Производство портландцемента. 4

Содержание

Введение ··················································································································5

1 Литературный обзор ···························································································7

2 Техническая часть ·····························································································12

2.1 Номенклатура продукции ··············································································12

2.2 Сырьё ···············································································································13

2.3 Расчёт состава сырьевой смеси  ····································································15

2.4 Выбор, обоснования и описания  технологической схемы производства проектируемого предприятия ·············································································18

2.5 Режим работы и фонд рабочего  времени предприятия и оборудования· ·19

2.6 Материальный баланс ····················································································22

2.7 Выбор и расчёт количества  единиц оборудования ·····································25

2.8 Расчёт складов и бункеров  ············································································26

2.9 Расчёт потребности в электроэнергии ·························································30

2.10 Расчёт потребности в рабочей  силе ···························································31

2.11. Контроль качества продукции  и технологического процесса. ··············34

3. Безопасность и экологичность  проекта. ·······················································38

4. Технико-экономические показатели. ····························································41

5. Список используемых источников. ·······························································42

Введение

Портландцемент – важнейший представитель большой группы гидравлических вяжущих веществ. Цемент материал современной строительной индустрии, который по масштабам производства и применения занимает первое место среди других вяжущих материалов.

В последнее время рост производства цемента составлял около 3 в год, а в 2000г. Выпуск цемента во всем мире составил 1260 млн. тонн. Выпуск цемента по сравнению с 1999 г. Вырос в среднем на 14   Производство цемента осуществлялось на 1470 предприятиях.

Цементная промышленность РФ за период экономических реформ прошла стадию длительного спада производства и находится в состоянии подъёма деловой активности. В 2001 г. В России произведено 35,3 млн. тонн цемента или на 2,9 млн. тонн больше, чем в 2000 г. Рост производства составил 8,9  . Это позволило удовлетворить растущий спрос на цемент, как на внутреннем рынке, так и для экспорта.

По данным Госкомстата промышленности России в 2001г. увеличила выпуск продукции по сравнению с 2000г. на 4,9%. Выпуск в 4 квартале составил 104,1% к 4 кварталу 2000г., и даже по отношению к 3 кварталу произошло увеличение на 0,9%.

По сравнению с декабрем 2000г. выпуск цемента в декабре 2001г. составил 92,5%, а по сравнению с ноябрём 2001г. – 63,3%. Для сборного бетона эти цифры составили 106 и 89%.Таким образом, объём производство цемента и бетона растёт быстрее, чем объёмы производства промышленности в целом и по промышленности стройматериалов, однако сезонные колебания спроса присуще цементной промышленности и в других странах, но в России они много грубее и, по видимому, требуют особого подхода к планированию производства /2/.

По сообщению японской ассоциации, в 2000г. выпуск цемента в Японии вырос на 2% по сравнению с показателями прошлого года и составил 83,32 млн. т.

Сбыт внутри страны в 2000г. возрос на 1,7% и составил 71,07 млн. т., в то время как экспорт снизился на 1% до 7,58 млн. т. В результате этого складские запасы цемента выросли на 4,8% по сравнению с показателями на конец 1999г., когда они были на уровне 4,62 млн. т.

В декабре 2000г. был отмечен спад производства цемента до 7,72 млн. т. что на 2% меньше, чем за тот же период прошлого года, и такой спад наблюдается уже второй месяц подряд. Сбыт внутри страны в декабре возрос на 2,2% и составил 6,76 млн. т., в то время как экспорт увеличился на22,3% до ,849 млн. т.

Производство цемента на Кубе составило в 2000г. 1,70 млн. т. против 1,95 млн. т. в 1999г, и 1,80 млн. т. в 1998г., хотя внутреннее потребление даже намного увеличилось до 1,07 млн. т. Падение производства произошло за счёт сокращения экспорта до 625 тыс. т. по сравнению с 1999г. Основные импортёры цемента – Гаити и Доминиканская Республика и, в меньшем количестве, другие страны карибского бассейна. Пик экспорта пришёлся на 1996г. – 900 тыс. т.

Основные цементные заводы – это Мариэль – 500 тыс. т. в 2000г. и 622тыс. т. в 1999г. и Сьенфуэгос –.350 тыс. т. в 2000г. и 425 тыс. т. в 1999г. На экспорт поставляется, главным образом, готовый цемент, хотя в 2000г. завод Нуэвитас продал 118 тыс. т. обычного клинкера, а Сигуаней 5000 т. белого клинкера. Несмотря на небольшое внутреннее потребление, крупные цементные холдинги проявляют интерес к кубинской цементной промышленности. Cemex получил небольшую долю в заводе Мари эль, но, вероятно, будет вынужден прекратить своё участие из-за политического давления США. Теперь предварительные переговоры ведётся представителями Dyckerhoff /3/.

1 Литературный обзор

Производство портландцемента может быть разделено на два комплекса операций. Первый из них включает изготовление клинкера, второй – получение портландцемента измельчением клинкера совместно с гипсом, активными минеральными и другими добавками (если они используются).

Получение клинкера – наиболее сложный и энергоёмкий процесс. Организация его требует больших капитальных затрат. Удельная стоимость клинкера достигает 70–80% общей стоимости портландцемента.

Производство портландцемента состоит из следующих основных операций: добыче известняка и глины (если необходимо, то и корректирующих добавок); подготовки сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава; обжига сырьевой смеси материалов до спекания с получением клинкера; помола клинкера в порошок с небольшим количеством гипса, а иногда и добавок.

Основной задачей является получение клинкера с заданным фазовым (минералогическим) составом, что зависит от состава и качества сырья, выбранном соотношения между исходными материалами, требуемой дисперсности и однородности сырьевой смеси и, наконец, правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

В настоящее время применяют два основных способа подготовки сырьевой смеси из исходных материалов: «мокрый», при котором помол и смешивания сырья осуществляется в водной среде, и «сухой», когда материал измельчается и смешивается в сухом виде.

Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов, при их собственном помоле быстро достигается высокая однородность смеси, но расход топлива на обжиг сырьевой смеси при мокром способе в 1,5–2 раза больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастают размеры обычных вращающихся печей при обжиге в них мокрой сырьевой смеси, так как эти тепловые агрегаты в значительной мере выполняют функции испарителей воды.

Сухой способ, несмотря на его технико-экономические преимущества по сравнению с мокрым, длительное время находил ограниченное применение из-за пониженного качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике тонкого измельчения и гомогенизации сухих смесей обеспечило возможность получения высококачественных портландцементу и по сухому способу.

Применение находит и третий, так называемый комбинированный, способ. Сущность его заключается в том, что подготовка сырьевой смеси осуществляется по мокрому способу, затем шлам обезвоживается на специальных установках и направляются в печь. Комбинированный способ по ряду данных почти на 20 – 30% снижает расход топлива по сравнению с мокрым способом, но при этом возрастает трудоёмкость производства и расход электроэнергии.

Добыча известняка. Известняковые породы обычно залегают под слоем пустой породы (вскрыши), толщина которого может иногда достигать значительной величены (3–5 м и более).для её удаления применяют экскаваторы различных типов, бульдозеры, а также гидромеханическим способом, посредством которого грунт размывают струёй воды, подаваемой под давлением 15–20 атмосфер. Высокой эффективностью отличается разработка вскрышных пород с помощью роторных экскаваторов  и удаление их в отработанные части карьеров с помощью ленточных транспортёров.

Взорванную породу с размером кусков до 1 м, а иногда до 1,2–1,5 м в поперечнике грузят с помощью экскаватора на транспортные средства и отправляют на завод. Более крупные глыбы подвергают дроблению при помощи пневматических перфораторов.

В качестве транспортирующих средств используют самоопрокидывающиеся платформы (думкары) на 90–100 т или автосамосвалы. При сильно пересечённой или застроенной местности, отделяющий карьер от завода, применяют также и подвесные канатные дороги.

Добыча глины осуществляется экскаваторами одноковшовыми или многоковшовыми. Транспортируют глины так же, как и известняк, на заводы где перерабатывают вводные суспензии (шлам) в глиноболтушках. Они представляют собой круглый или многогранный бассейн, дно и стенки которого футеруются чугунными плитами. В центре бассейна на фундаменте устанавливается вертикальный вал с крестовинами, на которые подвешиваются стальные грабли.

Особенно эффективно использование для добычи мягких пород (глин, меловых и мергелистых пород) роторных экскаваторов в сочетании с роторными мельницами или мельницами «Гидрофол».

Приготовление сырьевой смеси включает: дробление известняка, глины и добавок, дозирование, совместный тонкий помол и смешение компонентов, корректирование состава полученной смеси (шлама) и её хранение.

В производстве портландцемента по мокрому способу сырьё размалывают в мельницах со значительным количеством воды – мокрый помол.

Способы повышения эффективности изготовления клинкера мокрым способом. Теоретически на получения 1 кг клинкера из известняка и глины необходимо затратить около 400 ккал тепла. При использовании же доменного шлака в качестве глинистого компонента этот показатель снижается примерно до 250 ккал.

При получении клинкера по мокрому способу затраты тепла колеблются в пределах 1400–1600 ккал и более на 1 кг. Основной причиной такого большого расхода является высокая влажность (35–42%) сырьевой смеси (шлама), направляемой на обжиг. Практика показывает, что уменьшение влажности шлама на 1% приводит к увеличению производительности печей примерно на 1,5% и способствует сокращения расхода топлива на 1,5%.

Понижая влажность шлама можно, не только подсушивая его отходящими печными газами, но и применяя отсос избыточной воды под вакуумом.

Разработан проект Южгипроцементом Ново-Подгоренского цементного завода с годовой производительностью 2550 тыс. т портландцемента. Сырьём является мел и глина влажностью соответственно до 26 и до 28%. Глиняный шлам приготовляется в карьере в барабанах и освобождённый в них известковых и галечных включений передаётся гидротранспортом в карьер мела на расстоянии 3,5 км. Здесь он поступает в роторные мельницы, установленные на передвижном агрегате производительностью по глиняно-меловому шламу 840 м2/ч. Передвижной агрегат представляет собой роторный экскаватор и спаренную с ним самоходную установку на гусеничном ходу с двумя мельницами для приготовления глиняно-мелового шлама. Применение таких агрегатов вместо ковшовых экскаваторов и внутрикарьерного транспорта примерно в 2,5 раза повышает производительность труда и уменьшить сумму капитальных вложений.

Глиняно-меловой шлам гидротранспортом подаётся на завод в горизонтальные бассёйны ёмкостью 6000 м3 каждый. Из них он направляется на тонкое измельчение в три шаровые мельницы размером 3,2 на 8,5 м производительность по 140–170 т/ч. Из мельниц шлам подаётся в бассейн ёмкостью 20 тыс. м3 каждый.

Обжиг осуществляется в четырёх вращающихся печах размером 5 на 185 м, производительность по 70 т/ч клинкера. Последний совместно с гипсом и активными добавками измельчаются в четырёх шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле, производительностью по 90 т/ч. проектом предусмотрено автоматическое управление процессами с помощью ЭВМ. Годовая мощность завода по клинкеру 2210 тыс. т. Выработка на одного рабочего основного производства 13700 т/год. Расход на 1 т цемента условного топлива 221 кг, электроэнергии 106 квт ч.

Изготовление клинкера по сухому способу технически и экономически наиболее целесообразно в тех случаях, когда исходные сырьевые материалы характеризуются:

1)влажностью  до 10–15%;

2) относительной  однородностью по химическому  составу и физической структуре, что обеспечивает возможность получения гомогенной сырьевой муки при измельчении сухого сырья.

При сухом способе затраты тепла на обжиг клинкера достигают 800–1200 ккал/кг, что значительно меньше затрат при производстве по мокрому способу (1400–1600ккал/кг).

При сухом способе изготовления клинкера исходные материалы после дробления подвергаются высушиванию и совместному помолу в шаровых и иных мельницах до остатка 5–8% на сите № 008. обжигают сырьевую муку в коротких вращающихся печах с циклонными теплообменниками или кальцинаторами, а также в автоматических шахтных.

Добывают и дробят известняк и глину при сухом способе производства с помощью тех же механизмов, что и при мокром способе. Раздробленное сырьё сушат в сушильных барабанах до остаточной влажности 1–2%, а затем подвергают тонкому измельчению в мельницах, работающих по открытому или замкнутому циклу.

В настоящее время всё шире начинают применять каскадные мельницы без мелющих тел (типа Аэрофол), сырьевые материалы в которых измельчаются под действием падающих кусков самого материала. Следовательно, работают они без специальных мелющих тел или с очень небольшим их количеством. Эти мельницы применяют для измельчения сырья с влажностью до 20%, а по ряду данных и с большей влажностью.                        

Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах того или иного типа, направляется на гомогенизацию и корректирование в специальные железобетонные силосы до 500–2000 м3. Чем неоднороднее сырьё, тем меньше обычно вместимость отдельных силосов. Муку в них перемешивают с помощью сжатого воздуха, вводимого через керамические пористые плитки, укладываемые на днище силосов. Иногда вместо керамических применяют специальные металлические плитки или даже перфорированные трубы, покрытые тканью. Воздушные струи, проникающие в муку, аэрирует её, что сопровождается уменьшением плотности. Одновременно материал приобретает дольшую текучесть.

Используется способ непрерывной гомогенизации, при котором мука непрерывно подаётся на верх большого силоса, заполненного уже аэрированной и гомогенизированной смесью. Одновременно у днища силоса непрерывно отбирается готовый материал. Ёмкость силоса принимается равной 8 – 10-кратной часовой производительности мельниц. Высота силоса в 1,5 – 2 раза больше их диаметра.

Южгипроцементом запроектирован Агдамский цементный завод, в котором принят сухой способ производства. Годовая мощность завода до 2300 тыс. т цемента при двух технологических линиях. При вводе в действии третий линии выпуск вяжущего достигнет 3450 тыс. т.

Сырьём является известняки и суглинки с влажностью соответственно до 9 и 14%.

Дробления известняка предусмотрено сначала в щековых и затем молотковых дробилках производительностью 500 т/ч. Суглинки дробятся и одновременно сушатся в молотковой дробилке производительностью 250 т/ч, а затем усредняются на складе с помощью штабелеукладчика «Усреднитель-120». Он отбирает материал из разных штабелей и передаёт на ленточные транспортёры. Сырьё из карьера на завод перемещается с помощью ленточного транспортёра на расстояние 4,5 км.

Помол и сушка сырья производится в шаровых мельницах размером 4,4 на 10 м, производительностью 10 т/ч, работающий в замкнутом цикле. Для сушки используется тепло отходящих газов печей. Хранение и усреднение смеси производится в двухъярусных силосах. Обжигается смесь в двух печах. Печь производительностью 3000 т клинкера в сутки каждая оснащена четырёхступенчатыми теплообменниками.

Клинкер, дробленый гипс и активные добавки хранятся в силосах диаметром12 м и ёмкостью 1800 м3.

Измельчение клинкера с добавками предусмотрено в четырёх шаровых мельницах размером 4 на 13,5 м производительностью по 90 т/ч, работающих в замкнутом цикле.

Годовая мощность завода по клинкеру 1970 тыс. т. Выработка одного рабочего производства 12400 т в год. Расход условного топлива на 1 т клинкера 126 кг, электроэнергии на 1 т цемента 115 квт ч.

Помол клинкера осуществляют по открытому или замкнутому циклу с применением одностадийного, а иногда и двухстадийного измельчения.

При помоле материалов наблюдается значительное выделение тепла, вызывающее нагревание мелющих тел и материала до 120–150о С и более, что резко складывается на производительности помольных установок. В связи с этим размалывать следует только холодный клинкер. Кроме того, большое значение приобретают способы, способствующие уменьшение температуры материала при его измельчении. Для этого применяют, во-первых, вентиляцию мельниц и, во-вторых, впрыскивают в них воду. Иногда используют также и орошение водой корпуса мельницы снаружи.

Положительно влияют на процесс измельчения введение в материал интенсификаторов помола в виде поверхностно-активных веществ (ПАВ): сульфитно-дрожжевой бражки – СДБ, мылонафт, петролатума, триэтаноламина, контакта Петрова, угля и некоторых других веществ. Они повышают эффективность измельчения клинкера, так как понижают его сопротивляемость помолу, а также способствует уменьшению агрегации частичек материала и их налипания на мелющие тела. Это объясняется тем, что указанные вещества адсорбируются активными участками частичек. Различные добавки вводят в количестве 0,02–0,5% массы цемента.

Хранят цемент обычно в железобетонных силосах диаметром 8–18 м и высотой 25–40 м. Ёмкость их достигает 2500–10000 тонн и более. Силосы размещают блоками на колоннах или на железобетонной плите, уложенной прямо на грунт. Общая ёмкость силосов соответствует обычно не менее 10-суточной производительности завода. Склады оборудуется подъездными путями, а также устройствами для взвешивания цемента, отправляемого в железнодорожных вагонах и автоцементовозах. В силосах устанавливают автоматически действующие измерители уровня цемента /4/.

2 Технологическая часть

2.1 Номенклатура продукции

Цемент следует изготовлять в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утверждённым в порядке, установленном министерством-изготовителем.

По вещественному составу цемент подразделяется на следующие типы:

портландцемент с добавками (с активными минеральными добавками не более 20 %).

По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемента подразделяют на марки:

портландцемент – 400, 500, 550 и 600;

При производстве цементов применяют:

клинкер, по химическому составу соответствующий технологическому регламенту. Массовая доля оксида магния (MgO) в клинкере не должна быть более 5%;

гипсовый камень по ГОСТ 4013-82. Допускается применение фосфогипса, борогипса, фторогипса по соответствующей нормативно-технической документации;

гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки по ГОСТ 3476-74 и другие активные минеральные добавки по соответствующей нормативно-технической документации;

добавки, регулирующие основные свойства цемента, и технологические добавки по соответствующей нормативно-технической документации.

Предел прочности цемента при изгибе и сжатии должен быть не менее значений, указанных в Таблице 1 /5/.

Таблица 1 – Пределы прочностей на изгиб и сжатие.

2.2 Сырьё

Сырьевыми материалами для производства клинкера служат карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция и глинистых пород, содержащие кремнезём, глинозём и оксид железа. В среднем на изготовление 1 т цемента требуется до 1,5 т исходного сырья.

Наряду с материалами природного происхождения цементная промышленность во всеувеличивающемся объёме начинает использовать побочные продукты (отходы) разных отраслей промышленности, например доленные шлаки, нефелиновый шлам и др.

Плотность плотных известняков достигает 2400 – 2700 кг/м2. Влажность этих материалов колеблется в проделах 2 – 6%. Известняки содержат до 90% и более углекислого кальция и небольшие количества кварцевого песка, глинистых материалов и др. По химическому составу эти материалы характеризуются преимущественным содержанием оксида кальция, СО2. они содержат также небольшое количество кремнезёма, глинозёма и др. Содержание оксида магния более 3 – 3,5% и серного ангидрита более 1,5 – 1,7% недопустимо.

При разработке технологической схемы производства портландцемента прежде всего учитывают химический и петрографический состав, а также физические свойства и влажность карбонатных пород.

Глины представляют собой тонкодисперсные осадочные горные породы и легко дают суспензии, когда их разбалтывают с водой.

Глины сильно различают по минералогическому гранулометрическому составу часто в пределах даже одного месторождения. Не редко они содержат значительное количество включений в виде песка и гравия, что вызывает необходимость предварительного их обогащения.

По минералогическому составу глины характеризуются преимущественным содержанием водных алюмосиликатов и кварцевого песка. Легкоплавкие глины состоят в основном из кремнезёма (70–80%), глинозёма (3–10%), окиси железа (3–6%) и небольшого количества карбонаров кальция и магния. В отдельных случаях содержание окиси кальция может достигать 10–25%, а окиси магния – 3–5%. Иногда в глинах присутствуют соединения, содержащие SO3, Na2O, K2O. Включения веществ, содержащие эти окислы, а также MgO нежелательны, и их количество должно быть минимальны.

Влажность глин колеблется в пределах 15–25%. Плотность комовой глины 1800–2000 кг/м2.

В цементном производстве используются также глинистые сланцы и лёссы. Сланцы характеризуются слоистостью и значительной прочностью /4/.

При обжиге колчедана образуется огарок, состоящий в основном из Fe2O3. Кроме того, в огарке находятся сера в виде соединения FeS и в виде сульфатов кальция и бария, а также силикаты и продукты окисления различных примесей присутствовавших в колчедане.

Количество образующегося огарка зависит от содержания в сырье серы, полноты её выгорания, условий обжига и пр. Чем меньше в сырье серы, тем больше образуется огарка.

Огарок представляет собой мелкий порошок с примесью серы и цветных металлов (Cu, Zn) в количествах, превышающих нормы, установленные для доменного процесса. Поэтому огарок, использующийся для чугуна, подвергают следующей переработке, при которой в нем уменьшается содержание S и увеличивается содержание Fe до 60 – 70 %. Из огарка извлекаются ценные примеси и он агломерируется.

Часть образующегося огарка используют в цементной промышленности. Для этого огарок обрабатывают серной кислотой, затем полученный сульфат железа обжигают с некоторыми добавками. От температуры обжига и типа добавок зависит оттенок пигмента /6/.

Гипс CaSO4×2H2O представляет собой скопление белых или бесцветных кристаллов, иногда окрашенных металлическими примесями в голубые, жёлтые или красные тона. Блеск стеклянный. Плотность 2.3 г/см3, твердость 2. Для гипса, развивающегося в пустотах и трещинах, характерно волокнистое строение и шёлковый блеск. Иногда гипс встречается в виде тонкозернистых и землистых агрегатов, а также слагает цемент песчаника.

Доменные шлаки по своему химическому составу напоминают цементный клинкер. В них преобладают оксиды: 30-50% CaO; 28-30% SiO2; 8-24% Al2O3; 1-3% MnO; 1-18% MgO, общее содержание которых достигает 90-95%.

Шлак, применяемый в качестве добавки к цементу, обязательно подвергается быстрому охлаждению водой или паром. Эта операция называется грануляцией, так как в процессе быстрого охлаждения шлаковый расплав распадается на отдельные зерна (гранулы). Быстрое охлаждение препятствует кристаллизации шлама, и он получается в стеклообразном и тонкозернистом химически активном состоянии. Поэтому гранулированный шлак является активным компонентом шлакопортландцемента, он взаимодействует с гидроксидом кальция с образованием низкоосновных гидросиликата и гидроалюминара кальция /7/.

2.3 Расчёт состава сырьевой смеси

Сырьевая смесь рассчитывается, исходя из химического состава сырьевых компонентов и модулей характеристик клинкера:

где n – силикатный модуль;

КН – коэффициент насыщения;

CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 - содержание соответствующих оксидов в компонентах, сырьевой смеси и клинкера, %.

Химические составы сырьевых компонентов сводят в таблице 2.

Таблица 2 – Химический состав исходных сырьевых материалов.