Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Цех помола портландцемента М 500

Министерство образования РФ

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет (НИУ)

Архитектурно - строительный факультет

Кафедра «Строительные материалы»

Цех помола портландцемента М 500

Пояснительная записка к курсовой работе

по курсу: «Вяжущие вещества»

270100-62.2012.598.00.00.ПЗ

Нормоконтролер Руководитель

Черных Т. Н. Абызов В.А.

«______»___________ 2012 г. «______»___________2012 г.

Автор проекта

студент группы АС-344

Омелина Ж.Ю.

«______»___________2012 г.

Проект защищен

с оценкой

___________________

«______»___________2012 г.

Челябинск 2012

АННОТАЦИЯ

Цех помола портландцемента М 500 – Челябинск: ЮУрГУ 2012, рисунков 2, 12 таблиц, 1 лист графического чертежа ф.А1. Библиографический список – 15 наименований.

В данном курсовом проекте представлен проект цеха помола портландцемента. Производится расчет и подбор оборудования, расчет ёмкости и конструирование бункеров и складов, а также расчет системы аспирации и газоочистки мельницы. Дана характеристика исходного сырья. Основные технико–экономические показатели проекта собраны и представлены в виде таблицы.

CОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ….………………………………………………………...….....……5

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ…...……..………..6

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………..…………….……...10

2.1. Характеристика сырьевых материалов, полуфабрикатов, топлива…...10

2.2. Описание технологических процессов………………….……….…....…11

2.3. Выбор способа производства и разработка технологической

схемы……………..……………………………………………………...……..16

2.4. Режим работы цеха……………………………………………………….18

2.5. Производительность предприятия………………………………...…….18

2.6. Определение норм расхода сырья на 1 т вяжущего……………………18

2.7. Материальный баланс………………………………...………………….20

2.8. Выбор, обоснование и расчет количества технологического и

транспортного оборудования………………………………………………....22

2.9. Расчет систем аспирации и газоочистки………………………...………34

2.10. Расчет ёмкости и конструирование бункеров и складов……………..39

2.11. Расчет потребности электроэнергии…………………….…..................44

2.12. Расчет численности и состава производственных рабочих…………..45

2.13. Контроль производства и качества готовой продукции……………....47

3. Техника безопасности, производственная санитария и охрана окружающей среды. ………………………………...……………...48

4. Основные технико-экономические показатели….….......50

5. Библиографический список…...…………………………..............52

Введение

Изобретателем портландцемента считают англичанина Джозефа Аспдина. Но в нашей стране основоположником производства портландцемента является Е. Челиев.

В 1846 г. был основан первый завод портландцемента в Гродзеце. Начиная с 60 – х годов XIX в., были построены заводы в Риге, Новороссийске, Шурове, Брянске и других городах. В 1914 г. ко времени первой мировой войны в России насчитывалось 60 цементных заводов с годовой производительностью около 1,6 млн. т цемента.

Большой вклад в развитие портландцемента внесли советские учёные Менделеев Д.И., Шуляченко А. Р., Белелюбский Н. А., Лямин Н. Н., Дружинин С. А., и др.

Портландцемент и его разновидности – основной материал в современном строительстве. Из него возводят бетонные и железобетонные конструкции самых разнообразных зданий и сооружений. Жилищно – гражданское, промышленное, сельскохозяйственное, гидротехноческое, горное, дорожное, ирригационное и т. д.

Гигантские темпы строительства в нашей стране обусловили резкий рост производства цемента. В 1985 г. выпуск его превышал 140 – 142 млн. т. Неуклонно улучшается качество цемента, повышаются его прочностные показатели, расширяется ассортимент, выпускаются специальные виды цемента для различных областей строительства.

1. Характеристика выпускаемой продукции

В проектируемом цехе помола портландцемента планируется производство гидрофобного портландцемента марки М500. В качестве добавки используется гипс, а АМД – гранулированный шлак и ПАВ – асидол.

Гидрофобные портландцементы обладают меньшим водопоглощением, большей морозостойкостью и водонепроницаемостью, чем обычный портландцемент; способен длительное время храниться даже во влажной среде без потери активности. Повышенное воздухововлечение данного цемента снижает прочность тяжелых бетонов, однако, при производстве легких и ячеистых бетонов это свойство играет положительную роль

По вещественному составу гидрофобные цементы подразделяют на виды; гидрофобный портландцемент; гидрофобный портландцемент с минеральными добавками; гидрофобный шлакопортландцемент; пуццолановый портландцемент. По прочности на сжатие в возрасте 28 сут. цементы подразделяют на марки: 300, 400, 500.

В гидрофобный портландцемент разрешается вводить активные минеральные или инертные добавки тех же разновидностей и в том же количестве, что и в портландцемент. Непременным условием изготовления этого цемента является точное дозирование гидрофобной добавки. Предварительно опытным путем с учетом качества используемых на заводе клинкера и минеральных добавок устанавливают то количество гидрофобной добавки, которое необходимо ввести в цемент при его помоле.

Главнейшими окислами цементного клинкера являются окись кальция (CaO), кремнезём (SiO₂), глинозём (Al₂O₃) и окись железа (Fe₂O₃). В его состав входят ещё окись магния (MgO) и серный ангидрид (SO₃).

Содержание этих окислов колеблется в пределах (в %)

CaO 64 – 67 Fe₂O₃ 2 - 4

SiO₂ 21 – 24 MgO , SO₃2 - 3

Al₂O₃ 4 – 7

Основными минералами цементного клинкера являются алит 3CaO·SiO, белит 2CaO·SiO₂, 3CaOAl₂O₃ - трехкальциевый алюминат, 4CaOAl₂O₃Fe₂O₃ - четырехкальциевый алюмоферрит.

С₃S – самый важный минерал химически очень активен в реакции с водой, твердеет очень быстро, достигая большой прочности в раннее сроки.

С₂S – второй по важности минерал твердеет медленно, набирая достаточно высокую прочность в поздние сроки.

C₃A – наиболее активный минерал быстро взаимодействует с водой вызывая преждевременное схватывание цемента в ранние сроки, прочность низкая.

С₄АF – по быстроте твердения и наборе прочности занимает промежуточное положение между С₂S и С₃S.

Клинкер, применяемый при производстве цементов, по расчетному минералогическому составу должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.

Таблица 1

Наименование показателя	Значение для клинкера, % по массе, не более, по видам цемента
	гидрофобный портландцемент	гидрофобный портландцемент с минеральными добавками	гидрофобный шлакопортландцемент	пуццолановый портландцемент
содержание трехкальциевого силиката (3CaO·SiO₂)	50	Не нормируется
Содержание трехкальциевого алюмината (3CaO·Al₂O₃)	5		8
Сумма трехкальциевого алюмината (3CaO·Al₂O₃) и четырехкальциевого алюмоферрита (4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃)	22		Не нормируется
Содержание оксида алюминия (Al₂O₃)	5

Так же повышенное содержание в клинкере MgO вызывает неравномерность изменения объёма цемента при твердении. По ГОСТ 10178-76, MgO в клинкере должно быть не больше 5 % [2, с.134]. Твердение портландцемента является наиболее важным свойством. Под твердением

понимают процесс превращения пластичного цементного теста, состоящего из смеси цемента с водой, в твердое камневидное тело – цементный камень.

Цемент, затворенный водой и тщательно перемешанный, образует пластичное, липкое цементное тесто. Это тесто постепенно загустевает и переходит в камнеподобное состояние. Превращение порошка цемента в цементный камень с постепенным переходом через стадию образования пластичного цементного теста определяется физико-химическими процессами, происходящими между цементом и водой.

Клинкерные минералы, входящие в состав цементного зерна, при соприкосновении последнего с водой начинают растворяться и химически взаимодействовать с ней - гидратироваться, образуя гидраты:

ЗСаО SiO₂+ (n +1) H₂O = 2СаО SiO₂ nН₂О + Са (ОН)₂;

2СаО Si O₂ + nН₂O = 2СаО nSiO₂nН₂O;

ЗСаО Аl₂O₃ + 6Н₂O = ЗСаО АlO₂O₃ 6Н₂O;

4СаОАl₂O₃ Fe₂O₃+ (р+6) Н₂O = ЗСаОАl₂O₃6Н₂O + CaOFe₂O₃ pН₂O.

Гидратацией называется химическая реакция присоединения воды к веществу. Различают также реакции гидролиза, при которых сложное вещество под действием воды разлагается на менее сложные. В данном случае C₂S и С₃А гидратируют, a С₃S и C₄AF подвергаются гидролизу.

Так как цемент затворяется ограниченным количеством воды, то в результате растворения клинкерных минералов раствор в цементном тесте быстро становится насыщенным. Дальнейшая их гидратация вызывает пересыщение раствора, так как растворимость гидратов значительно меньше растворимости клинкерных минералов. Пересыщенные растворы в обычных условиях существовать не могут, из них начинает выпадать растворенное вещество в виде мельчайших частиц, в данном случае гидратов клинкерных

минералов. Эти частицы обладают клеящей способностью, которая передается цементному тесту. В результате оно хорошо прилипает к различным телам и склеивает их.

Вследствие поглощения воды клинкерными минералами на гидратацию содержание свободной воды в цементном тесте уменьшается, что повышает концентрацию гидратов и вызывает их слипание. При этом цементное тесто начинает загустевать, теряя клеящую способность и пластичные свойства. Период, в течение которого цементное тесто начинает приобретать некоторую прочность, называют временем схватывания; в зависимости от величины этой прочности различают начало и конец схватывания цементного теста. В конце схватывания оно теряет пластичность.

Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, конец - не позднее 10 ч от начала затворения. Тонкость помола цемента, определяемая по удельной поверхности, не должна превышать 250 м²/кг. Для цементов, содержащих добавки осадочного происхождения, тонкость помола определяют по остатку на сите с сеткой № 008 по ГОСТ 6613. Остаток на сите не должен быть более 15% массы просеиваемой пробы.

Предел прочности цементов при сжатии должен быть не менее величин, указанных в таблице 2.

Таблица 2

Вид цемента	Марка цемента	Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут
Гидрофобный портландцемент	400	39,2
Гидрофобный портландцемент с минеральными добавками	400 500	39,2 49,0
Гидрофобный шлакопортландцемент	300 400	29,4 39,2
Пуццолановый портландцемент	300 400	29,4 39,2

2. Технологическая часть

2.1. Характеристика сырьевых материалов, полуфабрикатов, топлива

В данном курсовом проекте для производства портландцемента предлагаются следующие сырьевые материалы, полуфабрикаты и топливо:

Клинкер – Магнитогорского цементного завода.

Таблица 3

Химический состав, %

Расчётный минерало-гический состав, %

Коэффициент

насыщения

Силикатный модуль

Кремнеземный модуль

Свободная CaO в %

SiO₂

Al₂O₃

Fe₂O₃

CaO

MgO

SO₃

п.п.п.

С₃S

C₂S

C₃A

C₄AF

21.21

6.33

4.94

65.12

2.13

0.77

0.24

0.91

0.79

1.28

1.12

Гипсовый камень –Ергачинского месторождения.

Таблица 4

Химический состав, %

Диаметр кусков,

D_w, мм

Влажность

ω, %

CaO

SO₃

SiO₂

Al₂O₃

Fe₂O₃

MgO

H₂O

CaSO₄·2H₂O

32,9 – 33

44,4 – 45

1,8 – 1,9

следы

нет

20,5 – 20,6

87,75 – 98,5

300

Активная минеральная добавка – Магнитогорский граншлак.

Таблица 5

Химический состав, %

Диаметр кусков,

D_w, мм

Влажность

ω, %

CaO

SO₃

SiO₂

Al₂O₃

+ TiO₂

Fe₂O₃

MgO

MnO

P₂O₅

стекло

34,5

нет

37,65

14?16

0,98

0,89

6,85

0,38

0,85

нет

300

Топливо – уголь бурый

Q_н = 3770 ккал/кг.

2.2. Описание технологических процессов

Процесс производства портландцемента состоит из ряда технологических операций, которые можно разделить на два самостоятельных комплекса. В первый комплекс входят операции по производству клинкера, второй комплекс операций охватывает измельчение клинкера совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками (если последние применяются), т. е. приготовление из клинкера портландцемента.

Основной задачей является получение клинкера с заданным минеральным составом, что зависит от состава и качества сырья, выбранного соотношения между исходными материалами, требуемой дисперсности, однородности сырьевой смеси и правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

Добыча сырья.

Основное сырье для производства портландцементного клинкера — карбонатные и глинистые горные породы. Наряду с сырьевыми материалами природного происхождения применяют искусственные материалы (отходы промышленности). Кроме того, в производстве портландцемента используют различные корректирующие добавки.

Содержание карбонатного компонента в цементно-сырьевой смеси обычно достигает 75—80 %. Поэтому химические и физические свойства этого компонента оказывают решающее влияние на выбор технологии портландцемента и производственного оборудования.

Из карбонатных пород для производства портландцемента в основном применяют известняковые горные породы с высоким содержанием СаСОз (40—100%) или оксида кальция СаО (22,5— 56 %) — известняки, мел, известковый мергель и др.

Содержание глинистых пород в сырьевой смеси должно быть в пределах 20—25 %. Глинистые породы— глина, суглинки, лесс и другие обеспечивают сырьевой смеси необходимое количество и соотношение кислотных; оксидов SiО₂, А1₂Оз и Fe₂О₃ [1, 20-21].

2. Приготовление сырьевой смеси.

В зависимости от вида подготовки сырьевой смеси к обжигу применяют три способа производства портландцементного клинкера — мокрый, сухой и комбинированный. При мокром способе измельчение и перемешивание сырьевых компонентов осуществляется в присутствии определенного количества воды. Полученная таким образом сырьевая смесь в виде жидкотекучей массы (сырьевой шлам) содержит 32—45 % воды. При сухом способе сырьевые материалы измельчаются и перемешиваются в сухом виде, в результате чего образуется тонкий минеральный порошок (сырьевая мука). При комбинированном—сырьевую смесь готовят по мокрому cnocoбу, затем полученный сырьевой шлам обезвоживают (фильтруют) до влажности 16 – 20% и полусухую массу подвергают грануляции и обжигу в печах.

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

Добытый известняк вначале подвергают дроблению до кусков размером 1 – 3 см. Полученную щебенку направляют на усреднительный склад, где с помощью комплекса машин происходит первичная гомогенизация. Добытую глину вначале также подвергают дроблению при одновременной сушке с последующей подачей материала на усреднительный склад для гомогенизации. С этих складов известняк и глину направляют через автоматические дозаторы в требуемом соотношении по массе в шаровые мельницы, где осуществляется сушка и помол сырья. Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах направляется на корректирование и гомогенизацию в специальные железобетонные силосы [1, 21-24].

Обжиг сырьевой смеси.

Процесс образования клинкерных минералов при обжиге, минералогический состав получаемого клинкера и свойства портландцемента зависят от физико-механических свойств и химического состава обжигаемой сырьевой смеси, вида и качества топлива, температур и продолжительности обжига, а также от скорости охлаждения клинкера.

Клинкер получают во вращающихся печах, применимых как при мокром, так и при сухом способах производства портландцемента.

Рассмотрим процессы, протекающие при обжиге сырьевой смеси во вращающейся печи. Исходное сырье — шлам поступает зону подсушки с начальной влажностью. В этой зоне сначала происходит разжижение шлама, вызванное его нагреванием. Затем по мере нагревания и испарения механически примешанной к нему воды шлам загустевает, в результате чего образуются комья. При дальнейшем нагревании комья распадаются на мелкие гранулы.

В следующую зону — зону подогрева материал поступает с температурой около 90—110°С и нагревается до 500—650 °С. В этой зоне начинаются химические реакции, изменяется химический состав и физические свойства сырьевой смеси. Органические вещества разлагаются и дегидратируется глинистый компонент. При дегидратации, начинающейся при температуре 450 ⁰С, каолинит распадается на свободные оксиды SiО₂ и А1₂О₃. В результате дегидратации ухудшаются пластические свойства глинистого компонента, что приводит к превращению гранул в порошкообразную массу.

Переходя в зону декарбонизации известняковый компонент сырьевой смеси разлагается по реакциям:

СаСО₃= СаО + СО₂;

MgCО₃=MgO+CО₂.

Образовавшееся значительное количество свободной извести в виде тонкодисперсного порошка вступает во взаимодействие с кремнеземом и полуторными оксидами глинистого компонента, в результате чего получают клинкерные минералы. Эти реакции протекают в твердом состоянии (в твердых фазах) с большим выделением теплоты и сопровождаются превращением порошкообразной массы в крупные гранулы.

Зона декарбонизации является основной теплопотребляющей зоной в печи. Дальнейшее увеличение температуры материала 1300°С происходит в экзотермической зоне за счет выделения теплоты при реакциях образования

двухкальциевого силиката C₂S, алюминатов С₃А₅ и С₃А и алюмоферритов. При этом в сырьевых компонентах быстро уменьшается содержание свободной извести.

Наиболее ответственная часть печи — зона спекания где при 1300—1450 ⁰С завершается процесс клинкерообразования. В зоне спекания материал расплавляется, в результате чего образуется жидкая фаза. Жидкая фаза вступает во взаимодействие с продуктами реакции в твердом состоянии, т. е. начинается процесс спекании. В начальный период спекания в состав жидкой фаз в входят С₃А, C₄AF, CaO, MgO, при этом C₂S находится в твердом состоянии. По мере повышения температур C₂S быстро растворяется в жидкой фазе, насыщаясь известью СаО до образования 3CaOSi0₂. C₃S выделяется из жидкой фазы в виде кристаллов. Размер кристаллов C₃S, зависящий от режимов обжига и охлаждения, влияет на прочность цемента. Наиболее прочные цементы дают клинкеры с мелкокристаллической структурой C₃S. При длительном пребывании клинкера в зоне спекания и медленном охлаждении кристаллы С₃S укрупняются, что приводит к понижению прочности цемента. При понижении температуры до 1300°С жидкая фаза начинает застывать, процесс спекания заканчивается.

В зоне охлаждения температура клинкера снижается до 1100—1000 °С. Жидкая фаза застывает, частично выделяя кристаллы минералов С₃А, C₄AF, C₂S, MgО частично переходя в стекловидное состояние. Из этой зоны клинкер поступает в холодильник печи для окончательного охлаждения.

Качество клинкера повышается при быстром его охлаждении, так как при этом не происходит роста кристаллов C₃S и C₂S, жидкая фаза в большей мере остается в стекловидном состоянии и большая часть MgO сохраняется в клинкерном стекле [1, 64-66].

4. Помол клинкера.

Цементный порошок состоит из зёрен размера 5 – 10…30 – 40 микрон. Для получения портландцемента его подвергают помолу совместно с гипсовым камнем (3 – 5%) и гидравлическими или инертными добавками, которые перед помолом обычно высушивают. Помол клинкера является важным технологическим процессом, одним из наиболее энергоемких в цементном производстве. Многие свойства цемента – активность, интенсивность нарастания прочности, морозостойкость – зависят не только от химического и фазового составов клинкера, но и от тонкости помола. Способом оценки размалываемости является определение коэффициента размалываемости, то есть отношение времени, необходимого для размола кварца, ко времени, необходимому для

размола данного материала до той же степени дисперсности:

K=tкв/tм

Тонкость помола портландцемента характеризуется остаткам на сите с размером ячеек в свету 0,08 мм не более 15 % и удельной поверхностью порошка [2, 198-205].