Цех помола портландцемента М 500

Начало схватывания  цемента должно наступать не ранее 45 мин, конец - не позднее 10 ч от начала затворения. Тонкость помола цемента, определяемая по удельной поверхности, не должна превышать 250 м²/кг. Для цементов, содержащих добавки осадочного происхождения, тонкость помола определяют по остатку на сите с сеткой № 008 по ГОСТ 6613. Остаток на сите не должен быть более 15% массы просеиваемой пробы.

 Предел прочности  цементов при сжатии должен  быть не менее величин, указанных в таблице 2.

                                                         Таблица 2

Вид цемента	Марка цемента	Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут
Гидрофобный портландцемент	400	39,2
Гидрофобный портландцемент с минеральными добавками	400 500	39,2 49,0
Гидрофобный шлакопортландцемент	300 400	29,4 39,2
Пуццолановый портландцемент	300 400	29,4 39,2

 

 

 

2. Технологическая часть

2.1. Характеристика сырьевых  материалов, полуфабрикатов, топлива

В данном курсовом проекте для производства портландцемента предлагаются следующие сырьевые материалы, полуфабрикаты и топливо:

Клинкер – Магнитогорского цементного завода.

Таблица 3

Химический состав, %							Расчётный минерало-гический состав, %				Коэффициент насыщения	Силикатный модуль	Кремнеземный модуль	Свободная CaO в %
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	п.п.п.	С3S	C2S	C3A	C4AF
21.21	6.33	4.94	65.12	2.13	0.77	0.24	56	16	8	16	0.91	0.79	1.28	1.12

 

Гипсовый камень –Ергачинского месторождения.

Таблица 4

Химический состав, %								Диаметр кусков, Dw, мм	Влажность ω, %
CaO	SO3	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	H2O	CaSO4·2H2O
32,9 – 33	44,4 – 45	1,8 – 1,9	следы	следы	нет	20,5 – 20,6	87,75 – 98,5	300	8

Активная минеральная добавка – Магнитогорский граншлак.

Таблица 5

Химический состав, %

Диаметр кусков, Dw, мм

Влажность ω, %

CaO

SO3

SiO2

Al2O3  + TiO2

Fe2O3

Mg

MgO

Mn

MnO

P2O5

стекло

34,5

нет

37,65

14?16

0,98

0,89

6,85

0,38

0,85

нет

92

300

8

 

 

Топливо – уголь бурый

Q_н = 3770 ккал/кг.

 

2.2. Описание технологических процессов

Процесс производства портландцемента  состоит из ряда технологических операций, которые можно разделить на два самостоятельных комплекса. В первый комплекс входят операции по производству клинкера, второй комплекс операций охватывает измельчение клинкера совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками (если последние применяются), т. е. приготовление из клинкера портландцемента.

Основной задачей является получение  клинкера с заданным минеральным  составом, что зависит от состава и качества сырья, выбранного соотношения между исходными материалами, требуемой дисперсности, однородности сырьевой смеси и правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

 

1. Добыча сырья.

Основное сырье для  производства портландцементного клинкера — карбонатные и глинистые горные породы. Наряду с сырьевыми материалами природного происхождения применяют искусственные материалы (отходы промышленности). Кроме того, в производстве портландцемента используют различные корректирующие добавки.

Содержание карбонатного компонента в цементно-сырьевой смеси обычно достигает 75—80 %. Поэтому химические и физические свойства этого компонента оказывают решающее влияние на выбор технологии портландцемента и производственного оборудования.

Из карбонатных пород для производства портландцемента в основном применяют известняковые горные породы с высоким содержанием СаСОз (40—100%) или оксида кальция СаО (22,5— 56 %) — известняки, мел, известковый мергель и др.

Содержание глинистых пород в сырьевой смеси должно быть в пределах 20—25 %. Глинистые породы— глина, суглинки, лесс и другие обеспечивают сырьевой смеси необходимое количество и соотношение кислотных; оксидов SiО₂, А1₂Оз и Fe₂О₃ [1, 20-21].

 

2. Приготовление сырьевой смеси.

В зависимости от вида подготовки сырьевой смеси к обжигу применяют три способа производства портландцементного клинкера — мокрый, сухой и комбинированный. При мокром способе измельчение и перемешивание сырьевых компонентов осуществляется в присутствии определенного количества воды. Полученная таким образом сырьевая смесь в виде жидкотекучей массы (сырьевой шлам) содержит 32—45 % воды. При сухом способе сырьевые материалы измельчаются и перемешиваются в сухом виде, в результате чего образуется тонкий минеральный порошок (сырьевая мука). При комбинированном—сырьевую смесь готовят по мокрому cnocoбу, затем полученный сырьевой шлам обезвоживают (фильтруют) до влажности 16 – 20% и полусухую массу подвергают грануляции и обжигу в печах.

Приготовление сырьевой смеси включает: дробление известняка, глины и добавок, дозирование, совместный тонкий помол и смешение компонентов, корректирование состава полученной смеси (шлама) и ее хранение.

Добытый известняк вначале  подвергают дроблению до кусков размером 1 – 3 см. Полученную щебенку направляют на усреднительный склад, где с помощью комплекса машин происходит первичная гомогенизация. Добытую глину вначале также подвергают дроблению при одновременной сушке с последующей подачей материала на усреднительный склад для гомогенизации. С этих складов известняк и глину направляют через автоматические дозаторы в требуемом соотношении по массе в шаровые мельницы, где осуществляется сушка и помол сырья. Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах направляется на корректирование и гомогенизацию в специальные железобетонные силосы [1, 21-24].

3. Обжиг сырьевой смеси.

Процесс образования  клинкерных минералов при обжиге, минералогический состав получаемого клинкера и свойства портландцемента зависят от физико-механических свойств и химического состава обжигаемой сырьевой смеси, вида и качества топлива, температур и продолжительности обжига, а также от скорости охлаждения клинкера.

Клинкер получают во вращающихся печах, применимых как при мокром, так и при сухом способах производства портландцемента.

Рассмотрим процессы, протекающие при обжиге сырьевой смеси во вращающейся печи. Исходное сырье — шлам поступает зону подсушки с начальной влажностью. В этой зоне сначала происходит разжижение шлама, вызванное его нагреванием. Затем по мере нагревания и испарения механически примешанной к нему воды шлам загустевает, в результате чего образуются комья. При дальнейшем нагревании комья распадаются на мелкие гранулы.

В следующую зону — зону подогрева материал поступает с температурой около 90—110°С и нагревается до 500—650 °С. В этой зоне начинаются химические реакции, изменяется химический состав и физические свойства сырьевой смеси. Органические вещества разлагаются и дегидратируется глинистый компонент. При дегидратации, начинающейся при температуре 450 ⁰С, каолинит распадается на свободные оксиды SiО₂ и А1₂О₃. В результате дегидратации ухудшаются пластические свойства глинистого компонента, что приводит к превращению гранул в порошкообразную массу.

Переходя в зону декарбонизации известняковый компонент сырьевой смеси разлагается по реакциям:

СаСО₃= СаО + СО₂;

MgCО₃=MgO+CО₂.

Образовавшееся значительное количество свободной извести в  виде тонкодисперсного порошка вступает во взаимодействие с кремнеземом и полуторными оксидами глинистого компонента, в результате чего получают клинкерные минералы. Эти реакции протекают в твердом состоянии (в твердых фазах) с большим выделением теплоты и сопровождаются превращением порошкообразной массы в крупные гранулы.

Зона декарбонизации    является    основной теплопотребляющей зоной в печи. Дальнейшее увеличение температуры материала  1300°С происходит в экзотермической зоне за счет выделения теплоты при реакциях образования

 

двухкальциевого силиката C₂S, алюминатов С₃А₅ и С₃А и алюмоферритов. При этом в сырьевых компонентах быстро уменьшается содержание свободной извести.

Наиболее ответственная часть  печи — зона спекания где при 1300—1450 ⁰С завершается процесс клинкерообразования. В зоне спекания материал расплавляется, в результате чего образуется жидкая фаза. Жидкая фаза вступает во взаимодействие с продуктами реакции в твердом состоянии, т. е. начинается процесс спекании. В начальный период спекания в состав жидкой фаз в входят С₃А, C₄AF, CaO, MgO, при этом C₂S находится в твердом состоянии. По мере повышения температур C₂S быстро растворяется в жидкой фазе, насыщаясь известью СаО до образования 3CaOSi0₂. C₃S выделяется из жидкой фазы в виде кристаллов. Размер кристаллов C₃S, зависящий от режимов обжига и охлаждения, влияет на прочность цемента. Наиболее прочные цементы дают клинкеры с мелкокристаллической структурой C₃S. При длительном пребывании клинкера в зоне спекания и медленном охлаждении кристаллы С₃S укрупняются, что приводит к понижению прочности цемента. При понижении температуры до 1300°С жидкая фаза начинает застывать, процесс спекания заканчивается.

В зоне охлаждения температура клинкера снижается до 1100—1000 °С. Жидкая фаза застывает, частично выделяя кристаллы минералов С₃А, C₄AF, C₂S, MgО частично переходя в стекловидное состояние. Из этой зоны клинкер поступает в холодильник печи для окончательного охлаждения.

Качество клинкера повышается при быстром его охлаждении, так как при этом не происходит роста кристаллов C₃S и C₂S, жидкая фаза в большей мере остается в стекловидном состоянии и большая часть MgO сохраняется в клинкерном стекле [1, 64-66].

 

4. Помол клинкера.

Цементный порошок состоит  из зёрен размера 5 – 10…30 – 40 микрон. Для получения портландцемента его подвергают помолу совместно с гипсовым камнем (3 – 5%) и гидравлическими или инертными добавками, которые перед помолом обычно высушивают. Помол клинкера является важным технологическим процессом, одним из наиболее энергоемких в цементном производстве. Многие свойства цемента – активность, интенсивность нарастания прочности, морозостойкость – зависят не только от химического и фазового составов клинкера, но и от тонкости помола. Способом оценки размалываемости является определение коэффициента размалываемости, то есть отношение времени, необходимого для размола кварца, ко времени, необходимому для

размола данного материала до той же степени дисперсности:

K=tкв/tм

Тонкость помола портландцемента характеризуется остаткам на сите с размером ячеек в свету 0,08 мм не более 15 % и удельной поверхностью порошка [2, 198-205].