Технологическая линия по производству гидравлической комовой и молотой извести

Министерство образования Российской федерации

Пермский государственный технический университет

Строительный факультет

Кафедра строительных материалов и специальных технологий

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине  “Вяжущие вещества”

НА ТЕМУ: Технологическая линия по производству гидравлической комовой и молотой извести

Выполнил студент группы: ПСК-08-2

Авдеев Павел Павлович

Проверила: доцент, кандидат технических наук

Катаева Людмила Ивановна

Дата выдачи задания на курсовой проект ______

Дата защиты курсового проекта______________

Оценка за курсовой проект__________________

ПЕРМЬ 2010

Содержание

Введение

1.          Теоретический раздел

1.1.   Сырьевые материалы для производства продукта

1.1.1.       Разработка месторождений___________________________________________5

1.1.2.       Вещественный, химический и минералогический состав сырья ______6

1.1.3.       Показатели качества сырьевых материалов _________________________10

1.1.4.       Контроль качества сырьевых материалов____________________________11

1.1.5.       Правила приемки, транспортирования и хранения сырьевых материалов__________________________________________________________14

1.1.6.       Складирование сырья и топлива ____________________________________16

1.2.         Процессы, происходящие при обжиге гидравлической извести _________18

1.3.   Физико-химические процессы, происходящие при твердении гидравлической извести.   Условия твердения _____________________________24

1.4.   Показатели качества гидравлической извести

1.4.1.       Основные показатели качества______________________________________26

1.4.2.       Вспомогательные показатели качества ______________________________27

1.4.3.       Методы их испытаний  ______________________________________________29

1.5.   Условия разрушения (коррозии) композита_____________________________37

1.6.   Область применения гидравлической извести  _________________________40

1.7.   Анализ существующих схем производства продукта  __________________41..дства продукта.…………………………………….343333

1.8.   Технологические факторы, влияющие на качество извести   ___________43

1.9.   Контроль качества продукции на складе _______________________________44

2.     Правила приёмки, маркировки, транспортирования и хранения продукта Гарантия производителя ____________________________________________________ 45

2.        Расчетно-проектный раздел

2.1. Расчетная функциональная технологическая схема производства продукта_____________________________________________________________________49

2.2.     Расчет материального баланса сырьевого материала   ________________51

2.3.     Расчет производственной программы технологической линии   _______52

2.4.     Подбор основного механического оборудования   _____________________54

2.5.     Расчет  удельных энергетических нагрузок  и оценка эффективности подобранного механического по энергозатратам  ____________________________56

Список используемой литературы  ___________________________________________57

Ведение

В России первый завод, изготавливающий известковое вяжущее с гидравлическими добавками в виде толченого кирпича (цемянки), был построен в Москве в конце XVII века[4].

В начале XVIII века было получено новое ценное вяжущее – гидравлическая известь. Было замечено, что известняки, содержащие глинистые примеси, после обжига и тонкого измельчения медленно гасятся и приобретают способность затвердевать в воде. Гидравлическую известь стали применять для кладки фундаментов зданий, подъемных и гидротехнических сооружений. Также гидравлическая известь применяется для изготовления строительных растворов, бетонов, имеющих небольшую прочность. В отличие от растворов, приготовленных с использованием воздушной извести, такие растворы можно применять для частей построек, в период эксплуатации находящихся во влажных условиях. Это привело к еще более значительному расширению производства извести.

Гидравлические извести - продукты, получаемые умеренным (не доводимым до спекания) обжигом природных мергелей и мергельных известняков, содержащих не менее 75% углекислой извести, при смачивании водою гасящиеся в порошок, а при затворении - в тесто, дающие растворы, способные отвердевать не только на воздухе, но и в воде. Это последнее свойство, общее всем гидравлическим вяжущим, отличает гидравлическую известь от воздушной.

В процессе обжига образуются силикаты, алюминаты и ферриты кальция, придающие извести гидравлические свойства. Поскольку в продукте содержится значительная часть СаО и MgO, способных только к воздушному твердению, гидравлическая известь сочетает в себе свойства как воздушного, так и гидравлического вяжущего. Следовательно, гидравлическая известь состоит из различных соединений, часть которых (CaO и MgO) обусловливает свойства извести как воздушного вяжущего, а часть (силикаты(CaO·SiO2), алюминаты(CaO·Al2O3), ферриты кальция(CaO·Fe2O3))  гидравлического. Чем больше в составе гидравлической извести последних соединений, тем быстрее она твердеет и выше ее прочность. Поэтому изделия из гидравлической извести должны некоторое время (1...2 недели) твердеть на воздухе. Лишь после этого возможно их дальнейшее твердение в воде. Прочность гидравлической извести после комбинированного твердения (7 сут на воздухе и 21 сут. в воде) составляет 2...5 МПа. Это выше, чем у воздушной извести, но все же гидравлическая известь значительно уступает по прочности современным цементам.

В настоящее время гидравлическую известь не производят из-за переменного состава (природного содержания глинистых примесей) сырьевых материалов – мергелей и не постоянства качества продукта на технологическом.

1.1.1. Разработка месторождений

Запасы сырья и их исчисление. Наша страна обладает боль­шими запасами карбонатного сырья. Месторождение карбонат­ного сырья имеет промышленное значение в том случае, если его запасы достаточны для длительной эксплуатации (свыше 25 лет). Запасы сырья в месторождении определяют бурением скважин на всю глубину месторождения. Скважины распреде­ляют в шахматном порядке на всем участке, где предполагается наличие сырья, на расстоянии 100 м одна от другой. Одновремен­но с бурением отбирают пробы породы для определения ее хи­мического состава[4].

После промера толщины пустой породы и полезного слоя в каждой скважине определяют их среднюю величину по место­рождению. Запасы сырья подсчитывают умножением площади разведанной части месторождения в квадратных метрах на тол­щину полезного слоя (мощность пласта) в метрах.

Эксплуатация карьера. Большинство разрабатываемых месторождений карбонатного сырья относятся к залежам, выхо­дящим на поверхность земли или находящимся под небольшим слоем пустых пород. Разработка таких месторождений ведется открытым способом, т. е. полезную породу разрабатывают в карьере после сноса вышележащих пустых пород (вскрыши).

Системой разработки называется определенный порядок раз­работки полезного ископаемого из месторождения. Открытые ра­боты обычно ведутся горизонтальными слоями, уступами. После подготовительных работ по устройству карьера, называемых вскрытием карьера, проводятся вскрышные работы, обнажаю­щие залежи сырья на расчетный период работы. Вскрышные ра­боты ведутся в один уступ. Выемка полезного ископаемого ве­дется экскаватором в один или несколько уступов в зависимости от мощности пласта.

1. 1. 2. Вещественный, химический и минералогический состав сырья

Исходные продукты для гидравлической извести — мергели и мергельные известняки, которые представляют собою природные смеси мелкораздробленной углекислой извести с глиной.    Мергель - осадочная горная порода, состоящая из кальцита или доломита и глинистых минералов. Соотношения карбонатной и глинистой составляющих могут быть различными. Обычно к мергелям относят породу, содержащую от 30 до 90% CaCO3 или MgCO3 и, соответственно, от 70 до 10% глинистых частиц. Известняки с содержанием глинистых примесей от 2 до 8% называются слабомергелистыми известняками, а получаемая из них известь - слабогидравлической. При содержании глинистых примесей в пределах 8-20% известняки называются мергелистыми, а получаемая из них известь - сильногидравлической. Слабогидравлическая известь в обычном виде гасится частично, а сильногидравлическая вообще не гасится. Для придания высокого качества и вяжущих свойств, гидравлическую известь подвергают тонкому помолу[12].    

По минеральному составу мергели также бывают известковые, мелоподобные и доломитовые, а в зависимости от примесей - кремнезёмистые, глауконитовые, песчанистые, слюдистые, битуминозные, углистые. Окраска разнообразна, чаще светлая. Мергели используют также как сырьё в производстве некоторых видов цемента. Составные части мергеля обыкновенно разделяют на эти две группы по растворимости их в соляной кислоте, и все, что в ней не растворяется, относят к глине. Кроме глины в тесном смысле слова (состоящей из SiO2 и Аl2О3), в мергелях обычно присутствуют углекислые соли магния и железа, окислы железа, иногда марганца, а также примесь ангидрида[11].

При содержании в мергеле менее 70 - 75% углекислой извести (СаО), продукт после обжига уже не имеет способности гаситься водою. В природных мергелях составные части настолько измельчены и так тесно и равномерно перемешаны между собой, что это не удается сделать искусственным путем. Этим объясняется, что попытки приготовления гидравлических известей (т. е. продуктов обожженных ниже точки спекания) из искусственных смесей до настоящего времени не удавались. Сравнительно грубые частицы в искусственных смесях могут вступать в необходимые химические реакции, дающие равномерный, годный продукт только при спекании, т. е. при начале плавления, делающего их более легкоподвижными. Отношение количества кремнезема к количеству глинозема (и окиси железа) в мергеле должно быть не менее 2,5. При этом следует принимать во внимание только активный кремнезем, так как кремнезем в виде песка при температуре обжига гидравлической извести еще остается инертным и не реагирует с известью, делая ее тощею[10].

Гидравлическая известь - продукт умеренного обжига (не до спекания) при температуре 900 - 1100°С мергелистых известняков, содержащих 5-20% глинистых примесей. Гидравлическая известь - это медленносхватывающееся вяжущее вещество. В зависимости от содержания в ней свободного оксида кальция (СаО) сроки схватывания колеблются от начала схватывания в пределах 0,5-2 ч. и до конца - 8-16 ч.

Для характеристики химического состава мергеля, содержащего известняк и глину, а также готового вяжущего вещества обычно пользуются основным модулем (ОМ), представляющим собой отношение процентного содержания по массе активности извести (CaO+MgO) к процентному содержанию кислотных оксидов:

М0 = % (CaO + MgO)/(% Si02 + % А1203 + % Fe203). [12]

Для гидравлической извести численное значение  основного модуля колеблется в пределах 1,7-9. В зависимости от значения основного модуля различают также сильногидравлическую и слабогидравлическую известь. У первой     основной модуль равен 1,7 - 4,5, у второй - 4,5 - 9 соответственно. При гидравлическом модуле меньше 1,7 получают романцемент, а если основной модуль больше 9, то воздушную известь (см. рис. 1.) Основной модуль не является достаточной характеристикой сырья и готового продукта, так как по его значению нельзя судить о том, в состав каких минералов входят кислотные оксиды и насколько равномерно они рас­пределены в сырье. Так, SiO2 может входить в состав глинистых мине­ралов, находиться в виде высокодисперсного равномерно распределен­ного кварца, а также в виде крупных зерен кварцевого песка. В первом случае SiO2 будет интенсивно реагировать с СаО при обжиге, во втором - останется в виде инертного балласта[12].

Рис.1. Зависимость предела прочности гидравлической извести от основного модуля.

Наряду с глинистыми и кварцевыми примесями мергелистые из­вестняки обычно содержат минералы: доломит, слюду, пирит и другие, которые в той или иной степени влияют на режим обжига и свойства готового продукта. Химический состав некоторых мергелей, применяющихся для производства гидравлической извести, приведен в таблице 1.                                                                                                                                    

Таблица 1. [12].

Равномерность распределения примесей также имеет существенное значение, так как сырье для производства гидравлической извести не подвергается помолу и усреднению. Так как глина - это соединение кремнезема с водой и окисью алюминия, то сумма окислов SiO2+Аl2О3+Fe2О3 назы­вается глинистыми примесями. В тех случаях, когда кремнезем равномерно распределяется по всему слою известняка, порода называется опокой. Обычно кремнезем образует в месторожде­нии карбонатного сырья включения и прослойки или присутству­ет в виде песка различной крупности[8].

Мергелистые известняки, кроме глинистых примесей, обычно содержат включения 2 - 5% углекислого магния (MgO) и некоторые другие примеси. Так как гидравлическую известь изготовляют из природного сырья без специальной переработки в искусственные смеси однородного состава, то для ее получения необходимо применять мергелистые известняки с возможно равномерным распределением в них глинистых и других включений. При этом также учитывают, в виде каких соединений находятся в известняке те или иные примеси, так как от этого в значительной мере зависит качество получаемого продукта. Чтобы определить пригодность сырья для производства гидравлической извести мало знать только его химический состав, необходимо провести еще и специальные технологические исследования (см. ниже методы испытания извести) [9].

1.1.3. Показатели качества сырьевых материалов

Показателем качества сырьевых продуктов (мергелей) для производства гидравлической извести является химический состав горной породы, определяемый для разных карьеров.

По ГОСТ 5331- 63 на карбонатные породы для производства строительной извести предусматривается пять классов пород (А, Б, В, Г, Д) в зависимости от их химического состава (таблица 2).

              Таблица 2. [12].

Для производства гидравлической извести используют класс  Д горной породы [7]. На основе старого ГОСТа сейчас производители разрабатывают свои технические условия (ТУ).

1.1.4. Контроль качества сырьевых материалов (ГОСТ 5331 - 63)

Качество исходных материалов контроли­руют при их поступлении на склад, периодически при хранении на складе и раз в смену на технологической линии перед поступ­лением в обжиговый агрегат.

Карбонатное сырье. Качество карбонатной породы на складе контролируют как по документации поставщика, так и непосред­ственным анализом проб, взятых из прибывшей партии сырья или различных мест штабеля.

На каждые 300 тонн прибывающего на заводской склад карбо­натного сырья поставщик высылает на предприятие паспорт, в котором указано: дата выдачи документа, класс по­роды, количество, номер   партии,   результанты   испытания   проб сырья.

Работники предприятия периодически, 2-4 раза в месяц, производят контрольную проверку соответствия поступающей карбонатной породы требованиям ГОСТ 5331—63 «Породы кар­бонатные для производства строительной извести».

Содержание мелочи в поступившей партии фракцио­нированного сырья определяют отдельно для каждой фракции следующим образом. Карбонатную породу в количестве одной десятой части объема железнодорожного вагона или одной автомашины просеивают через грохот с отверстиями, равными размеру кусков нижнего предела поставляемой фракции. На­чальную пробу и прошедшие через грохот фракции сырья (ме­лочь) взвешивают на весах. Количество мелочи GM в процентах получают расчетом по формуле:

Gм=G2/G1*100%

где G1 - количество сырья в начальной пробе, кг; G2 - количе­ство сырья, прошедшего через сито, кг.

Содержание мелочи в сырье данной фракции не должно пре­вышать 5%.

Для определения физико-химических свойств сырья необходимо отобрать среднюю пробу. Карбонатную породу для средней пробы отбирают из каждой партии в размере 20 кг, равными порциями, не менее чем из 20 мест.

Перед определением влажности и химического состава карбо­натного сырья отобранную пробу подвергают квартованию. Для этого пробу в количестве 20 кг измельчают в мельнице до кус­ков фракции 30 - 40 мм, перемешивают лопатой и равномерным слоем распределяют в виде квадрата со стороной, равной 1 м.

Квадрат делят диагоналями на четыре треугольника, т. е. квартуют. Материал двух любых противоположных треугольни­ков отбрасывают, а двух оставшихся измельчают и снова разме­щают в виде квадрата и также квартуют.

Среднюю пробу в количестве до 1 кг, отобранную методом квартования, помещают в эксикатор и направляют в лаборато­рию для исследования.

Для определения влажности карбонатную породу из средней пробы измельчают до полного прохождения через сито с отвер­стиями 3 мм и квартованием отбирают 20-40 г. Навеску взве­шивают на технических весах с точностью до 0,01 г в предвари­тельно просушенной и взвешенной фарфоровой чашке. Далее чашку с навеской материала помещают в сушильный шкаф, где выдерживают до постоянного веса при температуре 105 - 110° С.

Высушенную навеску охлаждают в эксикаторе над серной кислотой и взвешивают.

Влажность материала Wр, %, определяют по формуле:

Wр = (G1-G2/G1)*100%

где G1 - количество   исходного   материала, г;  G2 - количество материала после его сушки, г.

Потери при прокаливании (П.П.П.) карбонатной породы контролируют для косвенного определения содержания в сырье углекислого кальция и магния. Потери при прокаливании химически чистого СаСО3 составляют 44%, в доломитизированных из­вестняках П.П.П. несколько выше, а П.П.П. известняков, засо­ренных примесями, ниже 44%.

Подготовку пробы и определение потери при прокаливании выполняют следующим образом. 25 - 30 г материала средней пробы растирают в фарфоровой ступке и сокращают квартова­нием до 10 г, после чего растирают в агатовой ступке до тонины пудры и хранят в бюксе.

1 г материала высушивают при температуре 105 - 110°С и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. За­тем его помещают в прокаленный и взвешенный фарфоровый ти­гель, который постепенно нагревают в муфельной печи до темпе­ратуры 1000° С и выдерживают не менее 1 ч.

Тигель вынимают из печи, охлаждают в эксикаторе и взвеши­вают. Затем повторяют прокаливание в течение 15 мин, охлаж­дают и взвешивают тигель. При получении постоянного веса П.П.П., %, вычисляют по формуле:

П.П.П. = (G1-G2/G1)*100 %

где G1 — количество материала до прокаливания, г; G2 — коли­чество материала после прокаливания, г.

Далее определяют содержание в средней пробе окиси крем­ния (SiO2), полуторных окислов (R2O3 = Al2O3 + Fe2O3), окиси кальция (СаО) и окиси магния (MgO).

Если контрольная проверка качества сырья показала неудов­летворительные результаты, т. е. невыполнение хотя бы одного из требований стандарта, то производят повторную проверку, от­бирая двойное количество проб. При отрицательных результатах повторной проверки партия карбонатной породы не принимается предприятием и не пускается в производство.

Гранулометрический состав карбонатного сырья периодически, 1 раз в смену, проверяют на технологической ли­нии перед его подачей в скип или питатель печи. В этом случае отбирают пробу весом 100 - 150 кг и определяют содержание мелочи рассмотренным выше методом.

Все данные сооответствующих анализов заносят в журнал по контролю сырья[4].

1.1.5. Правила приемки, транспортировки и хранения сырьевых материалов (ГОСТ 26871 – 86). [5].

Правила приемки:

1.1. Камень должен быть принят техническим контролем предприятия-изготовителя.

1.2. Приемку и поставку камня осуществляют партиями. В состав партии включают камень одного вида, сорта и фракции.

1.3. При отгрузке камня железнодорожным и водным видами транспорта размер партии устанавливают в зависимости от годовой мощности карьера:    

      1000 т  -  при годовой мощности до 1000000 т;

      2000 т  -  свыше 1000000 т.

Допускается отгружать партии камня меньшей массы.

1.4. При отгрузке камня автомобильным транспортом партией, считают количество камня одного сорта и одной фракции, отгружаемого одному потребителю в течение суток.

1.5. Количество поставляемого камня определяют по его массе. Камень, отгружаемый в вагонах или автомобилях, взвешивают на железнодорожных и автомобильных весах. Массу камня, отгружаемого в судах, определяют по осадке судна.

1.6. Изготовитель должен определять фракционный состав камня не менее одного раза в квартал, а также при замене технологического оборудования или переходе из одного забоя в другой при разработке пласта гипсового камня.

1.7. Потребитель имеет право проводить контрольную проверку соответствия камня требованиям настоящего стандарта, применяя при этом приведенный ниже порядок отбора проб и методы испытаний. Потребитель отбирает пробы после разгрузки транспортных средств, изготовитель - перед или во время погрузки.

1.8. Пробы отбирают не менее чем из 10 мест равными частями на различной глубине при отгрузке железнодорожным или водным видам транспорта, а при отгрузке автомобильным транспортом - не менее чем из 5 машин.

1.9. Минимальную массу общей пробы определяют в зависимости от максимального размера фракции:    

      50 кг -  при максимальном размере фракции 60 мм;

      300 кг - при фракции  300 мм.

1.10. Если при испытании пробы получены неудовлетворительные результаты, проводят повторные испытания пробы камня, отобранной из той же партии.

При неудовлетворительных результатах повторных испытаний партия приемке не подлежит.

Транспортирование и хранение :

2.1. Известняковый камень поставляют навалом всеми видами транспортных средств.

2.2. Камень транспортируют железнодорожным транспортом в соответствии с правилами перевозок грузов и техническими условиями погрузки и крепления грузов, утвержденными министерством путей сообщения.

2.3. Предприятие - изготовитель должен сопровождать каждую отгружаемую партию документом о качестве установленной формы, в котором указывают:

      наименование и адрес предприятия - изготовителя;

      наименование камня;

      номер партии, дату отправки и объем партии;

      сорт, размер фракции;

      обозначение настоящего стандарта.

2.4. При транспортировании и хранении камень должен быть защищен от загрязнения посторонними примесями[5].

1.1.6. Складирование сырья и топлива

Складское хозяйство предприятия, изготовляющего известь, состоит из открытых или закрытых площадок, емкостей и хра­нилищ. Промежуточные (складские) емкости позволяют пред­приятию накапливать в них одно-двухмесячный запас сырьевых материалов, топлива и продукции для бесперебойной работы ос­новного технологического оборудования.

Различают склады, служащие для хранения сырья, топлива и готовой продукции.

Склады заводов часто получают сырье и топливо по железной дороге. Транспортируется оно обычно в саморазгружающихся вагонах, реже на платформах грузоподъемностью 50 т.

При доставке сырья автомобильным транспортом склад обыч­но представляет собой открытую бетонированную площадку с эстакадой, на которую заезжают самосвалы.

Сырье поступает на склад в фракционированном или нефракционированном виде. В первом случае оно распределяется со склада по приемным бункерам печей. Во втором - его вначале отправляют в приемные бункера дробильно-сортировочной установки (ДСУ), а после дробления и рассева ленточными транспортерами распределяют по приемным бункерам обжиговых печей.

Для доставки известняка со склада к приемным бункерам применяют опрокидные вагонетки узкой колеи, которые откаты­вают при помощи маневровых лебедок МОЛ-1 и МОЛ-2; бульдо­зеров; мостовых грейферных кранов грузоподъемностью 5 и 10 т.

Типовой склад сырья и твердого топлива боль­шой емкости протяженностью 100-130 м имеет бетони­рованный пол и стенки и оснащен двумя мостовыми кранами длиной 32 м и грузоподъемностью 10 т. Одной своей стороной склад примыкает к приемным бункерам дробильно-сортировочного отделения (или приемным бункерам печей). Противопожарная сторона склада оборудована эстакадой с железнодорожным путем. Сырье складируется в средней части площадки, а топливо с обоих сторон от сырья.