Завод по производству шлакопортландцемента марки 400 в г.Днепропетровске, производительностью 1,5 млн.т/год. (цех обжига)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    курсовая работа 

 

 

По дисциплине «Вяжущие вещества»___________________________

Тема «Завод по производству шлакопортландцемента марки 400 в___                                      

г.Днепропетровске, производительностью 1,5 млн.т/год. (цех обжига)»

 

 

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

Руководитель                            (должность,  ученая  степень)           _______                             (инициалы,  фамилия)  ______________    _____________                 (подпись)                             (дата)       Учащийся ________                         (инициалы,  фамилия)  ______________     ____________               (подпись)                             (дата)  __________ ________                                   (группа)

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

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

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

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

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

4   Технологическая часть…………………………………………………….…..15

4.1 Выбор и обоснование способа производства…………………………….….15

4.2 Технологическая схема…………………………………………......................15

4.3 Расчет режима работы цеха…………………………………….......................21

4.4 Расчет потребности в сырьевых материалах…………………………….…..23

4.5 Подбор технологического оборудования…………………………………....28

5   Технико-экономические показатели…………………………………….…....29

6   Контроль качества……………………………………………………………...32

7  Охрана труда и ТБ……………………………………………………………...35

      Список использованных источников………………………………………....39

        Приложение А…………………………………………………………………40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                   

 

                                                       Введение

 

 

         Шлакопортландцемент (ГОСТ 31108-2003) является гидравлическим вяжущим веществом, получаемым путем совместного, тонкого измельчения портландцементного клинкера и вяжущего гранулированного доменного или электротермофосфорного шлака с добавлением 3-6 % двуводного гипса; шлакопортландцемент можно изготовить тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно.

          По ГОСТ 31108-2003 доменного шлака в этом цементе должно быть не менее 21 % и 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.[1]

          Твердение шлакопортландцемента (ШПЦ) на основе доменного шлака при обычной температуре сопровождается связыванием воды, не испаряющейся при 105 °С, в количестве 15 % от 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 (ПЦ) 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-е нужно добавлять воды меньше, чем при использовании портландцемента. Водоотделением из теста, полученного затворением ШПЦ-та, несколько больше, чем из теста портландцемента. С увеличением тонкости помола его водоудерживающая способность значительно возрастает.

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

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

          Жаростойкость ШПЦ значительно превосходит жароспособность ПЦ. 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.

Шлакопортландцемент отличается повышенной стойкостью против многих агрессивных сред, в частности против мягких и сульфатных вод. В этом он значительно превосходит портландцемент. Повышенная стойкость шлакопортландцемента в мягких водах объясняется образованием при его твердении преимущественно низкоосновных соединений. Повышенная сульфатостойкость также связана с понижением количества Са(ОН)₃, что уменьшает возможность образования эттрингита, вызывающего вредные деформации. ШПЦ также значительно более стойкий против щелочной коррозии, т.е. против коррозии, вызываемой взаимодействием щелочей цемента с активным заполнителем. Количество щелочей в цементе в этом случае может достигать 2 %.

Шлакопортландцемент можно  использовать для бетонных и железобетонных конструкций, наземных, подводных и подземных сооружений. Особенно эффективно его применение в гидротехническом строительстве (морском и речном). Вследствие пониженного тепловыделения и повышенной жаростойкости его предпочитают портландцементу при изготовлении массивных сооружений, а также конструкций горячих цехов. Не рекомендуется применять шлакопортландцемент в зоне переменного уровня воды, а также в строительстве при низких температурах без искусственного обогрева.

Простота технологии, возможность использования отходов промышленности, экономичность производства, ценные строительные свойства обеспечивают его широкое распространение. Кроме того, использование шлаков способствует решению важной социальной задачи охране окружающей среды, поскольку сокращаются пощади, занимаемые отвалами шлака. [5]

          Стоимость ШПЦ на 15-20 % ниже стоимости портландцемента. Сейчас примерно около 25 % всего выпускаемого цемента приходится на долю шлакопортландцемента. В значительных количествах издавна выпускается он и во Франции, Германии, США, Англии и других странах.[5]

 

 

       

 

 

 

 

           1 Номенклатура выпускаемой продукции

 

 

На проектируемом  заводе в г. Днепропетровске планируется выпуск шлакопортландцемента марки 400.

КН = 0,70;  n =3,5; р = 1,8

Истинная плотность ШПЦ 2,8-3,0 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 ЩПЦ 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 ШПЦ 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 ШПЦ 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 х 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. Активность выпускаемого ШПЦ 400 (40,0 МПа).

ШПЦ 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	41.81	2,41	0,56	0,49	53,28	0,82

 

2.2 Шлак

 

Шлаками называют побочные продукты, получаемые при плавке черных и цветных металлов, сжигания твердых видов топлива, а так же при электротермической возгонке фосфора. Применяем шлак г. Днепропетровска.

Естественная  влажность – 19,6 %.

 

Таблица 2.2 –  Химический состав глинистого сырья

 

Материал	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие
Шлак	-	37,73	6,92	1,61	48,17	2,98

 

          2.3 Огарки

 

Пиритные огарки образуются при сжигании серного  колчедана и являются отходом  серно-кислотного производства. Применяют  при производстве портландцементного клинкера как корректирующую добавку для снижения глиноземистого и силикатного модулей.

 

Таблица 2.3 – Химический состав корректирующей добавки

 

Материал	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие
Огарки	-	11,99	2,93	70,31	1,7	13

 

2.4 Гипс

 

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

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 клин-кера и до 25 % стоимости цемента.

В качестве твердого топлива применяем газ Шебелинского месторождения.

Теплотворная  способность – 8420 Вт/кг.

 

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет состава сырьевой шихты

 

 

          Соотношение между сырьевыми материалами при производстве щлакопортландцемента 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 = 0,70; р = 1.8; n = 3,5;

 

Таблица 3.1 - Химический состав исходных компонентов

Компонент	Ест.вл-ть	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	П.П.П.	∑
Известняк	1,4	2,41	0,56	0,49	53,28	0,82	41,81	99,37
Шлак	19,6	37,73	6,92	1,61	48,17	2,98	-	97,41

 

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

Компонент	Ест.вл-ть	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	П.П.П.	∑
Известняк	1,4	2,41	0,56	0,49	53,28	1,45	41,81	100
Шлак	19,6	37,73	6,92	1,61	48,17	5,57	-	100

 

 

         Расчет сырьевой смеси без учета присадки топлива.

          1. В простейшем случае, когда необходимо только величину коэффициента насыщения (КН) клинкера (двухкомпоненатная смесь) при обжиге сырьевой смеси на беззольном топливе, соотношение исходных компонентов надо рассчитываем по следующей формуле:

           А        (2,8 ∙ КН ∙ SiO₂ + 1,65 ∙ Al₂O₃ + 0,35 ∙ Fe₂O₃ )- СаО

--  =   ---------------------------------------------------------------

 В        СаО - ( 2,8 ∙ КН ∙ SiO₂ + 1,65 ∙ Al₂O₃ + 0,35 ∙ Fe₂O₃)                        (3.1)

 

            А        (2,8 ∙ 0,70 ∙ 37,73 + 1,65 ∙ 6,92 + 0,35 ∙ 1,61)– 48,17

--  =   --------------------------------------------------------------

 В        53,28 - ( 2,8 ∙ 0,70 ∙ 2,41 + 1,65 ∙ 0,56 + 0,35 ∙ 0,49)

 

            А        37,7625         1             

--  =   ----------- = -------

 В        47,4609      1,257

 

На 1 кг известняка требуется 1,257 кг шлака.

 

         2.  Определяем расход сухого сырья на 100 кг сухой сырьевой смеси

             Шлак          -  100/1+1,257 = 44,31 кг  

             Известняка - 44,31 ∙ 257    = 55,69 кг

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

                                                  Итого : 100 кг

 

Таблица 3.3 - Химический состав сырьевой смеси

 

Компоненты	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	∑
Известняка 55,69 %	23,284	1,342	0,312	0,273	29,672	0,807	55,69
Шлака 44,31 %	-	16,718	3,066	0,713	21,344	2,468	44,31
100 % сырьевой смеси	23,284	18,06	3,378	0,986	51,016	3,275	100
100 %	-	23,532	4,402	1,285	66,474	4,307	100

 

         3.Определяем коэффициент пересчета на прокаленное вещество.

                                        КН = 100/ 100 – 23,28 = 1,3034     

 

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

Известняка - 55,69∙10 = 556,9 кг

Шлака         - 44,31∙10 = 443,1 кг

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

                            Итого : 1000 кг

          

          5.  Определяем расход сырья  с естественной влажностью на 1000 кг сырьевой смеси при естественной  влажности известняка - 0,014 % , шлака  – 0,196 % :

Известняка: 556,9/ 1 - 0,014 = 564,8 кг

Шлака:         443,1/ 1 - 0,196 = 551,1 кг

 

         6. Определяем расход сырья на 1 т клинкера:

а) расход сухого сырья:

(100/100 – 23,28) ∙ 1000 = 1,3034 ∙ 1000 = 1303,4 кг, из них

Известняка - 1,3034 ∙ 0,5569 = 725,86 кг

Шлака         - 1,3034 ∙ 0,4431 = 577,54 кг

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

                                         Итого : 1000 кг

 

 

б) расход сырья с естественной влажностью:

Известняка - 725,86/ 0,986 = 736,17 кг

Шлака         - 577,54/ 0,804 = 718,33 кг

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

                                   Итого : 1454,5 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      66,474 – 1,62 ∙ 4,402 – 0,35 ∙1,285         

КН = --------------------------------- = ----------------------------------------- = 0,89      (3.2)

                          2,8 SiO₂                                 2,8 ∙ 23,532

        Определяем силикатный и глиноземистый модули.

             SiO₂                  23.532

n = ------------------ = ----------------- = 4,138                                                           (3.3)

       Al₂O₃ + Fe₂O₃      4,402 + 1,285

          

       Al₂O₃      4,402

p =--------- = -------- = 3,426                                                                                    (3.4)

       Fe₂O₃      1,285

      

         8. Сопоставляем модули клинкера  и сырьевой смеси

 

Материал	Значения
	КН	n	p
Клинкер	0,70	3,5	1,8
Сырьевая шихта	0,8	4,138	3,426

Расчет показал:

Оба модуля больше заданного. Шихта должна быть скорректирована  введением пиритных огарков или  железной руды (чтобы увеличить содержание в сырьевой смеси  Fe₂O₃ ); для повышения содержания SiO₂ применяют трепел, диатомит, опоку, маршалит, кварцевый песок (для увеличения силикатного модуля); для повышения содержания Al₂O₃ вводят боксит и богатые глиноземом маложелезистые глины ( для увеличения глиноземистого модуля). в этом случае для корректирования необходимо ввести железосодержащую корректирующую добавку – огарки.

 

Таблица 3.4 - Химический состав исходных сырьевых материалов

Вид сырья	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	П.П.П.	∑
Огарки	11,99	2,93	70,31	1,7	13	-	100
Шлак	37,73	6,92	1,61	48,17	5,57	-	100
Известняк	2,41	0,56	0,49	53,28	1,45	41,81	100

 

Расчет трехкомпонентной сырьевой смеси без учета присадки золы топлива ведется по методу С.Д.Окорокова.

 

          9. 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 = (2,8 ∙ 0,70 ∙ 11,99+ 1,65 ∙ 2,93 + 0,35 ∙ 70,31) – 1,7 = 51,244

 

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

b₁ = (2,8 ∙ 0,70 ∙ 37,73 + 1,65 ∙ 6,92 + 0,35 ∙ 1,61) – 48,17 = 37,763

 

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

с₁ = 53,28 - (2,8 ∙ 0,70 ∙2,41 + 1,65 ∙ 0,56 + 0,35∙ 0,49);

 

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

а₂ = 3,5(2,93 + 70,31) – 11,99 = 244,35                                                                             

                                                              

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

b₂  = 3,5(6,92 + 1,61) – 37,73 = -7,875

                                                                          

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

с₂ = 2,41 – 3,5(0,56 + 0,49)         

                                                                          

        с₁b₂ - с₂b₁                          а₁с₂ - а₂с₁                                                            (3.11)

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

        a₁b₂ - а₂b₁                           a₁b₂ - а₂b₁

 

        47,46 ∙ (-7,875)-((-1,265) ∙37,763)                  

х = ---------------------------------------------- = 0,0338

      (51,244 ∙  (-7,875)) – (244,35 ∙ 37,763)

 

        (51,244 ∙(-1,265) –  (244,35 ∙ 47,46)                  

у = ---------------------------------------------- = 1,2109

      (51,244 ∙  (-7,875)) – (244,35 ∙ 37,763)

 

         10. Состав сырьевой шихты в процентах рассчитывается по формулам:

                                        100 ∙ х         100 ∙ 0,0338               

первого компонента = ---------- = ----------------------- = 1,506                         (3.12) 

                          х+у+1      0,0338+1,2109+1      

 

                           100 ∙ у         100 ∙ 1,2109

второго компонента =  ---------- =  ----------------------  = 53,944                      (3.13) 

                           х+у+1        0,0338+1,2109+1

 

                            

                             100                   100

третьего компонента = ----------- = --------------------- = 44,550                        (3.14)         

                            х+у+1      0,0338+1,2109+1

 

 Таблица 3.5 - Химический состав сырьевой шихты и клинкера

 

Компоненты	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	П.п.п	∑
44,6 % Известняк	1,07	0,25	0,22	23,8	0,66	18,6	44,6
53,9 % Шлак	20,3	3,73	0,87	26,0	3,0	-	53,9
1,5 % Огарки	0,18	0,04	1,05	0,026	0,204	-	1,5
100 % сырьевой шихты	21,55	4,02	2,14	49,83	3,86	18,6	100
После пересчета на клинкер	26,47	4,94	2,63	61,22	4,74	-	100