Разработка материального баланса и основных проектных технологических решений цеха обжига цементного завода (стр. 3 из 7)
Обжиг сырьевой смеси с получением клинкера ( Т = 1550 – 16000 С, вращающиеся печи )
Отбеливание клинкера охлаждением ( Т < 2700 С, водяные бассейны с омагниченной водой)
Магазинирование клинкера Совместный помол клинкера, гипса, АМД ( 2 – 3 суток, силосы) (трубная шаровая мельница Sуд.=3200
)Охлаждение портландцемента( цементный холодильник )
Хранение цемента( цементные силосы )
Упаковка цемента ( упаковка в 5 – 6 слойные бумажные мешки из крафт-бумаги емкостью 50 кг и полипропиленовые мешки )
Отгрузка потребителю
Описание технологического процесса.
Производство белого портландцемента может быть разделено на два комплекса мероприятий. Первый из них включает изготовление клинкера, а второй – получение портландцемента измельчением клинкера совместно с белым гипсом и
Производство портландцемента состоит из следующих основных операций:
- добычи известняка и глины;
- подготовки сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава;
- обжига сырьевой смеси до спекания с получения клинкера;
- помола клинкера в порошок с небольшим количеством гипса и активной минеральной добавки;
В качестве известняка при производстве портландцемента используется известняк Щуровского месторождения, а в качестве глинистого сырья – глина Латненского или Часов – Ярского месторождения. В качестве добавки, вводимой при помоле клинкера, применяется белый диатомит.
Твердые породы известняка дробятся в две стадии. На первой стадии дробления известняк подается в щековую дробилку, где он измельчается до кусков размером 100 мм. На второй стадии дробления известняк подвергаются более тонкому измельчению в молотковой дробилке до кусков размером 30 мм. После дробления известняк дозируется весовыми дозаторами и подается в шаровую мельницу с уралитовыми для совместного помола с глинистым материалом.
Следует заметить, что на заводах, выпускающих белый портландцемент, следовало бы ввести в технологический цикл обогащение известняков, как это предусматривается на ряде зарубежных предприятий. Дело в том, что содержание окислов железа враз-личных фракциях дробленого известняка сильно разнится .
Содержание окислов железа в различных фракциях дробленого известняка
| Размер отверстий сит в мм. | Остатки на ситах в % | Содержание окислов железа во фракциях известняка в % |
| 3020107531< 1 мм | 10,0712,1824,5710,246,337,588,8420,18 | 0,100,120,130,200,340,400,650,60 |
Из приведенных данных видно, что удаление самой мелкой фракции (5 мм и менее) могло бы существенно понизить содержание Fе203 в сырьевой смеси.
Глина, в свою очередь, дробится в валковой дробилке и после перерабатывается глиняный шлам в глиноболтушках. При этом получается шлам с размером частиц до 12- 30 мм. После предварительной подготовки глина дозируется и подается в шаровую мельницу. При производстве белого портландцемента к сырью предъявляются специальные нормативы, которые регулируют содержание красящих веществ в сырье. В частности для глинистых пород:
Требования к глинисто - песчанистому сырью
| материал | Допустимое содержание, %, красящих оксидов, менее | ||||
| Fe2O3 | TiO2 | MnO | SiO2 | AL2O3 | |
| Каолин-сырец | 1.0 | 0.8 | — | 72 | — |
| Каолин обогащенный | 1.5 | 1.0 | — | — | — |
| Песчано-глинистые отходы-шликер | 1.0 | 0.8 | — | 60-72 | — |
| Полукислые глины | 1.2 | 1.0 | — | 65-80 | 25 |
| Кварцевый песок | 0.2 | — | Следы не менее 96 | — | |
При смешивании известняка с глиной не всегда удается поюлучить шлам требуемого химического состава из-за разнородности сырья, несовершенства дозирующих устройств и других факторов. В связи с этим возникает необходимость в систематическом контроле содержания компонентов в сырьевой смеси и, в случае отклонения от принятых величин, в корректировании состава шлама. Для этого в него вводят недостающий компонент в соответствующем количестве.
После корректирования шлам подается на обжиг. Обжиг тонкоизмельченной сырьевой смеси – важнейшая стадия технологии производства цемента. Для обжига сырьевой смеси применяются вращающиеся печи. Температура обжига смеси во вращающихся печах составляет порядка 1550 – 1600 °С. Обжиг белого цемента затруднителен и происходит при более высокой температуре (примерно на 100 C выше температуры обжига обычного портландцемента) вследствие отсутствия в материале окиси железа, снижающей температуру спекания. Поэтому в сырьевую смесь для интенсификации процесса обжига целесообразно вводить кремнефтористый натрий или другие минерализаторы, не содержащие окрашивающих примесей. Печи, применяемые для обжига белого клинкера, футеруют талькомагнезитовым кирпичом, а обжиг ведут на беззольном топливе - жидком или газообразном. Твердое топливо не применяется, так как образующаяся при его сгорании зола может окрашивать цемент.
Обжиг сырьевой смеси для получения портландцемента осуществляется обычно в печах в окислительной атмосфере. В зависимости от характера газовой среды в печи (окислительной или восстановительной) протекают обратимые окислительно-восстановительные процессы, изменяющие конечный фазовый состав клинкера. Ярким примером этого может служить белизна клинкера на выходе.
Показатели белизны клинкеров, обожженных в различных газовых средах
| Характер газовой среды при обжиге | Белизна в % по МС-20 |
| Окислительная | 77,9 |
| Нейтральная | 80,0 |
| Восстановительная | 82,7 |
Как видно из приведенных данных (таблица), белизна клинкера при обжиге в нейтральной и восстановительной газовых средах соответственно на 3,1 и 5,3% выше, чем у клинкера, обожженного в обычной окислительной среде. Образцы клинкеров, обожженные в неокислительных средах, имеют светло-голубой оттенок, а не темно-зеленый цвет, характерный для обжига в окислительной среде.Повышение белизны клинкера при обжиге в неокислительных газовых средах обусловлено главным образом изменениями фазового состава и структуры окрашенных соединений — твердых растворов алюмоферритов кальция.
Для получения клинкера повышенной белизны после обжига предусматривается отбеливание. Было предложено несколько методов. В одних случаях они сводятся к фиксации путем охлаждения состава и структуры наиболее белого клинкера, образующегося при высоких температурах, а в других—к обработке клинкера в процессе охлаждения различными веществами.
В цементной промышленности, а также на ряде зарубежных заводов наибольшее распространение получил способ отбеливания клинкера резким охлаждением в воде. Он прост в применении и позволяет получать стабильные хорошие результаты, что подтверждают следующие данные.
Влияние начальной температуры охлаждения клинкера на его белизну
| Способ охлаждения | Белизна в % по МС-20 |
| Быстрый в воде при 1450° С | 83 |
| Быстрый в воде при 1350° С | 81 |
| Быстрый в воде при 1280° С | 77 |
| Быстрый в воде при 1200°С | 73 |
| Медленный в печи | 63 |
Для отбеливания цементного клинкера наиболее благоприятными следует считать размеры зерен 5—15 мм.
Если они превышают 15 мм, отбеливание несколько ухудшается. Это объясняется тем, что действие охлаждающей водной среды на массу обожженного клинкера постепенно распространяется от наружных слоев зерна к внутренним. Таким образом, зерна цементного клинкера малого размера в одних и тех же условиях обжига оказывались сильнее спёкшимися, чем крупные зерна, и даже оплавленными. Плотность малых зерен большё, чем крупных, а поэтому вода хуже проникает к центральной части клинкера, что, в свою очередь, и сказывается на эффекте отбеливания.
До помола клинкер подвергается магазинированию, которое заключается в том, что после обжига клинкер до трех и более суток хранится на складе, в результате чего клинкер остывает до температуры окружающей среды (ниже 30°С). Кроме того имеющаяся в клинкере негашеная известь частично гасится парами воды при контакте с влажным воздухом; в клинкере заканчивается переход недостаточно стабилизированного минерала белита из β- в γ- модификацию с увеличением объема, что растрескивание, а иногда и частичное рассыпание клинкерных зерен; может происходить частичная кристаллизация стекловидной фазы с ослаблением межкристаллических связей в зерне клинкера, вплоть до распада. Отмеченные эти превращения делают клинкер более рыхлым, что облегчает его помол в мельнице, увеличивая ее производительность и уменьшая удельный расход электроэнергии на производство цемента.
Многие свойства портландцемента определяются не только химическим и минералогическим составом клинкера, формой и размерами кристаллов алита, белита и др., но и в большей степени тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом и формой частичек порошка.
С увеличением тонкости помола цемента повышается его прочность и скорость твердения, но лишь до показателей удельной поверхности 7000-8000
. С этого предела обычно наблюдается ухудшение прочностных показателей.Помол клинкера осуществляется в трубных шаровых мельницах, куда одновременно подается белый гипс и активная минеральная добавка. При размоле белого портландцемента вводят гидравлическую добавку белого цвета ( диатомит) в количествах не более 6%, которая предупреждает образование солевых выцветов на цементных конструкциях. В противном случае под действием капиллярных сил вода, растворяя выделяющуюся при твердении цемента известь, выходит на поверхность, испаряется и оставляет кристаллы извести и солей в виде полос и подтеков. При помоле материалов наблюдается значительное выделение тепла, вызывающее нагрев мелющих тел и материала до температуры 120-150°С и более, что отрицательно сказывается на производительности помольных установок. По данным С.М. Рояка и В.З. Пироцкого, на измельчение клинкера до удельной поверхности 2500
при температуре 40°С затрачивается около 24 
, при температуре 120°С – 34 и при 150°С - 39 . При тонкости помола до 3300 с увеличением температуры материала расход еще более повышается (до 130 при 150°С). Это объясняется значительной агрегацией мелких частиц при повышенных температурах, вследствие испарения воды, адсорбированной частицами и препятствовавшей их слипанию. В связи с этим следует размалывать только холодный клинкер. Чтобы снизить температуру цемента и предотвратить слипание частиц в камеры мельницы впрыскивают распыленную воду в количестве 0,5-1% от массы цемента, при достижении цементом температуры выше 100-110°С.