Мини-завод по производству цемента. Годовая производительность 30 тыс. т.

Измельченный  цементный порошок подаются в шнековый питатель, затем попадает на элеватор, который загружает цемент в накопительные силоса, где происходит постепенное усреднение цемента, для получения высокой степени однородности готового продукта, активизации и корректировки свойств цемента.

Готовый продукт (цемент) из накопительных силосов может быть подан в большеобъемные накопители (цементные силоса) или на линию фасовки в тару различного объема. 

2.8 ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ОБЖИГЕ КЛИНКЕРА

 

Обжиг сырьевой смеси, и получение клинкера сопровождаются сложными физическими  и  физико-химическими  процессами,  в результате которых из исходных компонентов образуются спекшиеся зерна, состоящие  в основном из минералов  С₃S, β-С₂S, С₃А, C₄AF и стекловидной фазы. Характер процессов, протекающих в сырьевой смеси, определяется температурой обжига. При этом необходимо обеспечить условия, способствующие получению клинкера с монодобластической микроструктурой, характеризующейся равномерным распределением в его объеме хорошо закристаллизованных алита и белита. Этому способствует повышенный коэффициент насыщения сырьевой смеси и оптимальная продолжительность выдержки клинкера в зоне  высоких температур.

Характер процессов, протекающих в сырьевой смеси, определяется температурой обжига.

Сырьевая смесь, попадая в печь, подвергается воздействию дымовых газов, имеющих значительную температуру (400-500°С) При этом в материале выгорают органические примеси и начинается дегидратация каолинита и других глинистых минералов с образованием, в частности, каолинитового ангидрида Аl₂О₃ · 2SiO₂. Удаление из глины гидратной воды сопровождается потерей пластичности и связующих свойств, что приводит к распаду образовавшихся ранее комьев материала в подвижный порошок. Все эти процессы проходят в печи до температуры  материала примерно 600-700° С.

 Дальнейшее  нагревание материала до 700-800°С  сопровождается дегидратацией глины.  При температуре 750-800°С и выше  в материале начинаются реакции в твердом состоянии между его составляющими. Вначале они едва заметны, однако с повышением температуры материала до 1000°С и более интенсивность их резко возрастает. При 800°С в результате взаимодействия между компонентами, находящимися в твердой фазе, начинается сцепление отдельных частичек порошка и образование гранул разного размера. Повышению интенсивности реакций в твердом состоянии способствует тонкое измельчение материала и тесное смешение компонентов. При реакциях в твердом состоянии между карбонатом кальция и продуктами распада глинистых минералов образуются β-2СаО · SiO₂, СаО · Al₂O₃, и 2СаО· Fе₂О₃. При 900-1000°С резко усиливается разложение карбоната кальция с образованием окиси кальция в свободном виде и углекислого газа СO₂. Разложение СаСО₃ является эндотермической реакцией, идущей с большим поглощением тепла (1780 кДж на 1 кг СаСО₃).

На участке  печи, где температура материала достигает 1000-1100°С и где основная масса СаСО₃ уже превратилась в свободную окись кальция и частично в C₂S, СА и C₂F резко возрастает интенсивность реакций в твердом состоянии. Реакции образования силикатов, алюминатов и ферритов кальция являются экзотермическими. В связи с этим интенсивное образование указанных соединений сопровождается значительным выделением тепла (до 420 кДж на 1 кг клинкера), что приводит к интенсивному повышению температуры материала на 150-200°С в этом участке печи. Этот участок печи получил название экзотермической зоны. В экзотермической зоне, с повышением температуры материала возрастает скорость образования C₂S, а также перехода СА в С₅А₃ и далее в С₃А. После выхода из экзотермической зоны температура материала достигает примерно 1300°С. К этому времени он состоит преимущественно из C₂S, С₃А, C₄AF или C₂F и некоторого количества свободной окиси кальция. При температуре 1300°С начинается спекание материала вследствие образования в нем расплава в количестве 20-30% объема начавшей спекаться массы. В начальный момент спекания в расплав переходят С₃А, C₄AF, MgO и СаО, в дальнейшем в нем начинает растворяться и двухкальциевый силикат C₂S. При этом в жидкой фазе создаются благоприятные условия для образования основного минерала портландцемента - трехкальциевого силиката С₃S из C₂S и СаО. Это соединение плохо растворимо в расплаве, вследствие чего оно выделяется из него в виде мелких кристаллов, которые в последующем могут значительно увеличиваться в размерах. Выделение из расплава С₃S сопровождается понижением в нем концентрации C₂S и окиси кальция, что приводит к переходу в расплав новых порций этих веществ, остававшихся в твердом состоянии в общей массе материала. Это в свою очередь обусловливает дальнейший ход процесса образования в расплаве и выделения из него С₃S до почти полного связывания свободной окиси кальция с C₂S. Как уже отмечалось ранее, трехкальциевый силикат выделяется из расплава вместе с небольшими количествами Аl₂О₃ и MgO, образуя с ними твердый раствор, который называют алитом.

Зона печи, где проходит спекание материала и образование алита, называется зоной спекания. Здесь материал нагревается примерно от 1300 до 1450°С, что способствует более быстрому усвоению окиси кальция двухкальциевым силикатом и образованию алита. Оптимальная температура спекания зависит в основном от свойств исходных материалов, наличия в них различных примесей, тонкости измельчения и однородности смеси. Температура образования жидкой фазы и ее количество зависят от тех компонентов сырья, которые в процессе обжига образуют минералы-плавни (С₃А, C₄AF). Однако содержание последних в клинкере ограничивается, так как при повышенном их количестве прочностные характеристики и стойкость затвердевшего портландцемента ухудшаются.

После зоны спекания обжигаемый материал переходит в  зону охлаждения. До температуры примерно 1300°С в нем присутствует еще жидкая фаза и продолжается реакция усвоения окиси кальция и образования С₃S. Затем жидкая фаза застывает и спекание заканчивается. Полученный клинкер охлаждается воздухом от 1300°С до температуры, при которой выходит из печи (850-900°С). Обычно при охлаждении клинкера с 1450 до 1300°С и ниже жидкая фаза в нем застывает частично в виде стекла, частично же при этом происходит кристаллизация из расплава С₃А, C₄AF, а также MgO (в виде периклаза). Степень закристаллизованности расплава зависит от скорости охлаждения материала после его выхода из зоны спекания.

Охлажденный клинкер  в основном состоит из кристаллов минералов-силикатов (алита и белита) и промежуточного вещества, в которое входят стекло, минералы-плавни (С₄АF, С₃А, С₅А₃), а также окиси кальция и магния (в виде кристаллов). В зависимости от скорости охлаждения изменяется не только содержание стекловидной фазы, но и размеры кристаллов периклаза MgO. В быстроохлажденных клинкерах большое количество окиси магния остается в стекле, а остальная часть, переходя в мелкокристаллическое состояние (до 8-10 мкм), почти не оказывает отрицательного влияния на равномерное изменение объема цемента при твердении. 

2.9 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТА

 

Получать любой  продукт, в том числе и цемент, на современных заводах можно только при строгом соблюдении всех технологических требований и правил и осуществлении производственного цикла при установленных оптимальных режимах работы всех механизмов и установок. Большое значение при этом имеет контроль производства, в процессе которого:

определяют качество исходных материалов и соответствие их свойств требованиям норм и технических условий;

выявляют свойства материалов и полуфабрикатов на всех стадиях производства и устанавливают  их соответствие тем показателям, которые  обеспечивают получение продукции требуемого качества;

наблюдают за работой  приборов, механизмов и установок в заданных оптимальных режимах, обеспечивающих качественную переработку материалов при наилучших технико-экономических показателях;

определяют свойства получаемого цемента и их соответствие требованиям стандарта.

Контролировать  производство нужно систематически на всех стадиях с помощью современных  методов и приборов, обеспечивающих точность и возможность автоматизации контрольных операций. Быстрое вмешательство в ход производственных процессов позволяет устранять отклонения от заданных режимов и параметров и оптимизировать их.

Действенность производственного  контроля зависит: от правильного выбора мест отбора проб и определения технологических  параметров (температура, влажность, подвижность смесей и т. д.); от соответствия свойств пробы свойствам материала; от периодичности отбора проб, их величины.

 В настоящее  время созданы способы автоматического  отбора проб материалов в процессе  их переработки. При этом частота  операций отбора проб и величина  последних зависит от степени  однородности материалов, размера  потока, гранулометрии (при кусковых  материалах) и других условий.

Исходные материалы  контролируют по химическому составу, содержанию СаС0₃ (титр) в известняке, влажности сырья.

В сырьевом отделении  проверяют состав смесей, тонкость их измельчения, влажность, текучесть и однородность титра. При производстве цементов становится обычным также контроль содержания в сырьевых смесях CaO, Si0₂, А1₂0₃ и Fe₂0₃. Химический анализ клинкера и цемента производится по ГОСТ 31108-2003.

Качество клинкера определяют часто по его объемной массе, которая при правильном составе  сырьевой смеси и надлежащем обжиге колеблется обычно в пределах 1550—1650 г/л. Определяют также количество свободной  окиси кальция, которое не должно превышать 1% для обычного клинкера и 0,2 - 0,3% для быстротвердеющего.

Контроль при  помоле клинкера с добавками сводится к проверке соотношения по массе  между клинкером, гипсом и другими  компонентами, соответствия степени  измельчения цемента нормативам, контролю температуры клинкера и получаемого продукта и к другим определениям. Цемент должен быть принят отделом технического контроля завода по ГОСТ 31108-2003. 

3. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 РЕЖИМ РАБОТЫ  ПРЕДПРИЯТИЯ

Таблица 3.1.1

Режим работы предприятия

Наименование  цехов и отделений	Кол-во расчётных  рабочих суток в году	Кол-во смен в  сутки	Продолжи-тельность  смены	Кол-во рабочих  часов в году
Склад сырья	300	2	8	4800
Цех подготовки сырьевой смеси	350	3	8	5600
Кольцевая  печь	350	3	8	5600
Цех совместного  помола	350	3	8	5600
Склад готовой  продукции	300	2	8	4800

 

3.2 РАСЧЁТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ  ПРОГРАММЫ

Таблица 3.2.1

Производственная программа

Наименование  продукции	Ед. изм.	Количество
		в год	в сутки	в смену	в час
Цемент ЦЕМ II/А-МК 22,5	т	30000	85,7	28,6	3,6

 

Суточная производительность цемента

, т; где

- годовая производительность, т;

- расчётное количество  суток в году;

 т;

Сменная производительность

, т; где

- суточная производительность, т;

- расчётное количество  смен в сутки;

 т;

Часовая производительность

, т; где

- сменная производительность, т;

- расчётное количество часов в смену;

 т;

 

3.3 РАСЧЁТ СОСТАВА ШИХТЫ

 

Цемент ЦЕМ II/А-МК 22,5

Таблица 3.3.1

Состав цемента

Материал	Процентное содержание
Портландцементный клинкер	90
Песок	6
Гипс	4

 

Таблица 3.3.2

Состав шихты для  производства клинкера

Материал	Процентное содержание
Мел	75
Глина	25

Таблица 3.3.3

Химический состав клинкера

Оксиды	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	ППП
Сырьевая смесь	13,78	2,85	3,18	43,44	0,88	0,65	35,22
Клинкер	23,23	4,91	5,03	64,9	1,11	0,82	-

 

3.4 РАСЧЁТ ПОТРЕБНОСТИ В СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛАХ

3.4.1 Расход портландцементного клинкера

, т; где

 – годовой расход клинкера, т;

- содержание клинкера в готовом цементе;