Технологическая схема производства шлакопортландцемента

Скорость  схватывания зависит от химического  состава шлака и соотношения  в шлакопортландцементе шлака и портландцементного клинкера, а также от содержания гипса. Добавление 30—50 % шлака к быстросхватывающемуся измельченному клинкеру (даже без гипса) позволяет получать, как правило, нормально и медленно схватывающийся продукт. Введение гипса, замедляя схватывание портландцементного клинкера, значительно ускоряет схватывание шлакопортландцемента, возбуждая гидравлическую активность шлака. Обычный шлакопортландцемент, содержащий 50— 60 % шлака, схватывается медленнее, чем рядовой портландцемент. Однако он удовлетворяет общим для всех клинкерных цементов нормам: начало схватывания — не ранее 45 мин и конец — не позднее 10 ч. Шлакопортландцемент соответственно ГОСТ 10178 разделяют по показателям прочности на марки 300, 400 и 500.

Активность  шлакопортландцемента при одинаковой тонкости помола определяется, главным образом, оптимальным для данного шлака химическим и минеральным составом клинкера и соотношением между шлаком и клинкером. Для производства шлакопортландцемента предпочтителен клинкер активностью 40—50 МПа с умеренно повышенным содержанием С₃А (до 12 %) и преобладанием C₃S в силикатной части.

Шлакопортландцемент характеризуется относительно медленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, что особенно ощутимо при испытании образцов из пластичного раствора. В более отдаленные сроки твердения прочность обыкновенного шлакопортландцемента возрастает и через 2—3 месяца даже превосходит прочность портландцемента той же марки. Рядовой шлакопортландцемент по сравнению с портландцементом при схватывании и твердении более чувствителен к влиянию температуры окружающей среды. При пониженных положительных температурах (2—6°С) его схватывание и твердение значительно замедляются, а при тепловлажностной обработке резко ускоряются. Термообработка бетонов на шлакопортландцементе при 80—95°С способствует ускорению процессов твердения, причем через 28 сут прочность пропаренных бетонов в 1,5—2 раза превосходит прочность тех же бетонов, твердевших при обычной температуре (15—20 °С).

Активность  обычных шлакопортландцементов и портландцементов, измельченных до удельной поверхности около 3000 см²/г, при длительном хранении изменяется примерно одинаково. Быстротвердеющий шлакопортландцемент при хранении вследствие значительной удельной поверхности относительно быстро теряет активность и особенно способность к интенсивному росту прочности в ранние сроки твердения (1—3 сут). Поэтому быстротвердеющие шлакопортландцементы следует применять после изготовления в первые 5—7 сут и во всяком случае не позднее двух недель. В эти сроки прочность цемента при хранении снижается относительно мало.

Усадка  и набухание шлакопортландцемента при одинаковой тонкости помола характеризуются приблизительно такими же показателями, что и усадка и набухание обычного портландцемента. С увеличением содержания в клинкере C₂S и повышением тонкости помола усадка и набухание шлакопортлаидцемеита, как и портландцемента, возрастают. Быстротвердеющий шлакопортландцемент вследствие высокой удельной поверхности обладает повышенной усадкой, достигающей через 3 месяца 0,6—0,7 мм/м (у образцов из пластичного раствора 1:3). Поэтому его не следует применять в тех областях строительства, где предъявляются особые требования к значению усадочных деформаций, например при устройстве дорожных покрытий в условиях сухого и жаркого климата. По интенсивности миграции влаги бетоны на шлакопортлаидцементах и портландцементах практически равноценны.

Стойкость шлакопортландцементов при воздействии мягких и сульфатных вод выше, чем портландцементов. В частности, против сульфатной агрессии более стойки шлакопортландцементы с пониженным количеством клинкера, содержащие кислые малоалюминатные шлаки с повышенным (до 8—10 %) количеством MgO. Вместе с тем необходимо отметить, что шлакопортландцементы такого состава часто характеризуются невысокой активностью. Повышенная стойкость шлакопортландцементов в мягких водах объясняется образованием при их твердении цементирующих новообразований пониженной основности и незначительным содержанием в цементном камне гидроксида кальция. В связи с этим для частей сооружений, постоянно находящихся в воде, в частности речной, предпочтительнее шлаковые портландцементы, а не обычный портландцемент.

Значительное  снижение концентрации гидроксида кальция в жидкой фазе твердеющего шлакопортландцемента уменьшает возможность образования трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) при проникании сульфатных вод. Поэтому в затвердевшем цементном камне не возникают вредные объемные деформации, нарушающие его структуру. Этим объясняется более высокая стойкость шлакопортландцементных бетонов в минерализованных сульфатных водах по сравнению со стойкостью бетонов на портландцементе. В кислых и углекислых водах, где степень разрушения цементного камня мало зависит от содержания в нем Са(ОН)₂, стойкость шлакопортландцемента примерно такая же, как и портландцемента [2].

В таблице 1 приведена характеристика сырья для получения шлакопортландцемента.

Таблица 1. Характеристика сырья для получения шлакопортландцемента

Вид сырья	Показатель	Размерность	Значение (норма)	Источник информации
1	2	3	4	5
Глина	Хим.состав: Al2O3 SiO2 CaO MgO Fe2O3 Щелочи: 5MgO 0,ЗТiО2 0,ЗР2О5 Минер.состав: C3S C2S С3А C4AF	% % % % %   % % %     % % % %	4 – 8 21 – 24 63 – 66 5 2 – 4   0,5 0,1 0,1     40-65 15 - 40 12 10-20	[3]                   [3]
Двуводный гипс	CaSO4 *2H2O	%	1,5-3,5	[3]
Уголь		%	1	[2]
Гранулированный шлак		%	50-60	[2]
ШПЦ	Свойства ШПЦ: твердение В/Ц пористость истинная плотность плотность в рыхл.сост. плотность в уплот.сост. начало схватывания конец схватывания активность   удельная поверхность  морозостойкость	сут   см3/г г/см3   кг/м3   кг/м3   мин   ч   МПа   см2/г   цикл	28 0,35-0,65 0,28 2,8-3   900-1200   1400-1700   45   10   40-50   3000   50-100	[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

2.1 ВЫБОР  СПОСОБА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ  ПРОИЗВОДСТВА

 

          Технологический процесс получения  шлакопортландцемента на заводах полным производственным циклом (включая получения клинкера) состоит из следующих основных операций:

1. Изготовление  портландцементного клинкера;

2. Подготовка  гранулированного шлака;

3. Получение  шлакопортландцемента совместным помолом этих двух материалов и известняка. 

          Помол клинкера проектируется по открытому циклу. Технология производства шлакопортландцемента отличается тем, что гранулированный доменный шлак подвергается сушке при температурах, исключающих возможность его рекристаллизации, и в высушенном виде подается в цементные мельницы. При помоле ШПЦ производительность многокамерных трубных мельниц понижается, что объясняется, по-видимому, низкой средней плотностью шлака, ограничивающей возможность    достаточного заполнения по массе объема мельниц.

           В зависимости от сравнительной сопротивляемости клинкера и шлака измельчению принимают две схемы помола. По первой клинкер предварительно измельчают в первой мельнице, а затем уже во второй совместно со шлаком. Она рациональна при более низкой размалываемости шлака, чем клинкера. В этом случае достигается особо тонкий помол клинкера, что ускоряет твердение ШПЦ. Вторая схема предусматривает обычный совместный помол шлака и клинкера при примерно одинаковой их размалываемости. В этом случае измельченные компоненты еще дополнительно истирают друг друга. Высокая тонкость помола - развитая удельная поверхность - особенно важна для клинкерной части цемента. Поэтому в данной работе использована именно вторая схема помола.

         Для изготовления портландцементного  клинкера необходимы известняк,  глина, гипс и шлак. Известняк  и глину добывают в карьере,  после дробят, а глину вместе  с дроблением сушат. После известняк  и глину усредняют на складе.

Гранулированный шлак предварительно сушат в сушильных  барабанах до влажности, не превышающей 1-2%. Шлак не следует нагревать не выше 600-700°С, т. к. при более высокой температуре он может расстекловываться, что вызывает уменьшение его гидравлической активности.

Высушенный  шлак, портландцементный клинкер  и гипс дозируют и направляют на совместный помол с сушкой в трубную мельницу. Трубные мельницы с открытым циклом измельчения применяют для помола сырьевых материалов, а также клинкера. Для облегчения помола можно вводить специальные добавки в количестве до 1 % по массе цемента (ПАВ, уголь и др.), не ухудшающие его качество.

Далее высушенный шлак, портландцементный клинкер и гипс подвергаются гомогенизации в смесительных силосах. Для предварительного нагрева порошкового сырья используют циклонный теплообменник. Следующий этап – направление сырья в декарбонизатор. После гомогенизации в смесительных силосах, производят грануляцию сырья и сразу уже помещают в конвейерную кальцинирующую решетку. Также, вместе с этим уголь дробят и сушат, направляя на обжиг во вращающуюся печь, как и сырье.  Полученную смесь помещают в холодильник. Данную смесь, после отправляют на клинкерный склад.

Гипс  вводят в шлакопортландцемент для регулирования сроков схватывания, а также в качестве активизатора твердения шлака. Его также дробят и дозируют. Дозировку гипса нужно устанавливать экспериментально. Далее проверяют качество уже готового изделия отделом технического контроля (ОТК). ОТК, являясь одним из подразделений предприятия, не только контролирует качество продукции, но и выясняет также причины брака и активно воздействует на службы завода с целью его предотвращения на всех этапах производства деталей, узлов и машин в целом. Перед службой технического контроля на данном заводе стоят следующие задачи:

- предупреждение появления массового брака, что достигается своевременным обнаружением отклонений от технологических и технических условий и изъятием из производства изношенных штампов, неисправного инструмента, контрольных приборов и др.;

- обнаружение бракованных поковок, изъятие их из основной массы годных поковок, оформление соответствующей документации с указанием годных и бракованных поковок и конкретных виновников брака;

- контроль за соблюдением установленных припусков, контроль качества термической обработки, качества поверхности и др.;

- систематический учет брака, анализ причин его появления, осуществляемый на основе долгосрочного сбора данных на заводе и у потребителя [4].

Готовый шлакопортландцемент складируют. После определения качества цемента часть его поступает в упаковочную машину. Здесь он автоматически насыпается в бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах-цементовозах.

Основными факторами, определяющими выбор  схемы дробления сырьевых материалов, являются их физические свойства, а  также размеры кусков, поступающих  на измельчение. Оптимальная степень  предварительного измельчения сырьевых материалов зависит от их размолоспособности.

Дробление материалов производится в одну стадию. Крупность кусков материалов, поступающих в мельницу, должна быть не выше 10-15 мм для клинкера, 30 мм для гипса. Влажность клинкера не должна превышать 0,5%, гипса (как добавки к клинкеру) -10%, гранулированного шлака 2% [4].

 

 

 

 

 

 

2.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

 

Известняк   Глина   Уголь   Гипс   Шлак

 

 

    Добыча     Добыча  Дробление  Дробление    Сушка

 

   Дробление       Дробление с сушкой      Сушка и помол          Дозирование             Дозирование

      

Усреднение на складе          Усреднение на складе

Дозирование   Дозирование

Совместный помол с сушкой в  мельнице

Гомогенизация в смесительных силосах

                                                                                                  Гранулятор

Циклонный теплообменник 

Конвейерная кальцинирующая решетка

      Декарбонизатор

 

Обжиг во вращающейся печи

 

 

       Холодильник

 

   Клинкерный склад

 

    Дозирование

 

 

Помол клинкера с гипсом в мельнице

 

 

    ОТК

 

 

Складирование ШПЦ

 

 

         Упаковка                                  Отправка цемента в вагонах, автомашинах и т.п.

 

Отправка цемента в мешках