Завод по производству сульфатостойкого портландцемента
Аннотация
В данной курсовой работе представлен материал о том, как работает завод по производству сульфатостойкого портландцемента производительностью 300000 т/г.
Приведена характеристика сырьевых материалов и выпускаемой продукции.В работе описана технологическая схема производства и технологические процессы.
Также в работе приводится расчет материального баланса производства гидратной извести.
В данной работе затрагивается тема охраны труда, окружающей среды и техника безопасности при производстве сульфатостойкого портландцемента.
Объем курсовой работы представлен на 26 страницах печатного текста.
Количество таблиц – 1
Список литературы–10
Содержание
Аннотация………………………………………………………
Определения...................
Обозначения
и сокращения………………………………………………
Нормативные ссылки……………………………………………………………7
Введение ………...…………………………………………………….………
1 Характеристика сырьевых материалов и выпускаемой продукции…..…..10
2 Обоснование способа производства ………………………………………..14
3 Расчет материального баланса.
Определение мощности производственных
отделений …………………………………………………………………………..
4 Технологическая схема производства.
Описание технологических процессов ………………………………....…………………………....
5 Организация технологического контроля ………………………………….22
6 Охрана труда и окружающей среды, техника безопасности ….…….…….26
Заключение……………...………………………………
Список использованной литературы…………………………….……………29
Определения
Портландцемент - гидравлическое вяжущее средство, получаемое при совместном тонком измельчении клинкера и гипса. Портландцемент может содержать различного рода добавки. Твердение портландцемента протекает только при наличии влаги и положительной температуры.
Портландцементный клинкер - продукт обжига до полного спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины.
Портландцементный клинкер состоит преимущественно из высокоосновных силикатов кальция, а также алюминатов и алюмоферритов кальция.
Шлакопортландцемент - портландцемент, в состав которого входят доменный шлак и природный гипс.
Обозначения и сокращения
В настоящей курсовой работе использованы следующие обозначения и сокращения:
CCПЦ – сульфатостойкий портландцемент;
ПЛ, ГФ – пластификация, гидрофобизация;
Д0, Д20 – максимальное содержание добавок в цементе;
АМД – активная минеральная добавка;
ПАВ – поверхностно-активные вещества;
СиДНР – спасательные и другие неотложные работы;
Q – отгрузка готовой продукции;
– годовой фонд времени;
Ргод– годовая производительность;
Нормативные ссылки
В настоящей курсовой работе использованы следующие нормативные ссылки:
ГОСТ 10178-83 - Цемент, ПЦ 400 Д0/Д20, технические условия;
ГОСТ 10178-76 - Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия;
ГОСТ 22236-76(с изм.) - Цементы. Правила приемки;
ГОСТ 5382-73 - Цементы. Методы химического анализа;
ГОСТ 310 – 60 – Цементы. Методы испытания;
Введение
Вяжущие вещества научились получать и начали применять в строительстве еще в глубокой древности. Первым вяжущим веществом была необожженная глина, которую использовали при возведении простейших сооружений. В Древнем Египте и Древнем Риме научились получать искусственным путем и использовать в строительстве гипсовые и известковые вяжущие вещества, в т.ч. гидравлические растворы. В дальнейшем производство и использование вяжущих веществ развивалось по мере развития человеческой цивилизации. Увеличение объема промышленного и гражданского строительства в 18-20 веках предопределило освоение производства и применения гидравлических вяжущих веществ - романцементов и портландцементов. Выдающийся вклад в развитие науки о цементах внесли ряд отечественных и зарубежных ученых и производственников: В.М.Севергин, Шарлевиль, Е.Челиев, Д.Аспдин, А.Р.Шуляченко, Н.А.Белелюбский, Н.Н.Лямин, С.А.Дружинин и многие другие.[1]
В настоящее время существует значительное количество разнообразных вяжущих веществ, однако в строительстве применяется лишь часть из них. Их называют строительными вяжущими веществами и делят на две основные группы: неорганические (минеральные) вяжущие вещества и органические вяжущие вещества.
Строительными минеральными вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, которые после смешения с водой (а в отдельных случаях и с растворами некоторых солей) образуют массу, постепенно затвердевающую и переходящую в камневидное состояние. Большинство минеральных вяжущих твердеет в результате возникновения гидратных новообразований при взаимодействии вяжущего вещества с водой.
Почти все минеральные вяжущие вещества получают путем грубого и тонкого измельчения исходных материалов и полупродуктов, а также термической обработки сырья при разных температурах. В этих условиях протекают необходимые физико-химические процессы, обеспечивающие получение продукта с требуемыми свойствами. Производство вяжущих веществ представляет собой комплекс химических и физико-механических воздействий на исходные материалы, осуществляемых в требуемой последовательности.
Вяжущие вещества - основа современного строительства. Их широко применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, а также разнообразных бетонов (тяжелых, легких, ячеистых и т.п.). Из бетонов изготовляют всевозможные строительные изделия и конструкции, в т.ч. и армированные сталью (железобетонные, армосиликатные и др.). Бетоны на вяжущих веществах применяют также для возведения отдельных частей зданий и целых сооружений (мосты, плотины и т.п.).
Все строительные минеральные вяжущие вещества в зависимости от их основных свойств делят на три основные группы: воздушные, гидравлические и кислотостойкие.[1]
Гидравлические вяжущие вещества отличаются тем, что после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны в последующем твердеть как в воздушной, так и в водной среде. Гидравлические вяжущие вещества применяют в производстве разнообразных изделий и конструкций, а также при возведении зданий и сооружений, предназначенных к эксплуатации как в воздушной, так и в водной среде.
В группу гидравлических входят многие вяжущие вещества, которые делят на несколько подгрупп. В первую подгруппу включают гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 5-10% активных минеральных добавок. В эту подгруппу входят: портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий портландцемент без добавок и с добавками, белый портландцемент; глиноземистый цемент; романцемент; гидравлическая известь.
Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих друг с другом, а также отдельных вяжущих или их смесей с активными или минеральными добавками, вводимыми в количестве более 10-15%. Основными представителями этой подгруппы являются: на основе портландцемента - шлаковый портландцемент, пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов и др.; на основе воздушной и гидравлической извести - известково-пуццолановые цементы, известково-кварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-нефелиновый цемент, известково-шлаковый цемент и др.; на основе глиноземистого и портландского цементов, а также гипса - расширяющиеся и безусадочные цементы; на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок - гипсоцементнопуццолановые вяжущие и др.; на основе доменных гранулированных шлаков и гипса - сульфатно-шлаковый цемент.
К третьей группе относится кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент.[1]
1 Характеристика сырьевых материалов и выпускаемой продукции
В данной курсовой работе в качестве исходного сырья для производства портландцементного клинкера используется глина, известняк и огарки, а для производства сульфатостойкого портландцемента - портландцементный клинкер, природный двуводный гипс и трепел.
Глины представляют собой тонкодисперсные осадочные горные породы и легко дают суспензии, когда их разбалтывают с водой. Глины сильно различаются по минералогическому и гранулометрическому составу часто в пределах даже одного месторождения. Нередко они содержат значительное количество включений в виде песка и гравия, что вызывает необходимость их предварительного обогащения. По минералогическому составу глины характеризуются преимущественным содержанием водных алюмосиликатов и кварцевого песка. Легкоплавкие глины состоят в основном из кремнезема (70-80%), глинозема (3-10%), окиси железа (3-6%) и небольшого количества карбонатов кальция и магния. В отдельных случаях содержание окиси кальция может достигать 10-25%, а окиси магния - 3-5%. Иногда в глинах присутствуют соединения, содержащие SO3, Na2O и K2O. Включения веществ, содержащих эти окислы, а также MgO нежелательны и их количество должно быть минимальным. Влажность глин колеблется в пределах 15-25%. Плотность комовой глины составляет 1800-2000 кг/м3 (1,8-2,0 г/см3). Для производства сульфатостойких цементов используют низкоалюминатные глины.
Известняки и мел представляют собой карбонатные породы осадочного происхождения. Плотность плотных известняков составляет 2400-2700 кг/м3 (2,4-2,7 г/см3), а меловых пород - 1500-2000 кг/м3 (1,5-2,0 г/см3). Влажность этих материалов колеблется соответственно в пределах 2-6 и 15-30%. Известняки и мел содержат до 90% и более углекислого кальция и небольшие количества кварцевого песка, глинистых минералов и др. По химическому составу эти материалы характеризуются преимущественным содержанием окиси кальция (до 50% и более) и СО2 (до 40% и более). Они содержат также небольшие количества кремнезема, глинозема и др. Содержание окиси магния более 3-3,5% и серного ангидрида более 1-1,3% недопустимо. Свойства карбонатных пород для производства цемента регламентируются.[3]
Поскольку не всегда удается получить клинкер требуемого химического и минералогического состава, изменяя только соотношение между двумя исходными компонентами - известняком и глиной, то применяют корректирующие добавки, содержащие значительное количество какого-либо из недостающих окислов клинкера. Недостаточное количество в сырьевой смеси окиси железа компенсируется добавкой колчеданных или пиритных огарков, железной руды и др.
Пиритные огарки - дисперсные отходы, образующиеся при переработке серного колчедана в серную кислоту. Состав, %: Fe2O3 - 56…77; SiO2 - 9…22; Al2O3 - 1…18; CaO - 0,8…5.
В качестве добавок, вводимых на стадии помола портландцементного клинкера при изготовлении сульфатостойкого портландцемента, используются природный двуводный гипс и трепел.[2]
Природный двуводный гипс - горная порода осадочного происхождения, сложенная в основном из крупных или мелких кристаллов двуводного сернистого кальция CaSO4 ·2H2O. Плотные образования гипса называют гипсовым камнем. По внешнему виду и строению горной породы различают кристаллический прозрачный гипс, гипсовый шпат, тонковолокнистый гипс с шелковистым отливом (селенит) и зернистый гипс. Наиболее чистую разновидность зернистого гипса, напоминающую по внешнему виду мрамор, называют алебастром. Гипсовые породы содержат обычно некоторое количество примесей глины, песка, известняка и др. Чистый гипс - белого цвета, примеси придают ему различные оттенки: окислы железа окрашивают его в желто-бурые цвета, органические примеси - в серые и т.д. Небольшое количество примесей, равномерно распределенных в гипсе, заметно не ухудшает его качество. Вредное влияние оказывают крупные включения. В гипсовых породах лучших месторождений обычно содержится до 2-5% примесей, но часто их количество достигает 10-15% и более. Плотность гипсового камня зависит от количества и вида примесей и составляет 2,2-2,4 г/см3. Насыпная плотность гипсовой щебенки составляет 1200-1400 кг/м3, влажность колеблется в значительных пределах (3-5% и более).
Природный двуводный гипс добавляют в клинкер на стадии помола с целью регуляции сроков схватывания портландцемента. Качество природного двуводного гипса должно соответствовать требованиям ГОСТа.
Трепел - активная минеральная добавка осадочного происхождения. Это легкая пористая малопрочная порода светло-серого или желтовато-серого цвета, окрашенная иногда в темные тона органическими примесями. Трепелы часто перемешаны с песком, глинами, карбонатными породами и т.п. Насыпная плотность в зависимости от степени уплотнения и содержания указанных примесей обычно колеблется в пределах 400-1000 кг/м3. Плотность колеблется в пределах 1,8-2,4 г/см3. Природная влажность трепелов значительно колеблется в зависимости от различных факторов и может достигать от 15-25 до 30-40%. Более плотные разновидности характеризуются меньшей влажностью. Трепелы состоят в основном из скоплений мельчайших шариков вторичного водного кремнезема (опала) размером 2-5 мкм. Как правило, трепелы содержат 70-90% кремнезема, 3-10% глинозема, 1-3% окиси кальция, 1-3% щелочей. Потери при прокаливании составляют 2-8%
Трепел является активной минеральной добавкой пуццоланового типа, способствующей повышению сульфатостойкости и морозостойкости портландцемента. [2]
Цементная промышленность выпускает
сульфатостойкие цементы, которые по вещественному
составу подразделяются на сульфатостойкий
портландцемент, сульфатостойкий портландцемент
с минеральными добавками, сульфатостойкийшлакопортландце
По механической прочности цементы подразделяются на марки: 300, 400 и 500. Наибольшим пределом прочности при изгибе — 6,0 МПа — обладает сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками марки 500. Сульфатостойкий шлакопортландцемент характеризуется более высоким коэффициентом коррозионной стойкости.
Сульфатостойкий портландцемент получают путем тонкого помола клинкера нормированного минералогического состава и гипса. Сульфатостойкий портландцемент относится к специальным цементам, но является разновидностью портландцемента, поэтому к нему предъявляются те же требования стандартов по дисперсности, что и к обычному цементу.
В течение первых 28
суток твердения прочность
Сульфатостойкие портландцемента характеризуются более низким выделением тепла при гидратации и применяются, главным образом, в массивных элементах гидротехнических сооружений, где требуется пониженная экзотермия. В некоторых странах выпускаются специальные низкотермичные цементы; у нас сульфатостойкие портландцемента являются и низкотермичными, поскольку содержание в них наиболее «термичных» клинкерных фаз — С3А и алита ограничивают за счет соответствующего увеличения количества белита и алюмоферита кальция.
Объем производства этих видов цемента ограничен в связи с тем, что на большинстве цементных заводов нет глинистого компонента с низким содержанием глинозема, при котором в процессе обжига на беззольном топливе можно получать клинкер, содержащий менее 5% 3СаО-Аl2O3. Сложность задачи получения сульфатостойкого клинкера состоит еще в том, что в нем ограничивается и содержание C4AF, так что количество оксида железа в клинкере должно быть также умеренным.
Удельная поверхность цемента должна быть обычной (2500—3000 см2/г). Следует обеспечить получение цементного камня, отличающегося пониженной усадкой, а также высокой плотностью и водонепроницаемостью и соответственно повышенной морозостойкостью и сульфатостойкостью. Заметное влияние на повышение морозостойкости сульфатостойких портландцементов при испытании в бетоне оказывают длительность предварительного твердения до начала испытаний, значение В/Ц и удельный расход цемента. А. М. Подвальный, развивая представления о морозном разрушении бетона, показал, что увеличение объема цементного камня в бетоне приводит к повышению его морозостойкости.
В особо суровых условиях попеременного замораживания и оттаивания в морской воде при большой частоте циклов для достижения высокой морозостойкости в состав цемента или бетона вводят добавки. Это поверхностно-активные вещества: сульфитно-дрожжевая бражка, мылонафт, смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ), 50%-ная кремнийорганическая эмульсия ГКЖ-94 и др. При испытании пропаренных образцов бетона на сульфатостойком портландцементе в суровых условиях Баренцева моря были получены весьма благоприятные результаты при введении в его состав 0,01—0,05% СНВ от массы цемента. Аналогичный эффект получен в тех же условиях агрессии при применении 0,04—0,08% добавки ГКЖ-94. Особо высокая морозостойкость достигается при комплексных добавках СДБ и ГКЖ-94, СДБ и СНВ. [3]
Сульфатостойкий портландцемент предназначается для бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических и других сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии, при систематическом многократном попеременном замораживании и оттаивании либо увлажнении и высыхании. Для подводных частей морских и океанских сооружений технически более рационально и экономично применять сульфатостойкий шлакопортландцемент. Нормативными документами допускается применение сульфатостойкого портландцемента в бетонах различной плотности для напорных и безнапорных сооружений при различной степени фильтрации грунта и агрессивности жидкой среды, характеризуемой высокой концентрацией ионов SO4.[3]
2 Обоснование способа производства
Производство сульфатостойкого портландцемента состоит из следующих основных операций: добычи известняка, глины и корректирующих добавок (огарков), подготовки сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава, обжига сырьевой смеси материалов до спекания с получением клинкера, помола клинкера в порошок совместно с природным двуводным гипсом и активной минеральной добавкой (трепелом). Основной задачей является получение клинкера с заданным минералогическим составом, что зависит от состава и качества сырья, выбранного соотношения между исходными материалами, требуемой дисперсности и однородности сырьевой смеси, правильного режима обжига и охлаждения клинкера.
В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся печах. При сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде. В последнее время все шире начинает применятся комбинированный способ приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.
Каждый из способов имеет положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов и быстро достигается однородность смеси, но расход топлива на обжиг смеси в 1,5-2 раза больше, чем при сухом способе. Развитие сухого способа длительное время ограничивалось вследствие низкого качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике помола и гомогенизации сухих смесей обеспечили качество портландцемента.
В настоящее время получает всемирное развитие сухой способ производства цемента с печами, оборудованными циклонными теплообменниками и реакторами – декарбонизаторами. Производительность такой линии составляет 3000 тонны клинкера в сутки. При этом способе производства цемента расход топлива снижается на 30-40% по сравнению с мокрым, а металлоемкость в 2,5-3 раза.[4]
Производство цемента по сухому способу экономичнее, чем по мокрому отсутствует: процесс образования шлама, можно совместить отдельные звенья технологической схемы в одном агрегате – мельница самоизмельчения «Аэро-фол», усреднительные склады, мельницы помола сырьевых материалов с подсушкой и др. При сухом способе поступающие на завод сырьевые материалы в виде мергеля, известняка и глины подвергают дроблению в дробилках типа С–776 до зерен крупностью 2,5мм. Приготовленный дробленый материал ленточными транспортерами подают на склад сырья, где сырьевые компоненты усредняют, с помощью усреднительных машин, до установленного норматива по химическому составу и подают и подают далее в бункера мельниц. Из последних сырьевые компоненты вместе с добавками через дозаторы по массе поступают в приемную устройства помольных агрегатов, где их измельчают до требуемой фракции, подсушивают за счет тепла отходящих газов из вращающихся печей и подвергают сепарации.
Измельченный в мельнице материал выгружают потоком газов через циклоны – разгружатели с помощью мельничного вентилятора. Далее мука поступает в коррекционные силосы, где она гомогенизирует и перегружается в расходные силосы. Из силосов сырьевую смесь подают пневмоподъемниками в загрузочное устройство, оснащенное дозаторами по массе, и далее в циклонные теплообменники вращающейся печи. В теплообменниках сырьевая смесь нагревается встречными горячими газами вращающейся печи до t=750-800°C и частично декарбонизируется, после чего поступает в печь на обжиг.[4]
Обжиг клинкера при сухом способе производства осуществляется во вращающихся печах с циклонными теплообменниками, состоящими обычно из четырех последовательно соединенных циклонов, через которые направляются отходящие из печи газы; навстречу газам сверху вниз через циклоны поступает сухая измельченная сырьевая шихта; за 25-30 секунд она нагревается до 750-800°C и декарбонизирует на 30-40%.такая современная печь имеет производительность 3000 т/спри удельном расходе тепла 3,2 - 3,4 МДж/кг клинкера.
Также стали известны вращающиеся печи полусухого способа производства, в них печь соединены с конвейерной решеткой, на которой через слой гранулированной сырьевой шихты дважды просасываются горячие печные газы; в результате в загрузочный конец печи поступает подогретая и частично декарбонизированная сырьевая шихта. Расход тепла в этой печи размерами 4×60 м. – около 3,5 МДж при производительности 42 т/час.[4]
Каждый из способов имеет свой преимущества и недостатки. Преимущества сухого способа:
1. Низкий удельный расход тепла на обжиг клинкера. При сухом способе расход тепла на обжиг составляет 2900-3750 кДж/кг клинкера, при мокром –- 5400-6700 кДж/кг. В целом при сухом способе с учётом тепла на подсушку сырьевых материалов расходуется 3100-4400 кДж/кг клинкера.
2. Объём печных газов при сухом способе на 35-40% меньше, чем при мокром способе при одинаковой производительности печи. Вследствие этого затраты на обеспыливание печных газов ниже. При сухом способе имеется возможность использования горячих отходящих газов для сушки сырья при его помоле в шаровых мельницах. Это в свою очередь позволяет дополнительно снизить общий расход тепла на производство клинкера.
3. Печи сухого способа
менее металлоемки и
4. Печи сухого способа
имеют высокую
Вследствие этого
5. В условиях недостатка
воды (особенно в южных регионах)
устраняется необходимость её
расхода для приготовления
На основе выше изложенного был выбран сухой способ производства.[5]
3 Расчет материального
баланса. Определение мощности
- Отгрузка готовой продукции Q=300000т
- Потери при отгрузке и хранении цемента
а1=(Q.P1):100
a1=(300000.1):100=3000т
- Количество цемента, поступающего в силос
Q1=Q+a
Q1=300000+3000т=303000
- Потери при помоле цемента (p2=0,3÷0,5%)
a2=(Q1.P2):100
a2=(303000.2):100=6060т
- Количество шихты, поступающее на размол в цементную мельницу
Q2=Q1+a2Q2=303000+6060=
- Состав шихты цемента принимаем исходя из ассортимента выпускаемой продукции: клинкер- 95%, гипс- 5%.
- Количество клинкера в составе шихты
Рк=(Q2.K):100=309060.95:100=
Pг=(Q2.Г):100=309060.5:100=
- Количество обожженного клинкера с учетом его потерь при охлаждении и транспортировке (а=0,5%)
Р’к=Рк+((Рк.an):100)=293607+((
- Количество гипса, подаваемого в дробилку, с учетом потерь при дроблении и хранении (а=0,5%)
- Завод по производству сухих штукатурных смесей
- Завод по производству теплоизоляционных материалов
- Завод по производству шлакокерамических кирпичей
- Завод по производству шлакопортландцемента марки 400 в г.Днепропетровске, производительностью 1,5 млн.т/год. (цех обжига)
- Завод ребристых плит перекрытий производительностью 60 тыс. м3 в год
- Завод ребристых плит покрытий и перекрытий производительностью 50 тыс.м3/год
- Заводская столовая на 180 посадочных мест
- Завод по производству керамического кирпича П = 50 млн. шт. в год. Обоснование инвестиций
- Завод по производству комовой воздушной извести во вращающихся печах
- Завод по производству комовой воздушной извести во вращающихся печах
- Завод по производству портландцемента марки 400
- Завод по производству портландцемента марки 400 в г. Ангарске, производительностью 2.0 млн.т/год. (цех помола сырья)
- Завод по производству пустотелых силикатных камней
- Завод по производству сульфатно-шлакового вяжущего мощностью 500 тыс. т в Липецкой области
