Завод по производству сульфатостойкого портландцемента

 

Р’г=Рг+Рг.(а2:100)=15453+15453.(0,5:100)=15530т                                           (8)

 

10. Количество гипса, поступающего на завод с учетом потерь при транспортировке и хранении        (а2’’=0,5%)    

 

Рг=Рг+Рг.(а2:100)=15530+15530.(0,5:100)=15607т                                             (9)

 

11. Необходимое количество сырьевой смеси для получения клинкера

 

G’c=Gc.P’кGc=Gc.P’к=1,5.295075=442612,5т                                                    (10)

 

Известняк – 71%   = 314254,8т

Глина – 25% = 110653,1т

Огарка – 4% = 17704,5т

 

12. Количество материалов с учетом потерь при хранении и транспортировке  (а3=0,1%)       

 

Р1изв=Ризв+Ризв.(а3:100)=314254,8+314254,8.(0,1:100)=314569т                      (11)

 

Р1гл=Ргл+Ргл.(а3:100)=110653,1+110653,1.(0,1:100)=110763т                         (12)

 

Р1ог=Рог+Рог.(а3:100)=17704,5+17704,5.(0,1:100)=17722т                                (13)

 

13. Количество материалов, поступающих в сырьевую мельницу, с учетом потерь при помоле  (а4=0,1%)

 

Р2изв=Р1изв+Р1изв.(а3:100)=314569+314569.(0,1:100)=314883,5т                  (14)

 

Р2гл=Р1гл+1Ргл.(а3:100)=110763+110763.(0,1:100)=110873,7т                         (15)

 

Р2ог=Р1ог+Р1ог.(а3:100)=17722+17722.(0,1:100)= 17739,7т                              (16)

 

14. Количество известняка, поступающее на дробление, с учетом потерь при дроблении и хранении   (а5=0,2%)

 

Р3изв=Р2изв+Р2изв.(а5:100)=314883,5+314883,5.(0,2:100)=315513,2т                (17)

 

15. Количество известняка, добываемое на карьере, с учетом потерь при добыче и транспортировке (а6=0,3%)

 

Р4изв=Р3изв+Р3изв.(а6:100)=315513,2+315513,2.(0,3:100)=316459,7т                (18)

 

При проектировании цементных заводов эта цифра Р4изв определяет мощность карьера. На ее основе ведется подбор экскаваторов и расчет себестоимости цемента.

 

16.  Количество глины, поступающее в болтушку, с учетом потерь при размучивании     (а7=1%)

 

 Р3гл=Р2гл+Р2гл.(а7:100)=110873,7+110873,7.(1:100)=110984,5т                      (19)

 

17. Количество добываемой глины на карьере, с учетом потерь при добыче и транспортировке  (а8=0,3%)

 

 Р4гл=Р3гл+P3гл.(а8:100)=110987,5+110987,5.(0,3:100)=111320,4т                   (20)

 

Эта цифра является основной для определения мощности глиняного карьера, подбора экскаватора и при расчете себестоимости цемента.

 

18.  Количество огарков, подаваемое со склада, с учетом потерь при размучивании и хранении    (а9=0,3%)

 

 Р3ог=Р2ог+Р2ог.(а9:100)=17739,7+17739,7.(0,3:100)=17792,9т                         (21)

 

19. Завозимое на завод количество огарок, с учетом потерь при складировании и транспортировании                  (а10=0,3%)

 

Р4ог=Р3ог+Р3ог.(а9:100)=17792,9+17792,9.(0,3:100)= 17846,2т                        (22)

 

Эта цифра определяет соответствующую долю себестоимости цемента.

 

Материальный баланс оформляется в виде таблицы с данными расхода исходных материалов, полуфабрикатов, топлива и выхода готовой продукции в год, сутки, смену и в час, а также расхода материалов на тонну готовой продукции или на тонну клинкера.

Готовая потребность в материалах определяется умножением годовой мощности завода на удельный расход на 1т клинкера(цемента).

Часовая потребность (производительность) в материалах определяется

 

Рчас=т/час. Рчас==34,2т/час                                                                 (23)

 

где:  – годовой фонд времени, час;     

= 8760.КИ.

Ргод – годовая производительность 300000т/год.

Суточная производительность определяется:

 

Рсут=Рчас.сут т/сут                                                                                               (24)

 

Рсут=34,2.24=772,8т/сут.

 

где: τсут-суточный фонд времени, час.

 

Таблица 1

Сводная таблица материального баланса

 

Материалы	Потребность материалов
	В год	В сутки	В час
Известняк: сухой   Глина: сухая   Огарки: сухие   Клинкер   Гипс   Шихта   Цемент	316459,7т   111320,4т   17846,2т   295075,03т   15607 т         309060т   300000т	867,01т   304,99т   48,89т   808,42т   42,7т   846,7т   821,91т	76,07т   14,95т   2,39т   37,43т   1,98т   39,2т   38,05т

 

4 Технологическая схема производства. Описание технологических процессов

 

 

Технологическая схема производства сульфатостойких портландцементов не отличается от технологии получения портландцемента, однако при их выпуске осуществляется особо строгий производственный контроль. При подборе химико-минералогического состава сульфатостойкого портландцемента учитывали результаты исследований коррозиеустойчивости цементов различного состава при твердении в агрессивных средах.

Технологический процесс производства портландцемента включает следующие основные операции: добыча сырьевых материалов; приготовление сырьевой смеси; обжиг сырьевой смеси и получение клинкера; помол клинкера с добавками и получение цемента. Процесс приготовления сырьевой смеси включает операции дробления сырья, тонкого помола, усреднения и корректировки сырьевой смеси.[5]

 При переработке сырья  повышенной твердости и умеренной  влажности принципиальная технологическая  схема имеет вид. Высокая твердость  измельчаемых материалов требует  предварительного их дробления. Тонкое измельчение материалов  может производиться при влажности  не более 1 %. В природе такое  сырье практически не встречается, поэтому обязательная операция  сухого способа производства - сушка. Желательно совмещать ее с  размолом сырьевых компонентов. На большинстве новых предприятий, работающих по сухому способу  производства, в шаровой трубной  мельнице совмещаются процессы  сушки, тонкого измельчения и перемешивания всех компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка - сырьевой муки. В железобетонных силосах производятся корректировка ее состава до заданных параметров и гомогенизация перемешиванием сжатым воздухом. Готовая сырьевая смесь поступает на обжиг. Вращающиеся печи сухого способа производства оборудованы запечными теплообменными устройствами (циклонными теплообменниками). В них за несколько десятков секунд сырьевая смесь нагревается до 700-800°С, дегидратируется и частично декарбонизируется. Завершается обжиг клинкера во вращающейся печи. Необходимость экономии расхода топлива вынуждает перерабатывать по сухому способу материалы со все более высокой влажностью. Технологическая схема производства портландцемента из такого сырья выглядит следующим образом. Предварительное измельчение материалов повышенной влажности при сухом способе целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения типа "Аэро-фол", позволяющих перерабатывать сырье с влажностью до 25%. Однако полностью высушиться сырье при этом не успевает и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой смеси производится ее досушка. Приготовление сырьевой смеси в виде порошка усложняет технологическую схему. Увеличивается число энергоемкого оборудования, более "капризного" при эксплуатации. Сложнее при сухом способе обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Но решающим его преимуществом является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,4-4,2 МДж/кг. Кроме того, на 35-40 % уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и дает больше возможностей по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важнейшее преимущество сухого способа - более высокий съем клинкера с 1 м3 печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи по сухому способу в 2-3 раза более мощные, чем по мокрому. В целом по технико-экономическим показателям сухой способ превосходит мокрый. При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40%, уменьшение себестоимости продукции на 10 % и сокращение капиталовложений при строительстве предприятий на 50%. Это обусловило интенсивное его распространение в мировой цементной промышленности. Однако надо учитывать, что возможности применения сухого способа ограничены влажностью перерабатываемого сырья. Переработка сырья с влажностью более 20-25 % по сухому способу связана с высокими расходами теплоты на сушку, и этот способ становится неэкономичным.

Для повышения стойкости цемента при действии сульфатных растворов большое значение имеет минералогический состав исходного клинкера. Исследования показали, что сульфатостойкость портландцемента достигается при пониженном содержании С3А и умеренном количестве C3S. Исследовалась коррозиеустойчивость синтетических клинкерных минералов в растворах сульфатов натрия, кальция и магния; показателем явилось время, необходимое для получения опасного расширения до 0,5% особо тощих цементных растворов состава.[5]

Установлено также, что положительное влияние на сульфатостойкость оказывает добавка 10% трепела. Можно видеть, однако, что одно лишь понижение содержания С3А в исходном клинкере не обеспечивает сульфатостойкость портландцемента. Это объясняется тем, что при низком содержании С3А в цементе возможна не только гидросульфоалюминатная, но и гипсовая коррозия, поскольку гидратация C3S приводит к образованию значительного количества гидроксида кальция, создающего благоприятные условия для кристаллизации гипса. Так, например, цемент, содержащий 41% C3S и 5% С3А (без добавки трепела) обнаруживает при твердении в растворе сульфата натрия с концентрацией до 4000 мг/л большую коррозиеустойчивость, чем цемент с 3% С3А и 52% C3S, а также с 4% С3А и 48% C3S. Поэтому для снижения химической агрессии важно также по возможности уменьшать содержание C3S.

Известное значение имеет количество C4AF. Если его много, то цемент оказывается чувствительным к действию сульфатов, но он, несомненно, более устойчив, чем кристаллический С3А. При нормировании состава сульфатостойкого портландцемента необходимо также учитывать и то, что он должен обладать повышенной морозостойкостью и пониженной экзотермией. При оценке сопротивляемости цементов попеременному действию замораживания и оттаивания при наличии сульфатной агрессии следует учитывать, что при испытаниях оттаивание образцов в агрессивной среде резко снижает показатели морозостойкости. Так, например, наши исследования показали, что образец портландцементного раствора 1:3 при оттаивании в пресной воде выдерживает более 200 циклов, а при оттаивании в морской — только 30 циклов.

В теплом климате, где морозостойкость не играет заметной роли, в зонах бетона, находящихся в переменном уровне воды, происходит попеременное насыщение агрессивной водой бетона и последующее его высушивание. При этом проявляется также совокупное действие физических и химических факторов агрессии. Основная причина разрушения в данном случае кроется в действии преимущественно физических факторов, которые вызывают оседание солей агрессивной среды в порах цементного камня и их кристаллизацию, сопровождающуюся значительными объемными деформациями.[6]

Повышение сульфатостойкости цементов, которое наблюдается при замене С3А на C4AF, увеличении количества стекловидного С3А за счет кристаллического С3А, введении активных минеральных добавок и пропаривании объясняется образованием гидрогранатов, устойчивых к действию сульфатов. Установлено, что с повышением температуры возможны более сильные разрушения.

Пропаривание несколько улучшает, а запаривание в автоклаве значительно повышает сульфатостойкость. Проводились исследования, в которых устанавливалось время, необходимое для того, чтобы наступало расширение при твердении в сульфатных растворах цементных образцов состава 1:10, предварительно твердевших в течение 24 ч в воде, а также при обработке насыщенным паром при атмосферном и повышенном давлении.

Эти данные свидетельствуют о благоприятном влиянии тепловлажностной обработки на сульфатостойкость, так как при автоклавной обработке гидроксид кальция цемента реагирует с кремнеземом, содержащимся в заполнителях бетона; при карбонатном заполнителе тепло-влажностная обработка не повышает сульфатостойкость. Автоклавная обработка способствует также кристаллизации более стойких гидросиликатов кальция повышенной основности, а также образованию в результате гидратации клинкерного стекла гидрогранатов, отличающихся высокой сульфатостойкостью. При этом следует учитывать, однако, что тепловлажностная обработка обычно не способствует повышению морозостойкости цементного камня.

Относительно низкую сульфатостойкость можно повысить введением золы-уноса. Сульфатостойкие цементы обладают по сравнению с обычным повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией при замедленной интенсивности твердения в начальные сроки.[6]

 

5 Организация  технологического контроля

 

 

Получать цемент высокого качества на современных заводах можно, только строго соблюдая все технологические требования и правила осуществляя производственный цикл при установленных оптимальных режимах работы всех механизмов и установок. Большое значение при этом имеют контроль производства, в процессе которого определяют качество исходных материалов и соответствие их свойств требованиям норм и технических условий; выявляют свойства материалов и полуфабрикатов на всех стадиях производства и устанавливают их соответствие тем показателям, которые обеспечивают получение продукции требуемого качества; наблюдают за работой приборов, механизмов и установок в заданных оптимальных режимах, обеспечивающих качественную переработку материалов при наилучших технико-экономических показателях; определяют свойства получаемого цемента и их соответствие требованиям стандарта.[7]