Завод по производству портландцемента марки 400

  Министерство  образования и  науки  Республики  Казахстан 

Павлодарский  государственный  университет им. С. Торайгырова

                                                                                                                                                                       

Архитектурно - Строительный факультет 

Кафедра Транспортное строительство и профессиональное обучение 
 
 
 
 

    курсовая работа 

                             КР. 050730. 24-04. 63. 11. ПЗ        

По  дисциплине «Вяжущие вещества»___________________________

Тема  «Завод по производству портландцемента марки 400  в___                                      

г. Магнитогорске, производительностью 2,0 млн. т/год. (цех помола клинкера)» 
 

______________                         (оценка)                  Члены комиссии _____________________________                 (должность, учёная степень) _____________________________                       (инициалы, фамилия) _____________    ______________            (подпись)                                 (дата)      Нормоконтролер _____________________________                 (должность,  ученая  степень) _____________________________                          (инициалы,  фамилия) _____________    ______________            (подпись)                               (дата)

Руководитель      ______Ст. преподаватель    _____                     (должность,  ученая  степень)           _______Н. В.Горелова     _______                             (инициалы,  фамилия)  ______________    _____________                 (подпись)                             (дата)       Студент ________Д. С. Бушина_______                         (инициалы,  фамилия)   ______________     ____________               (подпись)                             (дата)   __________ПСМ-202    ________                                   (группа)

 
 
 
 
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
 

       Введение………………………………………………………………………..4

1   Номенклатура выпускаемой продукции……………………………………....6

2  Характеристика сырьевых материалов…………………..................................7

3  Расчет состава сырьевой шихты…………………………………………….....9

4   Технологическая часть…………………………………………………….…..13

4.1 Выбор и обоснование способа производства…………………………….….13

4.2 Технологическая схема…………………………………………......................13

4.3 Расчет режима работы цеха……………………………………...................... 17

4.4 Расчет потребности в сырьевых материалах…………………………….…..19

4.5 Подбор технологического оборудования…………………………………....25

5    Технико-экономические показатели…………………………………….….. 26

5.1 Расчет потребности производственных рабочих…………………………....26

5.2 Технико-экономические показатели…………………………………………27

  6    Контроль качества……………………………………………………………..29

7  Охрана труда и ТБ……………………………………………………………..30

        Список использованных источников………………………………………...32

        Приложение……………………………………………………………………33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                    Введение 
 

          Портландцементом (ПЦ) называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70- 80 %). Портландцемент- продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой (3- 5 %) гипса. Клинкер представляет собой зернистый материал, полученный обжигом до спекания при (1450°С) сырьевой смеси, состоящей в основном из карбоната кальция (различных видов известняков) и алюмоселикатов (глин, мергеля, доменного шлака и др.). Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватывания портландцемента. Допускается применение фосфогипса и борогипса.

          Клинкер получают обжигом до  спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины и некоторых других материалов (мергеля, доменного шлака и пр.) Гипс в ПЦ добавляют для регулирования скорости схватывания и некоторых других свойств.

          Решение о строительстве цементного завода мощностью 600 тыс. тонн цемента в год в районе г. Магнитогорска было принято Советом Министров СССР и Министерством строительства и промышленности строительных материалов 12 февраля 1947 года. Выбор площадки будущего завода был определен близостью "Смеловского месторождения" известняка и "Приуральского месторождения" глин. Проектировщиком завода выступил институт "Типроцемент". 1 марта 1947 года  трестом "Магнитострой" начато строительство цементного завода. Через 3 года (в мае 1950 года) на заводе был произведен розжиг первой вращающейся печи, длиной 150 метров, бывшей тогда последним словом техники, а еще через 2 месяца произведен розжиг и второй печи. в середине 50-х гг. были введены в эксплуатацию сырьевые мельницы №3 и №4, а также закончено строительство цеха грануляции шлака. В 1958 году произведен розжиг третьей вращающейся печи. В цехе обжига введены в эксплуатацию две угольные мельницы, введен в эксплуатацию новый сырьевой цех с механизированным складом и шестью сырьевыми мельницами. Старые мельницы были переведены на помол цемента. С 1964 года завод был переведен на использование газового топлива, в результате выработка клинкера на каждой из вращающихся печей выросла 213 тысяч тонн в год.

          Сегодня "Магнитогорский цементный завод" является одним из ведущих предприятий Южного Урала, специализирующихся на шлако-портландцементах. Доля предприятия на Уральском региональном рынке производителей цемента в последние годы составляет около 6%, что свидетельствует об его устойчивости и конкурентоспособности. Реконструкция, проведенная в последние годы, позволила разделить потоки продукции, освоить непрерывный выпуск клинкера и железофлюсов. В рамках диверсификации производства с 2001 года ОАО «МЦОЗ» осуществляет во вращающихся печах цементного производства обжиг шламспособом ожелезнённого доломита (известково-магнезиальный флюс), который используется в качестве гарнисажеобразующего материала при конвертерной выплавке стали. В результате совершенствования технологии обжига освоен выпуск продукта с объёмным весом не менее 1350 г/л и продолжительностью хранения более 30 суток. Гранулометрический состав от 5 до 40 мм, гранулы материала выдерживают погружение в водную среду до пяти суток без видимых разрушений. В рамках программы модернизации на цементном заводе в 2004-2005 гг. вошли в строй два уникальных электрофильтра, которые значительно сокращают выбросы пыли (на 360 тонн в год каждый). Гарантированная эффективность очистки новых электрофильтров составляет 99,6%, что подтверждает экологическая экспертиза, проводимая службами ОАО "ММК".

          По составу (ГОСТ 31108-2003) различают портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент. В портландцемент с минеральными добавками разрешается вводить гранулированные доменные и электротермофосфорные шлаки (до 20 %), активные добавки осадочного происхождения (не более 10 %).

          ПЦ и его разновидности –  основной материал в современном  строительстве. Из него возводят  бетонные и железобетонные конструкции  самых разнообразных зданий и сооружений. Жилищно-гражданское, промышленное, сельскохозяйственное, горное, дорожное – вот неполный перечень видов строительства, где с успехом применяют бетон и железобетон на портландцементе.[4] 

Основными направлениями экономического развития Казахстана предусмотрены увеличение выпуска портландцемента и расширение производства высокомарочных, многокомпонентных и специальных цементов. Ведется большая работа по расширению ассортимента и повышению качества цемента, а также по применению отходов других отраслей промышленности и природных материалов в качестве добавок при производстве многокомпонентных и специальных цементов, совершенствуются способы производства портландцемента.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

          1 Номенклатура выпускаемой продукции 
 

      На  проектируемом заводе в г. Магнитогорске планируется выпуск портландцемента марки 400.

      КН = 0.94;  n =2.0; р = 1,5.

Истинная  плотность ПЦ 3,05- 3,15 г/см³. Его насыпная плотность в рыхло-насыпном состоянии 900-1200 кг/м³, а в уплотненном -1400-1700 кг/м³.

         Тонкость помола характеризуется  остатком на сите № 008 или удельной поверхностью. Согласно ГОСТ 31108-2003 через сито должно проходить не менее 85 % массы пробы.

      Водопотребность ПЦ характеризуется количеством воды (в % по массе цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальная густота колеблется в пределах 21–28 % и зависит от минералогического состава цемента и тонкости помола. Чем меньше нормальная густота цементного теста, тем лучше качество цемента.

      Сроки схватывания и равномерность изменения объема ПЦ определяем на тесте нормальной густоты по ГОСТ 31108-2003. Начало схватывания должно быть не ранее 45 мин, а окончание не позднее 12 ч с момента затворения цемента водой.

      На  сроки схватывания ПЦ влияют его минералогический состав, тонкость помола, температура окружающей среды.

      Прочность (активность) и марку цемента согласно ГОСТ 31108-2003 определяют испытанием стандартных образцов- балочек размером 4 * 4 х* 16 см, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 при водоцементном отношении В/Ц=0,4 и консистенции, характеризуемой расплывом стандартного конуса не менее 106 - 115 мм через 28 суток твердения.

      Активностью называют предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 суток. В зависимости от активности портландцементов с учетом предела прочности при изгибе он делятся на марки: 400, 500, 550, 600. Активность выпускаемого ПЦ 400 (40,0 МПа).

      ПЦ  марки 400 рекомендуется для монолитных бетонных и железобетонных деталей.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         2 Характеристика сырьевых материалов 
 

      Цементная промышленность располагает разведанными запасами карбонатных и глинистых  пород, обеспечивающими в основном выпуск портландцемента.

      Состав  сырьевой смеси должен обеспечить возможность  синтеза силикатов, алюминатов и  алюмоферритов с заданными соотношениями  между минералами. 

      2.1 Известняк 

      Известняк – порода осадочного происхождения. Истинная плотность - 2,4-2,8 г/см³, средняя плотность 1,8-2,4 г/см³; насыпная плотность 1,4-1,6 г/см³.

      Естественная  влажность – 1,4 %. 

Таблица 2.1 – Химический состав карбонатного сырья  

Материал	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие
Известняк	41.94	1.93	0.77	0.64	53.21	1.25

 

      2.2 Глина 

      Представляет  собой тонкодисперсную осадочную  горную породу и легко даёт суспензию при разбалтывании с водой. Глины сильно различаются по минеральному и гранулометрическому составу часто в пределах даже одного месторождения.

      Естественная  влажность – 20,6 %. 
 

Таблица 2.2 – Химический состав глинистого сырья 

Материал	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие
Глина	13.75	51.67	15.19	6.79	7.21	3.45

 

          2.3 Колошниковая пыль 

      Колошниковая  пыль- это мелкозернистый материал, выносимый из доменной печи через  колошники с отходящими газами. Состоит  в основном из пылевидной руды, флюса и части несгоревшего топлива. Содержание железа в колошниковой пыли 47- 73 %.

      Химический  состав представлен в табл. 2.3. 
 

Таблица 2.3 – Химический состав корректирующей добавки 
 

Материал	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие
Колошниковая  пыль	19.87	7.16	3.50	58.47	8.06	3.16

 

      2.4 Гипс 

      Горная  порода осадочного происхождения, состоящая  в основном из минерала гипса.

      Гипс  в портландцемент вводят для регулирования  сроков схватывания и повышения  прочности.

      Гипс  добавляется в количестве 3-5 % при помоле клинкера для регулирования сроков схватывания цемента. 

      2.5 Топливо  

      Топливо в цементной промышленности играет большую роль, т.к. основным технологическим  процессом в изготовлении цементного клинкера является его обжиг. Стоимость  топлива составляет до 40 % стоимости клинкера и до 25 % стоимости цемента. Применение газообразного топлива способствует уменьшению расхода топлива (5 %) и электроэнергии (10 %), повышению производительности труда на 7 – 10 %. Газ является наиболее технологичным из всех видов топлива, т.к требует наименьших затрат, с газом в клинкер не вносят посторонние примеси, улучшаются условия труда.

      В качестве твердого топлива применяем газ Ставропольского месторождения.

      Теплотворная  способность – 8899 Вт/кг.  

             
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Расчет  состава сырьевой шихты

 
 

          Соотношение между сырьевыми материалами при производстве портландцемента рассчитывают исходя из состава этих материалов и заданной характеристикой клинкера.

      Состав  клинкера определяется коэффициентом  насыщения (КН), силикатным и глиноземным модулями.

            Расчет сырьевой шихты производим  с помощью данных химического  сырья.

      Исходные  данные: КН = 0,94; р = 1,5; n = 2,0; 

Таблица 3.1 - Химический состав исходных компонентов

Компонент	Ест.вл-ть	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	П.П.П.	∑
Известняк	1,7	1,93	0,77	0,64	53,21	1,25	41,94	99,74
Глина	20,6	51,67	15,19	6,79	7,21	3,45	13,75	98,06
Колошниковая  пыль	-	7,16	3,50	58,47	8,06	3,16	19,87	100,22

 
 

Таблица 3.2-Химический состав исходных компонентов при пересчете на 100 %

Компонент	Ест.вл-ть	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	П.П.П.	∑
Известняк	1,7	1,93	0,77	0,64	53,21	1,51	41,94	100
Глина	20,6	51,67	15,19	6,79	5,39	5,39	13,75	100
Колошниковая  пыль	-	7,14	3,49	58,35	8,04	3,15	19,83	100

 

 

         Расчет трехкомпонентной сырьевой смеси без учета присадки золы топлива.

      Расчет  состава сырьевой шихты производим по КН и  глиноземному модулю, по методике С.Д. Окорокова.

      ПЦ -400 г. Магнитогорск , КН = 0,94;  р = 1,5. 
 
 

        

        Обозначаем соотношение компонентов в шихте как  Х : У : 1 и определим Х и У по КН и р (или n): 

a₁ = (2,8 КНS₁ + 1,65А₁ + 0,35F₁) – C₁                                                                   (3.5)

a₁ = (2.8х0,94х1,93 + 1.65х0,77 +  0,35х0,64) – 53,21= -46,64 

b₁ = (2,8КНS₂ + 1,65А₂ + 0,35F₂) – C₂;                                                                  (3.6)

b₁ = (2.8х0,94х51,67+ 1.65х 15,19+ 0.35х6,79) – 7,21= 154,22 
 

с₁ = С₃ - (2,8КНS₃ + 1,65А₃ + 0,35F₃);                                                                    (3.7)

с₁ = 8,04 - (2.8х0,94х7,14+ 1.65х 3,49+ 0.35х 58,35) = - 36,93 

а₂ = р(A₁  + F₁) – S₁;                                                                                                 (3.8) 

а₂ = 2,0(0,77+ 0,64) – 1,93= 0,89

                                                              

b₂  = р(A₂ + F₂) – S₂;                                                                                                 (3.9)

b₂  = 2,0(15,19 + 6,79) – 51,67 = - 7,71 

с₂ = S₃ - р(A₃ + F₃)                                                                                                 (3.10)

с₂ = 7,14 – 2,0(3,49+ 58,35) = - 116,54 
 

        с₁b₂ - с₂b₁                          а₁с₂ - а₂с₁                                                            (3.11)

х = -------------- ;               у = --------------.                                                 

        a₁b₂ - а₂b₁                           a₁b₂ - а₂b₁ 
 

        (- 36,93) ∙ (-7,71)-((-116,54) ∙156,22)                  

х = ---------------------------------------------- = 83,8

      ((- 46,64) ∙ (-7,71)) – (0,89 ∙ 156,22) 
 

        ((- 46,64) ∙(-116,54)) – (0,89 ∙ (- 36,93))                  

у = --------------------------------------------------  = 24,79

      ((- 46,64) ∙ (-7,71)) – (0,89 ∙ 156,22) 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 3.3 - Химический состав сырьевой смеси  

Компоненты	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	∑
Известняк 76,47 %	32,87	1,47	0,59	0,49	40,69	0,36	76,47
Глина 22,62 %	3,11	11,69	3,43	1,53	1,63	1,23	22,62
Колошниковая пыль 0,91%	0,18	0,06	0,03	0,53	0,07	0,04	0,91
100 % сырьевой  шихты	36,16	13,22	4,05	2,55	42,39	1,63	100
После пересчета на клинкер	-	20,71	6,34	3,99	66,41	2,55	100

 

         3. Определяем коэффициент пересчета на прокаленное вещество.

                                        КН = 100/ 100 – 36,16 = 1,5664       

         4. Определяем расход сухого сырья на 1 т сухой сырьевой смеси:

Известняка         - 76,47^. 10 = 764,7 кг

Глины                 - 22,62 ^. 10 = 226,2 кг

Колошниковая   -  0,91 ^. 10 = 9,1 кг                           

 пыль    

                              -----------------------------------

                                        Итого : 1000 кг

          

         5. Определяем расход сырья с естественной влажностью на 1000 кг сырьевой смеси при естественной влажности известняка - 0,017 % , шлака – 0,206 % :

Известняка: 764,7/ 1 - 0,017 = 777,9 кг

Глины:         226,2/ 1 - 0,206 = 284,9 кг 

         6. Определяем расход сырья на 1 т клинкера:

а) расход сухого сырья:

(100/100 – 36,16) ∙  1000 = 1,5664 ∙ 1000 = 1566,4 кг, из них

Известняка        - 1,5664 ∙ 0,7647 = 1197,2 кг

Глина                 - 1,5664 ∙ 0,2262 = 354,32  кг

Колошниковая  - 1566,4 ^. 0,0091 = 14,25 кг

пыль

                             -----------------------------------

                                         Итого: 1566,4 кг 
 
 

б) расход сырья с естественной влажностью:

Известняка       - 1197,83/0,983 = 1218,54 кг

Глина               - 354,32/0,794  = 446,25 кг

Колошниковая -                         = 14,25   кг

пыль

                       -------------------------------

                                   Итого: 1679,04 кг 

         7. Определяем коэффициент насыщенности (КН), силикатного (n) и глиноземистого (p) модулей для сырьевой смеси. 

         Определяем (КН), который должен быть равен заданному: 

         С - 1,65 Al₂O₃ – 0,35 Fe₂O₃      66,41 – 1,65 ∙ 6,34 – 0,35 ∙3,99         

КН = --------------------------------- = ----------------------------------------- = 0,94      (3.2)