Производство цемента

Рис. 9. Схема колосникового охладителя клинкера типа « Волга»:

1 – вращающаяся печь; 2 – приемная шахта; 3 – колосниковая решетка; 4 – привод; 5 – окно для сброса избытка отработанного воздуха в атмосферу; 6 – грохот; 7 – молотковая дробилка; 8 – скребковый конвейер; 9 – окна для общего дутья; 10 – вентилятор общего дутья; 11 – вентилятор острого дутья.

Поскольку в колосниковом охладителе воздух просасывается через слой материала, значительно увеличивается поверхность теплообмена и интенсифицируется процесс охлаждения. Скорость охлаждения регулируют изменением скорости движения решетки, толщины слоя материала и количества воздуха.

Преимущества колосниковых охладителей – высокие скорость и степень охлаждения (до 40 – 60 0 С), хороший КПД, малый удельный расход электроэнергии ( 9 – 11 МДж/т клинкера ). Основной недостаток – невыгодный с точки зрения рекуперации принцип теплообмена, так как воздух движется не противотоком к материалу, а перпендикулярно ему. Большое количество теплоты теряется при выбросе избыточного воздуха в атмосферу. К недостаткам колосниковых охладителей также относятся сложность эксплуатации и ремонт, меньшая надежность работы, большие капиталовложения.

Глава 2. Технология производства портландцемента

2.1 Вещественный состав портландцемента

Портландцементом ГОСТ 10178 - 76 называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе и представляющее собой продукт тонкого помола клинкера, получаемого в результате обжига до спекания искусственной сырьевой смеси, состав которой обеспечивает преобладающее содержание в клинкере силикатов кальция (70 - 80 %). Обычный силикатный цемент, или портландцемент, получаемый совместным тонким измельчением клинкера и гипса, представляет собой зеленовато-серый порошок, который при смешивании с водой затвердевает на воздухе (или в воде) в камнеподобную массу. Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования сроков схватывания. Он замедляет начало схватывания и повышает прочность цементного камня в ранние сроки. Наряду с обычным портландцементом (без добавок), обозначаемым индексом ПЦ Д0, выпускают два вида портландцемента с минеральными добавками, обозначаемые индексами ПЦ Д5 и ПЦ Д20. В первый допускается вводить дополнительно до 5 % активных минеральных добавок, а во второй свыше 5, но не более 10 % добавок осадочного происхождения (трепел, опока), или до 20 % добавок вулканического происхождения, глиежей, гранулированных доменных и электротермофосфорных шлаков. Соотношение клинкера, гипса и добавок характеризует вещественный состав портландцемента. Качество клинкера зависит от химического и минералогического состава. Химический состав характеризуется содержанием различных оксидов, а минералогический – количественным соотношением минералов, образующихся в процессе обжига. Портландцементный клинкер состоит в основном из, % по массе: СаО-64...67; SiO2- 21...25; А1203 - 4...8; Fе203 — 2...4. Кроме того, в составе клинкера могут присутствовать MgO, ТiO2, щелочи и др.

Важнейшие оксиды, входящие в состав клинкера (СаО, SiO2 , А1203 и Fе203), взаимодействуют в процессе обжига, образуя клинкерные минералы. Портландцементный клинкер состоит из ряда кристаллических фаз, отличающихся друг от друга химическим составом. Основные минералы клинкера: алит - 3СаО • SiO2 (сокращенная запись С3S); белит — 2СаО • SiO2 (С2S); трехкальциевый алюминат 3 СаО • А1203 (C3А) ; алюмоферриты кальция переменного состава от 8 СаО • 3 А1203 • Fе2О3 до 2СаО • Fе203(С8A3F...C2F).

Минералогический состав клинкера влияет на технологию производства портландцемента и его свойства. Знание минералогического состава клинкера позволяет прогнозировать свойства портландцемента: скорость набора прочности при различных условиях твердения, стойкость в пресных и минерализованных водах, тепловыделение при твердении и др. Это дает в соответствии с видом сооружения и условиями его эксплуатации подбирать нужный цемент.

Алит – важнейший материал клинкера, основной носитель его вяжущих свойств. Он обусловливает возможность быстрого твердения цемента и достижения им высокой прочности.

Белит взаимодействует с водой значительно медленнее алита и в начальные сроки твердения обладает низкой прочностью. Но со временем белит набирает прочность и не уступает алиту по прочностным показателям.

Трехкальциевый алюминат быстро гидратируется, активно участвует в процессах схватывания, но вклад егов конечную прочность цементного камня сравнительно невелик. При увеличении содержания алюмоферритов кальция цементы твердеют медленно, но достигают высокой прочности. Регулирование минералогического состава обеспечивает получение цементов с заданными свойствами.

2.2 Технологическая схема производства портландцемента сухим способом

Цементное производство в укрупненном виде состоит из следующих основных переделов:

·                   Добыча, первичное измельчение сырья в карьерах и доставка его на

 площадку цементного завода, складирование;

·                   измельчение и усреднение (гомогенизация) измельченной смеси, подготовка её к обжигу;

·                   теплохимическая обработка сырья с получением клинкера — исходного материала для переработки в цемент, охлаждение клинкера;

·                   помол клинкера с добавками на цемент (количество и состав добавок зависят от химического и минералогического состава исходного сырья и клинкера, требуемого сорта цемента);

·                   подача цемента на склад, хранение, упаковка и отгрузка.

Для производства цемента применяют мокрый, сухой и комбинированный способы.

Сухой способ производства. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом показана на рис. 10.

Рис. 10. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом

Измельчение материалов в мельницах может производиться при влажности сырья не более 1 %. В природе сырья с такой влажностью практически нет, поэтому обязательная операция сухого способа производства — сушка. Желательно совмещать процесс сушки с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу производства. В шаровой (трубной) мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка — сырьевой муки.

Возрастающие требования к экономии расхода топлива вынуждают перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. С другой стороны такие материалы характеризуются пониженной плотностью и соответственно прочностью. Предварительное измельчение таких материалов целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения « Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырьё влажностью до 25 %. Однако полностью высушиться сырьё при этом не успевает, и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой массы должна производиться её досушка.

Сырьевая мука подается в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Далее готовая шихта поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками. Полученный клинкер охлаждают в охладителе и подают на склад, где создается его запас, обеспечивающий бесперебойную работу завода. Вместе с тем выдерживание клинкера на складе повышает качество цемента. На складе также хранят гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1 %, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минеральных добавок в шаровых (трубных) мельницах обеспечивает получение цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают цемент либо навалом( в автомобильных и железнодорожных цементовозах, специализированных судах), либо в таре – многослойных бумажных мешках.

Основное преимущество сухого способа производства – снижение расходов топлива. Также при сухом способе на 35 – 40 % уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важное достоинство сухого способа производства и более высокий съем клинкера с 1 м3 печного агрегата. Еще немаловажным фактором является то, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.

В мировой цементной промышленности сухой способ производства занял ведущее место. В настоящее время доля сухого способа занимает в Японии, Германии и Испании 100 %, в других развитых странах – 70 – 95 %. В России доля сухого способа производства всего 13 %.

В приложении 1 изображена схема размещения оборудования технологической линии по производству цемента сухим способом производительностью 3000 т/сут. За исходное сырье приняты известняк и глина. Известняк проходит двухстадийное дробление в щековых, а затем в молотковых дробилках. Глина измельчается в валковых дробилках и сушится в сушильных барабанах. Каждый компонент сырьевой шихты, поступающий со склада, направляется в бункера 1, снабженные затворами и весовыми дозаторами 2, и далее к конвейерам 3, доставляющим их в загрузочную воронку мельницы 4.

В отделении для помола сырья установлены две сырьевые мельницы 4 размером 4,2×10 мм. При влажности шихты, не превышающей 8% , мельница работает с подводом сушильного горячего газа от запечных теплообменников. При большей влажности сырья устанавливают топочное устройство, из которого в мельницу дополнительно подают горячий газ.

Каждая мельница работает по схеме пневматической разгрузки с воздушно-проходным сепаратором 5. Крупка, отделенная сепаратором, возвращается в мельницу на домол, готовый продукт через циклоны 14, аэрожелобы и расходомер поступает в силосы 13 сухой сырьевой муки, оборудованные системой смесительной аэрации. Из силосов 13 сырьевая мука по аэрожелобам 15 и затем пневматическими подъемниками направляется в циклонный теплообменник (10, 11), где нагревается газами, выходящими из печи, до 700... 750 °С и частично (до 20%) декарбонизуется, после чего поступает во вращающуюся печь 12.

При нормальном режиме работы газы, отходящие из теплообменников 11, направляются дымососом 9 в сырьевые мельницы, из которых дымососом 6 подаются в электрофильтр 7 на обеспыливание и затем дымососом 8 — в дымовую трубу. Температура выходящих из мельницы газов около 50°С. Но если мельница не работает, то газы, выходящие из циклонного теплообменника с температурой 300...350°С, в газоходе охлаждаются распыленной водой до требуемой температуры.

Особенность процесса обжига состоит в том, что дегидратация сырья и частично декарбонизация перенесены в зону запечных теплообменников, вследствие чего печь получается короче по сравнению с печью соответствующей производительности, работающей по мокрому способу. Выданный печью клинкер проходит через охладитель 16, из которого пластинчатым конвейером 18 подается в силосы 19, а затем через дозаторы 20 по конвейеру 21 поступает вместе с добавками на помол в мельницы 22. Цемент из мельницы подается пневмокамерными насосами 23 в силосы 24 или в упаковочное отделение. Отработанные газы из охладителя 16 поступают в бункер 17.

2.3 Особые виды портландцемента

Для более полного удовлетворения специфических требований отдельных видов строительства промышленность выпускает особые виды портландцемента.

При получении портландцементов с заданными специальными свойствами используют следующие основные пути: 1) регулирование минерального состава и структуры цементного клинкера, оказывающих решающее влияние на строительно-технические свойства цемента; 2) регулирование тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, прочность, тепловыделение и другие важнейшие свойства вяжущего; 3) изменение вещественного состава портландцемента введением в него активных минеральных и органических добавок, позволяющих направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер и расход цемента в бетоне.

Виды цемента:

Быстротвердеющий портландцемент

Cульфатостойкий портландцемент

Цемент с поверхностно - активными добавками

Гидрофобизирующие добавки

Белые портландцементы

Цветные портландцементы

Тампонажные портландцементы

Пуццолановый портландцемент

Шлаковые цементы

Глиноземистый цемент

Расширяющиеся цементы

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) .

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) – это портландцемент с минеральными добавками, который отличается интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения. Повышенная механическая прочность БТЦ достигается надлежащим подбором минералогического состава клинкерной марки БТЦ 400 и 500. Для этого вида цемента нормируется прочность не только в 28-суточном возрасте, но и в 3-суточном. Предел прочности при сжатии через 3-е суток должен быть не менее 20-25 МПа соответственно. БТЦ предназначен для изготовления железобетонных конструкций и изделий в заводских полигонных условиях, а также для скоростного строительства. Применение БТЦ дает возможность отказаться от тепловлажностной обработки бетона.

Cульфатостойкий портландцемент.

 Сульфатостойкость обеспечивается снижением содержания в клинкере алюминатов кальция, главным образом трехкальцевого алюмината 3CaO*Al2O3. Выпускают сульфатостойкий портландцемент, в который не допускается введение активных минеральных добавок и сульфатостойкий портландцемент с активными минеральными добавками. Активность данного цемента меньше, чем БТЦ марки 400 и 500.

Цемент с поверхностно - активными добавками (ПАВ).

Для улучшения некоторых свойств цемента допускается введение при помоле поверхностно-активных добавок (пластифицированных и гидрофобных) в количестве 0,3 от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Абсорбируясь на зернах цемента, пластифицированные добавки образуют на них защитные пленки, устраняющие сцепление зерен цемента друг с другом. В результате растворы и бетоны на таком цементе приобретают повышенную подвижность и удобоукладываемость.

Белые портландцементы.

Отличаются от обычных цветом. Сырьем служат известняки и глины, содержащие минимальное количество красящих оксидов: железа, марганца, титана. Тонкость помола несколько выше, остаток носителя не больше 12%.

Цветные портландцементы.

Для получения цвета на помол клинкера вводят пигменты. Количество пигмента должно быть: минерального – не более 10%, органического – 0,3%.

Тампонажные портландцементы.

Предназначены для тампонирования нефтяных и газовых скважин с целью их изоляции от грунтовых вод. Тампонажным цементам предъявляются жесткие технические требования: высокая текучесть, независимость от температуры и давления, конкретные в зависимости от давления и температуры сроки схватывания, прочность затвердевшего цементного раствора в ранние сроки, обеспечивающая закрепление колонны труб в стволе скважины. Сроки схватывания не ранее 2 часов и не позднее 10 часов.

Пуццолановый портландцемент.

Получается местным помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, гипсов и активных минеральных добавок. При повышенных температурах весьма интесивно твердеет, а при автоклавной обработке прочность с бетоном на его основе через 6-8 часов превышает прочность бетона нормального твердения в 28-суточном возрасте. Недостатки: чувствителен к температурным условиям твердения, при 00 С полностью перестает твердеть, поэтому непригоден для зимних работ. Имеет пониженную воздухостойкость и морозостойкость. Выпускают марки 300 и 400. Предназначен для изготовления подземных и подводных конструкций зданий и сооружений. Не допускается его применение для сооружений, работающих в условиях попеременного замораживания и таяния, увлажнения и высыхания.

Шлакопортландцемент (ШПЦ).

Получается местным помолом портландцементого клинкера, гипса и гранулированного доменного шлака. Шлаки должны быть не менее 21% и не более 60%. Чем больше шлака, тем меньше активность цемента. Выпускают марки 300, 400, 500. По сравнению с портландцементом ШПЦ характеризуется замедленным нарастанием прочности в первые сроки, в дальнейшем скорость твердения повышается и к 6-12 месяцам его прочность приближается к прочности портландцемента. Используют при гидротехническом строительстве, в строительстве портовых сооружений. Не рекомендуется применять ШПЦ для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и таянию, а также при пониженных температурах.

Известковошлаковый цемент (ИШЦ).

Получается совместным помолом доменных шлаков с известью до 30%. Допускается добавка гипса 5% и портландцемента 10-20%. ИШЦ медленно схватывается и медленно твердеет. Прочность изделий на его основе по истечении времени может быть 5-20 МПа. Стоек в пресных и сульфатных водах, на воздухе его прочность снижается. Применяется в строительных растворах для кладки и штукатурки, а также для изготовления низкомарочных бетонов.

Глиноземистый цемент.

Это быстро твердеющие в воде и в воздухе высокопрочные вяжущие, получаемые путем обжига до спекания смеси материала, богатого глиноземом и оксидом кальция, и последующего тонкого помола продукта обжига. Глиноземистый цемент в отличие от обычного портландцемента не содержит ни гипса, ни минеральных добавок. Качество цемента тем выше, чем больше оксида алюминия. Важнейший минерал глиноземистого цемента алюминат кальция, обеспечивающий при нормальных сроках схватывания быстрое твердение цемента. Глиноземистый цемент быстро твердеет, но не быстро схватывается. Сроки схватывания глиноземистого цемента не ранее 30 мин и не позднее 12 часов. С увеличением тонкости помола цемента и повышением температуры воды сроки схватывания сокращаются. Они резко сокращаются также при добавке извести и портландцемента. Поэтому смешивать глиноземистый цемент с другими вяжущими нельзя. Выпускают три марки: 400, 500, 600. Максимальная прочность, выше на 50% от марочной, достигается к 1-му и 3-м годам твердения. Отличается высокой устойчивостью против сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализированных вод. Однако, растворы щелочей разрушают цементный камень. Используют глиноземистый цемент при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании. На его основе можно получать жаростойкие бетоны.

Расширяющиеся цементы.

Это цементы, растворы на основе которых дают приращение объема. Все эти цементы смешаны, состоят из основного вяжущего и расширяющей добавки. Расширение происходит в результате химической реакции между ними. Известно несколько реакций, вызывающих расширение, а именно гидратация кальция и образование гидросульфоалюмината кальция. Известно несколько видов расширяющихся цементов:

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ).

ВРЦ получается на основе глиноземистого цемента и должен удовлетворять следующим требованиям: начало схватывания не ранее 4 мин, конец не позднее 10 мин. Применяют для омоноличивания сборных железобетонных конструкций, гидроизоляции стволов шахт, напорных водопроводных труб, заделки трещин в железобетонных сооружениях.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент. Сроки схватывания: 10 мин – 4 часа. Расширение должно заканчиваться через трое суток. Применяется для гидроизоляции штукатурок, для заделки швов, для получения водонепроницаемых бетонов.

Расширяющийся портландцемент. Сроки схватывания: 30 мин – 12 часов. Применение перечислено выше.

Напрягающийся цемент.

Это цемент с большим содержанием алюминатной составляющей, что приводит к увеличению объема при твердении. В процессе расширения создает в арматуре предварительное напряжение. Сроки схватывания этих цементов: 30 мин – 4 часа. Прочность через сутки не менее 15 МПа, через 28 суток 50 МПа. Используется в сооружениях, где требуется повышенная газо-, паро- и водонепроницаемость.

Список литературы

1.                Бутт Ю.М., Тимашев В.В. - Портландцемент. М.: Стройиздат, 1974.- 341 с.

2.                Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1979. – 358 с.

3.                Воробьев, В.А.; Комар А.Г. Строительные материалы: учеб. для вузов.- М., «Стройиздат» 1971. - 456 с.

4.                13. Колокольников В.С. - Производство цемента. М.: Высшая школа, 1967. – 548 с.

5.                Сулименко, Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: учеб. для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005. – 334 с.

Размещено на .ru

Страницы: 1, 2, 3