Производство портландцемента

Производство портландцемента состоит из следующих технологических операций:

  • 1) приготовление сырьевой смеси и подготовка ее к обжигу;
  • 2) обжиг смеси заданного состава и получение клинкера;
  • 3) охлаждение клинкера и его помол.

В зависимости от вида подготовки сырьевой смеси для обжига существует два способа производства портландцемента: мокрый и сухой.

При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды, а смесь обжигают в виде жидкого шлама во вращающихся печах. При сухом способе сырье измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде.

Выбор способа определяется главным образом качеством сырья:

  • ? если сырье неоднородно по химическому составу, имеет повышенную влажность, крупные включения — целесообразно использовать мокрый способ производства клинкера;
  • ? при использовании сырья, однородного по составу, с малой влажностью и высокой твердостью, применяют сухой способ.

Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. При мокром способе облегчается измельчение материалов, поскольку оно совершается в присутствии большого количества воды (40...50 %), при этом быстро достигается хорошая однородность смеси.

Мокрый способ целесообразно использовать при применении в качестве сырья мела, сырой глины, что снижает расход электроэнергии на измельчение сырьевой смеси. При этом способе облегчается транспортирование сырьевой смеси, но расход топлива на обжиг в 1,5-2 раза выше, чем при сухом способе.

Производство портландцемента мокрым способом. Процесс осуществляется по следующей технологической схеме (рис. 4.5).

Сырьевые материалы, доставляемые из карьера на завод в кусках, предварительно измельчают до крупности не более 5 мм: мягкие породы (глина, мел) перемешивают с водой в глиноболтушках, а твердые породы дробят в дробилках.

Технологическая схема производства портландцемента мокрым способом

Рис. 4.5. Технологическая схема производства портландцемента мокрым способом:

  • 1 — глиноболтушка; 2 — дробилка; 3 — дозотор; 4 — трубная мельница; 5 — шламбассейны; 6 — вращающаяся печь для обжига;
  • 7 — холодильник; 8 — приготовление гипса и подача его в мельницу; 9 — погрузка в вагоны; 10 — затаривание цемента в мешки;
  • 11 склад цементного клинкера
Болтушка для перемешивания глины и мела

Рис. 4.6. Болтушка для перемешивания глины и мела:

1 — вал; 2 — подшипник; 3 — крестовина; 4 — бороны; 5 — фундамент

Болтушка — круглый железобетонный резервуар (диаметр 5... 10 м, высота 2,5...3,5 м), в котором вокруг вертикальной оси вращается крестовина с подвешенными к ней на цепях стальными граблями для измельчения кусков глины (рис. 4.6). Получаемый в глиноболтушке шлам влажностью около 50 % выпускается через отверстие с сеткой и перекачивается в трубную мельницу, куда непрерывно подается известняк.

Трубная мельница — стальной цилиндр длиной до 15 м и диаметром до 3,2 м, вращающийся на полых цапфах, через которые мельницу загружают и выгружают (рис. 4.7). Внутри мельница разделена перегородками с отверстиями на три камеры: в первой и второй помещены стальные или чугунные шары, а в третьей — небольшие цилиндрики. Через полую цапфу шлам поступает в первую камеру трубной мельницы, а затем в другие отсеки. Трубные мельницы являются непрерывно действующими агрегатами.

Из трубной мельницы тонкоизмельченный материал в виде сметанообразной массы (шлама) подается насосом в шламбас-

w

-t-

Puc. 4.7. Многокамерная трубная мельница:

  • 1 — загрузочное устройство; 2 — перегородка с решетками; 3 — стальной цилиндр; 4 — стальные плитки; 5 — выгрузочное устройство;
  • 6 — двухступенчатый редуктор

. Неорганические вяжущие вещества

Шламовый бассейн с пневматическим перемешиванием

Рис. 4.8. Шламовый бассейн с пневматическим перемешиванием

сейны (рис. 4.8), которые представляют собой железобетонные или стальные резервуары цилиндрической формы. В них окончательно корректируется химический состав шлама и создается определенный его запас для бесперебойной работы печей. Во избежание застывания шлама в бассейне его периодически перемешивают струей сжатого воздуха или механическими мешалками.

Из шламбассейнов шлам поступает в баки, а оттуда подается во вращающуюся печь для обжига (рис. 4.9), которая представляет собой длинный цилиндр из листовой стали, облицованный внутри огнеупорным материалом. Барабан печи

Вращающаяся печь для обжига

Рис. 4.9. Вращающаяся печь для обжига:

1 — дутьевой вентилятор; 2 — форсунка; 3 — рекуператоры для охлаждения клинкера; 4 — питатель шлама; 5 — дымовая труба; 6 — дымосос; 7 — холодильная камера; 8— привод; 9 — опора; 10 — транспортеры для клинкера

установлен с наклоном 3...4° и вращается вокруг своей оси со скоростью 0,5...1,5 об./мин. Шлам загружается в верхней стороне печи и передвигается к нижнему ее концу (навстречу факелу сжигаемого топлива). Топливо (газ, мазут, пыль каменного угля) вдувается вместе с воздухом с противоположного нижнего конца печи и сгорает, создавая внутри печи температуру до 1450...1500 °С.

Температурные зоны и процессы, совершающиеся в печи, показаны на рис. 4.10. Дымовые газы удаляются со стороны приподнятого конца печи.

Шлам, перемещаясь вдоль барабана, встречается с горячими газами и постепенно нагревается — в нем совершаются различные физико-химические процессы. Вначале испаряется физически связанная вода, масса высыхает и образуются комья. Затем выгорают органические вещества и начинается дегидратация — удаление химически связанной воды. При температуре 800...950 °С карбонат кальция разлагается по реакции

Углекислый газ удаляется вместе с продуктами сгорания топлива, а СаО в диапазоне температур 1000... 1450 °С вступает в химическую реакцию с оксидами глины (Si02, А1203, Fe203) и образует так называемый портландцементный клинкер — пористые гранулы серого цвета.

Получившийся раскаленный клинкер поступает в холодильник, где резко охлаждается движущимся навстречу хо-

Схема вращающейся печи для получения цементного клинкера

Рис. 4.10. Схема вращающейся печи для получения цементного клинкера: 1 — подача дымовых газов на очистку; 2 — течка для подачи шлама; 3 — вращающийся цилиндр; 4 — холодильник;

  • 5 — форсунка; 6 — факел
  • 4.4. Портландцемент 137

лодным воздухом. Такое быстрое охлаждение необходимо для того, чтобы аморфизированные минералы сразу не кристаллизовались. Клинкер, выходящий из печи, охлаждается до

100...200 °С в барабанах-рекуператорах и других холодильниках воздухом, идущим навстречу клинкеру или просасываемым через его слой. Холодный воздух, подаваемый через холодильники, охлаждает клинкер и в подогретом состоянии поступает в печь.

Охлажденный клинкер поступает на склад для окончательного охлаждения и вылеживания в течение 15—20 суток. Вылеживание необходимо, чтобы влага воздуха погасила оксид кальция (СаО), если известь содержится в клинкере в свободном состоянии. Это приводит к уменьшению твердости клинкера, что сокращает расход энергии при его помоле, а также уменьшает время помола. На современных высокомеханизированных заводах качество клинкера оказывается настолько высоким, что необходимость вылеживания отпадает.

Качество цементного клинкера характеризуют не только химическим и минеральным составом, но и численными значениями модулей, выражающих соотношения между количествами главнейших оксидов, взятыми в процентах: ОМ = = 1,9...2,4, СМ = 1,7...4,0, ГМ = 1,0...3,0.

Получение портландцемента сухим способом. Данный способ производства цемента наиболее распространен. Он применяется в том случае, когда сырьем являются мергели или смеси твердых известняков и глин небольшой влажности. Тонкоизмельченная сухая сырьевая смесь перед обжигом гранулируется в виде зерен 20...40 мм и подается на обжиг. Схема производства цемента сухим способом (в шахтных печах) приведена на рис. 4.11, а технологическая структурная схема — на рис. 4.12.

В республике построен (введена первая очередь) крупнейший в Европе Белорусский цементный завод (БЦЗ), работающий на местных мело-мергелистых породах по сухому способу. Технология включает двухстадийный помол и сушку сырьевой шихты в комплексном агрегате, состоящем из мельницы сухого самоизмельчения (МСС) «Аэрофол» и молотковой тангенциальной мельницы (ММТ). Для сушки ис-

Схема производства портландцемента в шахтных печах (сухим способом)

Рис. 4.11. Схема производства портландцемента в шахтных печах (сухим способом):

  • 1 — вагонетка с мергелем; 2 — опрокидные люльки; 3 — бункер для мергеля; 4 — дробилка; 5 — сушильный барабан; 6 — бункер для высушенного материала; 7 — мельница; 8 — сепаратор; 9 — силос для сырцовой муки; 10 — автоматические шахтные печи; 11, 12 — уголь; 13 — склад клинкера; 14 — бункер для клинкера; 15 — мельница для помола клинкера; 16 — сепаратор; 17 — силос для цемента; 18 — перевозочные весы для насыпи цемента в тару; 19 — вагоны для погрузки цемента
  • 4.4. Портландцемент 139
Технологическая схема производства портландцемента сухим способом

Рис. 4.12. Технологическая схема производства портландцемента сухим способом

пользуется тепло отходящих газов вращающейся печи и газов от автономной топки.

БЦЗ производит клинкер высокой активности (прочностные показатели при 28-суточном твердении превышают 50 МПа). Такое качество клинкера является пока недостижимым для большинства цементных заводов сухого способа производства.

Одним из эффективных новшеств, примененных на БЦЗ, является изменение энергоснабжения, заключающееся в использовании газотурбинных установок (ГТУ). При сухом способе производства цемента работа ГТУ, кроме снижения стоимости потребляемой электроэнергии (ГТУ дополнительно дает часть этой энергии), обеспечивает сокращение расхода топлива на обжиг клинкера за счет использования тепла отходящих газов ГТУ с температурой до 500 °С на сушку сырьевой смеси.

Перспективным оказалось использование на БЦЗ по предложению НИИ строительных материалов щелочного стока производства капролактама (ГЦСПК) Гродненского ПРУП «Азот» в качестве интенсификатора помола цемента. Ввод отхода в количестве 0,05...0,1 % в цементные мельницы обеспечил повышение их производительности при работе как в открытом, так и в замкнутом цикле минимум на 10 %. При этом отмечено повышение подвижности получаемого цемента, что улучшило работу упаковочного отделения завода. Невысокая стоимость ЩСПК, по сравнению с импортными ПАВ, обеспечивает его широкое использование при помоле минеральных вяжущих материалов.

Помол клинкера. Это последняя и в то же время самая важная операция в технологическом процессе производства цемента, так как от удельной площади поверхности и зернового состава цемента зависит процесс его твердения и прочность продуктов твердения. В цементе должны преобладать зерна размером 3...30 мкм (55...65 %).

Из холодильника вращающейся печи клинкер подается на клинкерный склад, расположенный вблизи цементно-помольного цеха. После предварительного дробления в дробилке клинкер для тонкого измельчения поступает через дозаторы в трубные мельницы, работающие по открытому или замкнутому циклу. При помоле в замкнутом цикле крупная фракция материала проходит мельницу несколько раз. Мелкая фракция после отделения в сепараторе становится готовым продуктом и больше не возвращается в мельницу.

Для замедления схватывания цемента при помоле клинкера добавляют природный гипс в количестве до 3,5 % по массе в расчете на S03. Для интенсификации помола в мельницу вводят вещества, способствующие процессу измельчения, которые предохраняют

Схема помола клинкера по замкнутому циклу

Рис. 4.13. Схема помола клинкера по замкнутому циклу:

I, II — камеры мельницы; 1 — бункер; 2,6,7 — аэрожелоба;

3, 5 — сепараторы; 4 — элеватор

мелющие тела от налипания частиц (лигносульфонат технический (ЛСТ), мылонафт, триэтаноламин, петролатум, уголь и др.).

При помоле клинкера применяют также сепараторные мельницы, работающие по замкнутому циклу. Схематически устройство сепараторной двухкамерной мельницы показано на рис. 4.13. Клинкер с добавками из бункера поступает в камеру мельницы, а из нее элеватором подается в сепараторы. Крупка из сепараторов направляется на домол во вторую камеру. Отсюда материал элеватором передается в те же сепараторы, из которых крупка снова возвращается во вторую камеру.

Готовый портландцемент при выходе из мельницы имеет высокую температуру (80..Л20 °С) и направляется пневматическим транспортом для хранения в силосы (рис. 4.14) — железобетонные цилиндры диаметром 8...15 м и высотой 25...30 м. Цемент выдерживают в силосах до его охлаждения. Из сило- сов, оборудованных пневматическими устройствами, цемент через гибкие рукава-шланги подается в транспортные средства (вагоны, автомобили-цементовозы и др.). Часть цемента упаковывается в многослойные бумажные мешки.

Силосы для хранения цемента

Рис. 4.14. Силосы для хранения цемента:

1 — фильтр для очистки воздуха; 2 — цементопроводы; 3 — пористые плитки; 4 — пневматический разгружатель; 5 — пневматический желоб; 6 — вагонные весы

В паспорте на отправляемый цемент указывают наименование цемента, марку, номер партии, дату изготовления, название завода.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >