Особенности производства цемента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

2. Характеристика выпускаемой продукции

3. Характеристика сырьевых материалов

4. Выбор и обоснование технологической схемы

5. Режим работы цеха

5.1 Расчет потребности в сырьевых материалах

5.2 Расчет производственной программы

6. Технологические расчеты

7. Контроль производства и качества готовой продукции

8. Мероприятия по охране труда и окружающей среды

9. Технико-экономическая часть

Заключение

Список использованных источников

Введение

Слово «цемент» относится к собирательным понятиям -- он объединяет различные виды вяжущих материалов, полученных путем обжига некоторых горных пород и подвергнутых измельчению. Вяжущими их назвали за способность соединять в единое целое как отдельные частицы мелких наполнителей, так и более крупные фрагменты.

Цемент не является природным материалом. Его изготовление - процесс дорогостоящий и энергоемкий, однако результат стоит того - на выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона). Цементные заводы, как правило, находятся сразу же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента.

В России же производство портландцемента было расширено лишь в конце XIX в. Первый завод по производству портландцемента был построен в 1856 г. цемент портландцемент

Портландцемент -- основное вяжущее, применяемое в современном строительстве для изготовления монолитных и сборных железобетонных конструкций. Портландцемент по составу отличается от клинкера, так как при помоле к нему добавляют гипс, чтобы замедлить сроки схватывания и улучшить некоторые другие свойства. Однако свойства портландцемента при одной и той же удельной поверхности определяются главным образом составом клинкера.

Изделия и конструкции, изготовленные с использованием портландцемента, широко используют в надземных, подземных и подводных условиях. Его применяют для изготовления монолитного и сборного бетона и железобетона в жилищном, промышленном, гидротехническом, дорожном строительстве.

1. Аналитический обзор

Среди строительных материалов цементу принадлежит ведущее место. Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердевания на воздухе продолжает сохранять и наращивать прочность в воде. В современной строительной практике роль цемента в выпуске новых прогрессивных материалов и изделий для полносборного домостроения постоянно возрастает. Его применяют для изготовления монолитного и сборного бетона, железобетона, асбестоцементных изделий, строительных растворов, многих других искусственных материалов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, жароизоляции и др.

Крупными потребителями цемента являются нефтяная и газовая промышленность. Цемент и получаемые на его основе прогрессивные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и другие традиционные материалы. Строительство жилья на основе цемента позволяет получить объекты с низкой теплопроводностью и высокой морозостойкостью.

Примерно 3000-4000 лет до н.э. были найдены способы получения искусственных вяжущих путем обжига некоторых горных пород и тонкого измельчения продуктов этого обжига. Первые искусственные вяжущие - строительный гипс (получаемый обжигом гипсового камня), а затем и известь (получаемая обжигом известняка) - были применены при строительстве уникальных сооружений: бетонной галереи легендарного лабиринта в древнем Египте (3600 год до н.э.), фундаментов древнейших сооружений в Мексике, Великой Китайской стены, римского Пантеона. Глина, гипс и известь способны твердеть и служить только на воздухе, поэтому эти вяжущие материалы получили название воздушных. Все воздушные вяжущие характеризуются относительно невысокой прочностью. Со временем научились повышать водостойкость известковых растворов, вводя в них тонкомолотые обожженную глину, бой кирпича или вулканические породы, известные под названием "пуццоланы". Так их называли римляне по месту залежей близ города Поццуолли. Древний цемент еще использовали для строительства моста в Риме, который оказался настолько прочным, что цемент стали использовать и дальше на строительные, дорожные работы, на водопропускные каналы.

Чтобы сделать цемент римские строители смешивали вулканический пепел с гашеной известью (известь смешивали предварительно с водой). Когда Римская империя экономически и политически упала в пятом веке нашей эры, знания производства цемента тоже умерли. Эти знания не применялись до середины восемнадцатого века, но британский инженер Джон Смитон вновь вернул производство цемента. Несколько тысячелетий гипс и воздушная известь были единственными вяжущими материалами. Однако они отличались недостаточной водостойкостью. Развитие мореплавания в XVII-XVIII вв. потребовало для строительства портовых сооружений создания новых вяжущих, устойчивых к действию воды. В 1756 году англичанин Д. Смит обжигом известняка с глинистыми примесями получил водостойкое вяжущее, названное гидравлической известью.

Первый большой спрос на цемент был в США, из него был построен канал Эри в 1820 году. Американский инженер Канвасс обнаружил в штате Нью-Йорке некий материал, который он назвал «Белый камень» (в наше время называется известняк), который имел те же свойства, что упрочненный вулканический пепел.

На Руси развитие производства вяжущих материалов связано с возникновением древних городов - Киева, Новгорода, Москвы и др. Вяжущие материалы использовали при возведении крепостных стен, башен, соборов. В 1584 г. в Москве был учрежден «Каменный приказ», который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также производством извести.

В 1825 году Е.Г. Челиев в книге "Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений" обобщил опыт улучшения свойств вяжущих материалов, накопленный при восстановлении Кремля, разрушенного во время Отечественной войны 1812 года. В Англии в этом же направлении работал Д. Аспдин. В 1824 году он получил патент на "Усовершенствованный способ производства искусственного камня", названного им портландцементом из-за своего сходства с портландским камнем, добываемым вблизи г. Портленда. Полученное Аспдином вяжущее не было портландцементом в современном смысле этого слова, а представляло собой разновидность роман цемента, полученного при несколько повышенной температуре обжига, однако название «портландцемент» сохранилось и поныне. Гидравлическое вяжущее, описанное Челиевым, ближе по свойствам к современному портландцементу, а по качеству превосходило портландцемент Аспдина.

Со второй половины XIX в. портландцемент прочно вошел в строительную практику. Расцвет отрасли пришелся на 60 - 80-е годы. С 1962 по 1989 гг. Россия по выпуску цемента занимала первое место в мире. В России над его совершенствованием много работал А.Р. Шуляченко, которого называют отцом русского цементного производства. В 1856 г. был пущен в действие первый русский завод по выпуску портландцемента в г. Гроздец, затем были построены заводы в Риге (1866 г.), Щурове (1870 г.), Подольске (1874 г.), Новороссийске (1882 г.). К началу первой мировой войны в России работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн. т цемента.

Процесс производства портландцемента складывается в основном из следующих основных операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, состоящей из дробления, помола и усреднения ее состава; обжига сырьевой смеси (получение клинкера); помола клинкера в тонкий порошок.

В настоящее время применяют три способа подготовки сырьевой смеси из исходных материалов: мокрый (помол и смешение сырья осуществляются в водной среде), сухой (материалы измельчаются и смешиваются в сухом виде) и комбинированный.

Выбор сухого или мокрого способа производства зависит от многих причин. Как тот, так и другой способ имеют ряд преимуществ и недостатков. При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь, обуславливающую высокие качества клинкера. Поэтому при значительных колебаниях в химическом составе известнякового и глинистого компонента он целесообразнее. Этот способ используется и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмучивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии.

Недостаток мокрого способа - больший расход топлива. Если используют сырьевые материалы с большой влажностью, то расход тепла, затрачиваемого на сушку и обжиг, при сухом способе будет мало отличаться от расхода тепла на обжиг шлама при мокром способе. Поэтому сухой способ производства целесообразнее при сырье со сравнительно небольшой влажностью и однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля, с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах.

При изготовлении сырьевой смеси по любому способу необходимо стремиться к наиболее тонкому помолу, теснейшему смешению сырьевых материалов и к возможно большей однородности сырьевой смеси. Все это гарантирует однородность выпускаемого продукта и является одним из необходимых условий нормальной эксплуатации завода. Резкие колебания химического со·става сырьевой смеси нарушают ход производственного процесса. Высокая тонкость помола и совершенное смешение необходимы для того, чтобы химическое взаимодействие между отдельными составными частями сырьевой смеси прошло до конца в возможно более короткий срок.

Сущность комбинированного способа заключается в том, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу, затем шлам обезвоживается на специальных установках и направляется в печь. Комбинированный способ по ряду данных почти на 20--30 % снижает расход топлива по сравнению с мокрым способом, но при этом возрастают трудоемкость производства и расход электроэнергии.

Измельчение материалов в мельницах может производиться при влажности сырья не более 1%. В природе сырья с такой влажностью практически нет, поэтому обязательная операция сухого способа производства -- сушка. Желательно совмещать процесс сушки с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу производства. В шаровой (трубной) мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка -- сырьевой муки.

Возрастающие требования к экономии расхода топлива вынуждают перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. С другой стороны такие материалы характеризуются пониженной плотностью и соответственно прочностью. Предварительное измельчение таких материалов целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения «Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырьё влажностью до 25%. Однако полностью высушиться сырьё при этом не успевает, и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой массы должна производиться её досушка.

Основное преимущество сухого способа производства - снижение расходов топлива. Также при сухом способе на 35 - 40% уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важное достоинство сухого способа производства и более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. Еще немаловажным фактором является то, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.

Помол сырьевых материалов необходимо совмещать с сушкой теплом отходящих газов вращающихся печей и холодильников для клинкера.

Выбор схемы помола определяется свойствами сырья и технико-экономическими показателями помольных установок.

Помол осуществляется по следующим схемам:

1. помол сырьевой смеси влажностью до 810% в трубной шаровой мельнице с пневматической разгрузкой, работающей по замкнутому циклу, или мельнице с гравитационной разгрузкой замкнутого цикла, рассчитанной на пропуск повышенного количества газов;

2. помол сырьевой смеси влажностью до 18% с размалываемостью 1018 кВтч/т в вертикальной тарельчато-роликовой мельнице или в агрегате с ударно-отражательной дробилкой и короткой шаровой мельницей замкнутого цикла с пневматической или гравитационной разгрузкой;

3. помол сырьевой смеси влажностью до 25% в агрегате с мельницей самоизмельчения типа "Аэрофол" и трубной шаровой мельницей домола;

4. помол с одновременной сушкой мягкого, не содержащего абразивных включений сырья влажностью до 2530% в установках с ударно-отражательной дробилкой или молотковой мельницей и короткой шаровой мельницей с пневматической или гравитационной разгрузкой.

После Великой Отечественной Войны цементные заводы восстанавливались и строились при использовании мокрого способа производства, т. к. в послевоенные годы технология сухого способа производства цемента еще только зарождалась. Основными печными агрегатами были вращающиеся печи размерами 3,6х150 и 4,0х150 м производительностью 550 - 600 т. кл./сут. За короткие сроки эти печи были установлены на таких заводах как Белгородский, Коркинский, Карагандинский, Себряковский, «Пролетарий», «Октябрь», и др.

В середине 50-х годов была разработана печь мокрого способа производства 4,5х170 м производительностью 1200 т. кл./сут. Эта печь стала основным технологическим агрегатом при строительстве новых и расширении действующих производств. Были расширены производства на Белгородском, Коркинском и Чернореченском заводах, а также построены новые заводы - Ульяновский, Ахангаранский и др.

Развитие сухого способа производства клинкера в России началось с реконструкции Спасского завода, на котором четыре вращающиеся печи 3,6х52,0 м и одна печь 3,6х59 м реконструированы путем установки запечных теплообменников. Производительность печей возросла до 23 - 25 т/ч, резко снизился расход топлива. Однако доля сухого способа производства цемента составляла все еще менее 10%.

Положение несколько улучшилось после разработки и пуска в эксплуатацию технологических линий сухого способа производства с печами размерами 7,0/6,4х95 м и запечной системой циклонных теплообменников. Эти технологические линии построены с учетом опыта проектирования и эксплуатации заводов сухого способа производства зарубежных фирм.

Были запроектированы и построены современные системы гомогенизации с 2-ярусными силосами, усреднительными складами сырьевых материалов, разработаны системы автоматизации технологического процесса.

В мировой цементной промышленности сухой способ производства занял ведущее место. В настоящее время доля сухого способа занимает в Японии, Германии и Испании 100 %, в других развитых странах - 70 - 95%. В России доля сухого способа производства всего 13%.

Наряду с ростом производства цемента произошли большие изменения в ассортименте и качестве продукции. Еще в начале века для строительства подземных и гидротехнических сооружений начали применять пуццолановый портландцемент с повышенной водостойкостью. Развитие металлургии дало цементной промышленности возможность использовать для изготовления шлакопортландцемента и других видов шлаковых вяжущих доменные шлаки. В разработку этих видов цементов большой вклад внесли ученные А.Р. Шуляченко, И.А. Белелюбский, А.А. Байков, С.И. Дружинин, а затем В.А. Кинд, В.Н. Юнг, П.П. Будников, Ю.М. Бутт, С.Д. Окороков, Н.А. Торопов, С.М. Рояк и другие. Производство многокомпонентных цементов в наши дни приобрело важное значение, поскольку это простой и надежный путь экономии топливно-энергетических ресурсов.

Современная строительная техника предъявляет к вяжущим материалам новые высокие требования. Для производства железобетонных изделий и конструкций нужны быстротвердеющие портландцементы; для сооружения бетонных дорог - цемент, обладающий повышенной деформативной способностью и морозостойкостью, для декоративных целей требуются белые и цветные цементы, а для ремонтных работ - расширяющиеся цементы. В соответствии с запросами строительства советскими ученными П.И. Боженовым, П.П. Гайджуровым, Л.Д. Ершовым, И.В. Кравченко, Т.В. Кузнецовой, В.В. Михайловым, В.В. Тимашевым, М.И. Хигеровичем и другими разработана технология производства соответствующих специальных цементов. Их ассортимент постоянно расширяется. В настоящее время в нашей стране выпускается около 30 видов цементов. Одновременно повышается качество цемента, растет средняя его марка.

В последнее время освоено производство бездобавочного портландцемента марок «550» и «600», а также шлакопортландцемента марки «500». Сегодня отечественная цементная промышленность выпускает более 40 видов цементов, что позволяет удовлетворять требования самых различных отраслей народного хозяйства.

2. Характеристика выпускаемой продукции

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и гипса и твердеющее в воде и на воздухе. Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция. Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования сроков схватывания. Его содержание должно быть не более 3.5% по SО₃. Возможно использование природного гипсового камня, фосфогипса и борогипса.

Наряду с портландцементом выпускают портландцемент с минеральными добавками. В отличие от портландцемента, они содержат определенное количество активных минеральных добавок: гранулированных доменных шлаков - до 20%, добавок осадочного происхождения - до 10%, прочих активных минеральных добавок - до 15%.

2.1 Строительно-технические свойства портландцемента

Плотность. По плотности можно отличать бездобавочные портландцементы от пуццолановых и шлаковых, так как из всех этих вяжущих портландцемент обладает самой большой плотностью 3,05_3,20г./см³. Объемная масса порошка ПЦ в рыхлом состоянии равна 900 - 1100г/л, в уплотненном 1400 - 1700 кг/м³. Это значение зависит главным образом от тонкости помола портландцемента: чем выше тонкость помола, тем меньше насыпная масса.

Тонкость помола. Ее оценивают двумя показателями: количеством цемента в процентах от навески, проходящей через сито с определенным размером отверстий (метод ситового анализа), и удельной поверхностью зерен. Чем тоньше измельчен цемент, тем больше его пройдет через сито при рассеве и тем соответственно больше будет удельная поверхность. Цемент должен иметь такую тонкость помола, чтобы через сито №008 проходило не менее 85% от массы пробы или остаток на сите не превышал 15%. Большинство заводских цементов имеет остаток на сите №008 не выше 8 - 12%. Тонкость помола цемента влияет на скорость его схватывания и твердения, а также определяет степень использования его в растворах и бетонах. Чем больше степень измельчения цемента, тем быстрее происходит твердение.

Водопотребность портландцемента. Для полной гидратации минералов ПЦ необходимо около 22% воды от массы цемента. Нормальная густота цементного теста обычно превышает эту величину на 2 - 4% для портландцементов и на 5 - 10% для портландцементов с активными минеральными добавками. Количество воды, необходимое для приготовления удобоукладываемой бетонной смеси, как правило, составляет более 40% от массы цемента. Столь значительный избыток химически не связанной воды создает в затвердевшем камне систему пор и капилляров, что приводит к повышению пористости, снижению прочности и морозостойкости, ухудшению других строительных свойств. Уменьшение водопотребности цемента способствует повышению его качества.

Сроки схватывания. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45мин., а конец - не позднее 10ч от начала затворения. Как слишком быстрое, так и медленное схватывание - существенный недостаток цемента. Если цемент схватывается быстро, то он превращается в камень прежде, чем его успевают использовать. Применение же медленно схватывающихся цементов замедляет темпы строительства.

Тепловыделение. Гидратация цементных минералов - процесс экзотермический, идущий с выделением теплоты. Чем быстрее происходит гидратация ПЦ, тем быстрее и в большем количестве выделяется теплота. Также увеличение тонкости помола ПЦ заметно повышает его тепловыделение, особенно в первые сроки твердения. С увеличением удельной поверхности на каждые 100см²/г тепловыделение повышается в среднем через 1 сут. на 13,4 Дж/г; через 28 сут. - на 8,5 Дж/г; через 90 сут. - на 6,3 Дж/г.

Равномерность изменения объема цементного камня при твердении. Наличие в ПЦ свободных оксидов кальция и магния может вызвать образование трещин. Это явление называют неравномерностью изменения объема при твердении. Причиной его является увеличение объема CaO и MgO при их взаимодействии с водой и возникновение внутренних растягивающих напряжений в цементном камне.

Прочность портландцемента. Предел прочности при сжатии цементных образцов в возрасте 28 сут. называют активностью (прочностью) цемента. Активность ПЦ положена в основу подразделения его на марки. Цифровое значение марки характеризует предел прочности при сжатии половинок образцов - балочек размером 4040160 мм, приготовленных из раствора 1:3 по массе с нормальным песком при водоцементном отношении 0.4 и испытанных через 28 сут. после изготовления. При этом предел прочности при изгибе для образцов - балочек цемента марок 400; 500; 550 и 600 должен быть через 28 сут. соответственно не менее 5.5; 6.0; 6.2; 6.5 МПа, а прочности при сжатии - соответственно 40, 50, 55 и 60 МПа.

Прочность при растяжении цементного камня примерно на порядок ниже прочности при сжатии. Это связано с особенностями структуры затвердевшего цементного камня.

Существуют следующие марки портландцемента, выпускаемые промышленностью строительных материалов:

1. ПЦ 400 ДО и ПЦ 400 Д20. Применяется для производства асбестоцементных изделий, строительства жилья, промышленных зданий и сооружений.

2. ПЦ 500 ДО. Применяется для строительства мостов, путепроводов, железобетонных труб, пролетных строений и блоков.

3. ПЦ 600 ДО. Применяется для строительства мостов, туннелей, высокопрочных сооружений на объектах Министерства Обороны.

3. Характеристика сырьевых материалов

При производстве портландцемента применяют разнообразные материалы, одни из которых идут непосредственно на изготовление клинкера, другие же в виде добавок используются при его помоле (гипс и минеральные добавки)

Сырьевыми материалами для производства клинкера служат карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция и глинистые породы, содержащие кремнезем, глинозем и оксид железа. В среднем на изготовление 1 т цемента требуется до 1,6 т исходного сырья.

Наряду с материалами природного происхождения цементная промышленность во всеувеличивающемся объеме использует побочные продукты (отходы) разных отраслей промышленности, например доменные шлаки, золы, нефелиновый шлам и др. Имеется также опыт комплексного производства портландцемента и сернистого газа из смесей гипса или ангидрита (сернокислого кальция) с глиной.

Пригодность сырьевых материалов для производства портландцемента устанавливают на основании их всестороннего изучения.

В производстве портландцемента наиболее широко используют известняки и мел, а также мергели. Средняя плотность плотных известняков достигает 2400 - 2700, а меловых пород - 1500 - 2000 кг/м3. Влажность этих материалов соответственно 2 - 6 и 15 - 30%. Известняки и мел содержат до 90 % и более углекислого кальция и небольшие количества кварцевого песка, глинистых минералов и др. Химический состав этих материалов характеризуется преимущественным содержанием оксида кальция (до 50 % и более) и СО₂ (до 40 % и более). Они содержат также небольшие количества кремнезема, глинозема и др. Содержание MgO более 3 - 3,5 % и серного ангидрида более 1 - 1,3 % недопустимо.

При разработке технологической схемы производства портландцемента прежде всего учитывают химический и петрографический состав, а также физические свойства и влажность карбонатных пород.

4. Выбор и обоснование технологической схемы

На основе аналитического обзора выбрана технологическая схема по сухому способу производства портландцемента.

Основное преимущество сухого способа производства - снижение расходов топлива. Также при сухом способе на 35 - 40% уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важное достоинство сухого способа производства и более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. Еще немаловажным фактором является то, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.

В мировой цементной промышленности сухой способ производства занял ведущее место. В настоящее время доля сухого способа занимает в Японии, Германии и Испании 100 %, в других развитых странах - 70 - 95%. В России доля сухого способа производства всего 13%.

При сухом способе поступающие на завод сырьевые материалы подвергают дроблению в дробилках до зерен крупностью до 2,5 мм). Приготовленный дробленый сырьевой материал ленточными транспортерами подают на склад сырья, где сырьевые компоненты усредняют (с помощью усреднительных машин) до установленного норматива по химическому составу и подают далее в бункера мельниц. Из последних сырьевые компоненты вместе с добавками через дозаторы по массе поступают в приемные устройства помольных агрегатов, где их измельчают до требуемой тонины, 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 гомогенизируется 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 температуры 750...800°С и частично декарбонизируется, после чего поступает в печь на обжиг.

Измельчение материалов в мельницах может производиться при влажности сырья не более 1 %. В природе сырья с такой влажностью практически нет, поэтому обязательная операция сухого способа производства -- сушка. Желательно совмещать процесс сушки с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу производства. В шаровой (трубной) мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка -- сырьевой муки.

Возрастающие требования к экономии расхода топлива вынуждают перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. С другой стороны такие материалы характеризуются пониженной плотностью и соответственно прочностью. Предварительное измельчение таких материалов целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения «Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырьё влажностью до 25 %. Однако полностью высушиться сырьё при этом не успевает, и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой массы должна производиться её досушка.

Сырьевая мука подается в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Далее готовая шихта поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками. Полученный клинкер охлаждают в охладителе и подают на склад, где создается его запас, обеспечивающий бесперебойную работу завода.

5. Режим работы цеха

Режим работы цеха определяет количество рабочих дней в году, количество смен работы в сутки и рабочих часов в смене. Режим работы устанавливают в соответствии с трудовым законодательством по нормам технологического проектирования предприятий вяжущих веществ. В соответствии с нормами технологического проектирования для полного использования оборудования работа сырьевых цехов проектируется трехсменной по прерывной неделе с 1 выходным, что составляет 312 расчётных суток работы в год.

Годовой фонд времени работы основного технологического оборудования:

5.1 Расчет сырьевой смеси

При проведении расчетов пользуемся сокращениями, представленными в таблице 1.

Таблица 1. Сокращенные обозначения оксидов

Оксиды	В клинкере	В сырьевой смеси	В 1 комп.	Во 2 комп.	В 3 комп.
CaO	С	С0	С1	С2	С3
SiO2	S	S0	S1	S2	S4
Al2O3	A	A0	A1	A2	A3
Fe2O3	F	F0	F1	F2	F3
П.п.п	П.п.п.	(П.п.п.)0	(П.п.п.)1	(П.п.п.)2	(П.п.п.)3

В качестве сырьевых компонентов для производства портландцемента приняты следующие материалы с влажностью, %: известняк -2,23, глина - 19,94 и огарки -9,88. химический состав сырьевых материалов представлен в таблице 2.

Таблица 2. Химический состав исходных материалов

Материал	Массовая доля, %	Сумма
	П. п. п	SiО2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	R2O
Известняк	39,4	7,97	1,64	0,66	49,26	0,97	0,14	-	100,04
Глина	5,81	62,29	15,63	6,63	4,68	1,58	0,23	-	96,85
Огарки	9,02	9,62	2,87	64,3	5,32	0,49	0,08	-	91,7

Коэффициент насыщения КН = 0,92;

Силикатный модуль n = 2,5;

Глиноземистый модуль р = 1,83.

Расчет

Расчет производим по коэффициенту насыщения и силикатному модулю. Задаемся следующим соотношением компонентов: известняк : глина : огарки = х : у : 1.

1. Выполняем перерасчет химического состава сырьевых компонентов на сумму, равную 100%. Коэффициенты:

Химический состав сырьевых компонентов в пересчете на 100% представлен в таблице 3.

Таблица 3. Химический состав сырьевых компонентов в пересчете на 100%.

Материал	Массовая доля, %	Сумма
	П. п. п.	SiО2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3
Известняк	39,38	7,97	1,64	0,66	49,24	0,97	0,14	100
Глина	6	64,32	16,14	6,85	4,83	1,63	0,24	100
Огарки	9,84	10,49	3,13	70,12	5,8	0,53	0,09	100

2. Определим долю каждого компонента. Вычисляем значения коэффициентов a₁, a₂, b₁, b₂, c₁, c₂ по формулам (1) и значения х и у по формулам (2) и (3):

a₁ = 26,2186, а₂ = 2,22,

b₁ = -186.2849, b₂ = 6.845,

c₁ = 50.3413, c₂ = 172.635,

x = 54.81, y = 7.444.

Долю каждого компонента рассчитываем по формулам (4)-(6):

3. Определяем химический состав сырьевой смеси по формулам (8) и рассчитываем химический состав клинкера с пересчетом на прокаленное вещество. При этом коэффициент k определяется по формуле (7):

4.

Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Таблица 4. химический состав сырьевой смеси и клинкера

Компоненты	Массовая доля, %	Сумма
	П.п.п	SiО2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3
Сырьевая смесь	34,92	14,64	3,37	2,487	43,33	1,106	0,15	100
Клинкер		22,5	5,178	3,821	66,57	1,699	0,23	100

5. Вычисляем коэффициент насыщения и модули по формулам (9)-(11):

Полученные значения коэффициента насыщения и силикатного модуля показывают, что расчет сырьевой смеси произведен правильно.

6. Минералогический состав клинкера рассчитываем по формулам (12):

7. Определяем расход сырьевых материалов на 1 тонну клинкера по формулам (13):

8.

где m₁ - масса сухого материала на 1 тонну клинкера, кг;

m₂ - масса материала с учетом потерь при прокаливании, кг;

m₃ - масса материала с учетом пылеуноса печи, кг;

m₄ - полный расход материала с учетом влажности, кг;

П.п.п. - потери про прокаливании клинкера, %;

П - пылеунос печи, %;

W - влажность материала, %.

В соответствии с долей каждого компонента рассчитываем состав 1 т сухих материалов:

Известняк - 866,5 т;

глина - 117,6 т;

огарки - 15,8 т.

Итого: 1000т.

Расход сухих компонентов на 1 т клинкера:

Расход сухих компонентов с учетом безвозвратного (2%) пылеуноса печей:

Расход сухих компонентов с учетом безвозвратного пылеуноса печей и естественной влажности:

Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5. Расчет компонентов

Материал	состав 1 т сухих материалов	на 1 т клинкера	с учетом пылеуноса печей	с учетом влажности материалов
Известняк	866,5069663	1331,448934	1358,621361	1389,609657
Глина	117,6840005	180,8297488	184,5201518	230,4773317
Огарки	15,80903321	24,29169209	24,78744091	27,50492777
Итого	1000	1536,570375	1567,928954	1647,591916

Всего на 1 тонну клинкера расход материалов составляет 1647,59 кг.

Производительность завода 2500 тыс. т портландцемента в год.

Таблица 6. Производственная программа цеха

Наименование	Ед. измерения	Программа выпуска в
		год	сутки	смену	час
Портландцемент	т	2500000	6849,31	2283,10	285,38
Известняк		3474000	9514,80	3171,6	396,45
Глина		576175	1578,56	526,18	65,77
Огарки		68750	188,35	62,78	7,84

6. Технологические расчеты

Количество каждого вида основного оборудования рассчитывают по формуле:

Для дробления глины выбираем двухвалковую дробилку ДГ 1000х550.

N=33/(45*0,9)=1 шт

Для дробления известняка выбираем щековую дробилку ДРО 609 :

N=270/(140*0,9)=2 шт

и молотковую СМ-170В:

N=270/(140*0,9)=2 шт

Для сушки сырьевых материалов подбираем сушильные барабаны.

Для глины: N=67/(70*0,9)=1 шт

Для известняка: N=400/(80*0,9)=5 шт.

Для помола сырьевых материалов выбираем Шаровая мельница МШЦ-4500х6000 N=470/(240*0,9)=2 шт

Объем бункера вычисляется по формуле:

где V_б - объем бункера, м3;

П _час - часовой расход соответствующего материала, т;

t- время запаса,ч;

р₀ - средняя насыпная плотность материала, т/м3;

N - количество одновременно работающего оборудования, шт.

Объем бункера для глины: Vб = 65,77*2/2,0*0,7*1 = 94,14 м3; принимаем 2 бункера объемом 50 м³.

Объем бункера для огарков:Vб = 7,84*12/0,6*0,7*1 = 36,66 м3; принимаем 1 бункер объемом 50 м³;

Объем бункера для известняка: Vб = 396,45*2/1,5*0,7*2 = 377,78 м3; принимаем 5 бункеров объемом 80 м³.

Всего 5 бункеров объемом 80 м³ и 3 бункера объемом 50 м³.

В цехе помола бункера располагают в отдельном пролете шириной 6 м, поэтому размер А принимаем равным 5,2 м, а высоту бункера 5м.

Рисунок 2. Схема размещения бункеров

Размер выходного отверстия бункера рассчитываем по формуле:

Где а - размер выходного отверстия бункера, мм;

к = 2,4;

D_max- максимальная крупность материала, мм;

ф - угол естественного откоса материала, град.

Расчет выходного отверстия бункера для глины: а = 2,4*(30+80)*tg30 = 151 мм;

Расчет выходного отверстия бункера для огарков: а = 2,4*(30+80)*tg40 =219 мм;

Расчет выходного отверстия бункера для известняка: а = 2,4*(25+80)*tg40 =210 мм.

Определяем высоту пирамидальной части бункера по формуле:

где а - угол наклона пирамидальной части, град. Для обеспечения наилучшего пдбро высыпания материала из бункера рекомендуется принимать a = 50…60^о

Высота пирамидальной части бункера для:

глины: h₂ = (5200-151)/2*tg 50 = 2104 мм

известняка: h₂ = (5200-210)/2*tg 50 = 2080 мм

огарков: h₂ = (5200-219)/2*tg 50 =2076 мм.

Высота прямоугольной части рассчитывается по формуле:

Высота прямоугольной части бункера для глины: h₁ = 5000 - 2104 = 2894 мм

Высота прямоугольной части бункера для известняка: h₁ = 5000 - 2080 = 2920 мм

Высота прямоугольной части бункера для огарков: h₁ = 5000 - 2076 = 2924 мм.

Размер бункера В рассчитывают в зависимости от требуемой емкости бункера из уравнения:

Размер бункера В для глины: В = 3214 мм

Размер бункера В для известняка: В = 3200 мм

Размер бункера В для огарков: В = 1070 мм.

6.1 Расчет системы аспирации

Систему аспирации применяют для того, чтобы уменьшить пылевыделение при работе цементных мельниц путем создания в их полости отрицательного давления, обеспечить охлаждение цемента, а также увеличить производительность мельниц.

Для обеспыливания мельниц целесообразно применять трехступенчатую систему, состоящую из аспирационной коробки, циклона и рукавного фильтра или электрофильтра.

Количество воздуха, проходящего через мельницу определяют по формуле:

где F - площадь свободного сечения барабана, м²;

v - скорость движения воздуха, м/с.

Размеры шахты определяют исходя из скорости воздуха в поперечном сечении, принимаемой в пределах от 1,3 до 1,5 м/с в зависимости от концентрации пыли в аспирационном воздухе перед шахтой. Площадь поперечного сечения шахты равна:

где V₁ - объем аспирационного воздуха с учетом подсоса, м³/ч. Подсос воздуха в аспирационную систему для мельниц принимают равным 50%, для аппаратов первой ступени 15%, второй и третьей - 20%.

Размер стороны шахты, параллельной оси мельницы, определяют из соотношения:

где n - соотношение сторон шахты, принятое равным 1:1.

Высота шахты (от оси мельницы) определяется ее площадью и периметром в зависимости от гидравлического диаметра шахты:

где h - высота шахты, м;

d_г - гидравлический диаметр шахты , м (h = 5,5 d_г=3,02*5,5=16,61 м).

Количество пыли, уносимой из аспирационно - коагуляционной шахты, рассчитывают по формуле:

где m_у - масса пыли, кг;

с - концентрация пыли при выходе из шахты, г/м³.

Определяем объем воздуха с учетом подсоса:

Количество пыли после очистки циклоном:

Очистка рукавным фильтром:



Рассчитываем концентрацию пыли в воздухе после очистки:

Таблица 7. Ведомость оборудования

Наименование, тип	Кол-во	Производительность	Коэффициент использования	Мощность электродвигателя, кВт
		фактическая	паспортная		Единицы	общая
Щековая дробилка ДРО-609 8х10	2	270 м3/ч	140 м3/ч	0,9	110	220
Молотковая дробилка СМ-170В 13х16	2	270 м3/ч	140 м3/ч	0,9	250	500
Двухвалковая дробилка ДГ 1000х550	1	33 м3/ч	45 м3/ч	0,9	40	40
Сушильный барабан 3СГМ-200	10	400 т/ч	80 т/ч	0,9	64000	640000
Сушильный барабан 3СГМ-150	1	67 т/ч	70 т/ч	0,9	48000	48000
Шаровая мельница МШЦ-4500х6000	2	470 т/ч	240 т/ч	0,9	2500	5000
Аспирационная шахта а=2,7м Н=16,61 м	2	67906 м3/ч	-
Батарейный циклон ЦБ-49	12	33953 м3/ч	36000 м3/ч
Рукавный фильтр СРФ 8х5	16	93000 м3/ч	50000 м3/ч
	Итого:	693760

Таблица 8. Ведомость работающих цеха

Профессия	Кол-во смен	Число работающих
		В смену	всего
Производственные рабочие: технолог машинист-оператор мельниц помощник машиниста рабочий по обслуживанию обеспыливающих устройств рабочие на аэрожелобах рабочий на приемке сырья	3	1 2 1 2 1 1	3 6 3 6 3 3
	Итого	24
Вспомогательные рабочие: слесарь-наладчик			1
	Итого:	25

7. Контроль технологического процесса и качества готовой продукции

Получать любой продукт, в том числе и цемент, на современных заводах можно только при строгом соблюдении всех технологических требований и правил и осуществлении производственного цикла при установленных оптимальных режимах работы всех механизмов и установок. Большое значение при этом имеет контроль производства, в процессе которого:

-определяют качество исходных материалов и соответствие их свойств требованиям норм и технических условий;

-выявляют свойства материалов и полуфабрикатов на всех стадиях производства и устанавливают их соответствие тем показателям, которые обеспечивают получение продукции требуемого качества;

-наблюдают за работой приборов, механизмов и установок в заданных оптимальных режимах, обеспечивающих качественную переработку материалов при наилучших технико-экономических показателях;

-определяют свойства получаемого цемента и их соответствие требованиям стандарта.

Контролировать производство нужно систематически на всех стадиях с помощью современных методов и приборов, обеспечивающих точность и возможность автоматизации контрольных операций. Быстрое вмешательство в ход производственных процессов позволяет устранять отклонения от заданных режимов и параметров и оптимизировать их.

Действенность производственного контроля зависит:

-от правильного выбора мест отбора проб и определения технологических параметров (температура, влажность, подвижность смесей ит. д.);

-от соответствия свойств пробы свойствам материала;

-от периодичности отбора проб, их величины.

В настоящее время созданы способы автоматического отбора проб материалов в процессе их переработки. При этом частота операций отбора проб и величина последних зависит от степени однородности материалов, размера потока, гранулометрии (при кусковых материалах) о других условий.

Исходные материалы контролируют по химическому составу, содержанию СаСО₃ (титр) в известняке, влажности сырья.

В сырьевом отделении проверяют состав смесей, тонкость их измельчения, влажность, текучесть и однородность титра. При производстве цементов становится обычным также контроль содержания в сырьевых смесях СаО, SiO₂, Al₂O₃ и Fе₂О₃. Химический анализ клинкера и цемента производится по ГОСТ 5382 - 73.^[]

Качество клинкера определяют часто по его объемной массе, которая при правильном составе сырьевой смеси и надлежащем обжиге во вращающейся печи (мокрый способ) колеблется обычно в пределах 1550 - 1650 г/л. Определяют также количество свободной окиси кальция, которое не должно превышать 1% для обычного клинкера, а 0,2 - 0,3% для быстротвердеющего.

Контроль при помоле клинкера с добавками сводится к проверке соотношения по массе между клинкером, гипсом и другими компонентами, соответствия степени измельчения цемента нормативам, контролю температуры клинкера и получаемого продукта и к другим определениям.

Цемент должен быть принят отделом технического контроля завода по ГОСТ 22236 - 76.

Таблица 9. Карта контроля

Контроль	Контролируемый показатель материала, процесса, продукции	Место отбора проб	Способы и средства контроля	Периодич- ность	Испол- нитель
Входной:
Известняк	Влажность Анализ на пять оксидов: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO	С ленточного конвейера после вторичного дробления	Весовой Рентгеноспектральный	Один раз за смену	лаборант
Глина
Огарки	Влажность Содержание Fe2O3 Полный химический анализ	С ленточного конвейера или из вагонов	Весовой Фотометрический, пламенный фотометр, тирометр	От каждой поступившей партии
Операционный
Тонкомолотая сырьевая мука	Анализ на пять оксидов: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO Влажность Тонкость помола Анализ на четыре оксида: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO	На выходе из мельницы	Рентгеноспектральный Весовой	Один раз в час	Пробоот-борщик сырьевой муки
Пыль электрофильтров	Анализ на пять оксидов: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO Полный химический анализ	Из гравитационных потоков в местах пересыпки с транспортеров	Рентгеноспектральный Фотометрический	Один раз в смену	Пробоот-борщик сыпучих материа-лов
Приемочный
Нормальная густота теста		Проба	ГОСТ 310.3-85	Для каждой партии	Лаборант
Сроки схватывания			ГОСТ 310.3-85	Для каждой партии
Тонкость помола			ГОСТ 310.2-85	Каждый час
Предел прочности		Образцы	ГОСТ 310.3-85	Для каждой партии

8. Охрана труда и окружающей среды

При большой насыщенности предприятий цементной промышленности сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчению клинкера, перемещению, складированию и отгрузке огромных масс материалов, при наличии большого количества электродвигателей особое внимание должно уделяться при проектировании заводов и при их эксплуатации созданию благоприятных условий для работы трудящихся. Охрана труда должна осуществляться в полном соответствии с «Правилами по технике безопасности и производственной санитарии на предприятиях цементной промышленности".

На действующих предприятиях необходимо оградить движущиеся части всех механизмов и двигателей, а также электроустановки, приемки, люки, площадки и т.д. Должны быть заземлены электродвигатели, а также разного вида электрическая аппаратура. Необходимо предусматривать соответствующие устройства и установки подъемно-транспортных механизмов для безопасного ведения ремонтных работ. Установку по сушке и помолу, трубопроводы, сепараторы, бункера для хранения пыли вследствие взрывоопасности надо оборудовать предохранительными клапанами.

Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующих и погрузочно-разгрузочных механизмов должно осуществляться в соответствии правилами безопасной работы у каждой установки.

Большое внимание следует уделять обеспыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок с целью создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда. В соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий концентрация в воздухе помещений цементной и остальной пыли не должна превышать 0,04 мг/м³.

Содержание в воздухе окиси углерода не допускается более 0,03 мг/м³, сероводорода -- более 0,02 мг/м³. В воздухе, выбрасываемом в атмосферу, концентрация пыли не должна быть более 0,06 г/м³. При нормальной эксплуатации пылеочистных систем содержание пыли в выбрасываемом воздухе составляет 0,04 - 0,06 г/м³. Для создания нормальных условий труда все помещения цементных заводов надо обеспечивать искусственной и естественной вентиляции.

Воздух, отбираемый из цементных мельниц, очищают с помощью рукавных или электрофильтров. При значительной концентрации пыли в аспирируемом воздухе необходимо устанавливать перед ним циклоны.

При этом важно не допускать просасывание через 1м² ткани фильтров более 60 - 70м³ воздуха в 1ч. Для очистки воздуха, отсасываемого из камер сырьевых мельниц, обычно устанавливают циклон и электрофильтр, соединение последовательно. Воздух из сепаратора мельниц и головок элеваторов для очистки пропускается через рукавный фильтр.

9. Технико - экономическая часть

Трудоемкость производства рассчитывают:

где r - трудоемкость производства, чел ч/т;

с - списочное число производственных рабочих, чел;

С_р - количество рабочих дней в году;

t- продолжительность работы в смену, ч;

П _год - годовая производительность цеха, т.

Удельный расход электроэнергии:

Где Э_уд - удельный расход электроэнергии, кВт/ч;

N₀ - мощность установленных двигателей, кВт;

Г_ф.р - годовой фонд времени работы оборудования, сут;

n - количество смен.

Таблица 10. Технико - экономические показатели проектируемого цеха.

Наименование показателей	Ед. измерения	Показатели
Годовая производительность	т	2500000
Списочное число производственных рабочих	Чел.	25
Трудоемкость производства	Чел.ч /т	0,025
Удельный расход электроэнергии	кВт ч/т	1865

Заключение

В ходе выполнения данной работы был спроектирован цех подготовки сырьевых материалов для производства портландцемента по сухому способу производительностью 2,5 млн. т в год. Рассмотрена оптимальная технологическая схема подготовки сырья, подобраны и рассчитаны дробилки, мельницы и аспирационная система. Произведен расчет производственной программы цеха, состав сырьевой смеси. В курсовом проекте приведена характеристика сырья, характеристика и контроль качества выпускаемой продукции.

Список использованных источников

1. Волженский. А.В. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979. - 368 с.

2. Буров Ю.С., Волженский А.В., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979. - 476 с.

3. ГОСТ 5382-91. Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа. - Взамен ГОСТ 5382-73; введен 01.07.1991. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 57 с.

4. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портландцемент. - М.: Стройиздат, 1974.- 341 с.

5. ВНТП 06-91. Ведомственные нормы технологического проектирования цементных лозаводов. - Введен 29.01.1992. -М.:

6. Проектирование цементных заводов. Под ред. Зозули П. В., Никифорова Ю. В. - С-Петербург, 1996. - 356 с.

Размещено на Allbest.ru