Реферат: Портланцемент. Сухой способ производства
Міністерствоосвіти і науки України
Придніпровська Державна академія будівництва та
архітектури
Кафедра Технології будівельних матеріалів,виробів та конструкцій
РефератПортландцемент. Сухийспосіб виробництва.
Виконав: Курочкін М.П.
Перевірив: Мосьпан В.І.
Дніпропетровськ 2003р.
Портландцементом называетсягидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчениемпортландцементного клинкера с гипсом, а иногда и со специальными добавками.
По вещественному составу(ГОСТ 10178 — 76) различают портландцемент без добавок, портландцемент сминеральными добавками, шлакопортландцемент.
Свойства портландцементаопределяются прежде всего качеством клинкера. Вводимые в него добавкипредназначены для их регулирования.
Портландцемент и егоразновидности являются основным материалом в строительстве. Он позволяетвозводить бетонные и железобетонные конструкции самых разнообразных зданий исооружений.
Гигантские темпыстроительства в СССР обусловили резкий рост производства цемента.
Производство портландцементаможет быть разделено на два комплекса операций. Первый из них включаетизготовление клинкера, второй – получение портландцемента измельчением клинкерасовместно с гипсом, Активными минеральными и другими добавками.
Получение клинкера –наиболее сложный и энергоёмкий процесс, требующий больших капитальных иэксплуатационных затрат. Удельная стоимость клинкера достигает 70 -80% общейстоимости портландцемента.
Производство портландцементасостоит из следующих операций: добычи известняка и глины, подготовке сырьевыхматериалов и приготовление из них однородной смеси заданного состава, обжигасырьевой смеси материалов до спекания и получением клинкера, помола клинкера впорошок с небольшим количеством гипса, а иногда и добавок
Основной задачей являетсяполучение клинкера с заданным фазовым составом,чтозависит от состава и качества сырья,выбранного соотношения между исходными материалами, требуемой дисперсности иоднородной сырьевой смеси и от правильного режима обжига и охлаждения клинкера.
В настоящее время применяюттри основных способа подготовки сырьевой смеси из исходных материалов: «мокрый», при котором помол и смешение сырья осуществляется в мокрой среде, «сухой»,когда материалы смешиваются и измельчаются в сухом виде и комбинированный.
Сухой способ, несмотря наего технико-экономические преимущества по сравнению с мокрым, длительное времянаходил ограниченное применение вследствие пониженного качества получаемогоклинкера. Однако успехи в технике тонкого измельчения и гомогенизации сухихсмесей обеспечил возможность получения высококачественных портландцементов и посухому способу. Это предопределило резкий рост в последние десятилетияпроизводства цемента по этому способу.
Изготовление клинкера посухому способу технически и экономически более целесообразно в тех случаях,когда исходные сырьевые материалы характеризуются:
Влажностью до 10 – 15%;
Относительной однородностьюпо химическому составу и физической структуре, что обеспечивает возможностьполучения гомогенной сырьевой муки при измельчении сухого сырья.
При сухом способе затратытепла на обжиг клинкера достигают 3150 – 4190 кДж/кг, что значительно меньшезатрат при производстве по мокрому способу.
При сухом способеизготовления клинкера исходные материалы после дробления подвергаютсявысушиванию и совместному помоле в шаровых и иных мельницах до остатка 6 – 10%на сите № 008.
Обжигают сырьевую муку:
1) в коротких вращающихсяпечах с предварительной тепловой обработкой её:
в циклонныхтеплообменниках, в которых отходящими из печей газами материал нагревается дотемператур 800 – 850*С с частичной декарбонизацией его (на 30 – 40%);
в циклонных теплообменниках,а далее в специальных реакторах, в которых температура муки повышается до 920 –950*С, а декарбонизация материала перед его поступлением в печь достигает 85 –90%. Такой эффект получается за счёт сжигания в реакторах дополнительногонебольшого количества топлива;
в конвейерных кальцинаторахза счёт тепла отходящих из печей газов;
2) наконец, сырьевую муку ввиде гранул можно обжигать в автоматических шахтных печах.
В зависимости от способаобжига сырьевой муки схемы производства несколько отличаются.
Подготовка сырья и егообжиг во вращающихся печах с теплообменниками, декарбонизаторами икальцинаторами.
Клинкер по сухому способу вовращающихся печах с циклонными теплообменниками, а в новейших системах асочетании с реакторами получают в по технологической схеме.
Добывают известняк и глину сучётом их свойства теми же приёмами, какие используются при мокром способепроизводства. Последующая их переработка определяется спецификой сухого способапроизводства. Добытый известняк вначале подвергают двухстадийному, а иногдаодностадийному дроблению до кусков размером 1 – 3 см. Полученную щебёнкунаправляют на усреднительный склад, где с помощью комплекса машиносуществляется первичная гомогенизация сырья. Добытую глину вначале такжеподвергают дроблению пи одновременной сушке с последующей подачей полученногоматериала на усреднительные склад для гомогенизации. С этих складов известнякиглина направляются через автоматические дозаторы в требуемом соотношении помассе в шаровые мельницы, где осуществляются сушка и тонкий помол сырья. Длясушки в мельницы направляют дымовые газы, образующиеся во вращающихся печах прижигани топлива. Шаровые мельницы часто работают в замкнутом цикле ссапораторами. Из мельниц мука в виде пылегазовой смеси направляется восадительные циклоны, а затем в горизонтальные электрофильтры, в которыхвыделяется твёрдая фаза.
При организации крупныхпредприятий с производительностью одной технологической линии 3000 т. в суткиустанавливают две шаровые мельницы размером 4,2 х 10м. Дающие 120 – 130 т/чмуки с остатком 10 – 12% на сите № 008.
Сырьё загружаю кусками размером до 30 — 50 см. В мельницу подают горячиегазы, которые сушат материал до влажности 0.5 – 1%. Эти же газы выносятизмельчённый продукт, который затем выделяется из потока в проходныхсипаратарах и циклонах, причём более крупные частицы возвращаются на домол.Иногда после такой мельницы устанавливают обыкновенную шаровую для домоламатериала. Расход электроэнергии на помол материалов в бесшаровых мельницахуменьшается по сравнению с расходами на помол в трубных мельницах примерно на25%. Производительность таких мельниц 250 – 300 т/час и более.
Сырьевая мука, получаемая врезультате помола в мельницах, направляется на гомогенизацию и корректирование вспециальные железобетонные силосы вместимостью до 500 – 2000 м/куб. Чемнеоднороднее сырьё, тем меньше обычно вместимость отдельных силосов. Муку в нихперемешивают сжатым воздухом, вводимым через керамические, укладываемые наднище силосов. Воздушные струи, проникающие в муку аэрируют её, чтосопровождается уменьшением объёмной массы. Одновременно материал приобретаетбольшую текучесть.
Всё шире начинают применятькаскадные мельницы без мелющих тел, сырьевые материалы в которых измельчаютсяпод действием падающих кусков самого материала. Следовательно, работают они безспециальных мелющих тел или с очень небольшим ох количестве.
В настоящее время применяютнесколько способов подачи воздуха в силосы для перемешивания материала. Поодному из них днище силоса разделяют на несколько секторов с раздельной подачейв них воздуха. Последний с предельным принятым давлением подаётся вначале водин из секторов, а в остальные поступает под малым давлением и в небольшомколичестве. Это обусловливает различную степень аэрации материала над разнымисекторами днища и различные показатели их объёмной массы, что приводит кволнообразному его перемешиванию. Через каждые 20 – 30 мин. В секторы начинаютпоследовательно интенсивно подавать воздух. Применяют также «гейзерный» способперемешивания муки с подачей воздуха в концентрические секции днища при разномдавлении в каждую.
После гомогенизациипроверяют состав сырьевой муки по содержанию окиси кальция (титр муки). Еслионо соответствует требуемому, то смесь направляют на обжиг. Если же выявляетсяотклонение, то муку из двух силосов направляют в третий в таком соотношении,чтобы получить смесь требуемого состава. После заполнения общего силосаматериалы в нём тщательно перемешивают до полной однородности.
Наконец, используется способнепрерывной гомогенизации, при котором мука непрерывно подаётся на верхбольшого силоса, заполненного уже аэрированной и гомогенизированной смесью.Одновременно у днища силоса непрерывно отбирается готовый материал. Вместимостьсилоса принимается равной 8 – 10-кратной часовой производительности мельниц.Высота силосов в 1.5 – 2 раза больше их диаметра.
Для перемешивания применяютобычно воздух, очищенный от масла и паров воды, под давлением до 0,15 – 0,2МПа. Через 1 м/кв в пористых плитах подаётся в 1 мин. Около 2 м/кв воздуха.Затраты электроэнергии на гомогенизацию составляют 0,4 — 0,6 кВт/ч. на 1 т.муки; общий расход энергии на всю установку достигает 2,2 – 2,5 кВт ч/т. Вместе выхода готовой муки из силосов устанавливают пробоотборники,автоматически отбирающие пробы массой 10 – 15 г/т материала. Силосы снабжаюттакже устройствами для абеспыливания отработанного воздуха и удаления воздухаиз готовой муки.
В тех случаях, когда мукуобжигают во вращающихся печах, снабжённых циклонными теплообменниками, сухуюсмесь из силосов с помощью пневмонасосов того или иного типа направляют вприёмный бункер печной установки. Отсюда элеватором материал подают на ленточныйконвейер-дозатор передающий его в газоход батарейного циклона. Здесь онподхватывается отходящими газами из одного циклона и поступает в другой циклон.Далее таким же образом он проходит газоходы и циклоны и поступает в печь. Вовремя перемещения по газоходам и циклонам сырьевая мука постепенно нагреваетсяи поступает в последний циклон с температурой 8000 -850*С частично (на 30 -49%)декарбонизированной. Нагревается мука в газовом потоке циклонныхтеплообменников очень интенсивно. Газы через систему циклонов движутся поддействием дымососа. Отработанные газы с температурой 200 – 300*С очищаются отпыли в циклоне и электрофильтрах или же сначала используются для сушки муки.
Вращающиеся печи сциклонными теплообменниками имеют размеры 5х75 и 7х95 метров с суточнойпроизводительностью 1600 и 3000 тонн. Готовятся к выпуску печипроизводительностью 5000 т\сут. Эти печи характеризуются расходом топлива 3250– 3500 кДж на 1 кг. клинкера.
Мощные печи оснащают двумяветвями четырёх ступенчатых теплообменников.
Вынос наиболее теплоёмкогопроцесса декарбонизации из вращающейся печи в специальный реактор с подачейсюда большей части топлива даёт высокий техническиё эффект. Так, попроизводственным данным, если печи с циклонными теплообменниками дают в суткиоколо 1.5 т клинкера с
1 м\куб объёма печи, то упечей, работающих с декарбонизатором, удельная производительность увеличиваетсяв двое и более при практически одинаковом расходе топлива (3200 – 3300 кДж\кгклинкера).
Как уже указывалось сырьевуюмуку при сухом способе производства можно обжигать во вращающихся печах,работающих в сочетании с конвейерными кольцинаторами, а так же в шахтных печах.В том и в другом случаях муку до поступления на обжиг гранулируют и получаютгранулы размером от 5 – 10 до 20 – 30 мм. В настоящее время для этой целииспользуют тарельчатые грануляторы вместо ранее распространённых барабанных.
Тарельчатый гранулятор имеетимеет наклонно установленный вращающийся диск с Бортами. Подаваемую на дискмуку опрыскивают каплями воды, и из увлажнённой до 12 – 15% муки образуютсяшарики. В дальнейшем при вращении диска шарики окатываются, и на них налипаютновые порции материала и получаются крупные гранулы. Постепенно накапливаясь внижней части тарелки, они пересыпаются затем через её борт и поступают в бункернад конвейерным кальцинатором. Они представляют собой бесконечную колосниковуюрешётку, составленную из отдельных колосников и движущуюся со скоростью 30 – 50м/ч. Колосниковая решётка заключена в плотный кожух. Сырьевые гранулы подаются избункера на конвейер слоем 15 – 20 см. Через этот слой просасываются газы,поступающие в кальцинатор с температурой 1000 – 1100*С из короткой вращающейсяпечи. Просасывание газов может осуществляется как при однократном, так идвукратном прохождении через материал. Применяется другой метод. Для этого кальцинаторвертикальной стенкой разделяют на две камеры. Газы из печи сначала поступают вверхнее отделение камеры, далее под действием тяги вентилятора просасываютсясверху вниз через слой гранул и из нижней части камер направляются черезциклоны в другую камеру. Здесь они вновь пронизывают слой материала и удаляютсяиз кальцинатора дымососом с температурой 100 – 150*С. Материал вначалеподсушивается. Далее дегидратируется и частично декарбонизируется, и поступаетна обжиг в печь с температурой около 800*С. Гранулы, провалившиеся черезотверстие в решётке, попадают на конвейер и с помощью элеватора направляются впечь. Сюда же по винтовому конвейеру движется пыли из циклонов.Вращающиесяпечи в сочетании с описанными кальцинаторами характеризуются различной суточнойпроизводительностью до 1000 – 3000 т. Рассчитанная на выпуск 1800 т/сут,состоит из печи размером 5 х 85м. И кальцинатора с площадью решётки 200 м кв.Расход тепла в печах с кальцинаторами составляет примерно 3150 -3550 кДж/кгклинкера. ИЗ вращающейся печи клинкер направляют в холодильник и далее на склади помол.
Вращающиеся печи скальцинаторами, часто работающие с пониженными коэффициентами использование повремени (не более 0.8 – 0.85) и плохо поддающиеся автоматизации,реконструируются и переводятся на работу с теплообменниками, что способствуетзначительному сокращению удельных расходов труда, топлива и электроэнергии иповышению производительности печей.
Обжиг в шахтных печах. Шахтныепечи рассчитаны на производительность до 150 – 250т. клинкера в сутки. Ониработают на короткопламенных видах топлива. Эти печи характеризуются пониженнымрасходом тепла – 3750 – 4600 кДж/кг клинкера. Вместе с тем по качествуполучаемого клинкера эти печи уступают вращающимся.
Процесс обжига клинкера всовременных печах полностью автоматизирован. Высота шахты обычно находится впределах 8 – 10 м. А диаметр её
2.5 – 2.8 м. Печь конструкцииГипроцемента имеет высоту 8м. И внутренний диаметр 2.85 м. Мощность её до 250т. клинкера в сутки. Пи расходе тепла 4200 кДж/кг. В печи обжигается сырьеваямука, смешанная с топливной крупкой и подвергнутая грануляции. Сырьевая мука итопливная крупка из отдельных бункеров, размещённых над шахтой, с помощьюленточных весовых дозаторов направляются в строго установленном количестве всмесительные шнек, а далее в тарельчатый гранулятор. Отсюда гранулы вращающейсяворонкой загружаются в печь, где распределяются ровным слоем. Топливо сгораетза счёт воздуха, подаваемого под разгрузочную решётку внизу печи под давлением25 – 30 кПа. Часть воздуха поступает непосредственно в зону горения.Предусмотрена также введение некоторого количества воздуха, обогащённогокислородом, в зону интенсивного горения топлива.
Готовый клинкер разгружается с помощью рещётки,которая может вращаться с разной скоростью, в зависимости от протекания прцесовобжига.
Чтобы предотвратить выбиваниевоздуха из печи, при выгрузке продукта устанавливают двух или трёхшлюзовыйзатвор. Верхнюю часть печи футеруют огнеупором, а в низу устанавливают чугунныекольца, лучше выдерживающие абразивное действие клинкера.
При обжиге материала вшахтных печах сырьевые гранулы в начале подвергаются сушке отходящими дымовымигазами. Затем по мере перемещения их вниз в зону более высоких температур инагревания до 400 – 500*С в них проходит дегидратация глинистых минералов. Вэто время начинается горение топлива, находящегося в гранулах. Это резкоповышает температуру материала, что сопровождается декарбонизацией известняка ивыделением СО2.
Углекислый газ способен взаимодействовать с углеродом.Образование окиси углерода в массе материала сопровождается возникновениемсреды которая может вызвать восстановление окиси железа до Fe2O4 или FeO, ухудшающих качество клинкера и облегчающих спеканиематериала в крупные куски и его привары к стенкам печи. Чтобы предотвратитьтакие нежелательные явления следует часть воздуха необходимого для горениятоплива, вводить в зону спекания материала. Всё это осложняет управлениепроцессами обжига и клинкерообразование в шахтных печах и приводит иногда кснижению качества продукта.
Образовавшийся клинкер внижней части печи интенсивно охлаждается. Затем его выгружают и направляют, какобычно, на склад и помол.
Иногда клинкер готовятобжигом сырьевых гранул, полеченных из смеси муки измельчённым топливом наспекательных рещётках, подомным агломерационным машинам. Однако этот способ всилу ряда недостатков получил ограниченное применение.
Разрабатываются также новыеспособы обжига сырьевых смесей, в частности в «кипящем» слое. Сущность этогоспособа заключается в том, что через слой мелкозернистой или гранулированнойсырьевой смеси просасываются снизу вверх горячие газы со скоростью 1,5 – 3 м/с,при которой гранулы находятся в непрерывном возвратно-поступательном движении(«кипящем» состоянии).
Ряд исследований показал,что в этих условиях обжиг гранул размером в
2 – 5 мм. Заканчивается втечение 30 – 40 мин, причём получается цемент высоких марок.
Использованная литература:
Минеральные вяжущие вещества.
(А. В. Волженский.) 1986г.
Минеральные вяжущие вещества.
(Ю.С. Буров. А. В.Волженский.
В.С. Колокольников. )