Отделение приготовления сырьевой смеси для производства портландцемента по мокрому способу

ЗАДАНИЕ

портландцемент клинкер сырьевой Характеристика объекта: производительность 600 000 т/год.

Основные цели и задачи разработки:

Цель курсового проекта разработать проект отделения приготовления сырьевой смеси для производства портландцементного клинкера. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи.

Изучить и проанализировать техническую литературу по заданной теме.

На основе изученной технической литературы описать область применения портландцемента и физические основы приготовления сырьевой смеси для его производства.

Разработать принципиальную и технологическую схемы приготовления сырьевой смеси.

Сделать расчет материального баланса производства.

Подобрать основное и вспомогательное технологическое оборудование, рассчитать необходимое количество.

1.ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Область применения и условия службы портландцемента

Портландцемент относится к группе гидравлических вяжущих веществ, которые после затворения водой способны твердеть как на воздухе, так и в воде. После предварительного твердения на воздухе они продолжают твердеть в воде, длительно сохраняя и наращивая свою прочность.

Портландцемент широко используется в строительстве, изготовлении асбоцементных изделий, нефтегазовой промышленности и других областях промышленности. Цемент, а так же бетоны и растворы, изготовленные на его основе должны отвечать специфическим требованиям для каждой конкретной области применения, требования эти не только различны, но иногда и взаимоисключающие. По этой причине цементные заводы выпускают несколько разновидностей портландцемента.

Шлакопортландцемент получают тонким измельчением портландцементного клинкера (79 — 20%), природного гипса (до 5%) и доменного гранулированного шлака (21.-.80%). Доменные шлаки — массовые побочные продукты при выплавке чугуна; их химический состав близок составу клинкера; Самостоятельно шлаки не твердеют, но в присутствии портландцемента и гипса они проявляют вяжущие свойства. По сравнению с портландцементом шлакопортландцемент более стоек в мягких и минерализованных водах, более жаростоек, интенсивно твердеет при тепловой и влажностной обработке, но медленно схватывается и твердеет при пониженных температурах, менее морозостоек.

Шлакопортландцемент экономически выгоднее портландцемента.

Шлакопортландцемент применяют для бетонных и железобетонных надземных, подземных и подводных конструкций, для сборных конструкций с использованием тепло-влажностной обработки, для приготовления кладочных и штукатурных растворов.

Недопустимо применять цемент для бетона и раствора, от которых требуется повышенная морозостойкость, для работ при пониженных температурах без искусственного обогрева, а также в сухую и жаркую погоду без соблюдения влажностного режима твердения.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обычного более интенсивным набором прочности в первые 3 суток должен иметь через 3 суток твердения в нормальных условиях предел прочности при сжатии не менее 24,5 МПа. В дальнейшем рост прочности замедляется, и к 28 суткам прочность БТЦ такая же, как обычного портландцемента М400 и 500.

Быстрое твердение БТЦ достигается повышенным содержанием в клинкере активных минералов (содержание C3S+C3A составляет 60…65%) и более тонкого помола цемента (удельная поверхность 3500…4000 см2/г).

Тампонажный цемент применяется в газонефтедобыче для тампонирования скважин с целью их изоляции от напорных и безнапорных грунтовых вод. Из-за специфики технологии тампонирования цемент тампонажный должен иметь четко фиксированное время начала схватывания, хорошую подвижность и набор высокой прочности за время не более двух суток.

При изоляции газовых и нефтяных скважин тампонажный цемент затворяют 50% по весу содержанием воды и закачивают в ствол скважин при помощи насосов, регулируя время схватывания повышением/снижением процентного состава клинкера и введением специальных присадок (соли лигносульфоновых кислот или борную кислоту, реже казеин). Портландцемент тампонажный работает с сохранением прочностных свойств при температурах от 15 до 50 °C и часто его используют для гидроизоляции подземных сооружений высотных домов и строений.

Глиноземистый цемент (ГЛЦ) — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания или сплавления сырьевой смеси, богатой глиноземом. В качестве сырьевых материалов для получения глиноземистого цемента используют известняк или известь и породы с высоким содержанием глинозема Al₂O₃, например бокситы. Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется большим содержанием низкоосновных алюминатов кальция, главным из которых является однокальциевый алюминат CaOЧAl₂O₃ .

Применение глиноземистого цемента ограничено его высокой стоимостью. Его используют при срочных ремонтных и аварийных работах, производстве работ в зимних условиях, для бетонных и железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию сильно минерализованных вод, получения жаростойких бетонов, а также изготовления расширяющихся и безусадочных цементов.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) представляет собой быстросхватывающее и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало процесса — ранее 4 мин., конец не позднее 10 мин. с момента затворения.

ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбных соединений создания гидроизоляционных покрытий, заделки стыков и трещин в железобетонных конструкциях и т. д.

Курсовым проектом предлагается разработать отделение приготовления сырьевой смеси таким образом, чтобы имелась возможность готовить шлам различного состава для производства нескольких марок портландцемента. При этом переход с приготовления шлама одного состава на приготовления шлама другого состава происходил без длительной переналадки и остановки оборудования.

1.2 Показатели качества сырьевой смеси

Качество сырьевой смеси оценивается по следующим показателям:

Расчетный минералогический состав

Важнейшими минералами клинкера являются:

— трехкальциевый силикат (алит) — 3СаОЧSiO₂ (C3S)

— двухкальциевый силикат (белит) — 2СаОЧSiO₂ (C2S)

— трехкальциевый алюминат — 3СаОЧAl₂O₃ (C3A)

— четырехкальциевый алюмоферрит — 4СаОЧAl₂O₃ЧFe₂O₃ (C4AF)

Минералогический состав клинкера указан в таблице 1

Таблица 1 — Минералогический состав клинкера

Минералогический состав положен в основу подразделения портландцемента на следующие виды:

— высокоалитовый цемент, содержание в котором алита более 60%

— алитовый цемент, содержание алита 50% - 60%

— белитовый цемент, содержание белита более 35%

— низкоалюминатный цемент, содержание C3A менее 5%

— алюминатный цемент, содержание C3A 5% - 10%

— высокоалюминатный цемент, содержание C3A более 10%

— алюмоферритный цемент, содержание C4AF более 15%

Коэффициент насыщения и модули Соотношение между минералами выражается модулями и коэффициентом насыщения.

Силикатный (кремнеземный) модуль «n» показывает соотношение двуокиси кремния (SiO₂) к окислам алюминия (Al₂O₃) и железа (Fe₂O₃):

n = (1)

для обыкновенных портландцементов величина силикатного модуля находится в пределах от 1,7 до 3,5.Высокий силикатный модуль показывает, что в портландцемент относительно много минералов-силикатов (C3S; C2S) и мало минералов-плавней (C3A; C4AF)

Глиноземный (алюминатный) модуль «p» показывает отношение Al₂O₃ к содержанию Fe₂O₃:

р = (2)

Величина глиноземного модуля для обыкновенных портландцементов находится в пределах от 1 до 2,5. При высоком глиноземном модуле портландцемент отличается повышенным содержанием C3A, но в нем относительно мало C4AF.

Коэффициент насыщения (КН) является наиболее важной характеристикой портландцементного клинкера. Коэффициент насыщения выражается следующей формулой:

КН = (3)

где

СаО_общ — общее количество в клинкере СаО_св. — количество свободной, не связанной

SiO_{2 общ} — общее количество SiO₂ в клинкере

SiO_{2 св}.- количество свободной, не связанной SiO₂

Знание минералогического состава, а также модулей и коэффициента насыщения позволяет с достаточной степенью точности предположить некоторые качества портландцемента — скорость нарастания его прочности, влияние условий твердения на прочность, водостойкость и др. Исходя из знания свойств отдельных минералов и условий, в которых будет служить бетон, можно подбирать портландцемент соответствующего минералогического состава.

Влажность шлама Для оптимального процесса обжига портландцементного клинкера влажность шлама должна составлять 34% - 38%. Повышение влажности шлама ведет к перерасходу топлива, так как на подогрев и испарение влаги используется до 40% от общего потребления топлива. Пониженная влажность шлама затрудняет процесс обжига, процесс перемешивания и гомогенизации сырьевой смеси, что в свою очередь ведет перерасходу электроэнергии.

Тонкость помола сырьевых компонентов Для нормального протекания химических реакций во время обжига портландцементного клинкера сырьевые компоненты должны измельчатся до определенной величины. Необходимая тонкость помола сырьевых компонентов указана в таблице 2.

Таблица 2 — Тонкость помола сырьевых компонентов

Излишне тонкий помол ведет к перерасходу электроэнергии, повышенному износу оборудования, а также увеличению времени помола. Грубый помол сырьевых компонентов затрудняет процесс обжига и увеличивает расход топлива.

1.3 Физические основы приготовления сырьевой смеси

Основная задача комплекса клинкерного производства — это получение из сырьевых материалов клинкера заданного минералогического состава. Для этого необходимо, чтобы окислы сырьевых материалов — глины и известняка — наиболее полно прореагировали между собой и образовали клинкерные минералы. Качество и скорость этого процесса зависят от степени измельчения (дисперсности) исходных веществ в сырьевой смеси и ее однородности (гомогенности). Измельчают и перемешивают тонкоизмельченные материалы или в присутствии воды, или в сухом виде. В зависимости от этого различают два основных способа производства портландцемента — мокрый и сухой. При мокром способе подготовка и смешивание сырьевых материалов осуществляются в присутствии воды, а при сухом материалы измельчают и смешивают в сухом виде.

Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В присутствии воды облегчается измельчение материалов и проще достигается однородность смеси. Но расход тепла на обжиг сырьевой смеси при мокром способе на 30 — 40% больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастает необходимая емкость печи при обжиге «мокрой» сырьевой смеси, так как значительная часть ее выполняет функции испарителя воды.

Выбор одного из рассмотренных способов производства портландцемента определяется рядом факторов технологического и технико-экономического характера. Этими факторами являются качественная характеристика сырья, назначение портландцемента и мощность завода.

При высокой природной влажности сырья оказывается целесообразным мокрый способ. Если же в этом случае применить сухой способ, все равно потребуется испарять значительное количество воды. Мокрый способ оказывается более выгодным и при использовании двух мягких компонентов (глины и мела). Измельчение их легко достигается разбалтыванием в воде, тогда как твердые компоненты (известняк, глинистый мергель) могут быть измельчены только в мельницах, потребляющих много электроэнергии.

Недостаток топлива в районе строительства цементного завода определяет применение сухого способа. Примером может служить Швеция, имеющая ничтожные запасы собственного топлива. По этим причинам вся цементная промышленность работает по сухому способу, как требующему меньше топлива.

Необходимость измельчения сырьевых материалов до весьма тонкого состояния определяется условиями образования однородного по составу клинкера из двух или нескольких сырьевых материалов. Химическое взаимодействие материалов при обжиге происходит вначале в твердом состоянии (в твердых фазах).

Это такой вид химической реакции, когда новое вещество образуется в результате обмена атомами и молекулами двух соприкасающихся между собой веществ. Возможность такого обмена появляется при высокой температуре, когда атомы и молекулы начинают совершать свои колебания с большой силой. Образование при этом новых веществ происходит на поверхности соприкасающихся между собой зерен исходных материалов. Следовательно, чем больше будет поверхность этих зерен и чем меньше сечение зерна, тем полнее произойдет реакция образования новых веществ.

При мокром способе производства помол сырьевых материалов происходит в присутствии воды, что значительно снижает расход электроэнергии так, как вода является интенсификатором помола. С точки зрения физики это объясняется тем, что вода обладает хорошей смачивающей способностью и легко проникает в микротрещины на поверхности частиц измельчаемого материала. Однако внутри микротрещин вода за счет сил поверхностного натяжения стремится принять шарообразную форму, оказывает давление на стенки микротрещины и раскалывает частицы материала на более мелкие.

1.4 Принципиальная технологическая схема производства

Для производства портландцемента применяют твердые и мягкие горные породы, при этом как к первым, так и ко вторым могут относиться глинистые и известковые компоненты сырьевой смеси. К мягким глинистым компонентам относится глина, лёсс, а к твердым — глинистый мергель, глинистый сланец. Среди мягких известковых компонентов применяют мел, а среди твердых — известняк.

Мягкие компоненты успешно измельчают в болтушках, твердые же компоненты могут быть измельчены только в мельницах. Поэтому технологическую схему измельчения сырьевых материалов при мокром способе выбирают в зависимости от их физико-механических свойств. Существует три варианта технологических схем:

— два мягких материала — глина и мел измельчаются в болтушках;

— два твердых материала — глинистый мергель и известняк измельчаются в мельницах;

— один материал мягкий — глина измельчается в болтушках, другой твердый — известняк измельчается в мельнице.

Сырьевые минералы поступают в виде кусков размером до нескольких десятков сантиметров. Существующая техника помола не позволяет получать из кусков такого размера достаточно измельченный материал за одну технологическую операцию. Курсовым проектом предлагается там, где это необходимо дробление и помол осуществлять в несколько стадий.

Дробление в замкнутом цикле с грохочением материала позволяет значительно повысить производительность помольных установок, улучшить качество получаемого продукта, снизить удельный расход электроэнергии. Несмотря на некоторые преимущества замкнутого цикла мокрого помола сырьевой смеси, сырьевые цеха крупных цементных заводов преимущественно оборудуются помольными агрегатами для открытого цикла работы, так как он является более надежным при переработке больших масс сырьевых материалов.

Дробление сухих твердых материалов сопровождается большим пылением. Для создания нормальных санитарно — гигиенических условий обслуживающему персоналу в дробильной установке предусматривается интенсивная вентиляция помещения и аспирация — местный отсос запыленного воздуха на отдельных участках технологического потока: от дробилок, узлов передачи материала с одного механизма на другой. Перед удалением в атмосферу аспирационный воздух очищают от пыли в фильтрах. Пыль, отделенная от воздуха возвращается в технологический процесс через систему пылевозврата.

Учитывая вышеперечисленные факторы, курсовым проектом предлагается организовать работу отделения приготовления сырьевой смеси по технологической схеме, изображенной на рисунке 1.

Рисунок 1 — Принципиальная технологическая схема производства

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Подбор сырья и добавок для производства, их характеристики

Сырьевые смеси для изготовления клинкера в зависимости от числа входящих в их состав материалов (компонентов) подразделяются на следующие: двухкомпонентные, трехкомпонентные, четырехкомпонентные.

Двухкомпонентная смесь составляется из двух исходных материалов: известняка, карбонатной горной породы, и глины.

Трехкомпонентная сырьевая смесь включает три вида сырьевых материалов: известняк, глину и корректирующую добавку. В качестве последней применяют вещества с высоким содержанием одного из окислов, которого оказывается недостаточным при использовании только двух основных компонентов (известняка и глины). Если недостает кремнезема, то применяют трепел, песок и другие вещества с высоким содержанием SiO₂; при недостатке глинозема (AI₂O₃) применяют бокситы или глину с высоким содержанием AI₂O₃ и другие высокоглиноземистые вещества, например алюминиевые шлаки; недостаток окиси железа компенсируется добавкой железной руды, колчеданных огарков, колошниковой пыли.

Четырехкомпонентная смесь состоит из двух основных сырьевых материалов и двух видов корректирующих добавок. Такую смесь применяют при недостаточном количестве в сырье одновременно двух окислов, например кремнезема и окисла железа. В этом случае шихта составляется из четырех компонентов: например известняка, глины, трепела и руды.

Таким образом, независимо от компонентности смеси основными составляющими ее являются карбонатные горные породы и глинистые породы с высоким содержанием кремнезема, а также содержащие глинозем и окислы железа.

В отдельных случаях, когда имеется возможность, два основных компонента известковый и глинистый, заменяют одним — мергелем, представляющим природную смесь глинистых веществ и углекислого кальция. Мергель, состоящий из 75−80% кальцита и 15−20% глинистого вещества, называют натуралом. Мергель-натурал при благоприятных величинах силикатного и глиноземного модулей представляет собой готовую сырьевую смесь для производства цемента, однако разведанные запасы мергеля — натурала на Урале немногочисленны и возможность их использования в промышленных масштабах с течением времени неуклонно снижается. В то же время в Уральском регионе находятся богатейшие месторождения известняка, которые часто сопровождаются залежами глин, аргиллита, трепелов.

Курсовым проектом предлагается рассмотреть возможность использования сырьевых материалов следующих месторождений:

Новокальинское месторождение — находится вблизи города Североуральска изначально разрабатывалось как месторождение бокситов, но при геологоразведке были обнаружены залежи мергеля — натурала, одни из крупнейших на сегодняшний день в Свердловской области. При выборе этого месторождения следует учитывать возможность использования бокситов, как ценного глиноземсодержащего сырья.

Кунарское месторождение известняка — находится вблизи города Сухой Лог. В окрестностях Сухого Лога расположены карьеры аргиллита, трепелов и опок. При выборе этого месторождения следует учитывать его близкое местоположение к Новосухоложскому цементному заводу, а значит незначительные транспортные расходы на доставку сырьевых материалов.

Характеристики рассмотренных сырьевых материалов указаны в таблице 3.

Таблица 3 — Характеристики сырьевых материалов

Рассмотрим достоинства и недостатки горных пород с каждого из месторождений.

Мергель.

Достоинства: соотношение кальцита и глинистого компонента позволяет использовать мергель с минимумом корректирующих добавок, использование мергеля позволит упростить технологическую схему, так как не будет необходимости в двух раздельных линий измельчения известняка и глины.

Недостатки: ограниченные запасы мергеля натурала, высокое содержание MgO снижает качество портландцемента, низкое содержание Fe₂O₃ не позволит готовить сырьевую смесь для производства алюмоферритного портландцемента, удаленность месторождения от производства увеличивает транспортные расходы.

Боксит.

Достоинства: высокое содержание Al₂O₃ и SiO₂, высокое содержание Fe₂O₃ позволяет готовить сырьевую смесь для производства алюмоферритного портландцемента.

Недостатки: высокая стоимость, так как боксит используется для производства алюминия, удаленность месторождения от производства увеличивает транспортные расходы.

Известняк.

Достоинства: высокое содержание СаСО₃, практически неисчерпаемые запасы, близкое местоположение карьера к производству снижает транспортные расходы.

Недостатки: низкое содержание Fe₂O₃ не позволит готовить сырьевую смесь для производства алюмоферритного портландцемента.

Аргиллит.

Достоинства: высокое содержание Al₂O₃ и SiO₂, большие запасы, близкое местоположение карьера к производству снижает транспортные расходы.

Недостатки: низкое содержание Fe₂O₃ не позволит готовить сырьевую смесь для производства алюмоферритного портландцемента.

Трепел:

Достоинства: высокое содержание SiO₂, большие запасы, близкое местоположение карьера к производству снижает транспортные расходы.

Недостатки: низкое содержание Fe₂O₃ не позволит готовить сырьевую смесь для производства алюмоферритного портландцемента.

На основе анализа достоинств и недостатков курсовым проектом предлагается для приготовления сырьевой смеси использовать горные породы Кунарского месторождения — известняк, аргиллит и при необходимости трепел. Однако низкое содержание Fe₂O₃ в этих породах вынуждает использовать железосодержащий компонент сырьевой смеси. По экономическим соображениям курсовым проектом предлагается в качестве железосодержащего компонента сырьевой смеси использовать техногенное сырье — пиритные огарки или колошниковую пыль.

Пиритные огарки — отходы, образующиеся при переработке железного колчедана (FeS₂, пирита) в серную кислоту, содержание Fe₂O₃ 70% - 75%.

Колошниковая пыль — пыль, выносимая через колошник доменной печи доменным газом, содержание Fe₂O₃ 50% - 55%.

Таким образом, сырьевая смесь для производства портландцемента будет трехкомпонентной, так как будет приготовляться из известняка, аргиллита и железосодержащего компонента. При проектировании отделения приготовления сырьевой смеси следует учитывать различные физические свойства компонентов (прочность, природная влажность и т. д.) и предварительное измельчение производить на отдельных технологических линиях.

2.2 Описание работы отделения с подбором технологических параметров производства и их обоснование

На основе анализа физико-химических свойств сырьевых материалов проведенным в подразделах 1.3 «Физические основы приготовления сырьевой смеси» и 2.1 «Подбор сырья и добавок для производства, их характеристики», курсовым проектом предлагается:

— производство портландцемента вести по мокрому способу, исходя из этого, и проектировать отделение по приготовлению сырьевой смеси

— в качестве карбонатного компонента использовать известняк

— в качестве силикатного компонента использовать аргиллит или трепел

— в качестве железосодержащего компонента использовать пиритные огарки или колошниковую пыль

— предварительное измельчение карбонатного и силикатного компонентов вести на разных технологических линиях

— предварительное измельчение железосодержащего компонента не проводить, так как колошниковая пыль и пиритные огарки представляют собой продукт с достаточно мелкой фракцией

— окончательный помол всех компонентов для лучшей гомогенизации сырьевой смеси проводить совместно

Предварительное дробление известняка

В отделение по приготовлению сырьевой смеси известняк доставляется в виде кусков породы размеры, которых могут достигать более 1 метра. Влажность известняка — 2%. Куски породы такого размера и твердости невозможно измельчить за одну технологическую операцию до фракции 25 мм, требующуюся для помола. Предварительное измельчение известняка будет осуществляться в две стадии.

При дроблении первой стадии используются дробилки со степенью измельчения 30 — 40, таким образом, после дробления первой стадии размер фракции на выходе будет 300 мм. При дроблении второй стадии используются дробилки со степенью измельчения 12 — 15, после дробления второй стадии размер фракции на выходе будет 25 мм. Измельченный известняк отправляется на временное хранение.

Предварительное измельчение аргиллита и трепела

В отделение по приготовлению сырьевой смеси аргиллит доставляется в виде кусков породы размерами до 200 мм. Влажность аргиллита — 20%, влажность трепела — 40%. Горные породы средней и малой твердости, такие как аргиллит и трепел с размером кусков до 200 мм, возможно, измельчать за одну технологическую операцию. Учитывая высокую первоначальную влажность и мокрый способ производства портландцемента, рекомендуется использовать мельницы мокрого самоизмельчения. В результате одностадийного измельчения получают крупнофракционный шлам, характеристики которого указаны в таблице 4.

Таблица 4 — Характеристики крупнофракционного шлама.

Крупнофракционный шлам перекачивают шламнасосами в шламовый бассейн для временного хранения и гомогенизации.

Дозирование и совместный помол сырьевых компонентов

Дозирование сырьевых компонентов — это одна из наиболее ответственных технологических операций от нее зависит не только устойчивая работа помольных аппаратов, но и качество сырьевой смеси.

Сырьевые материалы — известковый и глинистый компонент, а также корректирующие добавки измельчаются в мельнице совместно. Сырьевая смесь должна иметь определенный химический состав для получения клинкера требуемого качества. Это достигается только в том случае, когда материалы поступают в мельницу в строго определенном соотношении. Таким образом, операция питания мельниц должна сочетать в себе равномерную подачу в мельницу сырьевых материалов с точной дозировкой компонентов.

Процесс тонкого измельчения (помол) увеличивает поверхность взаимодействия материалов и их реакционную способность. Чем тоньше измельчены сырьевые материалы, тем скорее происходят физико-химические процессы в зонах контакта взаимодействующих частиц. Для тонкого измельчения материалов применяют различные типы мельниц: шаровые, трубные, валковые и роликовые (кольцевые), а также мельницы самоизмельчения. В отечественной цементной промышленности измельчение твердых сырьевых материалов для сырьевой смеси осуществляют, в основном, в трубных мельницах. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды до образования водной суспензии — шлама с влажностью от 36 до 50%, в зависимости от физико-химических характеристик используемых материалов.

В схеме по открытому циклу весь размалываемый материал при прохождении через мельницу измельчается до заданной тонкости и выходит в виде готового продукта. Применение открытого цикла помола требует длительного пребывания материала в мельнице (для достижения необходимой тонкости), поэтому такой помол осуществляется в длинных трубных мельницах. В практике работы отечественной цементной промышленности наиболее распространенной схемой мокрого помола сырьевой смеси является схема открытого цикла. Для мокрого помола по открытому циклу известняков высокой и средней твердости применяются трубные мельницы с соотношением диаметра к длине от 1:4,7 до 1:6.

После совместного помола сырьевых компонентов получают различные типы сырьевой смеси или шлама:

— алюминатный — шлам с высоким содержанием Al₂O₃

— кремнеземистый — шлам с высоким содержанием SiO₂

— железистый — шлам с высоким содержанием Fe₂O₃

— высокий — шлам с высоким содержанием CaO

На следующем окончательном этапе приготовления сырьевой смеси эти типы шлама дозируют и смешивают в различных соотношениях и получают сырьевую смесь с нужными характеристиками — рабочий шлам.

Приготовление рабочего шлама

Курсовым проектом предлагается использовать порционный способ приготовления сырьевой смеси по причине простоты технологической схемы, возможности переработки неоднородных по составу сырьевых материалов и снижению требований к точности дозирования сырьевых компонентов.

Сущность порционного приготовления и корректирования химического состава сырьевой смеси заключается в том, что последняя готовится относительно небольшими порциями (порядка300 — 800 м³), а затем перекачивается в большие емкости, которые служат для создания запаса готовой сырьевой смеси на заводе и обеспечения ею вращающихся печей. Сам процесс порционного корректирования состоит из ряда последовательных операций:

1 Заполнения корректировочных емкостей сырьевой смесью, поступающей из мельниц.

2 Перемешивания и гомогенизации сырьевой смеси.

3 Отбора проб и их анализа (включая доставку проб и подготовку их к анализу).

4 Расчета необходимых количеств корректирующих смесей для доведения химических характеристик сырьевой смеси до их заданных значений (по результатам анализа).

5 Перекачки необходимых порций корректирующих смесей.

6 Перемешивания и гомогенизации сырьевой смеси после добавления расчетных количеств корректирующих смесей.

7 Отбора проб и анализа для проверки правильности корректирования.

8 Перепуска откорректированной сырьевой смеси в емкость, из которой осуществляется питание печей.

Порционный способ приготовления сырьевой смеси позволяет готовить различные типы рабочего шлама без длительной переналадки простоев оборудования.

Характеристики одного из типов рабочего шлама указаны в таблице 5.

Таблица 5 — Характеристики готовой сырьевой смеси

2.3 Выбор основного технологического, транспортного и грузоподъемного оборудования

В отделение по приготовлению сырьевой смеси известняк доставляется в виде кусков породы размеры, которых могут достигать более 1 метра. Куски породы такого размера и твердости невозможно измельчить за одну технологическую операцию до фракции 25 мм, требующуюся для помола. Предварительное измельчение известняка будет осуществляться в две стадии.

При дроблении первой стадии используются дробилки со степенью измельчения 30 — 40, таким образом, после дробления первой стадии размер фракции на выходе будет 300 мм. При дроблении второй стадии используются дробилки со степенью измельчения 12 — 15, после дробления второй стадии размер фракции на выходе будет 25 мм.

Для дробления известняка на цементных заводах используют щековые или молотковые дробилки. Рассмотрим несколько типов дробилок характеристики, которых указаны в таблице 6.

Таблица 6 — Виды дробилок и их характеристики

Курсовым проектом предлагается:

— для дробления известняка первой стадии использовать дробилку СМД-16Д

— для дробления известняка второй стадии использовать дробилку СМД-85А

— для транспортировки дробленого известняка на склад сырьевых материалов использовать ленточный конвейер

— для обеспыливания дробления известняка использовать рукавный фильтр ФВК-90, характеристики которого указаны в таблице 7.

Таблица 7 — Характеристики рукавного фильтра

В отделение по приготовлению сырьевой смеси аргиллит и трепел доставляются в виде кусков породы размерами до 200 мм. Влажность аргиллита — 20%, влажность трепела — 40%. Горные породы средней и малой твердости, такие как аргиллит и трепел с размером кусков до 200 мм, возможно, измельчать за одну технологическую операцию.

Аргиллит и трепел в отличие от известняка не обладают высокой твердостью, для их измельчения на цементных заводах используют валковые дробилки, глиноболтушки, мельницы самоизмельчения «Гидрофол» и «Аэрофол», характеристики некоторых из них указаны в таблице 8.

Таблица 8 — Характеристики оборудования для измельчения глинистого компонента сырьевой смеси

Курсовым проектом предлагается:

— для измельчения глинистого компонента сырьевой смеси использовать глиноболтушку «Волгоцеммаш»

— для хранения и гомогенизации крупнофракционного шлама использовать горизонтальный бассейн с комбинированным перемешиванием крановой мешалкой и сжатым воздухом

— для транспортирования крупнофракционного шлама использовать шламовые насосы 6ФШ-7А характеристики, которых указаны в таблице 9.

Таблица 9 — Характеристики насоса 6ФШ-7А

В цементной промышленности совместный помол сырьевых материалов производится в шаровых трубных мельницах, рассмотрим характеристики некоторых из них в таблице 10.

Таблица 10 — Характеристики шаровых трубных мельниц

Курсовым проектом предлагается:

— для совместного помола сырьевых материалов использовать шаровую трубную мельницу «Волгоцеммаш»

— питание мельницы осуществлять при помощи дискового питателя ДТ-25

— дозирование сырьевых материалов осуществлять при помощи весового дозатора DEM 1020 T9 (Германия)

— хранение и гомогенизацию различных типов шлама (алюминатный, кремнеземистый, железистый, высокий) производить в вертикальных шламовых бассейнах

— приготовление, хранение и гомогенизацию рабочего шлама производить в горизонтальных шламовых бассейнах

— транспортирование рабочего шлама на шлампитатель вращающейся печи производить шламнасосами 6ФШ-7А

2.4 Подробная технологическая схема производства

Курсовым проектом предлагается вести производство сырьевой смеси с использование выбранного оборудования по технологической схеме, представленной на рисунке 2.

Рисунок 2 — Подробная технологическая схема производства

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет материального баланса производства

Исходные данные

Производительность 600 000 т/год Состав цемента:

Клинкер 89,0%

Гипс 3,0%

Трепел 8,0%

Потери при транспортировке всех компонентов 0,5%

Потери при помоле с пылью 2,0%

Потери цемента при упаковке 3,0%

Влажность известняка 2,0%

Влажность аргиллита 20,0%

Влажность пиритных огарков 17,2%

Влажность гипса 7,0%

Влажность трепела 40,0%

ППП известняка 38,6%

ППП глины 6,39%

ППП огарков 4,15%

Состав портландцементной смеси:

Известняк 72,0%

Аргиллит 26,0%

Огарки 2,0%

Возврат пыли в производство 93,0%

Расчет

1 Влажность сырьевой смеси без технологической воды:

W _{с. с.} = W_изв. Ч % _изв. + W _ар.Ч % _ар. + W _ог.Ч % _ог.; % (1)

где

W_изв — влажность известняка

% _изв — содержание известняка

W _ар — влажность аргиллита

% _ар. — содержание аргиллита

W _ог — влажность огарков

% _ог — содержание огарков

W_c.c.= 2 Ч 0,72 + 20 Ч 0,26 + 17,2 Ч 0,02 =6,984%

2 Потери при прокаливании компонентов сырьевой смеси:

ППП_к.с.с= ППП_извЧ % изв. + ППП _арЧ % _ар + ППП _огЧ %_ог; % (2)

ППП _к.с.с= 38,6 Ч 0,72 + 6,39 Ч 0, 26 + 4,15 Ч 0,02 = 29,536%

3 Выходит цемента с учетом потерь при упаковке:

(600 000 Ч 100)/(100 — 3) = 618 556,7 т/год (3)

4 Потери при упаковке:

618 556,7−600 000=18556,7 т/год (4)

5 Выходит цемента с учетом потерь при транспортировке:

= 621 665 т/год (5)

6 Потери при транспортировке:

621 665 — 618 556,7 = 3108,3 т/год (6)

7 Выходит цемента с учетом потерь с пылью при помоле:

(621 665Ч100)/(100 — 2) = 634 352 т/год (7)

8 Потери с пылью:

634 352 — 621 665 = 12 687 т/год (8)

9 Выход клинкера в составе цемента по абсолютно — сухому весу

634 352 Ч 89/100 = 564 573,28 т/год (9)

10 Выход гипса в составе цемента по абсолютно сухому весу:

634 352 Ч 3/100 = 19 030,56 т/год (10)

11 Выход трепела в составе цемента по абсолютно сухому весу:

634 352Ч8/100=50 748,16 т/год (11)

12 Поступает в печь сырьевой смеси с учетом ППП по абсолютно сухому весу:

(564 573,28 Ч 100)/(100 — 29,536) = 801 222,3 т/год (12)

13 Поступает в' печь сырьевой смеси с учетом ее влажности:

(801 222,3Ч100)/(100 — 35) = 1 232 649,7 т/год (13)

14 Потребуется воды для приготовления сырьевой смеси:

1 232 649,7 Ч (35 — 6,984)/(100 — 6,984) = 371 268,55 т/год (14)

15 Потребуется воды с запасом:

371 268,55 Ч 1,1 = 408 395,41 т/год (15)

16 Потери воды:

408 395,41 — 371 268,55 = 37 126,86 т/год (16)

17 Поступает в печь сырьевой смеси по воздушно-сухому весу:

(801 222,3Ч100)/(100 — 6,984) = 861 381,16 т/год (17)

18 Потребуется известняка:

861 381,16 Ч 72/100 = 620 194,44т/год (18)

19 Потребуется аргиллита:

861 381,16 Ч 26/100 = 223 959,1 т/год (19)

20 Потребуется огарков:

861 381,16 Ч 2/100 = 17 227,62 т/год (20)

21 Потребуется известняка с учетом потерь при транспортировке:

(620 194,44 Ч 100)/(100 — 0,5) = 623 310,99 т/год (21)

22 Потери известняка при транспортировке:

623 310,99 — 620 194,44 = 3116,55 т/год (22)

23 Потребуется аргиллита с учетом потерь при транспортировке:

(223 959,1 Ч 100)/(100 — 0,5) = 225 084,52 т/год (23)

24 Потери аргиллита при транспортировке:

225 084,52 — 223 959,1 = 1125,42 т/год (24)

25 Потребуется огарков с учетом потерь при транспортировке:

(17 227,62 Ч 100)(100 — 0,5) = 17 314,19 т/год (25)

26 Потери огарков при транспортировке:

17 314,19 — 17 227,62 = 86,57 т/год (26)

27 Испаряется воды в печи:

1 232 649,7 — 801 222,3 = 431 426,4 т/год (27)

28 Потери при прокаливании в печи:

801 222,3 — 564 573,28 = 236 649,02 т/год (28)

29 Потребуется гипса с учетом его влажности:

(19 030,56Ч100)/(100 — 7) = 20 462,97 т/год (29)

30 Испаряется воды при сушке гипса:

20 462,97 — 19 030,56 = 1432,41 т/год (30)

Потребуется трепела с учетом его влажности:

(50 748,16Ч100)/(100 — 40) = 84 580,27 т/год (31)

31 Испаряется воды при сушке трепела:

84 580,27 — 50 748,16 = 33 832,11 т/год (32)

32 Потребуется гипса с учетом его потерь при транспортировке:

(20 462,97 Ч 100)/(100 — 0,5) = 20 565,8 т/год (33)

33 Потери гипса при транспортировке:

20 565,8 — 20 462,97 = 102,83 т/год (34)

34 Потребуется трепела с учетом его потерь при транспортировке:

(84 580,27 Ч 100)/(100 — 0,5) = 85 005,3 т/год (35)

35 Потери трепела при транспортировке:

85 005,3 — 84 580,27 = 425,03 т/год (36)

Результаты расчетов сведены в таблицу 11 материального баланса.

Таблица 11 — Материальный баланс производства

Невязка:

Ч 100 = 0,14%

3.2 Расчет количества основного технологического оборудования

Для расчета необходимого количества основного технологического оборудования определим часовый расход компонентов сырьевой смеси, пользуясь данными из расчета материального баланса производства:

Расход известняка 623 310,99 т/год

623 310,99: 12: 30: 24 = 72,14 т/час (36)

Расход аргиллита 225 084,52 т/год

225 084,52: 12: 30: 24 = 26,05 т/час (37)

Расход огарков 17 314,19 т/год

17 314,19: 12: 30: 24 = 2 т/час (38)

Общий расход сырьевых компонентов

72,14 + 26,05 + 2 = 100,19 т/час (39)

Расчет необходимого количества оборудования производится по следующей формуле:

(40)

где:

— количество машин, подлежащих установке;

— требуемая часовая производительность;

— часовая производительность машин выбранного типоразмера;

k — нормативный коэффициент использования оборудования во времени (принимается равным 0,8 — 0,9).

Правильность выбора машин контролируется коэффициентом использования

(41)

где:

— часовая пропускная способность технологического потока, т/ч Коэффициент использования машины должен быть в пределах 0,7−0,9.

Количество дробилок СМД-16Д:

= 1,001 = 1шт. (42)

Ш = 72,14/80 = 0,9 (43)

Необходимое количество дробилок СМД-16Д — 1 шт.

Количество дробилок СМД-85А:

= 0,94 = 1шт. (44)

Ш = 72,14/85 = 0,8 (45)

Необходимое количество дробилок СМД-85А — 1 шт.

Количество глиноболтушек «Волгоцеммаш»

= 0,96 = 1шт. (46)

Ш = 26,05/30 = 0,87 (47)

Необходимое количество глиноболтушек «Волгоцеммаш» — 1шт.

Количество шаровых трубных мельниц «Волгоцеммаш»

= 1,06 = 1шт. (48)

Ш = 100,19/105 = 0,95 (49)

Необходимое количество шаровых трубных мельниц «Волгоцеммаш» — 1шт.

3.3 Расчет емкостей для хранения сырья

Расчет производится в соответствии с производительностью отделения и нормами запаса материалов для определения количества емкостей и их размеров.

М = Q Ч Z (50)

где:

М — количество сырья в емкости; т

Q — часовый расход сырья; т/ч

Z — норма запаса сырья; ч

V = Ч 0,8 (51)

где:

V = объем емкости; м³

q = объемный вес сырья; т/м³

0,8 — коэффициент заполнения емкости Силос для хранения дробленого известняка:

72,14 Ч 24 = 1731,36 т (52)

1731,36 / 2 Ч 0,8 = 692,5 м³ (53)

Вертикальный бассейн для хранения крупнофракционного шлама:

Расход крупнофракционного шлама:

= 40,1 т/ч (54)

где:

26,05 — расход аргиллита; т/ч

35 — влажность шлама; %

Вертикальный бассейн для хранения крупнофракционного шлама:

40,1 Ч 24 = 962,5 т (55)

962,5 / 1,5 Ч 1 = 641,67 м³ (56)

Силос для хранения железосодержащего компонента:

2 Ч 24 = 48 т (57)

48 / 2.1 Ч 0.8 = 18,29 м³

Вертикальные бассейны 1 — 4 для хранения неоткорректированного шлама:

40,1 Ч 24 = 962,5 т (58)

962,5 / 1,5 Ч 1 = 641,67 м³ (59)

Горизонтальные бассейны 1 — 2 для хранения и корректирования рабочего шлама:

Расход рабочего шлама:

= 154,14 т/ч (60)

154,14 Ч 72 = 11 098,08 т (61)

11 098,08 / 1,5 Ч 1 = 7398,72 м³ (62)

3.4 Определение количества вспомогательного технологического, транспортного и грузоподъемного оборудования

Расчет необходимого количества оборудования производится по следующей формуле:

(63)

где:

— количество машин, подлежащих установке;

— требуемая часовая производительность;

— часовая производительность машин выбранного типоразмера;

k — нормативный коэффициент использования оборудования во времени (принимается равным 0,8 — 0,9).

Ленточный конвейер для транспортирования дробленого известняка:

= 0,9 (64)

Необходимое количество 1шт.

Дисковый питатель ДТ — 25:

= 0,9 (65)

Необходимое количество 1шт. для дробленого известняка, 1 шт. для железосодержащего компонента.

Дозатор DEM 1020 T9:

= 0,9 (66)

Шлампитатель для крупнофракционного шлама:

= 0,8 (65)

Необходимое количество 1шт.

Шламнасос 6ФШ-7А:

Расход рабочего шлама:

= 154,1 м³/ч (66)

=0,8 (67)

Необходимое количество:

1 шт. для питания шаровой мельницы

4 шт. для перекачивания шлама в вертикальные бассейны 1−4

2 шт. для перекачивания шлама из горизонтальных бассейнов 1−2

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Методические указания для студентов по специальности 240 305 ПТНСМИИ/ «Богдановичский механико-керамический техникум — Богданович; 2006 г.

2 Технологический регламент ОАО «Сухоложскцемент» / ОАО «Сухоложскцемент» — Сухой Лог; 2003 г. стр. 3 — 12

3 Колокольников В. С. Производство цемента / Колокольников В. С. — Москва «Высшая школа» 1967 г. стр. 7 -16; 45 — 52; 210 — 212; 223 — 261

4 Левченко П. В. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности/ Левченко П. В. — Москва «Альянс» 2007 г. Перепечатка с издания 1968 г. стр. 15 — 192

5 Лисиенко В. Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология / Лисиенко В. Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г. — Москва «Теплотехник» 2004 г. справочное издание в 2-х книгах; книга 2; стр. 37 — 44; 218 — 230

6 Мамыкин П. С. Печи и сушила огнеупорных заводов / Мамыкин П. С., Левченко П. В., Стрелов К. К. — Свердловск «Металлургиздат» 1963 г. стр. 27 — 30