьшается количество свободной извести, но достаточное для насыщения двухкальциевого силиката до трехкальциевого.

В зоне спекания при температурах 1300… 1450… 1300°С происходит частичное плавление материала (20…30% обжигаемой смеси). В расплав переходят все клинкерные минералы, кроме 2CaO·SiO2, все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. Алит кристаллизуется из расплава в результате растворения в нем оксида кальция и двухкальциевого силиката.

Это соединение плохо растворимо в расплаве, вследствие чего выделяется в виде мелких кристаллов, которые в дальнейшем растут. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава 3СаО·Аl2О3, 4СаО·Аl2О3·Fе2О3 и MgO (в виде периклаза), которая заканчивается в зоне охлаждения.

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000°С, здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит C3S, белит C2S, С3А, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.
Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и не являются стабильными. Меняя режим работы печи, можно смещать зоны и регулировать тем самым процесс обжига.

Образовавшийся таким образом раскаленный клинкер поступает в холодильник, где резко охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. Клинкер, выходящий из холодильника вращающихся печей с температурой около 100°С и более, поступает на склад для окончательного охлаждения и вылеживания (магазинирования), где он находится до 15 дней. Если известь содержится в клинкере в свободном виде, то в течение вылеживания она гасится влагой воздуха.

На высокомеханизированных заводах с четко организованным технологическим процессом качество клинкера оказывается настолько высоким, что отпадает необходимость его вылеживания. Помол клинкера совместно с добавками производят в трубных многокамерных мельницах.
Тонкое измельчение клинкера с гипсом и активными минеральными добавками в тонкий порошок производится преимущественно в сепараторных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу.

Эффективная работа трубной мельницы обеспечивается охлаждением мельничного пространства путем его аспирации (вентилирования). Благодаря аспирации производительность мельниц растет на 20…25%, уменьшается пылевыделение, улучшаются условия труда. Для интенсификации помола вводят добавку - сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), при этом производительность мельниц увеличивается на 20…30%.

На современных цементных заводах помол портландцемента в открытом цикле проходит по следующей технологической схеме. Клинкер, гипс и активные минеральные добавки со склада подаются в бункера и дозируются тарельчатыми питателями. После измельчения цемент поступает через цапфу мельницы в аспирационную шахту, а из нее в бункер цемента и далее на склад.

Мельничное пространство аспирируется, запыленный воздух частично очищается в аспирационной шахте, а затем в циклонах и электрофильтре, далее собирается шнеком и направляется в расходный бункер цемента. Недостатком помола в открытом цикле является трудность получения цемента с высокой удельной поверхностью (до 400…500 м2/кг).

Мельницы, работающие в замкнутом цикле, дают более однородный по размеру зерен продукт большей удельной поверхности (4000…5000 см2/г); замкнутый цикл помола включает помольный агрегат и центробежный сепаратор, определяющий крупные зерна, возвращаемые на домол в первую камеру, а тонкая фракция домалывается в третьей камере, из которой выгружается готовый цемент. В полностью замкнутом цикле материал проходит через сепаратор дважды.

В последнее время получает распространение короткая трубная мельница, обычно двухкамерная, работающая в замкнутом цикле с сепаратором.
Готовый портландцемент (с температурой 100°С и более) пневматическим транспортом направляется в силосы для охлаждения. После этого его расфасовывают по 50 кг в многослойные бумажные мешки или загружают в специально оборудованный автомобильный, железнодорожный или водный транспорт.

Новый способ производства портландцемента

Новый способ производства портландцемента состоит в том что клинкер обжигают в солевом растворе хлоридов.При этом способе основная реакционная среда в печи (силикатный расплав) заменена солевым расплавом на основе хлорида кальция. В солевом расплаве ускоряется растворение основных клинкерообразующих оксидов (CaO, SiO2, Al2O3, Fе2О3) и образование минералов (алита, белита и др.) завершается при 1100…1150°С вместо обычных 1400…1500°С, что существенно снижает энергоемкость получения цементного клинкера. Полученный клинкер наряду с алитом содержит минерал, названный алинитом.

Алинит - это высокоосновный Аl-Сl-силикат кальция, содержащий около 2,5% хлорида. Клинкер, синтезированный в солевом расплаве, размалывается в 3…4 раза легче, чем обычный. Это позволяет снизить электрозатраты на помол и увеличить производительность цементных мельниц. При этом сокращается число помольных агрегатов.

Алинитовый цемент быстрее гидратируется в начальные сроки. Технология нового цемента осваивается на цементных заводах. Сейчас глубоко изучаются коррозионная стойкость бетона на этом цементе и поведение стальной арматуры в бетоне с учетом наличия в нем хлора. Все это позволит определить рациональные области применения алинитового цемента.

Общий расход энергии на 1 т цемента 325…550 МДж, причем минимальные энергетические затраты достигаются при сухом способе с применением декарбонизатора: на помол клинкера с добавками затрачивается 125… 180 МДж.

РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!