Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Цех шлакопортландцемента

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Строительно-технологический факультет

Кафедра технологии вяжущих веществ и бетонов

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Вяжущие вещества»

Тема: Цех шлакопортландцемента

Выполнил студент СТ III-3

Руководитель проекта

Ларсен Оксана Александровна

К защите__________________________________________________

Проект защищён с оценкой__________________________________

Москва 2011

Содержание

1.Ввведение…………………………………………………………………………………………..3

2.Номенкулатура продукции………………………………………………..…………………………………………..5

3.Технологическая часть

3.1Выбор способа и технологической схемы производства……..…………………………….7

3.2Описание технологического процесса………………………………………….………..….10

3.3Режим работы цеха……………………………………………………..………………….….10

3.4Расчёт грузопотоков и определение расхода сырьевых материалов………….…….…11

3.5Выбор и расчёт основного технологического и транспортного оборудования…...…..14

3.6Расчёт потребности в электроэнергии……………………………………………………...19

3.7Контроль сырья, производства и готовой продукции……………………………….…...20

4.Технико-экономические показатели……………………...………………………………….21

5.Охрана труда………………………………………………………………………………………………..22

6.Охрана окружающей среды…………………………………………………………………...23

7.Библиографический список………………………………………………………………...…24

1.Введение

Вяжущие вещества – основа современного строительства. Их широко применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, а также разнообразных бетонов (тяжёлых и лёгких). Из бетонов же изготовляют всевозможные строительные изделия и конструкции. Портландцемент и его разновидности, в том числе шлакопортландцемент, являются основными материалами в современном строительстве. Они позволяют возводить бетонные и железобетонные конструкции. Жилищное, гражданское, промышленное, сельскохозяйственное, гидротехническое, горное и дорожное – вот неполный перечень видов строительства, где с успехом применяются бетоны на портландцементе.

Шлакопортландцементом называется гидравлическое вяжущее, получаемое путем тонкого измельчения портландцементного клинкера и высушенного гранулированного доменного шлака с добавкой гипса. Шлакопортландцемент можно изготовить тщательным смешиванием тех же материалов измельчённых отдельно.

Доменные шлаки для изготовления различного рода строительных материалов используются у нас более 100 лет.

В 1865 году, вскоре после того, как стали применять грануляцию шлаков водой и были выявлены их гидравлические свойства, возникло производство стеновых камней из смеси извести и шлака. В 90-ых годах прошлого столетия в Днепропетровске и Кривом Роге построили набивным способом первые крупные здания из шлакобетона. Позже, в 1913 – 1914 гг., в Днепропетровске был выстроен первый завод шлакопортландцемента. Примерно в то же время производство его было организовано на Косогорском металлургическом заводе в Туле. В настоящее время объём производства шлакопортландцемента у нас достигает около 30% общего выпуска цемента.

По своим физико-химическим свойствам шлакопортландцемент близок к обычному портландцементу, но выгодно отличается от него более низкой стоимостью.

При прочих равных условиях стоимость его на 15-20% ниже стоимости портландцемента. В значительных количествах он издавна выпускается во Франции, США, Германии, Англии и других странах.

Технология производства шлакопортландцемента отличается тем, что гранулированный доменный шлак подвергается сушке при температурах, исключающих возможность его рекристаллизации, и в высушенном виде подаётся в цементные мельницы. При помоле шлакопортландцемента производительность многокамерных трубных мельниц понижается, что объясняется, по-видимому, низкой средней плотностью шлака, ограничивающей возможность достаточного заполнения по массе объёма мельниц. Иные результаты получаются при применении кислых шлаков как мокрой, так и в особенности полусухой грануляции. При совместном помоле с клинкером эти шлаки, хотя и в значительной степени остеклованы, не сосредотачиваются в тончайших фракциях цементного порошка. Наличие крупных зёрен шлака в составе шлакопортландцемента несколько замедляет процесс твердения. Шлакопортландцемент обладает повышенной сульфатостойкостью и антикоррозионностью по отношению к минерализованным водам. Это объясняется тем, что выделяющийся при гидролизе гидроксид кальция связывается шлаковыми минералами. Специфические свойства шлакопортландцемента (низкая экзотермия, повышенная устойчивость к агрессивному воздействию и т.д.) определяют области его применения.

В следствии пониженного тепловыделения и повышенной жаростойкости его предпочитают портландцементу при изготовлении бетонов массивных сооружений, а также в конструкциях горячих цехов. Повышенная стойкость по отношению к действию мягких и сульфатных вод, пониженное тепловыделение шлакопортландцемента позволяют эффективно его использовать в гидротехническом, морском и речном строительстве( с учётом норм агрессивности водной среды ). Однако в отличии от портландцемента, он неэффективен в частях сооружений, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию.

Шлакопортландцемент, как и портландцемент, широко применяют в производстве сборных бетонов и железобетонных конструкций и изделий, в частности изготавливаемых с использованием тепловлажностной обработки.

Если бетоны на шлакопортландцементе используют при пониженных положительных температурах ( ниже 10грС ), то необходим искусственный обогрев (за исключением массивных сооружений ).

Во всех областях применения шлакопортландцемента, он оказывается экономнее портландцемента той же активности.

2. Номенклатура продукции

Шлакопортландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, полученное путем совместного тонкого помола портландцементного клинкера, гипса и гранулированного или электротермофосфорного шлака. Гипс вводят в шлакопортландцемент для регулирования сроков схватывания, а также в качестве активизатора твердения шлака, с тем чтобы содержание SO₃ в шлакопортландцементе было не менее 1% и не более4%. По ГОСТ 10178-85 количество шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21% и не более 80% (массы цемента), часть шлака можно заменить активной минеральной добавкой (трепелом) (не более 10% по массе), что способствует улучшению технологических свойств вяжущего вещества. В шлакопортландцементе , предназначенном для применения в массивных гидротехнических сооружениях , предельное содержание шлака не регламентируется и устанавливается по соглашению сторон.

Разновидностями шлакопортландцемента являются быстротвердеющий и сульфатостойкий.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент отличается более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. Этот цемент по ГОСТ 10178-85 должен характеризоваться через 3 суток прочностью при сжатии не менее 19.6МПа и при изгибе 3.4МПа, а через 28 суток соответственно 39.2 и 5.4МПа. к особенностям производства быстротвердеющего шлакопортландцемента относят: применение активного алитоалюминатного цементного клинкера, пониженное против обычного количество вводимого в шихту шлака(до 15%), повышенная тонкость помола 3500-4500 см²/г (вместо обычных 2500-3000 см²/г ), применение добавок – ускорителей твердения ( AlCl₃, FeCl_2, NaCl и др.) в количестве 0.5-1% от массы цемента. Клинкер на основных шлаках должен содержать 55-70% C₃S и до 8-10% C₃A. Иными словами цемент должен быть алюминатно-алитовым с повышенными содержаниями коэффициента насыщения и глинозёмного модуля.

Сульфатостойкий портландцемент отличается повышенной устойчивостью цементного камня к агрессивному воздействию сульфатных вод. Это обеспечивается снижением содержания в клинкере высокоосновных алюминатов кальция, главным образом 3CaOAl₂O₃. пониженное содержание C₃S и C₃A заметно снижает активность цемента, в связи с чем в первые 28 суток твердения прочность его нарастает медленно.

Клинкер на заводах шлакопортландцемента целесообразно изготовлять с применением в качестве глинистого компонента гранулированного шлака. Для получения клинкера можно применять медленно охлажденные доменные шлаки, однако и дробление и помол требуют повышенных затрат электроэнергии, и поэтому обычно предпочитают использовать гранулированные шлаки, получаемые при быстром охлаждении расплава, образующегося при сплавлении пустой породы железных руд с флюсами и золой топлива. Быстроохлажденные доменные шлаки, наряду с кристаллическими минералами, содержат большое количество шлакового песка. Состав шлака сильно колеблется и находится в пределах:

CaO -30-35%, Al₂O₃ – 8-24%, SiO₂ – 28-38%, MgO – 1-10%. Активность шлаков зависит от структуры и химического состава, повышается при увеличении содержания шлакового стекла CaO, Al₂O₃.

Гранулированный шлак предварительно сушат в сушильных барабанах или, что эффективнее, в специальных установках в условиях кипящего слоя до влажности, не превышающей 1 -2%. Шлак не следует нагревать выше 600 – 700С, т.к. при более высокой температуре расстекловываться, что вызывает уменьшение его гидравлической активности.

Высушенный шлак, портландцементный клинкер и гипс дозируют и направляют на помол в шаровые мельницы. Для облегчения помола можно вводить специальные добавки в количестве до 1% по массе цемента (ПАВ, уголь и др.), не ухудшающие его качество.

Процессы твердения шлакопортландцемента более сложны, чем обычного портландцемента, поскольку в реакции с водой участвуют оба его компонента: клинкер и гранулированный шлак. В затвердевшем шлакопортландцементе (ШПЦ) преобладают низкоосновные гидросиликаты кальция, образующиеся в высокодисперсном гелевидном состоянии. Это отражается на его технических свойствах (повышенные по сравнению с портландцементом усадочные деформации затвердевшего камня при его увлажнении и высыхании и др.).

Вместе с тем при надлежащем составе вяжущего вещества отсутствие или незначительное содержание в цементном камне свободного гидроксида кальция и переход глинозёма в низко основные гидроалюминаты или гидрогелинит способствуют повышению сульфатостойкости ШПЦ по сравнению с портландцементами.

Как показывают исследования, твердение шлакопортландцемента на основе доменного шлака при обычной температуре сопровождается связыванием воды, не испаряющейся при 105⁰, в количестве 15% массы вяжущего вещества (через 28 суток твердения смесей с В/Ц=0,35/0,65). При этом возникают концентрационные поры, суммарный объём которых равен 0,4-0,5 см³/г связанной воды, не испаряющейся при 105^оС. Пористость при твердении портландцементов достигает в среднем 0,28см²/г неиспаряющейся воды. Истинная плотность ШПЦ колеблется в пределах 2,8-3г/см³, уменьшаясь с увеличением содержания в цементе гранулированного доменного шлака. Плотность в рыхлом состоянии 900-1200кг/м³, а в уплотненном – 1400-1700кг/м³. Водопотребность ШПЦ 21-25% (чуть ниже обычного портландцемента). С увеличением тонкости помола его водоудерживающая способность значительно возрастает.

Скорость схватывания зависит от химического состава шлака и соотношения в ШПЦ шлака и портландцементного клинкера , а также от содержания гипса. Активность ШПЦ 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 40-50МПа с умеренно повышенным содержанием С₃А (до 12%) и преобладанием С₃S в силикатной части.

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

Усадка и набухание ШПЦ при одинаковой тонкости помола характеризуется приблизительно такими же показателями, что и усадка и набухание обычного портландцемента. С увеличением содержания в клинкере С₂S и повышением тонкости помола усадка и набухание шлакопортландцемента возрастает.

Жаростойкость ШПЦ значительно превосходит жаростойкость портландцемента. ШПЦ способен без снижения прочности выдерживать длительное воздействие высоких температур (600-800^оС). Это объясняется главным образом пониженным содержанием Са(ОН)₂.

Стойкость ШПЦ при воздействии мягких и сульфатных вод выше, чем портландцементов. Повышенная стойкость ШПЦ 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, предпочтительней шлаковые портландцементы, а не обычный портландцемент.

Морозостойкость ШПЦ несколько ниже морозостойкости портландцемента, она уменьшается с увеличением содержания шлака. Это объясняется несколько меньшей плотностью и повышенной водонепроницаемостью бетонов на шлакопортландцементе. Бетоны на ШПЦ обычно выдерживают 50-100 циклов замораживания и оттаивания. Поэтому ШПЦ не рекомендуется для изделий и конструкций, работающих в особенно суровых условиях.

3. Технологическая часть

1. Выбор способа и технологической схемы производства

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

1.Изготовление портландцементного клинкера,

2.Подготовка гранулированного шлака,

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

Помол клинкера может проектировать как по открытому, так и по замкнутому циклу с применением центробежных сепараторов. Помол по замкнутому циклу в сравнении с помолом по открытому циклу эффективнее в тех случаях, когда необходимо получить цемент с высокой удельной поверхностью или цементы различной тонкости помола, а также когда измельчаемые компоненты сильно отличаются по размолоспособности. Цементы с удельной поверхностью выше 3500 см²\г получать помолом по открытому циклу неэффективно. Расстояние между соседними мельницами принимается 12,18, 24 и 30 метров в зависимости от размеров мельниц и общего компоновочного решения.

Достоинством помола в замкнутом цикле является возможность увеличить загрузку мельницы мелющими телами до 30%, что повышает её производительность при одновременном увеличении удельной поверхности готового продукта. Кроме того, уменьшается износ мелющих тел и бронефутеровки, повышается активность цемента и потребителю отгружают продукт с несколько пониженной температурой. А это означает, что могут не понадобиться специальные холодильники для охлаждения готового цемента.

Технология производства шлакопортландцемента отличается тем, что гранулированные доменный шлак подвергается сушке при температурах, исключающих возможность его рекристаллизации, и в высушенном виде подаётся 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 объёма мельниц.

Для получения каждого компонента с наиболее приемлемой для него тонкостью помола следует размалывать клинкер и шлак раздельно. В зависимости от сравнительной сопротивляемости клинкера и шлака измельчению принимают две схемы помола. По первой клинкер предварительно измельчается сначала в первой мельнице, а затем уже во второй совместно со шлаком. Такая схема рекомендована ЮЖГИПРОЦЕМЕНТОМ для получения быстротвердеющего шлакопортландцемента. 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 измалываемые компоненты едё дополнительно истирают друг друга. Высокая тонкость помола – развитая удельная поверхность особенно важна для клинкерной части цемента.

Технология производства быстротвердеющего ШПЦ была разработана ЮЖГИПРОЦЕМЕНТОМ для основных шлаков и НИИЦЕМЕНТОМ для кислых.

По схеме ЮЖГИПРОЦЕМЕНТа помол ШПЦ осуществляется по двухстадийной схеме: вначале на одной мельнице измельчается только клинкер. Который затем направляется во вторую мельницу для совместного тонкого измельчения со шлаком и гипсом. В результате получается клинкерный компонент с большой удельной поверхностью, обеспечивающий высокую интенсивность твердения ШПЦ.

Степень гидравлической активности шлаков по аналогии с портландцементным клинкером может быть в некоторой мере охарактеризована модулем основности. Модуль основности М_о доменного шлака представляет собой отношение содержащихся в нём основных оксидов (%) к сумме кислотных оксидов.

М_о=(CaO+ MgO)\( SiO₂+ Al₂O₃)

В зависимости от численного значения этого модуля различают шлаки основные (модуль основности которых равен больше единицы) и кислотные с модулем основности больше единицы.

3.2.Описание технологического процесса.

Гранулированный шлак предварительно сушат в сушильных барабанах до влажности, не превышающей 1-2%. Шлак не следует нагревать 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 помол в трубную мельницу.

Основными факторами, определяющими выбор схемы дробления сырьевых материалов, являются физические свойства, а также размер кусков, поступающих на измельчение. Оптимальная степень предварительного измельчения сырьевых материалов зависит от их размолоспособности. Дробление материалов может производиться в одну, две или три стадии. Крупность кусков материалов, поступающих в мельницу, должна быть не выше10-15 мм для клинкера, 30 мм – для гипса. Влажность клинкера не должна превышать 0,5 %, гипса – 10%, гранулированного шлака – 2%. Для получения цемента с удельной поверхностью 3000-3500 см²\г и выше применяются мельницы, работающие в замкнутом цикле с воздушным сепаратором, одно и двухкамерные чаще используют помольные установки с двухкамерными мельницами.

Измельчённый в мельнице материал поступает в сепаратор, где из него выделяются фракции тех размеров, какие требуются для готового продукта, а более крупные частицы направляются снова в мельницу на дополнительное измельчение. Таким образом, из материала непрерывно извлекаются наиболее дисперсные частички, которым особенно присуще свойство агрегироваться и прилипать к мелющим телам и стенкам мельницы. Благодаря этому производительность помольных установок возрастает на 10-20%.

На помольных установках с сепараторами создается возможность получать высокопрочные быстротвердеющие цементы с удельной поверхностью до 3500-4000 см²\г и более при пониженном содержании в них тончайших частиц, быстро теряющих активность. Кроме того, в мельничных установках с сепараторами создаются предпосылки к лучшему охлаждению материала (на 25-35°С), что положительно сказывается на его измельчении. Эти установки характеризуются большой маневренностью и позволяют выпускать цементы с различной тонкостью помола при постоянных загрузках и размерах мелющих тел.

Технологическая схема производства шлакопортландцемента

Клинкер Гипс Шлак

Ленточный Ленточный Ленточный

конвейер конвейер конвейер

Элеватор Дробилка Бункер

Бункер Элеватор Дозатор

Дозатор Бункер ПОС Сушильный барабан

Дозатор Элеватор

Бункер

Дозатор

ПОС Мельница

Шнек

Пневматический транпортер

Силосная банка (силос )

3.3. Режим работы цеха.

Цех работает по режиму непрерывной недели с двумя выходными в неделю в три смены. При трехсменной работе количество рабочих дней в году принимают равным 253 рабочим дням(5 дней в неделю по 23 ч); в утреннюю и вечернюю смену по 7,5 ч с обеденным перерывом 0,5 ч; в ночную смену 7 ч без обеденного перерыва, 52 субботних дня с одной сменой по 8 ч.

Расчётный годовой фонд времени работы технологического оборудования в часах

В_р=С_р*Ч*К_и,

Где В_р- расчётный годовой фонд времени работы технологического оборудования в часах;

С_р- расчётное количество рабочих суток в году;

Ч- количество рабочих часов в сутки;

К_и- среднегодовой коэффициент использования технологического оборудования.

В= 253*23ч=5819 ч годовой фонд работы оборудования.

В_р=5819*0,876=5097ч

3.4. Расчёт производительности, грузопотоков и определение расхода сырьевых материалов.

Состав портландцемента:

Клинкера –65%

Гранулированного доменного шлака –30%

Двуводного гипса-5%

Влажность шлака-18%

Влажность гипсового камня-2%

Помол всех компонентов совместный. Работа цеха в 3 смены.

Производительность цеха 250 000 тонн цемента в год.

1.При транспортировке цемента на склад готовой продукции теряется 1 %, следовательно, из мельниц должно выходить следующее количество цемента:

в год: П_г=250000*1,01=252500 т.

в час: П _ч= П_г/ В_р3=252500/5097=49.54 т.

2.При помоле теряется 1 % материалов, следовательно, на помол должно поступить:

П_г=252500*1,01=255025 т.

П _ч=49.54*1,01=50.04 т.

3.В мельницу поступают 3 отдозированных, раздельно подготовленных компонента в заданном соотношении. Количество каждого материала, поступающего в мельницу, должно составить:

Клинкера( 65 %) К_г=255025*0,65=165766.25 т.

К_ч=50.04*0,65=32.53 т.

Шлака ( 30 %) Ш_г=255025*0,30=76507.5 т.

Ш_ч=50.04*0,30=15.02 т.

Гипса двуводного (5%) Г_г=255025*0,05=12751.25 т.

Г_ч=50.04*0,05=2.51 т.

4.При транспортировке дробленого материала теряется 0,5%, поэтому в расходные бункеры перед мельницей должно поступать:

Клинкера К_г=165766.25*1,005=166595.09 т.

К_ч=32.53*1,005=32.7 т.

Шлака Ш_г=76507.5*1,005=76890.04 т.

Ш_ч=15.02*1,005=15.09 т.

С учётом того, что шлак после сушки имеет остаточную влажность – 1%:

Шлака Ш_г=76890.04*1,01=77658.95 т.

Ш_ч=15.09*1,01=15.24 т.

Гипса двуводного с учётом влажности W=2% (всего потери 2,5%):

Г_г=12751.25*1,025=13070.04 т.

Г_ч=2.51*1,025=2.57 т.

5.При транспортировании и дроблении клинкера и гипса теряется 0,5%, следовательно, со склада должно поступать:

К_г=166595.09*1,005=167428.07 т.

К_ч=32.70*1,005=32.85 т.

Г_г=13070.04*1,005=13135.40 т.

Г_ч=2.57*1,005=2.58 т.

6.При сушке шлака (имеющего влажность 18% и остаточную влажность после сушки 1%) теряется 17% и 0,5% за счёт уноса с дымовыми газами, всего потери составляют 17,5%. Поэтому в сушильный барабан должно поступать влажного шлака:

Ш_г=77658.95*1,175=91249.27 т.

Ш_ч=15.24*1,175=17.91 т.

7.При транспортировании со склада на дробление шлака теряется 0,5%, следовательно, со склада должно поступать: