Основные технологические решения цеха обжига цементного завода

Цемент это минеральный вяжущий материал, обладающий способностью при смешивании с водой образовывать пластичную удобообрабатываемую массу, затвердевающую в воздушной и водной средах в прочное камневидное тело с повышением или сохранением прочности. Полуфабрикатом цемента является цементный клинкер, который получают обжигом или сплавлением смеси карбонатных и глинистых минералов.

Цемент это важнейший строительный материал, используемый для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов строительных конструкций и др. Низкая теплопроводность и высокая морозостойкость сделали цемент незаменимым строительным материалом.

Промышленное производство цемента началось уже в 19 веке. Наибольшее распространение получило производство портландцемента. В России первые заводы по производству портландцемента были построены по проекту Шуляченко А. Р. профессора Военно-инженерной академии. Портландцемент является до сих пор весьма распространенным строительным материалом, его выпускают нескольких марок в зависимости от получаемой после твердения прочности цементного камня.

Основные виды цемента имеют ряд разновидностей. Портландцемент в зависимости от назначения выпускают следующих разновидностей: обыкновенный, пластифицированный, гидрофобный, быстротвердеющий, белый, сульфатостойкий, жаростойкий, дорожный и т. д. [1−3]. На основе портландцемента и доменных шлаков или активных минеральных добавок разработаны специальные составы цементов пуццолановый, шлакопортландцемент. Разновидности цементов различаются конечными технологическими свойствами, которые достигаются введением различных видов добавок, а также технологическими условиями их производства.

Цементы могут применяться совместно или без добавки заполнителями в виде цементного теста (смесь цемента и воды), в виде растворной смеси (смесь цемента, воды, мелкого или крупного заполнителя) и бетоны. Огромный вклад в развитие производства бетонов внесли профессор Военно-инженерной академии И. Г. Малюга (конец 19 века) и профессор Н. М. Беляев (первая треть 20 века).

Затвердевшее цементное тесто принято в строительстве называть цементным камнем, затвердевшую цементную смесь называют цементным раствором. Цементное тесто применяют редко из-за значительных усадок при твердении, приводящих к трещинообразованию.

Наиболее широко применяемым цементом является портландцемент. Марку портландцемента определяют при испытаниях на прочность пр и сжатии образцов установленного размера.

Для строительной промышленности выпускают портландцемент марок 400 ДО и 420Д20, 500 ДО и 600 ДО. Последняя марка является наиболее прочной и цемент этой марки применяют при строительстве мостов, туннелей, высокопрочных объектов.

2. Технологическая часть

Принципиальная схема технологического процесса производства цемента приведена таблице 1.

Таблица 1.

Схема производства цемента

Добыча сырьевых материалов

Дробление сырьевых материалов

Тонкое измельчение сырья и размучивание пластичных материалов

Контроль сырьевых материалов, расчеты шихты

Обжиг сырьевых материалов

Помол клинкера

Контроль и фасовка готовой продукции

Цемент производят двумя способами мокрым и сухим [4,5]. При мокром способе сырьевые материалы дробят, тонко измельчают в присутствии воды до получения текучей (сметанообразной) массы, содержащей 35 40% воды. При сухом способе производства сырьевые материалы высушивают и после этого измельчают.

Сухой способ производства клинкера является менее энергозатратным. Расход топлива на обжиг клинкера при сухом способе почти на 40% меньше, чем при мокром. Сухой способ производства позволяет значительно повысить производительность процесса обжига клинкера за счет увеличения удельного съема клинкера с объема печи.

При мокром способе производства цемента используют длинные вращающиеся печи с встроенными теплообменными устройствами. Соотношение длины к диаметру печи составляет 30−40. Сухой способ производства клинкера позволяет строить печи обжига клинкера с соотношением длины печи к ее диаметру равному 15 20. Печи обжига клинкера при сухом способе производства оснащают дополнительно теплообменными запечными устройствами.

Сырьевые материалы. Требования к сырьевым материалам

Сырьем для производства цемента служат природные материалы и промышленные отходы. Получение цементного клинкера происходит при обжиге сырьевой смеси. В процессе обжига сырьевой смеси из природных сырьевых материалов образуются силикаты кальция (трех и двухкальциевый силикат), алюминаты кальция, алюмоферриты, ферриты кальция переменного состава. Карбонатным компонентом является оксид кальция. Глинистый компонент содержит оксиды кремния, алюминия, железа.

В состав цемента кроме перечисленных выше соединений входят различные добавки, придающие материалу особые свойства.

В качестве минерального сырья часто используют в производстве цемента мергели горную породу, содержащую 75 78% карбонатов и 25 22% глинисых пород. Кроме мергелей для производства цемента можно использовать известняк, нефелиновый шлам, глину разных месторождений. Для корректировки состава к природным компонентам добавляют такие минеральные породы как глиноземсодержащие глины, кремнеземистые породы трепел, кварцевые пески, отсевы железной руды. Кроме того для корректировки состава или получения цементов с определенным набором свойств можно вводить в состав шихты пиритные огарки, конверторный шлам, железистый продукт. Возможны также технологические схемы добычи сырья для производства цемента непосредственно в карьере. Для чего устанавливается оборудование для приготовления сырьевого шлама из глины и глинистого шлама.

Если карьер предназначен только для добычи глины для производства цемента, то тогда целесообразно использовать роторный экскаватор типа ЭР-1250 17/1,5 производительностью 1250 кубометров, вместимостью ковшей 400 л. Масса экскаватора 690 т.

Кроме того на ряде карьеров применяют бестранспортную систему разработки мела и глины, включающую выемку и перемещение породы в отвал.

Если глина добывается отдельно от мела или другой кальцийсодержащей породы, то ее грузят в автосамосвалы и доставляют к устройствам для приготовления глиняного шлама глиноболтушкам.

Сырьевые минеральные материалы для производства цемента добывают открытым способом одноковшовыми экскаваторами. В случае совместного залегания проводят раздельную выемку, используя роторные экскаваторы.

Дробление и тонкое измельчение сырьевых материалов

Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения материала. Степень измельчения материала определяют отношением поперечного размера частиц материала, поступающего в дробилку к максимальному поперечному размеру раздробленных в дробилке кусков. Крупность измельчения оценивают по количественному составу фракций гранулометрическому составу.

Гранулометрический состав материала до помола определяют путем рассева пробы материала на металлических ситах с размерами ячеек 10, 7, 5, 3, 2, 1 и 0,5 мм. Контроль тонкости помола проводят с помощь наборов сит с размером ячеек 0,2 и 0,08 мм.

Дробление сырьевых материалов, содержащих неразмучивающиеся породы известняк, опока, трепел, проводт до получения кусков размером не крупнее 50 мм. Мягкие пластичные материалы мел глина дробят до кусков большего размера (около 200 мм) [3−5].

Дробление сырьевых материалов и тонкое измельчение

Основными факторами, определяющими выбор схемы измельчения сырья, являются физические свойства сырья и размеры кусков сырья, поступающего из карьера. Сам процесс измельчения характеризуется степенью измельчения [5, 7].

Известняковые материалы дробят в специальных дробильных установках. Причем схема дробления определяется твердостью сырья. При наличии в сырье порядка 20% твердых трудноразмалываемых включений первую стадию измельчения сырья проводят в стержневых трубных мельницах. В стержневых мельницах в качестве мелющих тел используют стержни, а не шары.

Кальциевое сырье и мел относятся обычно к мягкому сырью и его дробят в одну стадию, затем и мел и глину измельчают в болтушках или в мельницах типа «Гидрофол» и в трубных мельницах. В последнее время для измельчения сырья для производства цемента довольно широко используют роликовые и валковые мельницы. Это оборудование позволяет производить одновременно процесс помола и сушки. Кроме того валковые мельницы потребляют значительно меньше мощности, чем шаровые мельницы. Еще одним преимуществом валковых мельниц является отсутствие специально изготавливаемых мелющих тел, а степень износа роликов и футеровки составляет всего лишь 60% от стоимости мелющих тел.

Валковые дробилки можно рекомендовать для помола прочных пород и пород средней прочности, а также мягких и вязких материалов типа глины и мела. Измельчение происходит за счет раздавливания и истирания материала между двумя цилиндрическими валками, вращающимися навстречу друг другу. Степень измельчения невелика.

Принципиальные схемы разного рода дробилок приведены на рис. 1.

На рис. 2 и 3 приведены некоторые дробилки, выпускаемые российскими предприятиями и рекомендованные для дробления и тонкого измельчения сырьевых материалов. На рис. 4 приведена принципиальная схема новой разработки зубчато-валкового измельчителя.

Рис. 1 а барабанные; б роликовые; в кольцевые; г бегуны; д молотковые; е пальцевые; ж вибрационные; з струйные.