Разработать проект отделения помола цемента на цементном заводе

Министерство образования И НАУКИ российской федерации.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУВПО «ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерно-строительный факультет
Кафедра " Строительного материаловедения и специальных технологий
По дисциплине «Вяжущие вещества»
на тему: «Разработать проект отделения помола цемента на цементном заводе»

Вяж.в-ва.dwg

курсовой по вяжущим.doc

Задание на проектирование .3
Номенклотура продукции 8
Технологическая часть 10
1.Описание схемы технологического процесса 10
2.Контроль производства цемента 11
3.Режим работы цеха ..13
4.Расчет производительности цеха 13
4.1.Сырье и полуфабрикаты . .13
4.2. Расчет материального баланса производства 16
4.3.Расчет производительности и количества шаровых мельниц .. 17
5. Выбор и расчет основного технологического и транспортного оборудования ..18
5.1. Расчет емкости складов сырья и готовой продукции и количества силосов .. ..18
5.2. Расчет производительности и количества мельниц . 19
5.3. Подбор сепараторов .19
5.4. Подбор сушильных барабанов 19
5.5. Подбор дробилок . 20
5.6. Подбор транспортирующего дозирующего и вспомогательного оборудования 20
5.7. Расчет системы газоочистки и аспирации мельниц . 23
Сводная таблица оборудования цеха 25
Библиографический список .. 27
Задание к курсовому проекту:
Разработать проект отделения помола цемента на цементном заводе производительностью 0.8 млн. тонн в год с выпуском портландцемента с минеральными добавками марки 500 в количестве 30% и пуццоланового портландцемент марки 400 в количестве 70%.
Состав цементной шихты для портландцемента с минеральными добавками (цемент № 10): клинкер – 88% диатомит – 7% двуводный гипс – 5%; для пуццоланового цемента (цемент № 13): клинкер – 70% диатомит – 25% двуводный гипс – 5%.
Влажность диатомита 19%. Устанавливаются мельницы размером 2.213 м работающие в замкнутом цикле. Коэффициент заполнения мельниц =0.3. Тонкость помола по остатку на сите № 008 для цемента № 10 – 4% для цемента №10 – 4%.
Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его изготовляют на крупных механизированных и автоматизированных заводах. По производству цемента наша страна занимает одно из ведущих мест в мире. Из числа цементов разных видов наиболее важное значение имеет портландцемент. Это основной материал современной строительной индустрии. Из него возводят бетонные и железобетонные конструкции самых разнообразных зданий и сооружений. Жилищно-гражданское промышленное сельскохозяйственное гидротехническое горное дорожное ирригационное – вот неполный перечень видов строительства где с успехом применяют бетон и железобетон на портландцементе.
По масштабам производства и применения портландцемент занимает первое место среди вяжущих материалов.
Основным направлением развития отрасли в современных условиях является ускорение темпов научно-технического прогресса и широкое внедрение его достижений в производство. Внедрение принципиально новых энергосберегающих технологий высокопроизводительного оборудования с автоматическим управлением способствует значительному улучшению технико-экономических показателей деятельности отрасли. В этом плане важнейшей задачей развития цементной промышленности является широкое внедрение сухого способа производства цемента базирующегося на использовании экономичных линий с вращающимися печами и циклонными теплообменниками.
При большой насыщенности предприятий цементной промышленности сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья обжигу сырьевых смесей и измельчению клинкера перемещению складированию и отгрузке огромных масс материалов наличию большого количества электродвигателей особое внимание при проектировании заводов и их эксплуатации должно уделяться созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихся.
Большое внимание следует уделять обеспыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок для создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда. Для этого все помещения цементных заводов надо обеспечивать системами искусственной и естественной вентиляции. Этому в большой мере способствует герметизация тех мест где происходит пылевыделение а также отсос воздуха из бункеров течек дробильно-помольных механизмов элеваторов и т.п.
Воздух отбираемый из цементных мельниц очищают с помощью рукавных или электрофильтров. Перед ними при значительной концентрации пыли в аспирируемом воздухе необходимо устанавливать циклоны. Для очистки воздуха отсасываемого из камер сырьевых мельниц обычно устанавливают циклон и электрофильтр соединенные последовательно.
Воздух из сепаратора мельниц и головок элеваторов для очистки пропускается через рукавный фильтр.
Отходящие газы цементных печей необходимо очищать для предотвращения загрязнения окружающей среды. Для этого устанавливают электрофильтры. Если же отходящие газы содержат значительное количество пыли то их сначала пропускают через батарею циклонов.
Большому увеличению производительности труда и улучшению качества продукции способствует организация на предприятиях автоматических систем управления (АСУ) с применением ЭВМ.
Цементные заводы России произвели в 2002 г. 377 млн. т а за 10 месяцев 2003 г. – 353 млн. т цемента. Это соответственно на 24 млн. т и 23 млн.т цемента (на 69%) больше чем в 2001 г. и за 10 месяцев 2002 г. По сравнению же с 1990 г выпуск цемента в 2003 г. сократился на 431 млн.т.
Обращает на себя внимание тот факт что темпы падения производства цемента с 1990 г. по 1998 г. были значительно более высокие чем темпы роста после 1997 г. Если в среднем производство цемента уменьшалось на 71 млн.т в год то увеличивается оно в среднем по России на 28 млн.т в год.
Совершенно очевидно что цементная промышленность России нуждается в серьезных инвестициях. Было бы наивно предполагать что государство будет дотировать предприятия цементной промышленности которые сейчас все без исключения являются частными акционерными обществами а иные – со значительной долей зарубежных акционеров.
Государство может оказать цементным предприятиям существенную помощь в решении ряда важных проблем. Например упорядочением взаимодействия с естественными монополиями – Газпромом РАО «ЕЭС России» МПС. Внеплановые отключения газа электроэнергии недопоставка вагонов приводят к материальному ущербу физическому износу оборудования срывают производственные планы.
Цементная промышленность России нуждается также в государственной поддержке в части прохождения согласования инвестиционных проектов и получения разрешений на оформление земельных отводов по ведению горных работ в установлении для предприятий цементной промышленности статуса отрасли с сезонными условиями производства с установлением соответствующего вида налогообложения и т.п.
В существующих экономических условиях цементные предприятия не в состоянии самостоятельно осуществить довольно серьёзные мероприятия по техническому перевооружению тем более переход на сухой способ. Известно что никогда и нигде серьёзная реконструкция предприятий не производится за счёт их собственных оборотных средств. За счет прибыли которая не превышает 10% от себестоимости ее также невозможно произвести. Реальнее всего она будет осуществляться за счет кредитов и займов. Необходимо привлекать финансово-кредитные ресурсы выходить на фондовые рынки искать стратегических партнёров хоть это и очень сложно. К примеру чтобы реконструировать хотя бы одно предприятие годовой мощностью в миллион тонн цемента с переводом на сухой способ производства требуется 60 – 70 млн. долларов.
Россия длительное время являлась лидером в области производства цемента. У нас были самые современные печи работающие по мокрому способу производства. Сухой способ внедрён нашими цементниками одними из первых в мире. Ёще в 1957 г. на Спасском цементном заводе работали вращающиеся печи с циклонными теплообменниками. То были самые прогрессивные технологические решения обжига цементного клинкера. С 1988 г. в г. Невьянске (Урал) работает вполне современная технологическая линия с печьюразмером 45х80 м с циклонными теплообменниками и декарбонизатором мощностью один млн.т клинкера в год.
Но это лишь частные примеры предприятий цементной промышленности. Нужно надеяться что уже нынешнее поколение отечественных специалистов-цементников будет работать на самом совершенном оборудовании: на печах работающих по сухому способу производства с холодильниками пятого поколения на самых современных помольных установках с предизмельчителями и сепараторами последних моделей.
Определенную надежду на подъем цементной промышленности России дает тот факт что уже третий год подряд цементные предприятия производят цемента больше на 7-13% чем в предыдущие годы. В 2003 г. в России произведено цемента около 40 млн.т что в 15 раза больше чем в 1998 г.
С другой стороны не надо ориентироваться только на сухой способ. Важно планомерно настойчиво и продуманно готовить финансовую и техническую почву для его внедрения. Надо быть готовым к тому времени когда появятся инвестиции.
Применение высокоэффективных теплоизоляционных материалов для футеровки подготовительных зон вращающихся печей также позволит снизить расход топлива на 2-3 килограмма на тонну клинкера.
Дополнительное питание печей техногенными продуктами (шлаками черной и цветной металлургии золами ТЭС кремнеземистыми и карбонатными отходами других производств) позволяет не менее чем на 10% повысить производительность печей и соответственно снизить удельный расход топлива.
Вращающиеся цементные печи – уникальные агрегаты способные использовать в качестве топлива различные горючие отходы других отраслей промышленности. Применение ряда горючих отходов позволяет снизить расход природного топлива при обжиге клинкера на 15-25%. Тема использования отходов в цементной промышленности и в частности горючих отходов заслуживает особого внимания.
Оптимизация ассортимента цемента увеличение выпуска смешанных цементов – также весьма эффективны для снижения расхода топлива. Применение металлургических шлаков и золы уноса ТЭС пуццолановых добавок тоже очень перспективно. Использование смешанных цементов экономически целесообразно так как экономится от 10 – 15% клинкера.
Это далеко не полный перечень технологических решений и приемов позволяющих существенно снизить расход топлива и электроэнергии при производстве цемента несколько приблизить мокрый способ производства по удельным расходным показателям к сухому обеспечить хотя бы временно его конкурентоспособность.
Вполне очевидно что сухой способ производства цемента эффективен и необходим для российской промышленности но для его успешного внедрения нужны крупные инвестиции политическая и экономическая стабильность в стране активная финансово-кредитная политика собственников предприятий направленная на привлечение нужных инвестиций.
В развитии цементной промышленности на перспективный период в крупном плане необходимо признать приоритетными следующие направления:
– техническое перевооружение и реконструкция заводов с целью обновления основных фондов и доведение доли сухого способа производства цемента до 80-85%;
– обеспечение широкого вовлечения в хозяйственный оборот отходов производства смежных отраслей промышленности;
– подготовка и повышение квалификации специалистов цементной промышленности;
– уменьшение вредных выбросов в атмосферу и улучшение условий труда;
– подготовка цементных предприятий к переходу на использование в качестве технологического топлива угля и горючих отходов промышленности;
– переоснащение машиностроительной базы страны и организация производства цементного оборудования нового поколения.
Номенклатура продукции
Портландцементом (ПЦ) называют гидравлическое вяжущее вещество получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и гипса и твердеющее в воде и на воздухе. Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси состава обеспечивающего преобладание силикатов кальция.
Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования сроков схватывания. Его содержание должно быть не более 3.5 % по SO. Возможно использование природного гипсового камня фосфогипса и борогипса.
Наряду с портландцементом выпускают портландцемент с минеральными добавками. Последний в отличие от портландцемента содержит определенное количество активных минеральных добавок: гранулированных доменных и электротермофосфорных шлаков – до 20 % добавок осадочного происхождения и глиежей – до 10 % прочих активных минеральных добавок – до 15 %.
Строительно-технические свойства портландцемента:
Плотность и объемная масса. По плотности можно отличать бездобавочные портландцементы от пуццолановых и шлаковых так как из всех этих вяжущих портландцемент обладает самой большой плотностью – 3.05 – 3.20 гсм(для пуццолановых и шлаковых ПЦ – 2.7 – 2.9 гсм). Объемная масса порошка ПЦ в рыхлом состоянии равна 900 – 1100 гл в уплотненном – 1400 – 1700 кгм. Это значение зависит главным образом от тонкости помола ПЦ: чем выше тонкость помола тем меньше насыпная масса.
Тонкость помола. Ее оценивают двумя показателями: количеством цемента в процентах от навески проходящей через сито с определенным размером отверстий (метод ситового анализа) и удельной поверхностью зерен. Чем тоньше измельчен цемент тем больше его пройдет через сито при рассеве и тем соответственно больше будет удельная поверхность. Согласно [7] цемент должен иметь такую тонкость помола чтобы через сито № 008 (размер отверстий 80 мкм) проходило не менее 85 % от массы пробы или остаток на сите не превышал 15 %. Большинство заводских цементов имеет остаток на сите № 008 не выше 8 – 12 %. Тонкость помола цемента влияет на скорость его схватывания и твердения а также определяет степень использования его в растворах и бетонах. Чем больше степень измельчения цемента тем быстрее происходит твердение.
Водопотребность портландцемента. Для полной гидратации минералов ПЦ необходимо около 22 % воды от массы цемента. Нормальная густота цементного теста обычно превышает эту величину на 2 – 4 % для портландцементов и на 5 – 10 % для портландцементов с активными минеральными добавками. Количество воды необходимое для приготовления удобоукладываемой бетонной смеси как правило составляет более 40 % от массы цемента. Столь значительный избыток химически не связанной воды создает в затвердевшем камне систему пор и капилляров что приводит к повышению пористости снижению прочности и морозостойкости ухудшению других строительных свойств. Уменьшение водопотребности цемента способствует повышению его качества.
Скорость схватывания. начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин. а конец – не позднее 10 ч от начала затворения. Как слишком быстрое так и медленное схватывание – существенный недостаток цемента. Если цемент схватывается быстро то он превращается в камень прежде чем его успевают использовать. Применение же медленно схватывающихся цементов замедляет темпы строительства.
Прочность портландцемента. Предел прочности при сжатии цементных образцов в возрасте 28 сут. называют активностью (прочностью) цемента. Активность ПЦ положена в основу подразделения его на марки. Цифровое значение марки характеризует предел прочности при сжатии половинок образцов-балочек размером 4040160 мм приготовленных из раствора 1:3 по массе с нормальным песком при водоцементном отношении 0.4 и испытанных через 28 сут. после изготовления. При этом предел прочности при изгибе для образцов-балочек цемента марок 400; 500; 550 и 600 должен быть через 28 сут. соответственно не менее 5.5; 6.0; 6.2; 6.5 МПа а прочности при сжатии – соответственно 40 50 55 и 60 МПа.
Прочность при растяжении цементного камня примерно на порядок ниже прочности при сжатии. Это связано с особенностями структуры затвердевшего цементного камня.
Равномерность изменения объема цементного камня при твердении. Наличие в ПЦ свободных оксидов кальция и магния может вызвать образование трещин. Это явление называют неравномерностью изменения объема при твердении. Причиной его является увеличение объема CaO и MgO при их взаимодействии с водой и возникновение внутренних растягивающих напряжений в цементном камне.
Тепловыделение. Гидратация цементных минералов – процесс экзотермический идущий с выделением теплоты. Чем быстрее происходит гидратация ПЦ тем быстрее и в большем количестве выделяется теплота. Также увеличение тонкости помола ПЦ заметно повышает его тепловыделение особенно в первые сроки твердения. С увеличением удельной поверхности на каждые 100 смг тепловыделение повышается в среднем через 1 сут. на 13.4 Джг; через 28 сут. – на 8.5 Джг; через 90 сут. – на 6.3 Джг.
Пуццолановый портландцемент (ППЦ)
Это гидравлическое вяжущее получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера необходимого количества гипса и активной минеральной добавки либо тщательным смешиванием тех же материалов измельченных раздельно. Содержание активных минеральных добавок в пуццолановом портландцементе по ГОСТ должно составлять (в % массы цемента): добавок вулканического происхождения обожженной глины глиежа или топливной золы — не менее 25% и не более 40%; добавок осадочного происхождения — не менее 20% и не более 30%. Количество вводимой в состав цемента активной минеральной добавки зависит от ее активности. Чем она выше тем меньше добавки надо вводить в состав пуццоланового портландцемента для химического связывания гидроксида кальция образующегося в процессе гидратации клинкерной части цемента.
Строительно-технические свойства пуццолановых пордлантцементов:
Стойкость пуццоланового и шлакопортландцементов при воздействии пресных особенно мягких и сульфатных вод выше чем портландцементов. В кислых и углекислых водах эти цементы как и портландцемента недостаточно стойки.
Водопотребность пуццолановых портландцементов выше чем у портландцементов так как на смачивание развитой поверхности минеральных добавок требуется значительный объем воды (нормальная густота пуццоланового портландцемента 28 35% а обычного портландцемента 22 26 %). Вследствие повышенной водопо-требности и следовательно пористости цементного камня бетоны на пуццолановом портландцементе менее морозостойки чем на портландцементе.
Водопотребность шлакопортландцемента существенно не отличается от водопотребности обычных портландцементов но- химически связывается воды меньше чем при гидратации портландцемента. Это приводит к снижению плотности бетона на шлакопортландцементе и как правило морозостойкости по сравнению с бетоном на портландцементе.
Бетоны на пуццолановых цементах характеризуются значительными деформациями усадки и набухания что связано с повышенным содержанием в цементном камне гелевидных новообразований и развитой сетью мельчайших капилляров. При твердении в воздушно-сухих условиях бетон на пуццолановом портландцементе теряет прочность что объясняется большой усадкой и «выветриванием» воды из гидратных соединений т. е. он обладает пониженной воздухостойкостью.
Усадка и набухание шлакопортландцемента приблизительно такие же как и у портландцемента. Воздухостойкоеть шлакопортландцемента выше чем пуццоланового портландцемента но уступает портландцементу.
Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент применяют для массивных бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений (плотин шлюзов туннелей канализационных и водопроводных сетей фундаментов и т. п.). Широко используют эти цементы в производстве сборных изделий с тепловлажностной обработкой.
Технологическая часть
1. Описание схемы технологического процесса
При производстве портландцемента по сухому способу полученный после обжига сырьевой муки клинкер охлаждают в холодильниках и подают на склад на котором создается промежуточный запас клинкера как полуфабриката обеспечивающего бесперебойный выпуск заводом цемента в случае остановки печей. Кроме того в клинкере при вылеживании совершается в естественных условиях ряд физико-химических процессов способствующих повышению качества и стабилизации свойств цемента.
В клинкерных складах размещается также гипс и минеральные добавки. В основном получила применение силосная система хранения клинкера и добавок. Под силосами расположены весовые питатели которые дозируют на сборный транспортер в заданной пропорции клинкер гипс и добавки. По мере надобности их подают в бункера цементных мельниц для совместного помола.
Для помола клинкера с добавками применяют почти исключительно шаровые мельницы. Клинкер размалывают по открытому или замкнутому циклу с применением одностадийного а иногда и двухстадийного измельчения.
Большое влияние на производительность мельниц оказывает степень заполнения камер мелющими телами. Обычно камеру грубого измельчения заполняют на 26 – 32 среднего – на 26 – 30 и тонкого – на 24 – 30 %.
При помоле материалов наблюдается значительное выделение теплоты вызывающее нагревание мелющих тел и материала до 120 – 150°С и более что резко отрицательно сказывается на производительности помольных установок. В связи с этим размалывать следует только холодный клинкер. Кроме того большое значение приобретают приемы способствующие уменьшению температуры материала при его измельчении. Для этого применяют вентиляцию мельниц а также впрыскивают в них воду. Иногда используют и орошение водой корпуса мельницы снаружи.
Вентиляция достигается просасыванием через барабан воздуха со скоростью 0.5 – 0.7 мс с помощью аспирационной установки в состав которой входят вентилятор циклоны а также рукавные фильтры или электрофильтр. В последних улавливаются тонкие частички присоединяемые обычно к общей массе продукта.
Измельченный в мельнице материал поступает в сепаратор где из него выделяются фракции тех размеров какие требуются для готового продукта а более крупные частицы направляются снова в мельницу на дополнительное измельчение. Таким образом из материала непрерывно извлекаются наиболее дисперсные частички которым особенно присуще свойство агрегироваться и прилипать к мелющим телам и стенкам мельницы. Благодаря этому производительность помольных установок возрастает на
Измельченный материал из мельницы в сепаратор подают элеваторами (ковшовыми и др.) или пневматическим транспортом.
Цемент выходящий из мельничной установки взвешивают для учета эффективности ее работы а затем направляют на склады с помощью камерных насосов.
Хранят цемент обычно в железобетонных силосах. Для учета массы цементов при их хранении в силосах принимается насыпная плотность портландцемента 1450 кгм и пуццоланового портландцемент 1100 кгм.
3. Режим работы цеха
Режим работы цеха определяет количество рабочих дней в году количество смен работы в сутки и рабочих часов в смене. Режим работы устанавливают в соответствии с трудовым законодательством по нормам технологического проектирования предприятий вяжущих веществ. В соответствии с нормами технологического проектирования для полного использования оборудования работа помольных цехов проектируется трёхсменной по прерывной неделе что составляет 305 расчётных суток работы в год и 60 суток для профилактического и других видов ремонта оборудования а также для периодической догрузки и перегрузки мелющих тел в мельницу.
Для определения суточной потребности в материалах нужно годовую потребность разделить на 305 суток а для определения часовой потребности – суточную потребность в материале на 24 часа.
Расчётный годовой фонд времени технологического оборудования в часах определяется по формуле:
где ВР – расчётный годовой фонд времени работы технологического оборудования в часах;
СР – расчётное количество рабочих суток в году;
Ч – количество рабочих часов в сутках;
КИ – среднегодовой коэффициент использования технологического оборудования КИ=0876;
4. Расчет производительности цеха
4.1. Сырье и полуфабрикаты
При производстве портландцемента применяют разнообразные материалы одни из которых идут непосредственно на изготовление клинкера другие же в виде добавок используются при его помоле (гипс и минеральные добавки).
Сырьевыми материалами для производства клинкера служат карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция и глинистые породы содержащие кремнезем глинозем и оксид железа. В среднем на изготовление 1 т цемента требуется 1.6 т исходного сырья.
Наряду с материалами природного происхождения цементная промышленность во всеувеличивающемся объеме использует побочные продукты (отходы) разных отраслей промышленности например доменные шлаки золы нефелиновый шлам и др. Имеется также опыт комплексного производства портландцемента и сернистого газа из смесей гипса и ангидрита (сернокислого кальция) с глиной.
Пригодность сырьевых материалов для производства портландцемента устанавливают на основании их всестороннего изучения.
В производстве портландцемента наиболее широко используют известняки и мел а также мергели. Средняя плотность плотных известняков достигает 2400 – 2700 а меловых пород – 1500 – 2000 кгм. Влажность этих материалов соответственно 2 – 6 и 15 – 30 %. Известняки и мел содержат до 90 % и более углекислого кальция и небольшие количества кварцевого песка глинистых минералов и др. Химический состав этих материалов характеризуется преимущественным содержанием оксида кальция (до 50 % и более) и СО(до 40% и более). Они содержат также небольшие количества кремнезема глинозема и др. Содержание МgО более 3 – 3.5 % и серного ангидрида более 1 – 1.3 % недопустимо.
При разработке технологической схемы производства портландцемента прежде всего учитывают химический и петрографический состав а также физические свойства и влажность карбонатных пород.
Мергели – природная смесь мельчайших частиц углекислого кальция и глинистых минералов являются ценным сырьем. По содержанию СаО SiO RO в расчете на прокаленное вещество они близки к клинкеру. Мергели в которых содержание СаСО соответствует содержанию его в искусственно составленной сырьевой смеси называют натуральными. Подобно известнякам и мелу мергели могут резко различаться по физическим свойствам: одни имеют плотную структуру и прочны другие как и мел мягки рыхлы и влагоемки. Средняя плотность мергелей 2200 – 2500 кгм а влажность – 5 – 20 %.
Глины представляют собой тонкодисперсные осадочные горные породы и легко дают суспензии при разбалтывании с водой. Глины сильно различаются по минеральному и гранулометрическому составу часто в пределах одного месторождения. Нередко они содержат значительное количество включений в виде песка и гравия что вызывает необходимость их предварительного обогащения.
По минеральному составу глины характеризуются преимущественным содержанием водных алюмосиликатов и кварцевого песка. Легкоплавкие глины состоят в основном из кремнезема (70 – 80 %) глинозема (3 – 10 %) оксида железа (3 – 6 %) и небольшого количества карбонатов кальция и магния. В отдельных случаях содержание оксида кальция может достигать
– 25 % а оксида магния – 3 – 5 %. Иногда в глинах присутствуют соединения содержащие SO NaO и КО. Включения веществ с этими оксидами а также МgО нежелательны и их количество должно быть минимальным. Влажность глин колеблется в пределах 15 – 25 %. Средняя плотность комовой глины 1800 – 2000 кгм.
В цементном производстве используются также глинистые сланцы и лессы. Сланцы характеризуются слоистостью и значительной прочностью.
Исследования установили целесообразность применения базальтов в качестве глинистого компонента. При этом обеспечивается пониженная энергоемкость при обжиге и помоле клинкера пониженное тепловыделение цемента и повышенная его сульфатостойкость.
По данным этих же исследований рационально использование «красного шлама» получаемого при производстве глинозема из бокситов и содержащего до 60 % полуторных оксидов. Нефелиновый шлам – отход производства глинозема. В нем содержится 25 – 30 % SiO 2 – 5 % АlO
– 5 % FeO 50 – 58 % CaO и 3 – 8 % других оксидов в частности щелочей ( 1.5 – 3 %). При таком содержании СаО к этому материалу достаточно добавить лишь 15 – 20 % известняка для получения сырьевой смеси используемой в производстве портландцемента. Применение нефелинового шлама увеличивает производительность печей на 20 – 30 % и уменьшает расход топлива на 25 %.
Доменные шлаки содержащие до 40 – 50 % СаО также весьма ценны в производстве портландцемента.
Шлаками называют побочные продукты получаемые при плавке черных и цветных металлов сжигания твердых видов топлива а также при электротермической возгонке фосфора.
Химический и минеральный состав шлаков в зависимости от состава пустой породы руды топлива вида выплавляемого металла и особенностей металлургического процесса условий сжигания топлива и наконец условий охлаждения колеблется в широких пределах.
Многие разновидности металлургических особенно доменных шлаков по химическому составу приближаются к портландцементу и глиноземистому цементу.
До последнего времени для производства вяжущих веществ применялись лишь гранулированные доменные шлаки.
Доменные шлаки. Железные руды наряду с оксидами железа содержат то или иное количество примесей (кварцевый песок глина карбонаты кальция и магния соединения фосфора и серы и др.) называемых в совокупности пустой породой. Некоторые из них (соединения фосфора и серы) вредно отражаются на качестве чугуна. Неорганические примеси есть и в топливе загружаемом в домну для плавления руды. Поэтому в процессе доменного производства необходимо не только восстановить из оксидов железо но и освободить его от примесей вносимых с рудой и топливом.
Так как пустая порода в руде редко бывает легкоплавкой то для ее удаления в шихту вводят специальные добавки — плавни (флюсы) способные образовывать с ней легкоплавкие соединения. В качестве плавней применяют обычно карбонатные породы — известняк доломит и т. п.
В процессе плавки карбонаты вступают в химическое взаимодействие с компонентами пустой породы и минеральной части топлива причем образуются легкоплавкие силикаты и алюмосиликаты кальция и магния. При 1400—1500 °С эти соединения плавятся и в виде шлакового расплава скапливающегося вследствие меньшей плотности над слоем чугуна выпускаются из доменной печи. При выплавке 1 т чугуна на коксе в среднем получается
Химический состав доменных шлаков зависит от состава руды плавней вида применяемого топлива и выплавляемого чугуна.
Обычно в состав доменных шлаков входят оксиды CaO SiO2 A12O3 MgO FeO и сернистые соединения CaS MnS FeS а иногда TiO2 и соединения фосфора. В незначительных количествах встречаются в шлаках и другие оксиды существенно не влияющие на их свойства. Преобладающими в доменных шлаках язляются CaO Si02 A12O3 и отчасти MgO суммарное содержание которых достигает 90—95 %.
По химическому составу доменные шлаки отличаются от портландцементного клинкера лишь соотношением некоторых компонентов. Шлаки содержат повышенное количество кремнезема частично глинозема и меньше оксида кальция.
Быстроохлажденные стекловидные доменные шлаки в зависимости от их химического состава способны в тонкоизмельченном состоянии взаимодействовать с водой и твердеть подобно портландцементу (при введении активизаторов).
Степень гидравлической активности шлаков по аналогии с портландцементным клинкером может быть в некоторой мере охарактеризована модулем основности и модулем активности. Модуль основности Мо доменного шлака представляет собой отношение содержащихся в нем основных оксидов (%) к сумме кислотных оксидов:
Мо = (CaO + MgO)(SiO2 + AI2O3).
В зависимости от численного значения этого модуля различают шлаки основные модуль основности которых равен или больше единицы и кислые с модулем основности меньше единицы.
Модуль активности Ма выражает отношение количества глинозема в шлаке к содержанию кремнезема %:
Гидравлическая активность доменных шлаков в большинстве случаев с увеличением модуля основности и особенно модуля активности возрастает. Однако роль отдельных оксидов в формировании гидравлической активности шлаков иная чем в портландцементном клинкере.
Гидравлическая активность гранулированных доменных и электротермофосфорных шлаков должна оцениваться коэффициентом качества К.. Он зависит от содержания (%) в шлаке оксидов кальция алюминия магния и двуоксидов кремния и титана и определяется по формуле:
К = (СаО + А12О3 + MgO)(SiO2 + TiO2)
Эта формула справедлива при содержании оксида магния в шлаке до 10%.При большем количестве расчет проводят по следующей формуле:
К = (СаО + А12О3 + 10)[SiO2 + TiO2 +(MgO — 10)]
Чем выше показатель коэффициента качества тем выше гидравлическая активность доменного граншлака.
В доменных гранулированных шлаках не допускается наличие плотных кусков и посторонних примесей.
Гидравлические свойства доменных шлаков. Даже при самом благоприятном химическом составе ни быстроохлажденные остеклованные ни тем более медленноохлажденные закристаллизованные шлаки при обычных температурах (до 15—250C) почти не проявляют активности во взаимодействии с водой и следовательно не твердеют.
Однако как показывают исследования в доменных шлаках как в кристаллической так и в стекловидной фазе имеются составляющие способные при раздельном или совместном воздействии на них механических химических и тепловых факторов к взаимодействию с водой и гидравлическому твердению которое обусловлено образованием новых нерастворимых в воде веществ. Активность доменных шлаков зависит от содержания в них различных минералов микропримесей и добавок активизаторов.
Ценность шлака или золы тем выше чем больше в них гидравлически активных фаз. При этом наличие определенного количества самостоятельно твердеющих фаз (C3S алюмоферритов кальция p-C2S или основного шлакового стекла) обусловливает возможность использовать такие шлаки (с активизаторами твердения или без них) для изготовления бетонов твердеющих в нормальных воздушно-влажных условиях. Если же этих фаз нет или они наблюдаются в небольших количествах то необходимо вводить активизаторы твердения и применять тепловую обработку при 95—100°С или даже при 175—200°С (в автоклавах). Введение в стекловидные шлаки небольших количеств щелочей и сульфатов как бы активизирует (возбуждает) их скрытые гидравлические свойства. В соответствии с видом вводимой добавки различают щелочную сульфатную и комбинированную активизацию шлаков.
Обычно в качестве щелочных активизаторов применяют известь и портландцемент выделяющий при взаимодействии с водой Са(ОН)2 а в качестве сульфатных — гипс в различных модификациях и ангидрит CaSO4. При комбинированном возбуждении эти активизаторы вводят одновременно.
Основные доменные шлаки содержат обычно 44 – 48% оксида кальция 35 – 38% кремнезема и 5 – 10% глинозема. Под действием вводимых в них 5 – 10 % извести или портландцемента они подвергаются щелочной активизации.
Введение же в основные доменные шлаки значительных количеств извести (до 25—40 %) или портландцемента (50—65 %) вызывает образование гидросиликатов и гидроалюминатов кальция с повышенной основностью. При нагревании указанных гидросиликатов типа CSH(B) до 100°С образуется соединение с 1 молекулой а при нагревании до 220 °С — с 05 молекулы гидратной воды. Нагревание до 450—550 °С приводит к полному обезвоживанию вещества. Потеря воды сопровождается значительной его усадкой.
Скрытая способность к гидравлическому твердению проявляющаяся под влиянием небольших добавок активизаторов отличает гранулированные доменные шлаки от кислых активных (гидравлических) добавок. Последние не обладают самостоятельными вяжущими свойствами. Цементирующие новообразования в них возникают только в результате прямого взаимодействия гидроксида кальция с активным кремнеземом и глиноземом добавок.
Металлургические и топливные шлаки с пониженным содержанием СаО (20—30%) характеризуются промежуточными свойствами. Если в них вводить значительное количество извести то они взаимодействуют с СаО как с кислой гидравлической добавкой при небольших же добавках твердеют преимущественно за счет гидратации составляющих их компонентов.
Грануляция доменных шлаков. Поскольку у стекловидных шлаков гидравлическая активность повышена доменные шлаки предназначенные для изготовления вяжущих веществ гранулируют что достигается быстрым охлаждением их водой паром или воздухом.
Гранулированные доменные шлаки используют: для изготовления смешанных гидравлических вяжущих веществ — шлакового портландцемента сульфатно-шлакового и известково-шлакового цемента; в качестве компонента для производства портландцемента а также активной минеральной добавки к портландцементу при его помоле; в виде заполнителей при изготовлении бетонов.
Поскольку не всегда удается получить клинкер требуемого химического и минерального состава изменяя только соотношение между двумя исходными компонентами – известняком и глиной то применяют корректирующие добавки содержащие значительное количество какого-либо из недостающих оксидов клинкера. Например содержание SiO увеличивают добавкой высококремнеземистых веществ (трепела опоки диатомита или других пород). Недостаточное количество в сырьевой смеси оксида железа компенсируется добавкой колчеданных огарков или железной руды.
I.Расчёт материального баланса производства.
Предварительно выбрали 3-х сменный режим цеха с расчетным фондом рабочего времени 5402 часа что составит 5402 : 2 = 235 суток.
Производительность завода в год 0.8 млн тонн в том числе портландцемента М500 – 300000т а пуццоланового портландцемента М400 – 700000т.
а) для портландцемента:
по расчету с учетом 1% потерь
клинкера 240000 · 088 = 211200 т; 211200 · 101 = 213312 т;
гипса 240000 · 005 = 12000 т; 12000 · 101 = 12120 т;
диатомита 240000 · 007 = 16800 т; 16800 · 101 = 16968 т;
б) для пуццоланового портландцемента:
клинкера 560000 · 07 = 392000 т; 392000 · 101 = 395920 т;
гипса 560000 · 005 = 28000 т; 28000 · 101 = 28280 т;
диатомита 560000 · 025 = 140000 т; 140000 · 101 = 141400 т;
а) для портландцемента240000 : 235 = 10212 т для его получения необходимо:
клинкера 213312 : 235 = 90771 т;
гипса 12120 : 235 = 5157 т;
диатомита16968 : 235 = 7177 т;
б) для пуццоланового портландцемента 560000 : 235 =2383 т для его получения необходимо:
клинкера 392920 : 235 = 1672 т;
гипса 28280 : 235 = 12034 т;
диатомита 141400 : 235 = 6017 т;
а) для портландцемента 240000 : 5402 = 4442 т для его получения необходимо:
клинкера 213312 : 5402 = 3948 т;
гипса 12120 : 5402 = 224 т;
диатомита 16968 : 5402 = 314 т;
б) для пуццоланового портландцемента 560000 : 5402 = 10366 т для его получения необходимо:
клинкера 392920 : 5402 = 7273 т;
гипса 28280 : 5402 = 523 т;
диатомита 141400 : 5402 = 2617 т.
Сводная таблица материального баланса
II.Расчет производительности и количества шаровых мельниц.
Расчет производительности мельниц.
где = 645 · · · (m) - полезная мощность мельницы кВт.
- полный объем мельницы мі;
- диаметр мельницы в свету мі;
m – масса мелющих тел т;
К – коэффициент принимаемый равным 1 при открытом цикле и 11-12 – при замкнутом цикле;
b – удельная производительность мельницы ткВт·ч потребляемой мощности:
при помоле пуццолановых портландцементов b = 0038 – 004;
при помоле шлакопортландцементов b = 0036 – 0038;
при помоле портландцементов b = 0036 – 0038;
q – поправочный коэффициент на тонкость помола.
В случае использования при помоле добавок ПАВ производительность мельницы
При расчете полезного объема необходимо учесть толщину и количество межкамерных перегородок. Толщина перегородки 02 м. В двухкамерной мельницы одна перегородка. Тогда полезная длина мельницы м:
Массу мелящих тел m т определяют по формуле
где – коэффициент заполнения мельницы указанный в задании.
а) для портландцемента М 500:
б) для пуццоланового портландцемента М 400:
Расчет количества мельниц:
где - годовая производительность цеха по заданному виду цемента;
35 – число рабочих часов в году при трехсменной работе;
- коэффициент использования рабочего времени мельницы (0876);
- часовая производительность мельницы по заданному виду цемента.
Общее количество мельниц определяем сложением
Расчет частоты вращения мельницы:
Критическая недопустимая и оптимальная рабочая частота вращения мельницы обмин определяется по формуле:
Мощность электродвигателя мельницы:
где – механический коэффициент полезного действия привода; для мельниц с центральным приводом = 09 – 094.
С учетом пускового момента полученную мощность электродвигателя надо увеличить на 10 – 15%.
Установленная мощность с учетом пускового момента:
III.Расчет силосного склада.
Объем силосного склада определяется по формуле:
- производительность завода по цементу либо расход клинкера гипса добавок тг;
- число суток нормативного запаса;
35 : 23 – число рабочих суток цеха равное 271;
- средняя насыпная плотность материала тм³;
- коэффициент заполнения силоса принимаемый равным 09.
Число суток нормативного запаса принимают для клинкера – 4-10 активных минеральных добавок и гипса – 15-30 цемента – 10-20.
Средняя насыпная плотность сухих материалов тм³ составляет:
Для клинкера – 15-165; гипса – 135; диатомита – 09-11;
портландцемента – 12; пуццоланового портландцемента – 12.
Расчет склада для цемента:
а) для портландцемента:
Попробуем взять = 10 - можем принять только 12 тм³
= (240000 · 10) (271 · 12 · 09) = 820002 м³
Подбираем силоса: попробуем взять ёмкостью 3000 м³ 1700 м³ и 750 м³
Вариант 8200.02: 1700 =489достаточно подходящий. Исходя из этого принимаем число силосов при диаметре 12м высоте 195м и объеме одного силоса 1700кзм³. = 7 шт.
Попробуем взять = 17 = 12 тм³ получаем:
(560000 · 17) (271 · 12 · 09) = 32527м³
Подбираем силоса: берём ёмкостью 3000 м³
Вариант 32527: 3000 =108наиболее оптимальный. Исходя из этого принимаем число силосов при диаметре 12м высоте 330м и объеме одного силоса 3000м³. = 11 шт.
Расчет склада для сырьевых материалов:
Размеры для сырьевых материалов (т.е. для клинкера гипса и добавок) должны быть одного размера. Количество силосов для сырьевых материалов необходимо увязать с количеством мельниц = 8 шт.
Попробуем взять = 5 = 15 тм³ получаем:
(609232·5) (271 · 15 · 09) =832625 м³
2625: 1700 = 4.89 шт.
Исходя из количества мельниц по технологическим соображениям принимаем число силосов при диаметре 12м высоте 198м и объеме одного силоса 1700м³ = 8 шт.
Попробуем взять = 25 = 135 тм³ получаем:
(40400 · 25) (271 · 135 · 09) =30674 м³
Исходя из количества мельниц по технологическим соображениям принимаем число силосов при диаметре 12м высоте 198м и объеме одного силоса 1700м³ =8 шт.
Попробуем взять = 15 = 11 тм³ получаем:
(158368 · 20) (271 · 11 · 09) = 818137 м³
8137: 1700 = 482 шт.
Общее количество силосов для сырьевых материалов 24 шт.
Схема расположения силосов мельниц и материала.
IV Подбор сепараторов
По большей производительности мельницы = 18.78 тч подбираем центробежный сепаратор производительностью 20-22 тч в количестве двух штук на мельницу.
Диаметр наружного корпуса –4 м; мощность электродвигателя – 40 кВт.
IV. Расчет сушильного отделения
Количество испаряемой из шлака влаги:
Общий объем сушильного аппарата:
По табл. 8 выбираем сушильный барабан с А = 53 кгм³ · ч
По табл. 8 подбираем сушильный барабан «Строммашина» с объемом производительностью по высушенному материалу 20 тч удельным паросъемом 53 кгм³ · ч и мощностью двигателя 55 кВт размерами 28 x 20 м в количестве две штуки.
VI. Подбор дробилок.
Клинкер и диатомит дроблению не подлежат.
Стадию дробления проходит гипсовый камень. Его расход в час – 7.47 т или 5.53 м³.
Рассчитываем производительность: 7.47 : 135 = 553 м³ч.
Подбираем щековую дробилку с простым движением щеки марки СМ – 166А. Она способна принимать куски размером до 210 мм и дробить их до кусков не крупнее 20 мм. Производительность дробилки 6 м³ч потребляемая мощность 28 кВт.
VII. Расчет транспортирующего дозирующего и
вспомогательного оборудования.
= · 12 = 1779 · 12 = 213 тч
= · 12 = 1878 · 12 = 225 тч
Подбор питателей и дозаторов
)Для портландцемента М 500:
а) количество материала проходящего через дозаторы:
клинкер = 213 · 088 = 1874 тч
гипс = 213 · 005 = 106 тч
диатомит = 213 · 007 = 1.49 тч
б) количество материала проходящего через дозаторы с учетом средней плотности материала (при выборе объемных дозаторов типа тарельчатого питателя):
клинкер =1874: 16 = 11.7 м³ч
гипс = 106 : 135 = 079 м³ч
диатомит =149: 1= 149 м3ч
)Для пуццоланового портландцемента М 400:
клинкер = 225 · 07 = 1575 тч
гипс = 225 · 005 = 113 тч
диатомит = 225 · 025 = 563 тч
клинкер = 1575 : 16 = 984 м³ч
гипс = 113 : 135 = 083 м³ч
диатомит = 563 : 1 = 563 м³ч
По большему значению для каждого материала подбираем питатели и дозаторы по одному на каждую течку силоса.
Весоизмеритель ленточный – для клинкера ВЛ-1058 для гипса –
ВЛ-1059 М для диатомита - ВЛ-1058.
Подбор двухкамерных пневматических насосов (по большей производительности мельницы Q = 1878 тч).
Выбираем двухкамерный пневматический насос ТА – 23 с производительностью до 40 тч расходом сжатого воздуха 30 м³т высотой подачи 25м дальностью подачи 300м.
а) общее количество сжатого воздуха м³ч для цеха помола:
где - расход сжатого воздуха для одного двухкамерного пневматического насоса м³т;
- общее число мельниц ( и насосов).
б) производительность компрессора м³мин:
где - максимальная производительность мельницы.
Подбираем центробежный компрессор К – 100 – 61 с производительностью по сжатому воздуху 100 м³мин рабочим давлением 065 МПа мощностью электродвигателя 630 кВт.
Для подачи материалов в силоса цемента – в центробежные сепараторы применяют ковшовые элеваторы. Производительность элеватора должна на 20 % превышать часовую потребность материала.
Выбираем элеватор подачи клинкера в силоса. Его производительность должна быть не менее 11221 тч. Берем элеватор Э2ЦО – 900 следующей характеристики: ширина ковша 900 мм ёмкость ковша 118 л шаг ковшей 650 мм мощность электродвигателя 40 кВт максимальная высота подъёма 25 м производительность при заполнении ковша 07 – 250 тч.
Элеватор подачи гипса в силоса. Производительность не менее 747 тч. Выбираем элеватор В – 200 следующей характеристики: ширина ковша 200 мм ёмкость ковша 25 л шаг ковшей 352 мм мощность электродвигателя 45 кВт максимальная высота подъёма 25 м производительность при заполнении ковша 07 – 216 тч.
Элеватор подачи диатомита в силоса. Производительность не менее 2931 тч.
Выбираем элеватор В-300 следующей характеристики: ширина ковша 300 мм ёмкость ковша 5 л шаг ковшей 448 мм мощность электродвигателя 7кВт максимальная высота подъёма 25 м производительность при заполнении ковша 07 –34 тч.
Расчет ширины ленты транспортёра В м.
Для портландцемента М 500:
Принимаем В = 400 мм.
VIII. Расчет системы газоочистки и аспирации.
Объем воздуха м³ч проходящего через поперечное сечение мельницы:
где - коэффициент заполнения мельницы мелющими телами.
Объем воздуха м³ч проходящего через аспирационную шахту:
Площадь поперечного сечения шахты м².
Высота аспирационной шахты м.
Объем воздуха проходящего через батарейный циклон:
Выбираем батарейный циклон с производительностью по газу 7650 – 8920 м³ч в количестве одной батареи из 2 циклонов диаметром 650 мм на мельницу.
Объем воздуха проходящего через фильтр и вентилятор:
Выбираем рукавной фильтр СМЦ – 101 с длиной рукавов 4500 мм производительностью 19800 м³ч числом рукавов 72 площадью фильтрующей поверхности 200 м² и мощность двигателя 46 кВт в количестве один на мельницу.
Подбираем мельничный вентилятор ВМ 15 с производительностью 38000 м³ч мощностью электродвигателя 95 кВт в количестве один на мельницу.
Сводная таблица оборудования цеха.
Шаровая мельница для:
Центробежный сепаратор
Емкость одного силоса
Силосы для сырьевых материалов
Весоизмеритель ленточный для
Центробежный компрессор
Ленточный транспортер
Ковшовый элеватор для:
Мельничный вентилятор
В ходе выполнения расчета был разработан проект отделения помола цемента на цементном заводе производительностью 06 млн. т. в год с выпуском портландцемента с минеральными добавками (ПЦ) марки 500 и пуццоланового портландцемента (ППЦ) марки 400.
В проекте выбрано и рассчитано основное технологическое и транспортное оборудование применяемое в данном производстве схема технологического процесса и ее описание режим работы цеха расчет производства цеха сырьевые материалы ведомость оборудования цеха. На предприятии используются щековые дробилки со сложным движением щеки СМ-166А ленточный транспортер КЛС – 400 тарельчатый питатель для клинкера диаметром 1000 мм. Весоизмеритель ленточный для клинкера ВЛ – 1058 гипса ВЛ – 1059М шлака ВЛ – 1058. Двухкамерные насос К – 1945 центробежный компрессор К – 100 – 61 сушильный барабан «Строммашина» 28х20. Рукавный фильтр СМЦ – 101 с длиной рукава 4500 мм мельничный вентилятор ВМ – 15 и аспирационная шахта размером а=159 м Н= 8745 м. Ковшовый элеватор для клинкераЭ»ЦО-900 для гипса В-200 для диатомита В-300 Батарейный циклон из ЦН-15650 диаметром мм.
Библиографический список
Волженский А.В. Несвежский О.А. Минеральные вяжущие вещества. – М.: Стройиздат 1986. – 464 с.
Лоскутов Ю.А. Максимов В.М. Веселовский В.В. Механическое Оборудование предприятий по производству вяжущих строительных материалов. – М.: Машиностроение 1986. – 302 с.
Сапожников М.Я. Механическое оборудование предприятий строительных материалов изделий и конструкций. – М.: Высш. шк. 1971. – 354 с.
Силенок С.Г. (и др.). Механическое оборудование предприятий строительных материалов изделий и конструкций: Учеб. для вузов. – М.: Машиностроение 1990. – 416 с.
Строительные машины: Справочник. Т. 2 Под ред. В.А. Баумана и Ф.А. Лапира. – М.: Машиностроение 1977. – 496 с.
ГОСТ 5382 – 91 Цементы и материалы цементного производства. Методы
химического анализа.
Микульский В.Г. Горчаков Г.И. Козлов В.В. Куприянов В.И.
Строительные материалы. – М.: Изд-во АСВ 1996. – 500 с. ил.
Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и
изделий на их основе. – М.: Высшая школа 1983. – 320 с. ил