Производства портлацемента

 

3 .4 Корректирующие добавки

 

 

     Сырьевые материалы должны иметь достаточно однородный химический состав по простиранию и глубине месторождения.       Корректирующие добавки применяют для доведения до нормы значений силикатного и глинозёмистого модулей, как было сказано выше. Чаще всего для корректировки состава сырьевых смесей используют пиритные или колчеданные огарки. В связи с дефицитом пиритных огарок на некоторых цементных заводах в качестве корректирующих железосодержащих добавок используются гранулированные шлаки цветной металлургии, которые содержат железо в основном в виде FeO. По некоторым технологическим свойствам шлаки лучше, чем огарки: они не пылят, не зависают в бункерах, однако они обладают большей твердостью, плохо размалываются, содержание железа в них меньше и поэтому требуется их больший расход. В ОАО «НИИЦемент» В.Н.Жовтой проведена обширная работа по изысканию заменителей огарков, составлен «Кадастр природных и техногенных железосодержащих материалов для получения портландцементного клинкера» и ТУ на железосодержащие добавки. Кадастр включает некондиционные железные руды, «хвосты» обогащения, пыли, окалины, шламы, шлаки металлургических производств, медеплавильные, ванадиевые, феррошлаки и др. Присутствие в сырье второстепенных оксидов МgO и SO3 ( в виде гипса, сульфатов щелочных металлов или сульфидов) регламентируется, а ТiO2, Р2O5, R2O, Мп2О3, Сr2O3 – не регламентируется. Щёлочи R2O даже в малых количествах вредны, другие примеси в оптимальных концентрациях играют положительную роль, облегчая спекание клинкера (МgO, Мп2О3), или повышая гидравлическую активность цемента (Р 2О5 , Сr2О3 , ТiО2). Содержание МgО в клинкере регламентировано - до 5%, других оксидов не регламентировано. Содержание щёлочей в клинкере не должно превышать 0,75 - 1,0%, Р2О5- 1 - 2%, Мп2О3 – 4% , Сr2O3 – 1,5 % . 

 

3 .5 Комплексное использование сырья и техногенных продуктов

 

       Комплексное использование сырья и техногенных продуктов. Нетрадиционные виды сырья В металлургической, химической и энергетической промышленности в качестве отходов накапливаются значительные количества различных шлаков - продуктов кристаллизации и грануляции алюмосиликатных расплавов: доменные, мартеновские шлаки, шлаки цветной металлургии ("медные”,"никелевые”) электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки (с жидким шлакоудалением). На тепловых электростанциях ТЭС, ТЭЦ в огромном количестве образуется зола-унос - побочный продукт, остающийся при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии и уловленный электрофильтрами или циклонами. Топливные гранулированные шлаки являются продуктом водной грануляции расплава, удаляемые из энергетических топок с жидким шлакоудалением. Золошлаковые смеси представляют собой полидисперсные массы из отвалов тепловых электростанций. Эти отходы являются хорошими сырьевыми материалами, поскольку они уже прошли тепловую обработку, карбонатный компонент разложен, на что затрачивается значительное количество тепла при обжиге клинкера. Шлаки находятся частично в стеклообразном состоянии, что повышает их реакционную способность. Часть минералов шлаков- это минералы клинкера (С2S), что также делает их высококачественным сырьем. При использовании шлаков усвоение извести происходит несколько медленнее, чем в шихтах на основе глинистых компонентов. Однако другие преимущества (снижение доли тепла, расходуемого на декарбонизацию, наличие в шлаке полупродуктов С2S, СА, СS) компенсирует эту особенность. Вследствие этого, при использовании шлаков в качестве сырья печи работают с большей производительностью, снижается расход тепла. Значительное количество шлаков используется в качестве активной минеральной добавки при помоле цементов.

 

 

4 . Способы производства портландцемента

     Существует несколько  способов производства портландцемента:

1.  сухой

2.  полусухой 

3.  мокрый

4.  комбинированный  

 Выбор способа производства  зависит от особенностей приготовления  сырьевой смеси. Сухой способ  предусматривает приготовление  сырьевой смеси  из предварительно высушенных тонкомолотых компонентов и обжиг их в порошкообразном состоянии. При мокром способе тонкое измельчение и гомогенизацию смеси осуществляют в  водной среде. Полученная водная суспензия - шлам направляется на обжиг. Полусухой способ связан с получением гранул из сырьевой смеси, которые затем поступают на обжиг. Комбинированный способ включает операцию приготовления сырьевой муки по мокрому способу с последующим обезвоживанием её на фильтрах. На обжиг поступает полусухая масса.   

 Но полусухой и комбинированный  способ применяются довольно  редко, поэтому основными можно  назвать сухой и мокрый способы. Мокрый способ привлекает простотой  измельчения сырьевых материалов  и их гомогенизации. Кроме того, он обеспечивает лучшие саеитарно-гигиенические условия работы обслуживающего персонала и, несмотря на то, что этот способ отличается большой энергоемкостью, он получил наибольшее распространение.

 

4 .1 Сухой способ

 

       Сухой способ производства. При сухом способе производства портландцемента выбор схемы зависит от физических и химических свойств сырья.

       Схема  производства портландцемента по  сухому способу во вращающихся  печах при использовании в  качестве сырья известняка и глины приведена на схема 2. Производство портландцементно-го клинкера в этом случае складывается из следующих операций.

       После  выхода из дробилки известняк  и глину высушивают до влажности  примерно 1%, после чего измельчают  в сырьевую муку. Помол и сушку сырьевой смеси целесообразно вести одновременно в одном аппарате — сепараторной мельнице. Этот способ более эффективен и применяется на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу.

       Сырьевую  муку заданного химического состава  получают путем дозирования сырьевых компонентов в мельницу с последующим усреднением и корректированием сырьевой шихты в специальных смесительных силосах, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром (содержанием СаСОз).

       Затем  подготовленная сырьевая смесь  поступает в систему циклонных теплообменников, состоящую из нескольких ступеней циклонов. Время пребывания смеси в циклонных теплообменниках не превышает 25—30 с. Из циклонов материал подается в печь, откуда клинкер пересыпается в холодильник. После охлаждения клинкер направляется на 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.

При производстве цемента по сухому способу (рис. 1.) сырьевые материалы в зависимости от твердости измельчают в дробилках различной конструкции до кусков размером 20 - 30 мм и, если влажность их превышает 8%, подсушивают в мельницах самоизмельчения «Аэрофол». Подсушенные материалы в требуемых соотношениях поступают в мельницу сухого помола, где производятся их сушка и тонкое измельчение.

 
 

 

Рис. 1. Технологическая схема получения цемента по сухому способу:

1 - бункер известняка; 2 - щековая дробилка; 3 - молотковая дробилка;           4 - бункер глины; 5 - валковая дробилка; 6 - объединенный склад сырья;               7 - мельница «Аэрофол»; 8 - циклон-осадитель; 9 - промежуточный силос;            10 - сепаратор; 11 - мельница; 12 - гомогенизационный силос; 13 - запасной силос; 14 - печь с циклонными теплообменниками;15 - холодильник;           16 - склад клинкера и добавок; 17 - мельница; 18 - цементный силос.

 

 

 

 

 

Схема 1. Производства портландцемента по сухому способу в механизированных шахтных печах

 

 

 
 

 

Схема 2. Производства портландцемента по сухому способу во вращающихся печах

 

       При  сухом способе производства цемента  на обжиг клинкера расходуется  от 750 до 1200 ккал/кг клинкера, при  мокром способе производства  от 1200 до 1600 и выше ккал/кг клинкера. Сухой способ производства экономически  целесообразен тогда, когда сырьевые  материалы имеют низкую влажность  и по возможности однородный  химический состав, и в результате суммарный расход тепла на сушку сырьевых материалов и на обжиг клинкера ниже,  чем расход тепла на обжиг этих материалов при мокром способе производства.

       Установлена, что экономически целесообразно применять сухой способ при влажности сырья до 12%

 

 

 

4 .2 Полусухой способ

       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.

 

 

Схема 3. Схема получения портландцементного клинкера при полусухом способе производства состоит из следующих операций.

4 .3 Мокрый способ

       Мокрый способ производства. При мокром способе производства сырьевые материалы измельчают и сырьевую смесь смешивают с водой. Получаемая сметанообразная масса — сырьевой шлам — содержит 32—45% воды.

       В зависимости от физических свойств исходных сырьевых материалов и других факторов при получении портландцемента по мокрому способу применяют разные схемы производства (рис. 2) отличающиеся одна от другой способом приготовления сырьевой смеси.       
 

 
 Рис. 2. Технологическая схема производства цемента по мокрому способу:

 
       На цементных  заводах, работающих по мокрому  способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементно-го клинкера часто используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты. В этом случае технологическая схема производства цемента, в которой приведены основные технологические переделы без указания дозировочных и транспортных устройств и другого вспомогательного оборудования, выглядит следующим образом . 
       Начальная технологическая операция получения клинкера — измельчение сырьевых материалов. При использовании в качестве известкового компонента мела его измельчают в болтушках или в мельнице самоизмельчення. Если применяют твердый известняк, то его дробят в одну-две стадии в щековых дробилках. Глиняный шлам, полученный в болтушках или других агрегатах, направляют в сырьевую мельницу, куда подается для измельчения и известняк. В мельницу известняк и глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Чтобы получить сырьевой шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах или в потоке.

1-экскаватор, 2 - автосамосвал, 3 - приемная воронка, 4 -пластинчатый  питатель. 5-щековая дробилка, 6- молотковая  дробилка 7 - ленточный конвейер, 8-ленточный магистральный конвейер, 9-роторный экскаватор, 10 - мельница 11~шламотный насос, 12- вертикальный шламбассейн. 13 - магистральный шламопровод, 14 -бункер, 15 - весовой дозатор,16-стержневая мельница 17-шаровая мельница  18 - горизонталыше шламбассейнм, 19— компрессорная, 21 — вращающаяся печь, 22-колосниковый холодилбник 23 вентилятор острого дутья. 24-вентилтор общего дутья, 25 - скруббер. 26 – электрофильтр  27-дымосос  28-труба для выброса  газов»  29-винтовой конвейер для транспортирования пыли. 30-пнеамовинтовой насос. 31-ковшовый конвеер 32- бункерное приемное устройство для разгрузки добавок, 33 -дробилка, 34-сушилка кипящего слоя. 35 - топка, 36 - Циклон, 37 –силосы 38- ленточный конвейер, 39— трубная мельница. 40 —элеватор. 41 —сепаратор с выносными циклонами, 42 —рукавный фильтр, 43 — вентилятор. 44—пнев-мокамерный насос,45 — силос для цемента, 46 — вагов-цементовш. 47 — автоцемемтовоз

Схема 4. Производства портландцемента по мокрому способу  
во вращающихся печах

       Выходящий  из мельниц сырьевой шлам в  виде сметанообразной массы насосами  подают в расходный бачок в  печной цех на обжиг. Из бачка шлам равномерно сливается во вращающуюся печь. При мокром способе производства для обжига клинкера используют длинные вращающиеся печи со встроенными теплообменными устройствами.

       Из печи  клинкер поступает в холодильник, где охлаждается холодным воздухом. Охлажденный клинкер отправляют  на склад. В ряде случаев клинкер  из холодильников направляют  непосредственно на помол в цементные мельницы. Перед помолом клинкер дробят. Дробление клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками.

Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа (цементные силосы). Отгружают цемент потребителю либо в таре (бумажных мешках по 50 кг), либо навалом в автоцементовозах или в специальных железнодорожных вагонах.

 

4 .4 Комбинированный способ

 

       Комбинированный способ производства. При комбинированном способе производства сырьевая смесь в виде шлама, полученного по мокрому способу производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.

Основные технологические операции и последовательность их выполнения при комбинированном способе производства портландцемента следующие.              

Выходящий из сырьевой мельницы шлам влажностью 35—40% после его корректирования поступает в вакуум-фильтр или пресс-фильтр, 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 кусков «сухаря» и приводит к уменьшению влажности смеси до 12—14%. Приготовленная таким образом смесь поступает на обжиг, который   осуществляется   во вращающихся печах.

Все остальные операции производства портландцемента по комбинированному способу не отличаются от соответствующих операций при мокром способе производства.

 

 

Схема 5. Производства портландцемента по комбинированному способу во вращающихся печах

 

5 . Основные свойства портландцемента

      Портландцемент  представляет собой тонкий порошок  серо-зеленого цвета. Его удельный вес — 3.25, объемный вес у в рыхлом состоянии—1220 кг/м3. Отличительной особенностью портландцемента является быстрое нарастание прочности (особенно у цементов высоких марок и у высокоалюминатных цементов), полная воздухостойкость, водостойкость в пресной воде, достаточная морозостойкость в растворах и бетонах. 
       Скорость нарастания прочности твердеющего портландцемента зависит от его минералогического состава, тонкости его помола и водоцементного отношения, а также от температуры окружающей среды и некоторых других факторов. 
      Тепловыделение. В процессе твердения портландцемент выделяет тепло. Экзотермия цемента в большой степени зависит от его минералогического состава. Количество тепла, выделяемого за 28 суток отдельными клинкерными минералами, колеблется в пределах от 40 для двухкальциевого силиката до 210 кал/г для трехкальциевого алюмината. 
Тепловыделение цемента зависит также от тонкости его помола, количества воды затворения и температуры окружающей среды, т. е. от ряда условий, определяющих кинетику его гидратации. 
       Водопроницаемость бетонов и растворов на портландцементе в значительной степени зависит от состава последних и водоцементного отношения. Для уменьшения водопроницаемости цементных растворов и бетонов применяют церезит — густую сметанообразную массу белого или желтоватого цвета, (представляющую собой смесь нерастворимых в воде солей олеиновой кислоты и извести в насыщенном растворе последней. 
       Морозостойкость и коррозиеустойчивость портландцемента в основном зависят от плотности бетона или раствора и минералогического состава цемента. Наименее морозостойки и коррозиеустойчивы цементы, имеющие в своем составе повышенные количества алюминатов кальция и трехкальциевого силиката. Морозостойкость и коррозиеустойчивость бетона уменьшается с увеличением его пористости и повышением тонкости помола цемента. 
Морозостойкость растворов и бетонов, приготовленных на цементах с добавками, как правило, ниже, чем у бетонов и растворов, приготовленных на цементах без добавок. Поверхностно-активные и воздухововлекающие добавки увеличивают морозостойкость бетонов и растворов.