Технологическая схема производства шлакопортландцемента

Содержание

 

         Введение                   

1 Основные свойства готовой продукции, сырья и вспомогательных материалов               5

         2   Технология производства                                                                           7

          2.1 Выбор способа и технологической схемы производства                            7

         2.2 Технологическая схема производства шлакопортландцемента     9

          3  Фонды рабочего времени                                                                                 11

          4  Материальный баланс                                                                                       11

          5   Выбор технологического оборудования                                                         14     

          6   Расчет расхода энергоресурсов оборудования                                               19

          7   Контроль качества                                                                                             20

          8   Охрана труда                                                                                                      22

          9  Правила приемки                                                                                               25

         10  Охрана окружающей среды                                                                            28

        11  Список использованной литературы                                                    30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Цемент – один из важнейших строительных материалов, предназначенных для бетонов и строительных растворов, скрепление отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляций и др. Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердевания на воздухе продолжает сохранять и наращивать прочность в воде.

Производство  цемента обусловлено необходимостью его производства для применения в главным образом в строительстве. Строительство жилья на основе цемента позволяет получить объекты с низкой теплопроводностью и высокой морозостойкостью.

Технология  цементное производство позволяет  использовать в нём отходы добывающей, металлургической отраслей, а также  побочные продукты этих производств. Гибкая технология позволяет осуществлять комбинирование производства цемента  с производством металлов.

Существует  много подвидов цемента. Они отличаются друг от друга конечными свойствами, условиями производства и наличием в них различных видов добавок.

Шлакопортландцемент (ШПЦ) – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гранулированным доменным и электротермофосфорным шлаком, а также с двуводным гипсом. Для получения быстротвердеющего шлакопортландцемента порошок портландцемента иногда размалывают с гранулированным шлаком. Шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21% и не более 80% по массе (ГОСТ 10178 -85). Гипс вводят в шлакопортландцемент для регулирования сроков схватывания, а также в качестве активизатора твердения шлака.

По своим  физико–механическим свойствам шлакопортландцемент близок к обычному портландцементу, но выгодно отличается от него более низкой стоимостью. При прочих равных условиях стоимость его на 10 – 15% ниже стоимости портландцемента.

Схематически  твердение шлакопортландцемента можно себе представить как результат ряда процессов, протекающих одновременно, а именно:

- гидролиза и гидратации клинкерных минералов;

- взаимодействие гидрата окиси кальция с глиноземом и кремнеземом, находящимися в шлаковом стекле, с образованием гидросиликатов, гидроалюминатов, а также гидросиликоалюминатов кальция;

- взаимодействие трехкальциевого гидроалюмината кальция клинкера с сульфатом кальция с образованием гидросульфоалюмината кальция.

Шлакопортландцемент твердеет несколько медленнее, чем портландцемент, в особенности при пониженных положительных температурах. Это объясняется значительным содержанием шлака. Однако при тончайшем помоле, в особенности двухступенчатом, и содержании шлака около 30–35% скорость твердения шлакопортландцемента такая же.

B зависимости  от прочности на сжатие шлакопортландцемент выпускают четырех марок: 300, 400, 500 и 600.

Вследствие  меньшего содержания гидрата окиси  кальция продукты гидрации шлакопортландцемента более устойчивы, что обусловливает повышенные солестойкость и водостойкость.

По морозостойкости  шлакопортландцемент уступает портландцементу в различной степени в зависимости от содержания в нем шлака и химико-минералогического состава исходного клинкера.

Шлакопортландцемент характеризуется пониженным или умеренным тепловыделением при твердении, а также меньшими объемными деформациями в растворе и бетоне – усадкой (на воздухе) и набуханием (в воде).

Строительно-технические  свойства шлакопортландцемента обусловливают и области его практического применения – те же, что и портландцемента аналогичных марок. Его целесообразно использовать для производства монолитных и сборных железобетонных конструкций и деталей, в особенности с применением тепловлажностной обработки, а также для изготовления строительных растворов. Шлакопортландцемент предназначен в основном для бетонных и железобетонных наземных, а также подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных, а также минерализированных вод с учетом норм агрессивности воды – среды.

Вследствие  пониженного тепловыделения при  твердении и малой усадки шлакопортландцемента его можно весьма эффективно применять для внутримассивного бетона гидротехнических сооружений. В силу пониженной морозостойкости шлакопортландцемента его нельзя применять для бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию.

 Для осуществления грандиозных объемов работ по промышленному, жилищно-гражданскому и сельскохозяйственному строительству, требуется большое количество разнообразных строительных материалов, в том числе вяжущих веществ и бетонов.

 В строительстве имеется много работ, при которых технологически возможно и экономически целесообразно использование бесклинкерных и малоклинкерных цементов, способствующих экономии высококачественных портландцементов и даже шлакопортландцементов обычного состава, т. е. с содержанием шлака не более 60%. Одним из распространенных видов местного сырья для производства бесклинкерных и малоклинкерных вяжущих веществ являются отходы металлургии и энергетики в виде шлаков и зол. Исследования показали возможность (для многих видов) получения бетонов с прочностью при сжатии (после пропаривания) до 20 кг/см2 и более на вяжущих из добавленных гранулированных шлаков в условиях изотерического пропаривания при 95°С в течение 4-8 часов.

  Важно также отметить и новые возможности по изготовлению шлакопортладцементов, которые производятся не только из традиционно применяемых доменных шлаков (гранулированных), но и из таких, как кислые-топливные, а также шлаки электротермической воронки фосфора, обычно получаемые в гранулированном виде.

   Стоимость вяжущих веществ в современных бетонах составляет 40-50% общей стоимости всех материалов, идущих на изготовление бетона. В связи с этим возникает вопрос о выборе и применении вяжущих веществ как более эффективных в технико-экономическом отношении.

   Наиболее экономическими по затратам сырья, топлива и электроэнергии являются шлаковые и зольные вяжущие вещества, получаемые из отходов металлургической, энергетической, фосфорной промышленности.

    Простая технология производства шлаковых вяжущих веществ, сводящаяся в основном к дроблению (при пусковых материалах), сушке и помолу входящих компонентов, позволяет быстро организовать сушильно-помольные установки с минимальными капиталовложениями и строительными объемами зданий. Таким образом, для удешевления бетонных и железобетонных изделий необходимо максимально использовать местные вяжущие и в первую очередь шлаковые цементы.

Рациональное  использование шлаковых отходов  выгодно еще и потому, что на их удаление с территории металлургических предприятий и электростанций затрачиваются  значительные материальные и трудовые ресурсы.

Следует учесть возможность получения шлакопортландцементов высокой активности с помощью тонкого помола до удельной поверхности 4000-5000 см2/г и выпуска их марки не ниже 400. При этом возможно применение также и повторного помола портландцементного порошка с гранулированным шлаком. Кроме того, организацию производства высокомарочных шлакопортландцементов следует провести на базе наиболее активных шлаков металлургических заводов [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ, СЫРЬЯ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Согласно  ГОСТ 10178 доменного шлака в этом цементе должно быть не менее 21% не более 10% массы цемента; часть шлака можно заменить активной минеральной добавкой (треплом) не более 10% массы цемента, что способствует улучшению технических свойств вяжущего. Наиболее быстрое твердение происходит при 30-40% шлака.

Гипс  вводят в шлакопортландцемент для регулирования сроков схватывания, а также в качестве активизатора твердения шлака. Дозировку гипса нужно устанавливать экспериментально. Сырьём для производства служит известняк и глины, которые добываются открытым способом в карьере.

Содержание S0з в клинкере должно быть не менее 1,0% не более 4,0% по массе. Отличительной  его способностью является повышенная прочность при изгибе (возр. 28 суток) 5, 9    и при сжатии (возр. 28 суток) 49 МПа. В отличии от пуццолановых портландцементов ШПЦ не вызывает повышения водопотребности растворов и бетонных смесей. При несколько замедленном росте прочности в первой, после затворения период, он интенсивно наращивает ее в последующем. За срок от 7 суток до одного года прочность у ШПЦ – в нормальных температурно-влажностных условиях возрастает примерно в 2.5  раза.

Твердение ШПЦ на основе доменного шлака  при обычной температуре сопровождается связыванием воды, не испаряющейся при 105°С, в количестве 15% массы вяжущего. При этом возникают конструкционные поры, суммарный объем которых равен 0,4-0,5 см/г связанной воды, не испаряющейся при 105°С. Пористость при твердении портландцементов достигает в среднем 0,28 см/г неиспаряющейся воды.

Истинная  плотность ШПЦ колеблется в пределах 2,8-3,0 г/см3, уменьшаясь с увеличением содержания в цементе гранулированного доменного шлака. Плотность в рыхло-насыпном состоянии 900-1200 кг/м3, а в уплотненном -1400-1700 кг/м3.

 Водопотребность ШПЦ существенно не отличается от водопотребности обычных портландцементов. В ряде случаев при ровной удобообрабатываемости в растворные или бетонные смеси на ШПЦ нужно добавлять воды меньше, чем при использовании портландцемента. Водоотделением из теста, полученного затворением ШПЦ, несколько больше, чем из теста портландцемента. С увеличением тонкости помола его водоудерживающая способность значительно возрастает.

Для повышения  активности ШПЦ применяется мокрый помол шлаков и последующее слепление шлакового шлама в бетономешалке с портландцементом. Было установлено, что выделение тепла при твердении ШПЦ понизилось, что особенно ценно для массового бетона. ШПЦ при твердении обычно отмечается равномерным изменением объема.

Тепловыделение  при твердении ШПЦ меньше, чем у портландцемента, причем тем меньше, чем больше в нем шлака, и тем значительнее, чем выше его удельная поверхность.

Жаростойкость ШПЦ значительно превосходит жароспособность портландцемента. ШПЦ способен без снижения прочности выдержать длительное воздействие высоких температур (600-800°С). Это объясняется, главным образом, пониженным содержанием свободного Са (ОН)2.

Положительной особенностью ШПЦ, в отличие от пуццолановых, является сравнительная воздухоспособность, обеспечивающая нормальное твердение бетона наземных сооружений. ШПЦ не оказывает коррозирующего действия на заложенную в бетон стальную арматуру и достаточно прочно сцепляется с ней.

Морозостойкость уменьшается с увеличением содержания шлака. Этой объясняется несколько  меньшей плотностью и повышенной водопроницаемостью бетонов на ШПЦ. Бетоны на ШПЦ обычно выдерживают 50-100 циклов замораживания и оттаивания. Поэтому его не рекомендуют для  изделий и конструкций, работающих в особо суровых условиях, например в плитах-оболочках гидротехнических сооружений, размещаемых в зоне меняющегося  уровня воды и систематически замерзающих и оттаивающих в водонасыщенном состоянии

Скорость  схватывания зависит от химического  состава шлака и соотношения  в шлакопортландцементе шлака и портландцементного клинкера, а также от содержания гипса. Добавление 30—50 % шлака к быстросхватывающемуся измельченному клинкеру (даже без гипса) позволяет получать, как правило, нормально и медленно схватывающийся продукт. Введение гипса, замедляя схватывание портландцементного клинкера, значительно ускоряет схватывание шлакопортландцемента, возбуждая гидравлическую активность шлака. Обычный шлакопортландцемент, содержащий 50— 60 % шлака, схватывается медленнее, чем рядовой портландцемент. Однако он удовлетворяет общим для всех клинкерных цементов нормам: начало схватывания — не ранее 45 мин и конец — не позднее 10 ч. Шлакопортландцемент соответственно ГОСТ 10178 разделяют по показателям прочности на марки 300, 400 и 500.

Активность  шлакопортландцемента при одинаковой тонкости помола определяется, главным образом, оптимальным для данного шлака химическим и минеральным составом клинкера и соотношением между шлаком и клинкером. Для производства шлакопортландцемента предпочтителен клинкер активностью 40—50 МПа с умеренно повышенным содержанием С3А (до 12 %) и преобладанием C3S в силикатной части.

Шлакопортландцемент характеризуется относительно медленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, что особенно ощутимо при испытании образцов из пластичного раствора. В более отдаленные сроки твердения прочность обыкновенного шлакопортландцемента возрастает и через 2—3 месяца даже превосходит прочность портландцемента той же марки. Рядовой шлакопортландцемент по сравнению с портландцементом при схватывании и твердении более чувствителен к влиянию температуры окружающей среды. При пониженных положительных температурах (2—6°С) его схватывание и твердение значительно замедляются, а при тепловлажностной обработке резко ускоряются. Термообработка бетонов на шлакопортландцементе при 80—95°С способствует ускорению процессов твердения, причем через 28 сут прочность пропаренных бетонов в 1,5—2 раза превосходит прочность тех же бетонов, твердевших при обычной температуре (15—20 °С).

Активность  обычных шлакопортландцементов и портландцементов, измельченных до удельной поверхности около 3000 см2/г, при длительном хранении изменяется примерно одинаково. Быстротвердеющий шлакопортландцемент при хранении вследствие значительной удельной поверхности относительно быстро теряет активность и особенно способность к интенсивному росту прочности в ранние сроки твердения (1—3 сут). Поэтому быстротвердеющие шлакопортландцементы следует применять после изготовления в первые 5—7 сут и во всяком случае не позднее двух недель. В эти сроки прочность цемента при хранении снижается относительно мало.

Усадка  и набухание шлакопортландцемента при одинаковой тонкости помола характеризуются приблизительно такими же показателями, что и усадка и набухание обычного портландцемента. С увеличением содержания в клинкере C2S и повышением тонкости помола усадка и набухание шлакопортлаидцемеита, как и портландцемента, возрастают. Быстротвердеющий шлакопортландцемент вследствие высокой удельной поверхности обладает повышенной усадкой, достигающей через 3 месяца 0,6—0,7 мм/м (у образцов из пластичного раствора 1:3). Поэтому его не следует применять в тех областях строительства, где предъявляются особые требования к значению усадочных деформаций, например при устройстве дорожных покрытий в условиях сухого и жаркого климата. По интенсивности миграции влаги бетоны на шлакопортлаидцементах и портландцементах практически равноценны.

Стойкость шлакопортландцементов при воздействии мягких и сульфатных вод выше, чем портландцементов. В частности, против сульфатной агрессии более стойки шлакопортландцементы с пониженным количеством клинкера, содержащие кислые малоалюминатные шлаки с повышенным (до 8—10 %) количеством MgO. Вместе с тем необходимо отметить, что шлакопортландцементы такого состава часто характеризуются невысокой активностью. Повышенная стойкость шлакопортландцементов в мягких водах объясняется образованием при их твердении цементирующих новообразований пониженной основности и незначительным содержанием в цементном камне гидроксида кальция. В связи с этим для частей сооружений, постоянно находящихся в воде, в частности речной, предпочтительнее шлаковые портландцементы, а не обычный портландцемент.

Значительное  снижение концентрации гидроксида кальция в жидкой фазе твердеющего шлакопортландцемента уменьшает возможность образования трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) при проникании сульфатных вод. Поэтому в затвердевшем цементном камне не возникают вредные объемные деформации, нарушающие его структуру. Этим объясняется более высокая стойкость шлакопортландцементных бетонов в минерализованных сульфатных водах по сравнению со стойкостью бетонов на портландцементе. В кислых и углекислых водах, где степень разрушения цементного камня мало зависит от содержания в нем Са(ОН)2, стойкость шлакопортландцемента примерно такая же, как и портландцемента [2].

В таблице 1 приведена характеристика сырья для получения шлакопортландцемента.

Таблица 1. Характеристика сырья для получения шлакопортландцемента

Вид сырья

Показатель

Размерность

Значение (норма)

Источник

информации

1

2

3

4

5

Глина

Хим.состав:

Al2O3

SiO2

CaO

MgO

Fe2O3

Щелочи:

5MgO

0,ЗТiО2

0,ЗР2О5

Минер.состав:

C3S

C2S

С3А

C4AF

 

%

%

%

%

%

 

%

%

%

 

 

%

%

%

%

 

4 – 8

21 – 24

63 – 66

5

2 – 4

 

0,5

0,1

0,1

 

 

40-65

15 - 40

12

10-20

[3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[3]

Двуводный гипс

CaSO4 *2H2O

%

1,5-3,5

[3]

Уголь

  

%

1

[2]

Гранулированный шлак

  

%

50-60

[2]

ШПЦ

Свойства ШПЦ:

твердение

В/Ц

пористость

истинная плотность

плотность в рыхл.сост.

плотность в уплот.сост.

начало схватывания

конец схватывания

активность

 

удельная поверхность 

морозостойкость

 

 

сут

 

см3/г

г/см3

 

кг/м3

 

кг/м3

 

мин

 

ч

 

МПа

 

см2/г

 

цикл

 

 

28

0,35-0,65

0,28

2,8-3

 

900-1200

 

1400-1700

 

45

 

10

 

40-50

 

3000

 

50-100

[2]


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

2.1 ВЫБОР  СПОСОБА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ  ПРОИЗВОДСТВА

 

          Технологический процесс получения  шлакопортландцемента на заводах полным производственным циклом (включая получения клинкера) состоит из следующих основных операций:

1. Изготовление  портландцементного клинкера;

2. Подготовка  гранулированного шлака;

3. Получение  шлакопортландцемента совместным помолом этих двух материалов и известняка. 

          Помол клинкера проектируется по открытому циклу. Технология производства шлакопортландцемента отличается тем, что гранулированный доменный шлак подвергается сушке при температурах, исключающих возможность его рекристаллизации, и в высушенном виде подается в цементные мельницы. При помоле ШПЦ производительность многокамерных трубных мельниц понижается, что объясняется, по-видимому, низкой средней плотностью шлака, ограничивающей возможность    достаточного заполнения по массе объема мельниц.

           В зависимости от сравнительной сопротивляемости клинкера и шлака измельчению принимают две схемы помола. По первой клинкер предварительно измельчают в первой мельнице, а затем уже во второй совместно со шлаком. Она рациональна при более низкой размалываемости шлака, чем клинкера. В этом случае достигается особо тонкий помол клинкера, что ускоряет твердение ШПЦ. Вторая схема предусматривает обычный совместный помол шлака и клинкера при примерно одинаковой их размалываемости. В этом случае измельченные компоненты еще дополнительно истирают друг друга. Высокая тонкость помола - развитая удельная поверхность - особенно важна для клинкерной части цемента. Поэтому в данной работе использована именно вторая схема помола.

         Для изготовления портландцементного  клинкера необходимы известняк,  глина, гипс и шлак. Известняк  и глину добывают в карьере,  после дробят, а глину вместе  с дроблением сушат. После известняк  и глину усредняют на складе.

Гранулированный шлак предварительно сушат в сушильных  барабанах до влажности, не превышающей 1-2%. Шлак не следует нагревать не выше 600-700°С, т. к. при более высокой температуре он может расстекловываться, что вызывает уменьшение его гидравлической активности.

Высушенный  шлак, портландцементный клинкер  и гипс дозируют и направляют на совместный помол с сушкой в трубную мельницу. Трубные мельницы с открытым циклом измельчения применяют для помола сырьевых материалов, а также клинкера. Для облегчения помола можно вводить специальные добавки в количестве до 1 % по массе цемента (ПАВ, уголь и др.), не ухудшающие его качество.

Далее высушенный шлак, портландцементный клинкер и гипс подвергаются гомогенизации в смесительных силосах. Для предварительного нагрева порошкового сырья используют циклонный теплообменник. Следующий этап – направление сырья в декарбонизатор. После гомогенизации в смесительных силосах, производят грануляцию сырья и сразу уже помещают в конвейерную кальцинирующую решетку. Также, вместе с этим уголь дробят и сушат, направляя на обжиг во вращающуюся печь, как и сырье.  Полученную смесь помещают в холодильник. Данную смесь, после отправляют на клинкерный склад.

Гипс  вводят в шлакопортландцемент для регулирования сроков схватывания, а также в качестве активизатора твердения шлака. Его также дробят и дозируют. Дозировку гипса нужно устанавливать экспериментально. Далее проверяют качество уже готового изделия отделом технического контроля (ОТК). ОТК, являясь одним из подразделений предприятия, не только контролирует качество продукции, но и выясняет также причины брака и активно воздействует на службы завода с целью его предотвращения на всех этапах производства деталей, узлов и машин в целом. Перед службой технического контроля на данном заводе стоят следующие задачи:

- предупреждение появления массового брака, что достигается своевременным обнаружением отклонений от технологических и технических условий и изъятием из производства изношенных штампов, неисправного инструмента, контрольных приборов и др.;

- обнаружение бракованных поковок, изъятие их из основной массы годных поковок, оформление соответствующей документации с указанием годных и бракованных поковок и конкретных виновников брака;

- контроль за соблюдением установленных припусков, контроль качества термической обработки, качества поверхности и др.;

- систематический учет брака, анализ причин его появления, осуществляемый на основе долгосрочного сбора данных на заводе и у потребителя [4].

Готовый шлакопортландцемент складируют. После определения качества цемента часть его поступает в упаковочную машину. Здесь он автоматически насыпается в бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах-цементовозах.

Основными факторами, определяющими выбор  схемы дробления сырьевых материалов, являются их физические свойства, а  также размеры кусков, поступающих  на измельчение. Оптимальная степень  предварительного измельчения сырьевых материалов зависит от их размолоспособности.

Дробление материалов производится в одну стадию. Крупность кусков материалов, поступающих в мельницу, должна быть не выше 10-15 мм для клинкера, 30 мм для гипса. Влажность клинкера не должна превышать 0,5%, гипса (как добавки к клинкеру) -10%, гранулированного шлака 2% [4].

 

 

 

 

 

 

2.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

 

Известняк   Глина   Уголь   Гипс   Шлак


 

 

    Добыча     Добыча  Дробление  Дробление    Сушка


 

   Дробление       Дробление с сушкой      Сушка и помол          Дозирование             Дозирование

      



Усреднение на складе          Усреднение на складе




Дозирование   Дозирование





Совместный помол с сушкой в  мельнице



Гомогенизация в смесительных силосах



                                                                                                  Гранулятор

Циклонный теплообменник 


Конвейерная кальцинирующая решетка


      Декарбонизатор



 

Обжиг во вращающейся печи


 


 

       Холодильник


 



   Клинкерный склад

 



    Дозирование


 


 

Помол клинкера с гипсом в мельнице


 

 

    ОТК

 


 

Складирование ШПЦ


 

 

         Упаковка                                  Отправка цемента в вагонах, автомашинах и т.п.


 

Отправка цемента в мешках