Технологическая линия по производству специального клинкера глиноземистого

- наименование и адрес предприятия-изготовителя;

- наименование камня;

- номер партии, дату отправки  и объем партии;

- сорт, размер фракции;

- обозначение настоящего стандарта.

4. При транспортировании и хранении  камень   должен    быть  защищен от загрязнения посторонними  примесями.

 

1.5 Показатели качества продукта

Микроструктура  и качество плавленого клинкера определяются режимом охлаждения. При медленном  охлаждении кристаллы растут в благоприятных  условиях и достигают больших  размеров. Быстро охлажденный клинкер  содержит значительное количество не успевшей закристаллизоваться стекловидной фазы. Характерная для глиноземистых  цементов высокая начальная прочность  проявляется только у цементов, изготовленных  из равномерно закристаллизованных, т. е. медленно охлажденных клинкеров.

 

Содержание оксидов элементов  в цементе должно соответствовать  таблице 1

 

Физико-механические показатели должны соответствовать  таблице 2

 

Методы определения некоторых  показателей качества:

1. Определение нормальной  густоты цементного теста

Аппаратура: прибор Вика с иглой  и пестиком, кольцо к прибору Вика, мешалка для приготовления цементного теста.

Прибор Вика (рис. 2) имеет цилиндрический металлический стержень 1, свободно перемещающийся в обойме станины 2. Для закрепления стержня на требуемой высоте служит стопор-нос устройство 3. Стержень снабжен указателем 4 для отсчета перемещения его относительно шкалы 5, прикрепленной к станине. Шкала имеет цену деления 1 мм.

При определении нормальной густоты  цементного теста в нижнюю часть стержня вставляют металлический цилиндр-пестик 6.

При определении сроков схватывания  пестик заменяют иглой 7.

Прибор Вика

 

1 - цилиндрический металлический стержень; 2 - обойма станины;

3 - стопорное устройство; 4 - указатель; 5 - шкала; 6 - пестик; 7 - игла

Рис. 2

 

    Нормальную густоту цементного  теста характеризуют количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента.

Пробу цемента подготавливают по ГОСТ 310.1.

Для ручного приготовления цементного теста отвешивают 400 г цемента, высыпают в чашу, предварительно протертую влажной тканью. Затем делают в цементе углубление, в которое вливают в один прием воду в количестве, необходимом (ориентировочно) для получения цементного теста нормальной густоты. Углубление засыпают цементом и через 30 с после прилипания воды сначала осторожно перемешивают, а затем энергично растирают тесто лопаткой.

Продолжительность перемешивания  и растирания составляет 5 мин с момента приливания воды. Цементное тесто на механической мешалке готовят в соответствии с прилагаемой к мешалке инструкцией.

После окончания перемешивания  кольцо быстро наполняют в один прием  цементным тестом и 5-6 раз встряхивают его, постукивая пластинку о твердое основание. Поверхность теста выравнивают с краями кольца, срезая избыток теста ножом, протертым влажной тканью. Немедленно после этого приводят пестик прибора в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют стержень стопорным устройством, затем быстро освобождают его и предоставляют пестику свободно погружаться в тесто. Через 30 с с момента освобождения, стержня производят отсчет погружения по шкале.

 

2. Определение сроков  схватывания

Аппаратура: прибор Вика с иглой  и пестиком, кольцо к прибору Вика, мешалка для приготовления цементного теста, автоматический прибор для определения  сроков схватывания.

Иглу погружают в тесто через  каждые 10 мин, передвигая кольцо после  каждого погружения для того, чтобы  игла не попадала в прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают.

Началом схватывания цементного теста  считают время, прошедшее от начала затворения (момента прилипания воды) до того момента, когда игла не доходит  до пластинки  на 2-4 мм. Концом схватывания  цементного теста считают время  от начала затворения до момента, когда  игла опускается в тесто не более  чем на 1-2 мм.

    Сроки схватывания цементного  теста на приборе с автоматической записью определяют в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору.

 

3. Определение равномерности  изменения объёма цемента

Аппаратура: прибор Вика с иглой  и пестиком, кольцо к прибору Вика, мешалка для приготовления цементного теста, автоклав с рабочим давлением  не менее 2,1 МПа, бачок для испытания  кипячением, ванна с гидравлическим затвором.

    Внутри бачка помещают  съемную решетчатую полку для  лепешек, которая находится на  расстоянии не менее 5 см от  дна бачка. Уровень воды в  бачке должен перекрывать лепешки  на 4-6 см в течение всего времени  кипячения. Бачок с водой нагревают на любом нагревательном приборе, обеспечивающем доведение воды в бачке до кипения за 30-45 мин.

Ванны с гидравлическим затвором для  хранения образцов (Рис. 3) изготавливают из стойкого к коррозии материала (оцинкованная сталь). В ваннах устанавливают  решетки для размещения на них образцов. Под решеткой всегда должна быть вода.

Две навески теста массой 75 г  каждая, приготовленные в виде шариков, помещают на стеклянную пластинку, предварительно протертую машинным маслом. Постукивают  ею о твердое основание до образования из шариков лепешек диаметром 7-8 см и толщиной в середине около 1 см. Лепешки заглаживают смоченным водой ножом от наружных краев к центру до образования острых краев и гладкой закругленной поверхности.

Приготовленные по лепешки хранят в течение (24±2) ч с момента изготовления в ванне с гидравлическим затвором, а затем подвергают испытанию кипячением.

Ванна с гидравлическим затвором

 

Рис. 3

 

Затем две цементные лепешки вынимают из ванны, снимают с пластинок и помещают в бачок, с водой на решетку. Воду в бачке доводят до кипения, которое поддерживают в течение 3 ч, после чего лепешки в бачке охлаждают и производят их внешний осмотр немедленно после извлечения из воды.

Цемент соответствует требованиям  стандарта в отношении равномерности изменения объема, если на лицевой стороне лепешек не обнаружено радиальных, доходящих до краев, трещин или сетки мелких трещин, видимых невооруженным глазом или в лупу, а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешек. Образцы лепешек, выдержавших и не выдержавших испытание на равномерность изменения объема, приведены на рис. 4.

                     

 

          Лепешки, не выдержавшие                  Лепешки, выдержавшие испытания

        испытания  на равномерность          равномерность изменения объема

                изменения объема 

                      Искривление                          Трещины усыхания

Рис.4

1.6. Анализ  существующих технологических схем  производства продукта

 

     Основная технологическая схема производства глиноземистых цементов основана на использовании специально подобранных компонентов сырьевого шлама, идущего на обжиг клинкера, т.е. оптимизация технологического процесса заключается в использовании сырья с наибольшей реакционной способностью, в проектировании оптимального состава клинкера, тщательной подготовке сырьевых компонентов, определенном режиме обжига, гарантирующем получение необходимой микроструктуры клинкера, проектировании гранулометрического состава цемента.

 Добыча сырья для ВГЦ –  очень хлопотное и дорогое  мероприятие, так как его отбор  на действующих сырьевых карьерах  цементных комбинатов приходится  вести выборочно.         Большое внимание уделяют усреднению  сырьевых компонентов и перемешиванию  сырьевой смеси. Помол сырья  ведут так, чтобы на сите  № 02 остаток отсутствовал, а на  сите № 008 не превышал 2 – 3%. Перспективным является помол  сырья в замкнутом цикле по  двухступенчатой схеме, позволяющий  получить сырьевую смесь с  остатком на сите № 004 до 10%. При этом активность цемента  повышается на 10 – 15 МПа.

      Глиноземистый цемент получается двумя способами: плавлением или спеканием соответствующих сырьевых смесей. Выбор того или другого способа зависит в основном от химического состава боксита и типа применяемого теплового агрегата. Например, при использовании богатого железом боксита не может быть применен метод спекания вследствие близости температур спекания и плавления шихты, что неизбежно приведет к расплавлению части материала в печи и расстройству ее работы.  
 Из одной и той же сырьевой смеси при разных способах производства получают глиноземистые цементы различного минералогического состава.

 
 Способ плавления. Производство глиноземистого цемента способом плавления получило более широкое распространение, чем производство его по способу спекания. Обусловлено это присутствием в большинстве бокситов окиси железа и других легкоплавких примесей, приближающих температуру плавления шихты к температуре ее спекания и тем самым затрудняющих практическое осуществление процесса спекания. При производстве цемента способом плавления исключается необходимость в очень тонком помоле сырьевых компонентов и создаются условия для удаления из его состава части железа и кремнезема в виде чугуна и ферросилиция. 
 Плавление шихты осуществляется в восстановительных и окислительных условиях в вагранках, доменных печах, электрических дуговых печах, конвертерах и вращающихся печах. Вагранки, ванные печи, конвертеры и вращающиеся печи практически вытеснены в наше время доменными и электродуговыми печами. 
 При получении глиноземистого клинкера и чугуна в доменной печи сырьевая смесь составляется из следующих компонентов: железистого боксита, известняка, металлического лома и кокса. Материалы подаются на колошник печи и загружаются в шахты посредством специального устройства слоями: слой сырьевой смеси, слой кокса и т.д. Шлак и чугун образуют в печи два слоя и удаляются из нее периодически через разные течки. Температура выходящего шлака составляет 1600 – 1700оС. Охлаждение шлака осуществляется в изложницах (специальных формах). Режим охлаждения расплава должен быть следующим: до 1400оС быстрое охлаждение, чтобы предотвратить кристаллизацию больших количеств геленита, а затем медленное охлаждение. Бокситы, применяемые при этом способе производства, могут содержать неограниченное количество окислов железа, так как железо восстанавливается углеродом и переходит в состав чугуна. Окись кремнезема восстанавливается в небольшой степени, поэтому и в этом случае требуется применение малокремнеземистого боксита. 
 Плавление сырьевых смесей в сильно восстановленных условиях применяют в тех случаях, когда в шихте присутствует большое количество SiO2 (некондиционные бокситы). Плавление осуществляется в электродуговых печах по режиму, специально подобранному для интенсивного восстановления кремнекислоты. Шихта составляется из боксита, известняка, металлического лома и восстановителя в виде кокса. Реакция восстановления идет в две стадии: 
SiO2+C↔SiO+CO 
SiO+C↔Si+CO 
 
Восстановление кремния начинается при 1150 – 1200оС и ускоряется с повышением температуры. Основными условиями полного восстановления кремния за короткое время обжига являются избыток углерода и температура порядка 1800 – 2000оС. Часть кремния (до 15%) при этом улетучивается, а остающееся количество растворяется в расплаве также восстановленного металлического железа и образует малокремнистый ферросилиций. Высокоглиноземистый шлак, имеющий плотность порядка 3000 кг/м3, и ферросилиций, плотность которого достигает 6500 кг/м3, расслаиваются в печи и выпускаются раздельно при 1550 – 1650оС. 
 В электродуговые печи сырье подается в виде кусков размером 20 – 40 мм, причем известняк предварительно обжигают до удаления СО2, а боксит сушат, а иногда и обжигают для обезвоживания. Применение влажного боксита и неразложенного известняка ухудшает работу печи, так как эти материалы, попадая сразу в зону высоких температур, интенсивно разлагаются и выделяющиеся пары воды и СО2 вызывают бурление расплава, взрывы и выбросы. 
Электродуговые печи применяют и для получения глиноземистого цемента в окислительных условиях. В этом случае шихта должна содержать небольшое количество кремнезема и в ее составе отсутствует восстановитель (кокс). Температура обжига малокремнеземистой шихты составляет 1700 – 1800оС, вследствие чего несколько повышается срок службы футеровки и электродов и значительно уменьшается расход электроэнергии. 
     Поэтому для улучшения свойств глиноземистого цемента были выбраны следующие направления: 
изменение вязкости шлакового расплава и улучшение 
кристаллизации минералов; 
изменение гидратационной активности цемента за счет 
регулирования кристаллизации шлака при охлаждении; 
улучшение жаростойких и строительно-технических 
свойств глиноземистого цемента путем введения в его состав высокоглиноземистых добавок; 
регулирование свойств цемента путем введения 
поверхностно-активных веществ (ПАВ) при его помоле.   
 
 
Способ спекания. Производство глиноземистого цемента способом спекания заключается в обжиге тонкоизмельченной однородной смеси боксита и известняка при 1150 – 1250оС, при которых материал подвергается лишь частичному плавлению. При этом способе производства все нелетучие соединения, входящие в состав сырьевых компонентов, переходят в состав цемента, поэтому к сырью должны предъявляться повышенные требования в части содержания в нем нежелательных примесей. Непригодны для обжига методом спекания, как уже отмечалось, бокситы с высоким содержанием окислов железа и кремнекислоты. Повышенное требование к сырью и ряд технологических трудностей производства привели к тому, что способ спекания не получил широкого распространения, несмотря на такие положительные его качества, как невысокий удельный расход тепла, получение легкоразмалываемого клинкера, возможность применения большинства печей силикатной промышленности и любого вида топлива. 
     Производство глиноземистого цемента способом спекания осуществляется в камерных, кольцевых, туннельных, шахтных, и вращающихся печах, а также на спекательной решетке. 
     Приготовление сырья состоит в следующем: 
в соответствии с требованиями к сухому способу производства необходима сушка боксита. Боксит, однако, и в состоянии естественной влажности, и даже с известняком, трудно измельчается;  
смесь сырьевых материалов с необходимым химическим составом готовят в силосах, оборудованных многоковшовыми элеваторами. Быстрый контроль химического состава осуществляется на основе содержания СаСО3; 
сырье прессуют в форме кирпича (при влажности 14,0-14,5%), используя хорошо известный в кирпичной промышленности двойной пресс с паропрогревом; 
в процессе обжига температура материала не должна превышать 1200-1250°С; 
с точки зрения бокситоцементного клинкера важно, чтобы обжиг происходил постоянно в окислительной атмосфере. Обжиг клинкера в восстановительной среде замедляется. 
 
 Комплексное производство. Помимо основного производства в доменной печи глиноземистого шлака и чугуна известны комплексные производства глиноземистого цемента и таких продуктов, как фосфор и серная кислота. Для одновременного получения глиноземистого цемента и фосфора используется апатитовый концентрат, получаемый при обогащении природных апатитов, боксит и кокс. При плавлении шихты в электропечи происходят восстановление фосфора и его возгонка. Остающийся глиноземистый шлак содержит до 2% P2O5 и 0,7% F. Получающийся цемент по качеству не уступает нормальному глиноземистому цементу. 
 При замене известняка гипсом можно осуществить одновременное производство глиноземистого цемента и серной кислоты. Ангидрит (CaSO4) под воздействием углерода кокса разлагается с выделением SO2 и СаО. Сернистый газ улетучивается и поступает на переработку в серную кислоту, а окись кальция вступает в реакцию с Al2O3 и другими кислотными компонентами сырьевой смеси, образуя минералы глиноземистого цемента.

1.7  Правила  приёмки, маркировки, транспортирования,  хранения и упаковки продукта. Гарантии производителя

 

Правила приёмки (в соответствии с ГОСТ 30515-97):

Общие положения 

1) Приемку цемента осуществляет  служба технического контроля  изготовителя. Поставка цемента,  не прошедшего приемку, не допускается.

2) Приемку цемента производят  партиями. Объем партии, за исключением  отгрузки в судах, не должен  превышать вместимости одного  силоса. При отгрузке цемента  в судах объем партии может  превышать вместимость одного  силоса. В этом случае объем  партии устанавливают по согласованию  изготовителя с потребителем.

3) Служба технического контроля  проводит приемку цемента на  основании данных производственного  контроля и приемосдаточных испытаний.

Производственный контроль осуществляют в объемах и в сроки, установленные  действующим у изготовителя технологическим  регламентом.

По данным производственного контроля назначают тип и класс прочности (марку) цемента, гарантируемые изготовителем.

Приемосдаточные испытания включают испытания цемента каждой партии по всем показателям качества, предусмотренным  нормативным документом на цемент конкретного  вида, за исключением величины удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

Изготовитель должен проводить  периодические испытания цемента  каждого вида по показателю удельной эффективной активности естественных радионуклидов не реже одного раза в год, а также каждый раз при  изменении сырьевых материалов и  добавок или их поставщиков.

Приемка.

1) Партия цемента может быть  принята и поставлена, если результаты  испытаний по всем показателям  соответствуют требованиям нормативного  документа, если иное в части  рекомендуемых показателей не предусмотрено договором (контрактом) на поставку цемента.

2) В случае обнаружения при  приемосдаточных испытаниях цемента  малозначительного дефекта, не  превышающего по величине предельного  значения, указанного в таблице  7, партию принимают, но учитывают  ее как дефектную при оценке  общего уровня качества. Общее  количество партий с малозначительными  дефектами, принятых в течение  квартала, не должно быть более  5 % общего количества партий данного  вида (типа) цемента, поставленных  за этот период.

В нормативных документах на цементы  конкретных видов перечень малозначительных дефектов может быть изменен с  учетом требований к этим цементам.

Таблица 6

Наименование показателя	Малозначительный дефект — предельное отклонение от требований нормативного документа, не более чем на
Прочность на сжатие (нижний предел), МПа, в возрасте:
28 сут	-2,5
2(7) сут	-2,0
Начало схватывания, мин, для цементов:
нормально схватывающихся	±10,0
быстросхватывающихся	+5,0
Равномерность изменения объема (по методу Ле-Шателье), мм	+1,0
Содержание оксида серы (VI) S0з, %	+0,5
Содержание хлор-иона Сl-, %	+0,01