Технология производства портландцемента, производительность 800 тысяч тонн в год

К сырьевым материалам предъявляются  определённые требования, предопределяющие не только качество, но и технологический  процесс получения конечного  продукта.

Карбонатные породы – известняк, мел, мрамор, доломит содержат преимущественно минералы кальция, состоящие из карбоната кальция СаСО3. Карбонатные горные породы редко встречаются чистыми, без примесей песка, глины, гипса, содержание которых изменяется в значительных пределах.

Для производства цементов чаще всего применяют плотные известняки и  мел (содержание до 90% карбоната кальция). Плотные известняки имеют мелкокристаллическую структуру. Их истинная плотность 2600 – 2800 кг/м, средняя плотность 1800 – 2600 кг/м, влажность 3 – 10%, предел прочности при сжатии 45 – 100 МПа. Мел в отличие от плотного известняка имеет рыхлую структуру. Его средняя плотность 1400 – 2400 кг/м, влажность 15 – 25%, предел прочности при сжатии от 10 до 20 МПа.

Структура материала  и примеси  предопределяют физико-механические свойства карбонатных пород. Так, мел легко распускается(размокает) в воде, прочность его меньше по сравнению с плотным известняком. Содержание карбонатного компонента в цементной сырьевой смеси обычно достигает 75 – 80%, поэтому химические и физические свойства этого компонента оказывают решающее влияние на выбор технологии производство портландцемента и производственного оборудования.

Известняк (ракушечник) — осадочная горная порода органического, реже хемогенного происхождения, состоящая почти на 100 % из CaCO3 (карбоната кальция) в форме кристаллов кальцита различного размера.

 Известняк, состоящий  преимущественно из раковин морских  животных и их обломков, называется ракушечником (ракушняком).

     Входящие в состав известняка вещества способны хотя и в малых   количествах, но растворяться в воде, а также медленно разлагаться на углекислый газ и соответствующие основания; первый процесс — важнейший фактор образования карстовых пещер, второй, происходящий на больших глубинах под действием глубинного тепла земли, даёт источник газа для минеральных вод.

При метаморфизме известняки перекристаллизуются и образуют мраморы.

Известняки бывают нуммулитовыми, мшанковыми, ракушечниками и мраморовидными — массивнослоистыми и тонкослоистыми.

 Глинистые породы – необходимый компонент сырьевой смеси для портландцемента. Глинистые породы обеспечивают в сырьевой смеси необходимое количество и соотношение кислотных оксидов: SiO2, AL2O3, Fe2O3 и др. К химическому составу глинистых пород, используемых при производстве цемента установлены следующие требования. Количество СаО не ограничивается. Допустимое содержание MgO зависит от содержания его известковом компоненте ограничивается условием получения клинкера с содержанием  MgO не более 5%. Содержание Na2O и К2О в сумме не должно превышать 3 – 4%, а SO3 не более 1%.

Глины – тонкодисперсные осадочные горные породы, легко размокающие в воде. Нежелательными примесями в глинах являются растворимые соли, содержание SO3, Na2O, К2О  и МgO, так как они снижают качество портландцементного клинкера. Содержание их должно быть минимальным. Примеси кварцевых зёрен, гальки или щебня не только затрудняют помол, но и делают глину непригодной для производства портландцементного клинкера без предварительного её обогащения.

Чем дисперснее частицы глины, тем быстрее и полнее протекают процессы взаимодействия оксидов СаО с SiO2, AL2O3, Fe2O3 и др. в процессе обжига. Крупнокристаллический кварцевый песок, слюды, крупные частицы полевых штапов труднее вступают в реакцию при обжиге. Поэтому количество частиц более 0,2мм не должно превышать 10%.

Суглинок – глина с повышенным содержанием песчаных (до 40%) и пылевидных частиц.

Глинистые сланцы – твёрдые плотные горные породы с тонкослоистой структурой, способные легко раскалываться на тонкие пластинки. Эти породы более постоянного состава, меньшей влажности, чем глины. Глинистые сланцы не смерзаются зимой при хранении на складах.

Содержание глинистых пород в сырьевой смеси должно быть в пределах 20 – 25%.

Гипс. При получении портландцемента гипс в виде гипсового камня добавляется к клинкеру для замедления сроков схватывания. Гипсовый камень – горная порода осадочного происхождения – содержит минерал гипс, двуводный сульфат кальция СаSO4 2H2O. Добавляется в количестве 3 – 5% при помоле клинкера. Требования к качеству гипсового камня регламентируется ГОСТ 4013 – 84.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технологическая часть

2.1 Обоснование выбора  технологической схемы производства:

Цементные заводы располагали, как правило, вблизи месторождения  основных исходных материалов.

Добычу сырья ведут  открытым  способом, предварительно проведя вскрышные работы, работа должна опережать добычу сырья на 6 – 10 месяцев. Полученная в карьере порода ещё не является готовым сырьём для цементных заводов, крупные куски измельчают до нужных размеров, что достигается дроблением. На цементных заводах применяют один и двух стадийных схемы дробления. Выбор технологической схемы и оборудования для дробления зависит от физико-механических свойств и размеров кусков измельченного материала. При переработке твёрдого сырья используют двух стадийный способ дробления в щёковых дробилках, для дробления мелкого сухого сырья используют одно стадийную схему в Волковых дробилках.

При сухом способе  производства ПЦ исходные материалы  необходимо сушить перед помолом вследствие их высокой влажности. Сушку осуществляют в сушильных барабанах, которые по направлению движения и высушивания материала подразделяются на: прямоточные и противоточные. Сухой способ производства целесообразен при сырье с относительно меньшей влажностью и более однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах. Расход топлива при сухом способе во вращающихся печах гораздо меньше, чем при мокром.

  Мокрый способ производства ПЦ целесообразно применять, если в глине имеются посторонние примеси при значительных колебаниях химического состава сырья и его высокой влажности. К недостаткам этого способа относится высокий расход топлива на обжиг - в 1,5 - 2 раза больший, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастают размеры обычных вращающихся печей при обжиге в них мокрой сырьевой смеси, так как эти тепловые агрегаты в значительной мере выполняют функции испарителей воды.

Комбинированный способ производства портландцемента заключается  в подготовке сырьевых материалов по мокрому способу, а обжиге смеси - по схеме полусухого.

При изготовлении сырьевой смеси по любому способу необходимо стремится к наиболее тонкому  помолу, теснейшему смещению сырьевых материалов и к возможно большей  однородности сырьевой смеси. Все это гарантирует однородность выпускаемого продукта и является одним из необходимых условий нормальной эксплуатации завода. Резкие колебания химического состава сырьевой смеси нарушают ход производственного процесса. Высокая тонкость помола и совершенное смешение необходимы для того, чтобы химическое взаимодействие между отдельными составными частями сырьевой смеси прошло до конца и возможно в более короткий срок.

 

 

Описание технологической схемы

Последовательность технологических  операций производства портландцемента сухим способом такая же, как и при мокром, однако при подготовке сырьевых смесей имеются существенные отличия, зависящие от влажности и твердости сырья. При переработке сырья повышенной твердости и умеренной влажности принципиальная технологическая схема имеет вид. Высокая твердость измельчаемых материалов требует предварительного их дробления. Тонкое измельчение материалов может производиться при влажности не более 1 %. В природе такое сырье практически не встречается, поэтому обязательная операция сухого способа производства - сушка. Желательно совмещать ее с размолом сырьевых компонентов. На большинстве новых предприятий, работающих по сухому способу производства, в шаровой трубной мельнице совмещаются процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания всех компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка - сырьевой муки. В железобетонных силосах производятся корректировка ее состава до заданных параметров и гомогенизация перемешиванием сжатым воздухом. Готовая сырьевая смесь поступает на обжиг. При обжиге в печи по характеру превращения сырьевой смеси можно выделить 6 основных участков зон:

• Зона испарения – до 200 С (подсушка материала)
• Зона подогрева – от 200 С до 800 С (дегидротация)
• Зона декорбанизации – от 900 С до 1200 С
• Зона экзотермических реакций – от 1200 С до 1300 С
• Зона спекания – 1300 С – 1450 С – 1300 С
• Зона охлаждения – от 1200 С до 1000 С.

 

 

Вращающиеся печи сухого способа производства оборудованы  запечными теплообменными устройствами (циклонными теплообменниками). В них за несколько десятков секунд сырьевая смесь нагревается до 700-800°С, дегидратируется и частично декарбонизируется. Завершается обжиг клинкера во вращающейся печи. Необходимость экономии расхода топлива вынуждает перерабатывать по сухому способу материалы со все более высокой влажностью. Технологическая схема производства портландцемента из такого сырья выглядит следующим образом. Предварительное измельчение материалов повышенной влажности при сухом способе целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения типа "Аэро-фол", позволяющих перерабатывать сырье с влажностью до 25%. Однако полностью высушиться сырье при этом не успевает и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой смеси производится ее досушка. Приготовление сырьевой смеси в виде порошка усложняет технологическую схему. Увеличивается число энергоемкого оборудования, более "капризного" при эксплуатации. Сложнее при сухом способе обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Но решающим его преимуществом является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,4-4,2 МДж/кг. Кроме того, на 35-40 % уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и дает больше возможностей по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важнейшее преимущество сухого способа - более высокий съем клинкера с 1 м3 печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи по сухому способу в 2-3 раза более мощные, чем по мокрому. В целом по технико-экономическим показателям сухой способ превосходит мокрый. При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40%, уменьшение себестоимости продукции на 10 % и сокращение капиталовложений при строительстве предприятий на 50%. Это обусловило интенсивное его распространение в мировой цементной промышленности. Однако надо учитывать, что возможности применения сухого способа ограничены влажностью перерабатываемого сырья. Переработка сырья с влажностью более 20-25 % по сухому способу связана с высокими расходами теплоты на сушку, и этот способ становится неэкономичным.

Сухой способ, несмотря на его технико-экономические преимущества по сравнению с мокрым, длительное время ограниченно применялся вследствие пониженного качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике тонкого измельчения и гомогенизации сухих смесей обеспечили возможность получения высококачественных портландцементов и по сухому способу. Это предопределило рост производства цемента по этому способу.

Хранение, упаковка, транспортировка портландцемента

На цементных заводах  широко применятся пневматическое (под  воздействием сжатого воздуха) транспортирование сухих порошкообразных материалов (сырьевой муки, угольного порошка и цемента), осуществляемое насосами по  присоединённым к ним трубопроводам. Пневматические транспортные установки перемещают материал в горизонтальном и вертикальном направлениях пневматическими насосами или аэрожелобами.

На заводах цемент хранят в закрытых складах силосного  типа. При хранении в силосах уменьшается  выделение пыли, сокращаются перегрузочные  операции, обеспечивается непрерывность  производственного процесса.

Цементные силосы – железобетонные (реже металлические), резервуары диаметром от 12 до 18ми высотой от 20 до 30м. Общая вместимость силосов должна обеспечивать не менее 10 – суточную производительность цеха помола. Силосы разгружают пневматическим способом пневморазгружателями.

Упаковка цемента производится автоматическими упаковочными машинами, которую устанавливаю в силосном складе. Для упаковки цемента в  тару применяют пятислойные или  шестислойные непромокаевымые бумажные мешки, а также плотные полиэтиленовые мешки. Затарирование цемента в мешки производят на четырёхсосковых упаковочных машинах производительностью 700 мешков (35т) в час.

В сыпучем состоянии  цемент перевозят в специализированных саморазгружающихся железнодорожных  вагонах-цементовозах грузоподъёмностью 60т. Цементовоз – цельнометаллический герметический закрытый вагон, разделённый пополам вертикальной перегородкой, в котором торцовые стенки и дно имеют уклон 50 градусов. Таким образом, образуются два бункера, загружаемые цементом через люки крыши вагона. Разгружают цемент через люки в днище бункера. Недостаток цементовозов – потеря цемента и большое пылевыделение.

Для транспортирования  цемента на близкие расстояния применяют  автоцементовозы различной грузоподъёмности. Цемент в упакованном виде перевозится  в крытых железнодорожных вагонах, автомобилях и специально оборудованных судах.