Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Глиноземистый цемент. 2

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВВЕДЕНИЕ

О гидравлических свойствах низкоосновных алюминатов кальция было известно еще в XIX веке. Во Франции при исследовании способов получения сульфатостойкого цемента был получен глиноземистый цемент, который наряду с повышенной сульфатостойкостью отличался исключительно быстрым твердением и весьма высокой прочностью. Химический состав и технология получения этого цемента вследствие его замечательных свойств были засекречены французами в 1912 г. Военное ведомство использовало этот цемент в первой империалистической войне для быстрого возведения фундаментов под тяжелые орудия, строительства пулеметных точек, а также для срочного восстановления различного вида сооружений.

В Советском Союзе в результате самостоятельных исследований, проведенных группой ученых, было разработано несколько способов получения глиноземистого цемента и изучены физико-химические процессы его производства и твердения. Результаты этих работ позволили организовать производство глиноземистого цемента способом доменной плавки и рационально применять его во многих областях строительной индустрии. Глиноземистый цемент используют также как важнейший компонент при производстве нескольких видов расширяющихся цементов.

Очень большое применение в строительстве, при производстве специализированных работ получил высокоглиноземистый цемент он менее чувствителен, чем портландцемент, к влиянию низких температур (положительных) на скорость набора прочности. цементный камень из ВГЦ характеризуется высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью, а также высокой химической стойкостью, в частности, к сульфатной и углекислотной коррозии, однако не стоек к действию щелочей и свободных кислот.

Основной областью применения высокоглиноземистых цементов является производство жаростойких и огнеупорных бетонов. При производстве сухих строительных смесей он используется в качестве вяжущего вещества в тех составах, для которых темп набора прочности является определяющим свойством: это ремонтные составы, смеси и стяжки для устройства полов и, в некоторых случаях, материалы для облицовочных плиток (затирки). Также высокоглиноземистый цемент используют во время различных восстановительных работ: при ликвидации прорыва плотин, ремонте мостов, срочном возведении фундаментов. То есть - на самых ответственных участках строительства. Их можно подвергать процедуре пропарки: в таком случае скорость их твердения увеличивается еще в 1,8 раза. Единственным недостатком высокоглиноземистого цемента является его высокая стоимость, он примерно в 2 раза дороже обычного портландцемента.

Сегодня, Россия занимает пятое место в мире по объемам производства цемента, уступая Китаю, Индии, США и Японии. Актуальность работы обусловлена большим объемом производства цемента в России, необходимостью совершенствования производства и улучшению свойств цемента.

В последние годы высокоглиноземистый цемент получил широкое применение в черной и цветной металлургии в составе жаропрочных бетонов и сухих жаропрочных смесей, используемых в печах сталелитейной и сталепрокатной промышленности, туннельных печах, коксовых печах, котлах, сталеразливочных ковшах.

1 Технологическая часть

Номенклатура выпускаемой продукции

На проектируемом предприятии предусмотрен выпуск высокоглиноземистого цемента. Высокоглиноземистый цемент - нормально схватывающееся, быстротвердеющее, высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество. Основной областью применения высокоглиноземистых цементов является производство жаростойких, огнеупорных бетонов и сухих строительных смесей.

По прочности при сжатии в возрасте 3 суток высокоглиноземистые цементы подразделяют на марки: ВГЦ I - 35, ВГЦ II - 25, ВГЦ II -35, ВГЦ III - 25. В данной курсовой работе будет рассматриваться ВГЦ III - 25 ГОСТ 969 - 91.

Характеристика, химические и минералогические свойства ВГЦ III - 25 представлены в таблицах 1,2 и 3 соответственно.

Таблица 1 - Химический состав ВГЦ III - 25 ГОСТ 969 - 91

В процентах, масс

Вид цемента	Значение для цемента вида и марки
	Al₂O₃ не менее	СаО	Fe₂O₃	SiO₂	MgO	SO₃^2-
	Al₂O₃ не менее	Не более
ВГЦ III-25	80	18	0,5	0,5	0,5	0,5

Таблица 2 - Минералогический состав ВГЦ III - 25 ГОСТ 969-91

В процентах

Содержание основных клинкерных минералов
CА	CА₂
35	65

Таблица 3 - Характеристика ВГЦ III - 25 ГОСТ 969 - 91

Наименование показателя	Величина
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее, в возрасте: 1 суток 2 суток	- 25,0
Тонкость помола: остаток на сите с сеткой № 008 по ГОСТ 6613,%, не более	10
Удельная поверхность м²/кг, не менее	300
Сроки схватывания: начало схватывания, мин, не ранее конец схватывания, часы, не позднее	30 15
Огнеупорность, ^оС, не менее	1750
Насыпная плотность: в рыхлом состоянии, кг/м³, не более в уплотненном состоянии, кг/м³, не более	1300 1800
Нормальная густота, %	25
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов, Бк/кг, не более	370

1.2 Исходные сырьевые материалы

Основными сырьевыми компонентами для производства высокоглиноземистого цемента является технический глинозём и известняк.

Известняк - это горная порода, в основном состоящая из СаСО₃. В виде примесей в них могут присутствовать SiO₂, MgO, Fe₂O_3. Оксиды кремния и магния при производстве высокоглиноземистого цемента являются вредными примесями. Они взаимодействуют с Al₂O₃с образованием малоактивных минералов, поэтому для получения цемента требуется чистые разновидности известняка. Наиболее применимы известняки, представляющие собой осадочные горные породы. Осадочное происхождение известняков обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств.

Наряду с СаСО_з природные известняки содержат кремнезем, глинозем, окиси железа, окись магния и др.

Плотность и прочность карбонатных пород колеблются в значительных пределах, от весьма плотных известняков с кристаллической структурой, прочностью от 1500 до 2000 кгс/с м², до мягких, рыхлых пород - мела, способного размокать в воде.

На основании практического опыта карбонатные породы признаются удовлетворительного качества при химическом составе: СаО от 40 до 43,5 %; MgO от 3,2 до 3,7 % при содержании окиси магния в глинистом компоненте не более 1 % или из расчета получения с содержанием MgO не более 5 %.

Количество SiО₂; А1₂О₃; Fe₂О₃ в сочетании с содержанием их в глинистом компоненте должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного модулей в сырьевой смеси и клинкере. Желательно, чтобы сумма Na₂О и К₂О не превышала 1 %, а содержание SО₃ было от 1,5 до 1,7 %.

Для получения высокоглиноземистого цемента известняковый компонент доложен иметь следующий химический состав, представленный в таблице 4.

Таблица 4 - Химический состав известняка

В процентах

Содержание
SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	MgO	SO₃	СаО	п.п.п.
0,4	0,05	0,8	1,8	0,15	54,4	42,6

Технический глинозем - это кристаллическая окись алюминия, представляющая собой тонкодисперсный порошок белого цвета. Глинозем получают из руды, содержащей горную породу - боксит. Бокситы имеют сложный химико-минералогический состав. Основной и полезной их частью являются различные модификации гидроксида алюминия (Аl(ОН)₃, AlOН).

Технический глинозем имеет следующий химический состав, представленный в таблице 5.

Таблица 5 - Химический состав технического глинозема

В процентах

Содержание

SiO₂

Fe₂O₃

Al₂O₃

MgO

СаО

п.п.п.

0,2

0,05

98,7

0,3

0,25

0,5

Физико-химические требования к техническому глинозему представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Физико-химические требования к техническому глинозему

В процентах

Марка

Массовая доля примеси,

не более

Потеря массы

при прокаливании

(300-1100 °С),

не более

SiO₂

Fe₂O₃

Сумма

Na₂O + K₂O

в пересчете

на Na₂O

ГСМ

0,2

0,15

1,5

0,5

1.3 Выбор и обоснование способа производства и схемы технологического процесса

Существует два способа получения высокоглиноземистого цемента, одним из которых является спекание, предусматривающее образование клинкера за счет реакций в твердой фазе, вторым - полное плавление всей сырьевой смеси.

Для применения метода плавления используются бокситы высокого качества. При применении метода плавления шихты высокоглиноземистый цемент производят плавлением в ватержакетных печах, представляющих собой вагранки с водяным охлаждением.

Известняк, кокс и бокситы загружают в заводскую печь. В рекуператорах нагревают воздух и подают его через фурмы. В печи образуется расплав, который пропускают через летку. Расплав охлаждают в изложницах, а затем измельчают в дробилках и тонко измельчают в многокамерных трубных мельницах.

Для работы печей используется пылевидное топливо. Разновидностью способа производства цемента методом плавки является способ электроплавки высокоглиноземистого цемента, при котором выплавляется ферросилиций, что позволяет исключить загрязнение кремниевой кислотой.

Менее распространена такая разновидность способа производства цемента методом плавки как дуговая плавка. Для реализации такого способа производства цемента используют дуговые печи переменного тока. В электродуговых печах из высокоглиноземистых бокситов получают высококачественный глиноземистый цемент. Компоненты цементного сырья сушат, измельчают, смешивают, брикетируют или гранулируют, бокситы прокаливают, известняк кальцинируют, при этом используют коксосодержащую шихту.

В электродуговых печах достигается исключительно высокая температура плавки. В процессе производства цемента кремнезем шихты восстанавливается до кремния, химически взаимодействует с металлическим железом и образует ферросилиций.

Полученный таким методом цемент характеризуется пониженной прочностью в начальные сроки твердения.

Способ спекания характеризуется тем, что исходные компоненты цементного сырья просушивают, тонко измельчают и перемешивают до достижения полной гомогенизации, после чего порошкообразную или гранулированную цементную шихту направляют в печь и выполняют обжиг цементного клинкера в различных печах. Далее цементный клинкер охлаждают, подвергают помолу и получают высокоглиноземистый цемент.

Метод плавления является в настоящее время наиболее распространненным и эффективным, поэтому в данной курсовой работе будет рассматриваться именно этот метод производства высокоглиноземистого цемента.

Технологическая блок-схема производства высокоглиноземистого цемента приведена на рисунке 1.

Технический глинозем

Известняк

(20-40 мм)

Доставка

Складирование

Дозирование

Плавление

Охлаждение

Промежуточное

хранение

Дозирование

Первичное дробление

(17-45 мм)

Вторичное дробление

(8-15 мм)

Промежуточное хранение

Дозирование

Помол

Складирование и отгрузка готовой продукции

Рисунок 1- Технологическая блок-схема производства высокоглиноземистого цемента.

1.4 Описание схемы технологического процесса

Процесс производства высокоглиноземистого цемента складывается из следующих основных технологических операций:

а) доставка и складирование сырьевых материалов;

б) плавление и охлаждение сырьевых материалов;

в) двухстадийное дробление сырьевых материалов;

г) помол сырьевых материалов;

д) складирование и отгрузка готовой продукции.

Доставку добытого сырья на завод производят с помощью автомобильного транспорта.

Производство высокоглиноземистого цемента будет производиться методом плавления в электрической печи, работающей преимущественно на переменном токе.

В электрических печах используется теплота, развиваемая током, проходящим через расплавленную шихту. Шихта обычно состоит из боксита, металлических добавок (железная стружка, скрап) и кокса. Кокс является восстановителем кремнезема и окислов железа, а металлические добавки вводятся для связывания образующегося кремния в ферросилиций.

Восстановление кремнезема начинается при температуре от 1150 до 1200 °С. Часть кремния (до 15 %) при этом улетучивается, а остальное его количество растворяется в расплаве так же восстановленного железа и образует малокремнистый ферросилиций.

В электрические печи сырье подают размером 20-40 мм, причем известняк обычно предварительно обжигают до удаления СО₂, боксит же сушат, а иногда и обжигают для обезвоживания. При загрузке в электрическую печь влажного боксита и необожженного известняка, они, попадая сразу в зону с высокой температурой, вызывают бурление расплава, выбросы и взрывы, а выделяющаяся из известняка углекислота, кроме того, реагирует с углеродом электрода, ускоряя его обгорание.

В процессе плавления высокоглиноземистого цемента следует выделить четыре основных зон: зона декарбонизации, зона экзотермических реакций, зона плавления и зона охлаждения.

В зоне декарбонизации температура повышается от 800 до 1000 ºС, где происходит разложение.

В зоне экзотермических реакций температура повышается от 1000 до 1350 ºС.

В зоне спекания температура повышается от 1350 до 1450 ºС. Эта температура нужна для получения жидкой фазы, то есть для появления расплава.

В зоне охлаждения температура снижается с 1450 до 50 ºС.

В нижней части печи скопляется ферросилиций, который затем используют в качестве раскисляющих и легирующих добавок для выплавки электротехнических и жаростойких сталей, а в верхней - глиноземистый цемент, очищенный от кремнезема, что улучшает качество цемента. Оба материала периодически выпускают через летки в изложницы.

Электроплавление дает возможность получать из низкосортных бокситов высококачественный глиноземистый цемент.

Расплавленная масса охлаждается медленно. Это повышает качество глиноземистого цемента, так как образующиеся при медленном охлаждении кристаллические алюминаты кальция обладают более высокими гидравлическими свойствами.

Охлажденный шлак подвергается двухступенчатому дроблению на щековой и конусной дробилке, а затем измельчается в валковых мельницах. Глиноземистый цемент измельчается до прохождения сквозь сито № 008 не менее 90 % подвергаемой просеиванию пробы. В состав глиноземистого цемента при помоле можно вводить до 2 % специальных добавок.

Из мельницы измельченный материал движется в аспирационную

шахту, а из нее - в расходный бункер цемента, из которого насосом готовый

цемент перекачивается на склад в цементные силосы. Выходя из барабана мельницы, сильно запыленный цементный воздух очищается в аспирационной шахте, затем в циклонах и в электрофильтре. Цемент, осажденный в циклонах и электрофильтре, собирается винтовым конвейером, направляется в передаточный винтовой конвейер, а из него - в расходный бункер цемента.

Цемент, выходящий из мельничной установки, взвешивают для учёта эффективности её работы, а затем направляют на склады с помощью пневмовинтовых насосов.

Хранят цемент в железобетонных силосах диаметром от 8 до 18 м и высотой от 25 до 40 м. Вместимость их достигает от 2500 до 10000 т и более. Силосы размещают блоками на колоннах или на железобетонной плите, уложенной прямо на грунт. Общая вместимость силосов соответствует обычно не менее 10-суточной производительности завода.

Склад оборудуют подъездными путями, а также устройствами для взвешивания цемента, отправляемого в железнодорожных вагонах и авто цементовозах. В силосах устанавливают автоматически действующие измерители уровня цемента, а также пневматические устройства для разрыхления и выгрузки цемента, а иногда и для его гомогенизации.

1.5 Режим работы проектируемого предприятия

Режим работы проектируемого предприятия характеризуется числом рабочих дней в году, количеством смен работы в сутки и количеством рабочих часов в смену.

Расчетный годовой фонд времени работы технологического оборудования в часах (В_р),на основании которого рассчитывают производственную мощность предприятия, определяют по формуле (1) [ ]

Принятый режим работы предприятия представлен в таблице 7.

Таблица 7- Режим работы предприятия

Наименование цеха, участка, отделения	Количество рабочих дней в году, С_p	Количество смен в сутки, n	Длительность смены, ч	Коэффициент использования оборудования, К_u	Расчетный годовой фронт временной работы оборудования, B_p
Доставка
Складирование сырьевых компонентов
Плавление и охлаждение
Двухстадийное дробление
Помол
Складирование и отгрузка готовой продукции

1.6 Расчет производительности проектируемого предприятия

Производительность каждого технологического передела П_вх, рассчитывается с учетом возможного брака в производстве и потерь по формулам (2, 3, 4, 5, 6) [ ]

Расчет производительности и материального баланса предприятия представлен в таблице 8.

Таблица 8 - Расчет производительности и материального баланса предприятия

Наименование технологического передела	Величина учтенных потерь, %	Производительность тыс. т.
Наименование технологического передела	Величина учтенных потерь, %	В год, П_г	В час, П_ч	В смену, П_с	В сутки, П_сут
Складирование и отгрузка готовой продукции: на выходе на входе
Помол: на выходе на входе
Двухстадийное дробление: на выходе на входе

Продолжения таблицы 8

Наименование технологического передела	Величина учтенных потерь, %	Производительность тыс. т.
Наименование технологического передела	Величина учтенных потерь, %	В год, П_г	В час, П_ч	В смену, П_с	В сутки, П_сут
Плавление и охлаждение: на выходе на входе
Доставка и складирование: на выходе на входе

1.7 Выбор основного технологического и транспортного оборудования

Сводная ведомость, применяемого основного и вспомогательного оборудования представлена в таблице 9.

Таблица 9 - Сводная ведомость, применяемого основного и вспомогательного оборудования.

Наименование характеристики		Значение	Количество
Ленточный конвейер
Тип (марка) машины		ЛК - 285
Производительность, т/час		285
Мощность на приводном барабане, кВт		25
Ширина ленты, мм		600
Длина транспортирования, мм		1850
Скорость движения ленты, м/c		0,35
Масса, кг		550
Дозатор
Тип (марка) машины	ДП-1
Производительность, т/ч	5-10
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	890 1135 650
Масса, кг	220
Мощность электродвигателя, кВт	1,5

Продолжение таблицы 9

Электродуговая печь
Тип (марка) машины	ДСП-80
Номинальная емкость, т	80
Габаритные размеры, мм: высота диаметр	3200 8500
Скорость перемещения электродов, м/мин	6
Максимальная сила тока в печи, А	500
Масса, т	450
Мощность трансформатора кВт	25000
Щековая дробилка
Тип (марка) машины	ДРО-549
Производительность, м³/ч	15
Ширина разгрузочной щели, мм	17-45
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	1352 2045 1230
Масса, кг	5830
Мощность электродвигателя, кВт	90
Конусная дробилка
Тип (марка) машины	ДРО-560
Производительность, м³/ч	20-65
Ширина разгрузочной щели, мм	8-15
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	2692 1640 2350
Масса, кг	9570
Мощность электродвигателя, кВт	55
Валковая мельница
Тип (марка) машины	MTW175
Производительность, т/ч	25
Ширина разгрузочной щели, мм	0,04-0,07
Частота вращения валков, об/м	48
Масса, кг	20000
Мощность электродвигателя, кВт	15,5
Электрофильтр
Тип (марка) машины	ЭГАВ
Производительность, м³/ч	50000

Глиноземистый цемент. 2 📙 Курсовая → 🆔 60808