Завод по производству сульфатостойкого портландцемента

Трепел является активной минеральной добавкой пуццоланового типа, способствующей повышению сульфатостойкости и морозостойкости портландцемента. [2]

Цементная промышленность выпускает сульфатостойкие цементы, которые по вещественному составу подразделяются на сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкийшлакопортландцемент. Чтобы определить пригодность активных минеральных добавок для получения сульфатостойких портландцементов, измеряют расширение образцов цемента с исследуемой добавкой, твердевшего в агрессивных средах.

По механической прочности цементы подразделяются на марки: 300, 400 и 500. Наибольшим пределом прочности при изгибе — 6,0 МПа — обладает сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками марки 500. Сульфатостойкий шлакопортландцемент характеризуется более высоким коэффициентом коррозионной стойкости.

Сульфатостойкий портландцемент получают путем тонкого помола клинкера нормированного минералогического состава и гипса. Сульфатостойкий портландцемент относится к специальным цементам, но является разновидностью портландцемента, поэтому к нему предъявляются те же требования стандартов по дисперсности, что и к обычному цементу.

 В течение первых 28 суток твердения прочность изделий  на основе сульфатостойкого портландцемента нарастает медленно, т.к. для обеспечения стойкости цемента к сульфатным водам в его составе должно содержаться меньшее количество силикатов и алюминатов кальция, активно твердеющих в ранние сроки твердения изделий. Сульфатостойкий портландцемент имеет заниженный коэффициент насыщения известью. Выпускается сульфатостойкий портландцемент марок: 250, 300, 400, 500 и 600.[3]

Сульфатостойкие портландцемента характеризуются более низким выделением тепла при гидратации и применяются, главным образом, в массивных элементах гидротехнических сооружений, где требуется пониженная экзотермия. В некоторых странах выпускаются специальные низкотермичные цементы; у нас сульфатостойкие портландцемента являются и низкотермичными, поскольку содержание в них наиболее «термичных» клинкерных фаз — С3А и алита ограничивают за счет соответствующего увеличения количества белита и алюмоферита кальция.

Объем производства этих видов цемента ограничен в связи с тем, что на большинстве цементных заводов нет глинистого компонента с низким содержанием глинозема, при котором в процессе обжига на беззольном топливе можно получать клинкер, содержащий менее 5% 3СаО-Аl2O3. Сложность задачи получения сульфатостойкого клинкера состоит еще в том, что в нем ограничивается и содержание C4AF, так что количество оксида железа в клинкере должно быть также умеренным.

Удельная поверхность цемента должна быть обычной (2500—3000 см2/г). Следует обеспечить получение цементного камня, отличающегося пониженной усадкой, а также высокой плотностью и водонепроницаемостью и соответственно повышенной морозостойкостью и сульфатостойкостью. Заметное влияние на повышение морозостойкости сульфатостойких портландцементов при испытании в бетоне оказывают длительность предварительного твердения до начала испытаний, значение В/Ц и удельный расход цемента. А. М. Подвальный, развивая представления о морозном разрушении бетона, показал, что увеличение объема цементного камня в бетоне приводит к повышению его морозостойкости.

В особо суровых условиях попеременного замораживания и оттаивания в морской воде при большой частоте циклов для достижения высокой морозостойкости в состав цемента или бетона вводят добавки. Это поверхностно-активные вещества: сульфитно-дрожжевая бражка, мылонафт, смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ), 50%-ная кремнийорганическая эмульсия ГКЖ-94 и др. При испытании пропаренных образцов бетона на сульфатостойком портландцементе в суровых условиях Баренцева моря были получены весьма благоприятные результаты при введении в его состав 0,01—0,05% СНВ от массы цемента. Аналогичный эффект получен в тех же условиях агрессии при применении 0,04—0,08% добавки ГКЖ-94. Особо высокая морозостойкость достигается при комплексных добавках СДБ и ГКЖ-94, СДБ и СНВ. [3]

Сульфатостойкий портландцемент предназначается для бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических и других сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии, при систематическом многократном попеременном замораживании и оттаивании либо увлажнении и высыхании. Для подводных частей морских и океанских сооружений технически более рационально и экономично применять сульфатостойкий шлакопортландцемент. Нормативными документами допускается применение сульфатостойкого портландцемента в бетонах различной плотности для напорных и безнапорных сооружений при различной степени фильтрации грунта и агрессивности жидкой среды, характеризуемой высокой концентрацией ионов SO4.[3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Обоснование способа производства

 

 

Производство сульфатостойкого портландцемента состоит из следующих основных операций: добычи известняка, глины и корректирующих добавок (огарков), подготовки сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава, обжига сырьевой смеси материалов до спекания с получением клинкера, помола клинкера в порошок совместно с природным двуводным гипсом и активной минеральной добавкой (трепелом). Основной задачей является получение клинкера с заданным минералогическим составом, что зависит от состава и качества сырья, выбранного соотношения между исходными материалами, требуемой дисперсности и однородности сырьевой смеси, правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся  печах. При сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде. В последнее время все шире начинает применятся комбинированный способ приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.

Каждый из способов имеет положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов и быстро достигается однородность смеси, но расход топлива на обжиг смеси в 1,5-2 раза больше, чем при сухом способе. Развитие сухого способа длительное время ограничивалось вследствие низкого качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике помола и гомогенизации сухих смесей обеспечили качество портландцемента.

В настоящее время получает всемирное развитие сухой способ производства цемента с печами, оборудованными циклонными теплообменниками и реакторами – декарбонизаторами. Производительность такой линии составляет 3000 тонны клинкера в сутки. При этом способе производства цемента расход топлива снижается на 30-40% по сравнению с мокрым, а металлоемкость в 2,5-3 раза.[4]

Производство цемента по сухому способу экономичнее, чем по мокрому отсутствует: процесс образования шлама, можно совместить отдельные звенья технологической схемы в одном агрегате – мельница самоизмельчения «Аэро-фол», усреднительные склады, мельницы помола сырьевых материалов с подсушкой и др. При сухом способе поступающие на завод сырьевые материалы в виде мергеля, известняка и глины подвергают дроблению в дробилках типа С–776 до зерен крупностью 2,5мм. Приготовленный дробленый материал ленточными транспортерами подают на склад сырья, где сырьевые компоненты усредняют, с помощью усреднительных машин, до установленного норматива по химическому составу и подают и подают далее в бункера мельниц. Из последних сырьевые компоненты вместе с добавками через дозаторы по массе поступают в приемную устройства помольных агрегатов, где их измельчают до требуемой фракции, подсушивают за счет тепла отходящих газов из вращающихся печей и подвергают сепарации.

Измельченный в мельнице материал выгружают потоком газов через циклоны – разгружатели с помощью мельничного вентилятора. Далее мука поступает в коррекционные силосы, где она гомогенизирует и перегружается в расходные силосы. Из силосов сырьевую смесь подают пневмоподъемниками в загрузочное устройство, оснащенное дозаторами по массе, и далее в циклонные теплообменники вращающейся печи. В теплообменниках сырьевая смесь нагревается встречными горячими газами вращающейся печи до t=750-800°C и частично декарбонизируется, после чего поступает в печь на обжиг.[4]

Обжиг клинкера при сухом способе производства осуществляется во вращающихся печах с циклонными теплообменниками, состоящими обычно из четырех последовательно соединенных циклонов, через которые направляются отходящие из печи газы; навстречу газам сверху вниз через циклоны поступает сухая измельченная сырьевая шихта; за 25-30 секунд она нагревается до 750-800°C и декарбонизирует на 30-40%.такая современная печь имеет производительность 3000 т/спри удельном расходе тепла 3,2 - 3,4 МДж/кг клинкера.

Также стали известны вращающиеся печи полусухого способа производства, в них печь соединены с конвейерной решеткой, на которой через слой гранулированной сырьевой шихты дважды просасываются горячие печные газы; в результате в загрузочный конец печи поступает подогретая и частично декарбонизированная сырьевая шихта. Расход тепла в этой печи размерами 4×60 м. – около 3,5 МДж при производительности 42 т/час.[4]

Каждый из способов имеет свой преимущества и недостатки. Преимущества сухого способа:

1. Низкий удельный расход  тепла на обжиг клинкера. При  сухом способе расход тепла  на обжиг составляет 2900-3750 кДж/кг клинкера, при мокром –- 5400-6700 кДж/кг. В целом при сухом способе с учётом тепла на подсушку сырьевых материалов расходуется 3100-4400 кДж/кг клинкера.

2. Объём печных газов  при сухом способе на 35-40% меньше, чем при мокром способе при  одинаковой производительности  печи. Вследствие этого затраты  на обеспыливание печных газов ниже. При сухом способе имеется возможность использования горячих отходящих газов для сушки сырья при его помоле в шаровых мельницах. Это в свою очередь позволяет дополнительно снизить общий расход тепла на производство клинкера.

3. Печи сухого способа  менее металлоемки и материалоёмки, по сравнению с печами мокрого способа такой же производительности. При сухом способе используются короткие печи с циклонными теплообменниками ( Ø 5х75 м; Ø 6,4 ; 7,0х95 м ), а при мокром – длинные печи ( Ø 5х185 м ; Ø 7х230 м ).

4. Печи сухого способа  имеют высокую производительность  до 3000-5000 т/сут, высокий удельный съём клинкера с 1 м3 печи.

 Вследствие этого технологические  линии сухого способа в 2-3 раза  мощнее линий мокрого способа, повышается производительность  труда, снижаются эксплуатационные  расходы, снижается себестоимость  продукции.

5. В условиях недостатка  воды (особенно в южных регионах) устраняется необходимость её  расхода для приготовления сырьевого  шлама.

На основе выше изложенного был выбран сухой способ производства.[5]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет материального  баланса. Определение мощности производственных  отделений 

 

 

1. Отгрузка готовой продукции Q=300000т
2. Потери при отгрузке и хранении цемента

 

а1=(Q.P1):100                                                                                                        (1)

 

a1=(300000.1):100=3000т

 

3. Количество цемента, поступающего в силос   

Q1=Q+a                                                                                                                (2)

 

Q1=300000+3000т=303000

 

4. Потери при помоле цемента (p2=0,3÷0,5%)      

 

a2=(Q1.P2):100                                                                                                       (3)

 

a2=(303000.2):100=6060т

 

5. Количество шихты, поступающее на размол в цементную мельницу

 

Q2=Q1+a2Q2=303000+6060=309060т                                                                  (4)

 

6. Состав шихты цемента принимаем исходя из ассортимента выпускаемой продукции: клинкер- 95%, гипс- 5%.

 

7. Количество клинкера в составе шихты               

 

Рк=(Q2.K):100=309060.95:100=293607т                                                             (5)

 

Pг=(Q2.Г):100=309060.5:100=15453т                                                                  (6)

 

8. Количество обожженного клинкера с учетом его потерь при охлаждении и транспортировке  (а=0,5%)  

  

Р’к=Рк+((Рк.an):100)=293607+((293607.0.5):100)=295075,03т                          (7)

9. Количество гипса, подаваемого в дробилку, с учетом потерь при дроблении и хранении       (а=0,5%)