Министерство образования Российской Федерации
Кафедра химической технологии силикатных материалов
Курсовая работа
Процессы в производстве строительных материалов
Москва 2010
Задание к курсовой работе
Вариант <0> б: Рассчитать отделение помола цемента на цементном заводе производительностью 1,2 млн. тонн в год с выпуском портландцемента с минеральными добавками марки 500 в количестве 20% и сульфатостойкого шлакопортландцемент марки 500 в количестве 80%. Состав цементной шихты для портландцемента с минеральными добавками (цемент №6): клинкер – 81%, доменный гранулированный шлак - 14%, двуводный гипс – 5%; для сульфатостойкого шлакопортландцемента (цемент № 15): клинкер – 80%, диатомит – 15%, двуводный гипс – 5%. Влажность шлака - 21%, диатомита - 18%. Устанавливаются мельницы размером 5,2 × 16,5 м, работающие в закрытом цикле. Коэффициент заполнения мельниц – φ = 0,26. тонкость помола по остатку на сите с сеткой 008 для цемента №6 – 6%, для цемента №15 – 3%.
Введение
Цемент – важнейший строительный материал. В строительной практике он применяется уже более 150 лет. Крупные научные открытия, послужившие основой создания новых видов цемента и улучшения качества существующих, относятся к последним пяти десятилетиям, причем большинство из них принадлежит советским учёным.
Главные виды цемента, выпускающиеся в настоящее время – это портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый цемент. Основой всех этих видов цемента является клинкер, получаемый путём обжига в печах сырьевой массы. Обжиг может производится в печах вращающегося или шахтного типа. Из-за малой производительности печей шахтного типа, обжиг в них применяют крайне редко.
При обжиге во вращающихся печах, клинкер получают двумя способами: сухим и мокрым. При мокром способе сырьё поступает в печь в виде полужидкой массы – шлама, с содержанием воды около 40% от общей массы. При сухом способе, сырьевые материалы, обычно предварительно подсушенные, измельчаются и подаются на обжиг в виде порошкообразной массы.
На отечественных заводах наибольшее распространение получил мокрый способ производства цемента. Общая технологическая схема этого способа выглядит следующим образом: 1) добыча сырья и доставка его на сырьевой склад завода; 2) дробление и мокрый помол сырья; 3) корректирование сырьевой массы – доведение её до нужного химического состава; 4) подготовку топлива для обжига шлама; 5) обжиг шлама и получение полупродукта – клинкера; 6) помол клинкера и получение цемента.
Основными видами сырья для производства цемента являются глина и известняк. Доставка сырья в сырьевой цех осуществляется различными транспортирующими установками (ленточные транспортёры, железнодорожный и автомобильный транспорт, воздушноканатные дороги т.п). Известняк, поступивший в сырьевой цех, измельчается в дробилках. Тип дробилки и её производительность определяется производительностью завода и физическими свойствами сырья.
Для измельчения глины и перемешивания её с водой применяют валковые дробилки и глиноболтушки. Дробление известняка на современных заводах осуществляется в две стадии. В дробилках первичного, крупного дробления известняк измельчается до размеров 200 – 300 мм, а затем в дробилках мелкого, вторичного дробления, на куски размером 25 – 30 мм.
Мелкодроблёный известняк и глина с водой направляются в шаровую мельницу для дальнейшего тонкого измельчения. В эту мельницу вода подаётся из расчёта, чтобы готовая сырьевая масса имела влажность 36 – 40%. Готовый шлам центробежными насосами транспортируется для хранения в цилиндрические бассейны. Если шлам нужно корректировать по химическому составу, его перекачивают из одного бассейна в другой.
Для хранения готового, откорректированного шлама используют горизонтальные прямоугольные или цилиндрические бассейны. В этих бассейнах шлам перемешивается с помощью пневмомеханических мешалок. Из горизонтальных бассейнов шлам перекачивается в питательные устройства печи. Питатели обеспечивают равномерную, в определённых количествах, подачу шлама на обжиг в печь.
При вращении печи. Шлам под действием силы тяжести перемещается к разгрузочному концу. Навстречу ему движется поток горячих газов. После целого ряда физических и химических превращений шлам перемещается в зону спекания. Здесь при температуре 1450 - 1550◦ происходит спекание шлама: из простой смеси глины и известняка он превращается в новый продукт – цементный клинкер.
Достигнув разгрузочного конца печи, клинкер попадает в холодильник. Охлажденный клинкер транспортирующими устройствами подается на клинкерный склад. На этом же складе хранятся добавки (трепел, шлак, гипс и т.п.). Используя те или иные добавки, можно получить различные виды цемента. Для получения готового цемента клинкер вместе с добавками подают в мельницы тонкого помола. Загрузка бункеров мельниц осуществляется грейферными кранами.
Для помола клинкера применяются трубные мельницы диаметром до 3,2 м. и длиной до 15 м. Во время работы внутреннюю полость цементной мельницы необходимо вентилировать, чтобы удалять водные пары и снижать температуру выходящего цемента. Пылевоздушная смесь из мельницы поступает в фильтр, в котором улавливается и осаждается тонкая цементная пыль, вынесенная воздушным потоком при движении через внутреннюю полость мельницы.
Готовый цемент обычно с помощью пневматических транспортирующих устройств из мельницы подается для хранения в железобетонные емкости, именуемые силосами. Из силосов цемент поступает в упаковочные отделения, где специальные машины упаковывают его в специальные мешки, или же специальными пневматическими устройствами подается непосредственно в железнодорожные вагоны.
Кроме основного технологического оборудования, применяемого в производстве цемента, цементные заводы снабжаются различными вспомогательными установками и транспортирующими устройствами. На каждом заводе имеется насосные станции, подающие воду для производственных и бытовых нужд, и компрессорные станции для получения сжатого воздуха и подачи его в производственные цехи.
Ассортимент выпускаемой продукции
Рассматриваемый цех выпускает цемент двух видов: портландцемент с минеральными добавками марки 500, и сульфатостойкий шлакопортландцемент марки 500.
Портландцементом называют вяжущее вещество, получаемое путём тонкого измельчения клинкера с гипсом и добавками и образующее при затворении с водой удобнообрабатываемое тесто, способное твердеть в воде или воздухе.
Химико-минералогический состав портландцементного клинкера характеризуется следующими показателями:
· Коэффициента насыщения кремнезёма известью – КН, представляющего собой отношение количества окиси кальция в клинкере, фактически связанного с кремнекислотой, к её количеству, теоретически необходимому для полного связывания кремнекислоты до трёхкальциевого силиката. Величина КН находится в пределах 0,85 – 0,95.
· Силикатным кремнезёмным модулем, представляющего собой отношение процентного содержания в клинкере кремнекислоты к сумме процентного содержания окислов алюминия и железа. Величина СМ находится в пределах 1,7 – 3,5.
· Глинозёмным модулем, представляющим отношение процентного содержания в клинкере окиси алюминия к процентному содержанию окиси железа. Величина ГМ для обычных портландцементов находится в пределах 1 -2,5.
Основные свойства портландцемента. Портландцемент представляет собой тонкий порошок серо – зелёного цвета. Его удельный вес 3,25. Объёмный вес в рыхлом состоянии γ – 1220 кг/м3, в уплотнённом состоянии путём вибрации γуп – 1780 кг/м3, угол естественного откоса φ = 41 - 42◦. Отличительной особенностью портландцемента является быстрое нарастание прочности, полная воздухостойкость, водостойкость в пресной воде, достаточная морозостойкость в растворах и бетонах.
Объёмные деформации. Наличие в составе затвердевшего цементного камня значительных масс гидросиликатных гелей обуславливает в зависимости от условий твердения возникновение деформаций усадки или набухания, величина которых в некоторой степени связана с минералогическим составом цемента.
Тепловыделение. В процессе твердения портландцемент выделяет тепло. Экзотермия цемента в большей степени зависит от его минералогического состава. Тепловыделение цемента зависит также от тонкости помола, количества воды затворения и температуры окружающей среды, т.е. от ряда условий характеризующих кинетику его гидратации. Поэтому расчётным путём невозможно точно установить величину тепловыделения данного цемента, даже если известен его минералогический состав.
Водопроницаемость бетонов и растворов на портландцементе в значительной степени зависит от состава последних и водоцементного отношения, в плотных бетонах она характеризуется маркой В 8 – 10.
Морозостойкость и коррозиеустойчивость портландцемента в основном зависят плотности бетона или раствора и минералогического состава цемента. Наименее морозостойки и коррозиеустойчивы цементы, имеющие в своём составе повешенные количества алюминатов кальция и трёхкальциевого силиката. Морозостойкость и коррозиеустойчивость бетона уменьшается с увеличением его пористости и повышением тонкости помола цемента.
Морозостойкость растворов и бетонов, приготовленных на цементах с добавками, как правило, ниже, чем у бетонов и растворов приготовленных без добавок. Поверхностно – активные и воздухововлекающие добавки увеличивают морозостойкость бетонов и растворов.
Сцепление со стальной арматурой бетона на портландцементе через 28 суток твердения составляет R сц = 50 кг/см2, отношение Rсц/R28= 0,14.
Портландцемент марки 500 применяется:
· Для изготовления сборных железобетонных конструкций
· Для гидротехнических сооружений ( при службе в пресной воде ), для наружных частей монолитного бетона массивных сооружений, для производства плит оболочек, находящегося в зонах переменного уровня воды