Производство портландцемента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Портландцемент является важнейшим вяжущим веществом. По производству и применению он занимает первое место среди всех других вяжущих веществ.

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом, а иногда со специальными добавками. Клинкер-это обожженная до спекания сырьевая смесь известняка и глины в виде зерен размером до 40мм. От качества клинкера зависят важнейшие свойства цемента: прочность и скорость её нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Для регулирования сроков схватывания цемента при помоле к клинкеру добавляют гипс не менее 1,5 и не более 3,5% от массы цемента в пересчете на ангидрид серной кислоты . Клинкерный порошок без гипса при смешивании с водой быстро схватывается и затвердевает в цементный камень, который характеризуется пониженными техническими свойствами.

По вещественному составу (согласно ДСТУ) различают портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент.

В портландцемент с минеральными добавками разрешается вводить гранулированные доменные и электротермофосфорные шлаки в количестве до 20% массы вяжущего, активные добавки осадочного происхождения не более 10%. Другие активные добавки (вулканического происхождения) допускается вводить до 15% массы получаемого цемента. Шлакопортландцемент должен содержать доменные или электротермофосфорные шлаки не менее 21 и не более 60% от массы вяжущего.

При производстве цемента для интенсификации процесса помола допускается введение специальных добавок в количестве до 1% массы вяжущего.

Свойства портландцемента определяются прежде всего качеством клинкера. Вводимые в него добавки предназначены для их регулирования.

Портландцемент и его разновидности являются основным материалом в современном строительстве. Он позволяет возводить бетонные и железобетонные конструкции самых разнообразных зданий и сооружений.

Окись алюминия и окись железа , суммарное содержание которых достигает обычно 95-97%. Кроме них в состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах могут входить окись магния , серный ангидрид , двуокись титана , окись хрома , окись марганца , щелочи и , фосфорный ангидрид . Химический анализ клинкера проводят согласно ДСТУ. При этом определяют общее процентное содержание окиси кальция, как связанной, так и находящейся в свободном состоянии; двуокиси кремния, полуторных окислов железа и алюминия, окиси магния, серного ангидрида, окиси щелочных металлов, а также нерастворимого осадка и потерь при прокаливании.

В клинкере обычного состава главные окислы образуют силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция в виде минералов кристаллической структуры, часть их входит в стекловидную фазу. Исследования цементного клинкера показывают, что он состоит преимущественно из кристаллов минералов-силикатов, между которыми размещается промежуточное вещество. Оно включает алюминаты и алюмоферриты кальция в кристаллическом виде, а также стекловидную фазу.

Производство портландцемента состоит из следующих основных операций: добыча известняка и глины, необходимых добавок, подготовки сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава; обжига сырьевой смеси материалов до спекания с получением клинкера; помола клинкера в порошок с гипсом, иногда с добавками.

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, и от правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

портландцемент клинкер помольный технологический



1. Характеристика выпускаемой продукции

1.1 Характеристика сырья: клинкер, гипсовый камень, шлак

Клинкер. Свойства портландцемента определяются, прежде всего, качеством клинкера. Портландцементный клинкер получают обычно в виде спекшихся мелких и более крупных гранул и кусков размером до 10-20 или до 50-60мм в зависимости от типа печи.

По микроструктуре клинкер, получаемый спеканием, представляет собой сложную тонкозернистую смесь многих кристаллических фаз и небольшого количества стекловидной фазы.

Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах. Главными окислами цементного клинкера являются окись кальция СаО, двуокись кремния Si, окись алюминия и окись железа , суммарное содержание которых достигает обычно 95-97%. Кроме них в состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах могут входить окись магния, серный ангидрид, двуокись титана, окись хрома, окись марганца, некоторые щелочи, фосфорный ангидрид и прочее.

Гипсовый камень. Согласно ДСТУ гипсовый камень для производства вяжущих веществ должен содержать не менее 95% двуводного гипса. В гипсовых породах лучших месторождений содержание примесей до 2-5%, но часто их количество достигает 10-15% и более. Плотность гипсового камня зависит от количества и вида примесей и составляет 2,2-2,4г/. Объемная масса гипсовой щебенки 1200-1400 кг/. Влажность в пределах 3-5% и более. Содержание воды в различных партиях гипсового камня неодинаково и зависит от его физических свойств, относительной влажности воздуха, времени года и условий хранения.

Шлак. Это побочный продукт, получаемый при плавке черных и цветных металлов и сжигании твердых видов топлива. Химический состав доменных шлаков зависит от состава руды, плавней, вида применяемого топлива и выплавляемого чугуна. Обычно в состав доменных шлаков входят окислы СаО, , , MgO, FeO и сернистые соединения CaS, MnS, FeS и соединения фосфора. По химическому составу доменные шлаки отличаются от ПЦ-го клинкера лишь соотношением некоторых компонентов. Шлаки содержат повышенное количество кремнезема, частично глинозема и меньше окиси кальция.

1.2 Быстротвердеющий ПЦ

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) обладает более интенсивным, чем обычный, нарастанием прочности в начальный период твердения. Это достигается путем более тонкого помола цемента и регулирования его минералогического состава.

При помоле быстротвердеющего портландцемента допускается введение активных минеральных добавок в количестве не более 10%, а доменных гранулированных шлаков - не более 15% по массе. Согласно ДСТУ, быстротвердеющий портландцемент должен иметь через 3 суток твердения предел прочности образцов, изготовленных из пластичного цементного раствора состава 1:3, не менее 4 МПа на изгиб и не менее 25 МПа на сжатие, а к 28 суткам прочность на сжатие должна быть не менее 40 МПа.

Быстротвердеющий портландцемент получают совместным помолом специального портландцементного клинкера и гипса. При помоле допускается введение не более 10% активных минеральных добавок осадочного происхождения и не более 15% доменных и электротермофосфорных гранулированных шлаков. Клинкер быстротвердеющего портландцемента содержит обычно 60-65% трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината и ограниченное количество (до 0,5%) свободной окиси кальция. Содержание окиси магния не должно превышать 5%.

При производстве БТЦ готовят сырьевые смеси с повышенным по сравнению с обычным портландцементом коэффициентом насыщения кремнезема окисью кальция (КН=0,9-0,92), их более тонко измельчают и тщательно гомогенизируют. Клинкер обжигают при более высоких температурах, применяя беззольное топливо (природный газ, мазут) или высококалорийный каменный уголь.

Повышенная прочность БТЦ в первые сроки твердения обусловлена не только минералогическим составом клинкера, но и тонкостью измельчения цемента. Клинкер размалывают до удельной поверхности 3500-4000 (вместо 2800-3000 для обычного портландцемента).

По свойствам быстротвердеющий портландцемент отличается, прежде всего, более интенсивным твердением в первые трое суток. Через трое суток твердения в нормальных условиях прочность БТЦ достигает 60-70% марочной. В последующие сроки твердения интенсивность роста прочности замедляется, и через 28 суток и более прочностные показатели БТЦ становятся такими же, как и у обычных высококачественных портландцементов.

Интенсивность роста прочности изделий из бетонов на быстротвердеющих портландцементах возрастает в условиях тепловлажностной обработки при 70-80. При этом через 4-6 часов прочность возрастает до 70-90% от той, которую приобретает бетон в течении 28 суток твердения нормальных условиях. Более длительное пропаривание, а также тепловлажностная обработка при температурах свыше 80 приводят обычно в дальнейшем к замедлению роста прочности. Она ниже прочности изделий, твердеющих при обычных температурах в течении 28 суток. Поэтому бетоны на таких цементах следует пропаривать при температуре не более 70-80 с короткой выдержкой. При хранении на складе БТЦ относительно быстро теряет свою активность, и его следует использовать по мере поступления на завод.

Быстротвердеющие портландцементы целесообразно применять при изготовлении высокопрочных и преднапряженных изделий и конструкций. Это дает возможность значительно уменьшить потребность в металлических формах, а иногда даже отказаться от применения тепловой обработки изделий. Применение БТЦ для строительства сооружений из монолитного бетона позволяет сократить сроки выдержки конструкций в опалубке.

БТЦ марок 550 и 600 изготовляют тонким измельчением клинкера с расчетным содержанием 60-65% и не более 8% совместно с добавкой гипса. Минеральные добавки в эти цементы не вводят. Высокая интенсивность твердения в начальные сроки обеспечивается измельчением до удельной поверхности 4000-4500 /г. При этом содержание фракций цемента размером частиц не менее 30 мкм достигает 50-60%, а иногда и больше. В процессе помола во избежание появления, так называемого ложного схватывания цемента нельзя допускать повышение температуры.

Эти цементы предназначены для изготовления высокопрочных бетонов. При производстве железобетонных изделий сокращается длительность тепловой обработки.

Применение цементов экстра-класса с очень высокой начальной скоростью твердения в строительстве имеет исключительно важное значение. Они позволяют отказаться от самого длительного и дорогого процесса - тепловлажностной обработки железобетонных изделий на заводах, требующей значительного расхода топлива и больших производственных площадей для размещения тепловых установок.

Нормальная густота цемента 35-40% при удельной поверхности 4000-5000/г. Начало схватывания наступает через 10-20 минут, а конец - через 20-40 минут.

Прочность при изгибе образцов через 2 часа твердения достигает 5-6 МПа и на таком же уровне остается через 28 суток. При твердении образцов на воздухе и в воде в течении 28 суток получаются практически одинаковые показатели прочности при сжатии. Активность цемента снижается при хранении в течении года примерно на 10%. Цемент обеспечивает изготовление бетонных изделий без термообработки.



2. Технологическая часть

Описание технологической схемы цеха помола БТЦ

Технологическую схему можно условно разделить на 3 основных части, в которых одновременно проходят процессы.

1) Клинкер со склада клинкера подается ленточными конвейерами в накопительный бункер. Затем из бункера клинкер поступает в питатель пластинчатый С-641 производительностью 96т/час. Из питателя клинкер подается в дозатор ленточный весовой «Шенк» производительностью 300т/час, где дозируется в необходимом количестве для подачи его в мельницу.

2) Гипсовый камень со склада подается ленточным конвейером в накопительный бункер. Из бункера гипсовый камень поступает в тарельчатый питатель СМ-276А производительностью до 13т/час. Из питателя гипсовый камень подается в дробилку-сушилку, производительностью 6,2т/час. Где измельчается до требуемого размера. Затем дробленный гипсовый камень поступает в грохот, в котором выделяются нужные фракции. Куски гипсового камня, не подходящие по размеру, подаются на повторное дробление, в дробилку, где одновременно проходит и измельчение и подсушивание, а остальной материал, достигший заданного размера, подается ленточными конвейерами в накопительный бункер. Из бункера гипсовый камень поступает в дозатор и далее в необходимом количестве подается в мельницу.

3) Шлак со склада подается ленточным конвейером в накопительный бункер. Затем из бункера шлак поступает в тарельчатый питатель Д-200 производительностью 27,95т/час. Из питателя шлак подается в сушильный барабан производительностью 34,9т/час, где подвергается высушиванию. После сушки шлак ленточными конвейерами подается в накопительный бункер. Из бункера шлак поступает в дозатор весовой «Шенк» производительностью до 300т/час и далее в необходимом количестве подается в мельницу.

После этого клинкер, гипс и шлак поступают в шаровую мельницу производительностью 117т/час для совместного тонкого помола.

Технологическая схема цеха помола быстротвердеющего ПЦ

Склад клинкера Склад гипсового камня Склад шлака

Накопительный бункер Накопительный бункер Накопительный бункер

Питатель

Дозатор Дробилка-сушилка Сушильный барабан

Грохот Накопительный бункер

Накопительный бункер

Дозатор

Шаровая мельница

Сепаратор

Электрофильтры

Силосы

2.1 Дисперсность портландцемента и его свойства

Многие свойства портландцемента, в том числе активность и скорость твердения, определяются не только химическим и минералогическим составом клинкера, формой и размерами кристаллов алита, белита и других, наличием тех или иных добавок, но и в большой степени тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом и формой частичек порошка.

Цементный порошок состоит в основном из зерен размером от 5-10 до 30-40 мкм.

Тонкость помола портландцемента характеризуют обычно остатками на ситах с размерами ячеек в свету 0,2; 0,08, а иногда и 0,06 мм, а также удельной поверхностью порошка, которая определяется на приборах различной конструкции. Обычные портландцементы измельчают до остатка на сите №008 5-8% по массе, а быстротвердеющие портландцементы до остатка 2-4% и меньше. При этом удельная поверхность соответственно достигает 2500-3000 и 3500-4500 /г и более.

С увеличением тонкости помола цемента повышается его прочность и скорость твердения, но только до показателей удельной поверхности 7000-8000 /г. С этого предела наблюдается обычно ухудшение прочностных показателей затвердевшего цемента. Морозостойкость его часто начинает ухудшаться и при более низких значениях удельной поверхности (4000-5000/г).

Разные фракции цементного порошка по-разному влияют на прочность цемента при твердении, а также на скорость твердения.

Если измельченный материал соответствует заданному размеру частиц (удельной поверхности), то он пневмовинтовым насосом подается на склад готовой продукции - в силосы. При этом мельчайшие частички (пыль) проходят через рукавные фильтры для очистки воздуха. В случае, если измельченный материал не удовлетворяет заданной удельной поверхности, он направляется на повторный помол на одну из камер мельницы. По достижении заданных размеров частиц материал в виде готового продукта подается в силосы.

В связи с этим рекомендуют характеризовать цементы не только по удельной поверхности, но и по зерновому составу. Следуя А.Н. Иванову-Городову, равномерное и быстрое твердение цемента достигается при следующих зерновых составах:

Зерна мельче мкм не более %

Зерна от 5 до 20 мкм 40-45%

Зерна от 20 до 40 мкм 20-25%

Зерна крупнее 40 мкм 15-20%

Если речь идет о влиянии тонких фракций на активность цементов, нужно учитывать как минералогический состав, так и размеры, структуру кристаллов алита, белита и других компонентов клинкера.

На показатели активности цементов влияют фракции порошка с размером частиц до 20мкм. Более крупные частицы (до 30-50мкм) влияют на прочность в более отдаленные сроки твердения. Фракция 0-5мкм оказывает решающее влияние на рост прочности цемента в первые сутки твердения, фракция 5-10 мкм влияет в основном на прочность в трехсуточном и семисуточном возрасте, а фракция 10-20 мкм определяет прочность в месячном и более позднем возрасте. В частности, измельчая один и тот же клинкер до содержания в порошке 45,50,65 и 80% фракции 0-20 мкм, можно получать цементы марок соответственно 600,700,800. Для получения цементов тех или иных марок рекомендуются соответствующие схемы помола клинкеров в шаровых мельницах в замкнутом цикле с центральными сепараторами.

Исследования показывают, что характеристики дисперсности цемента по остаткам на ситах и по удельной поверхности не дают надлежащего представления о содержании различных фракций в порошке и потому не позволяют исчерпывающе оценить результат помола и свойства получаемого цемента.

Для определения содержания различных фракций в цементом порошке используют методы воздушной сепарации, а также микроскопический анализ.

Зерновой состав цемента часто представляют в виде кривых в системе координат, где по оси абцис наносят логарифмы диаметров зерен в мкм.

2.2 Размалываемость клинкера и методы её определения

Все твердые материалы характеризуются свойственным им сопротивлением измельчению. На разных ступенях помола оно может быть разным, зависит от микроструктуры и физических свойств материала.

Разные твердые материалы в зависимости от их физических свойств при измельчении в одинаковых условиях с затратой одинакового количества энергии дают продукты, характеризующиеся различной степенью дисперсности. Следовательно, они обладают различной способностью размалываться. Размалываемость клинкера и других материалов можно оценивать по кварцу, она принята за единицу. В этом случае устанавливается коэффициент размалываемости материала по формуле:

К=

Где - время, необходимое для размола кварца до определенной тонкости помола, - время, необходимое для измельчения испытываемого материала до той же дисперсности, в таком же аппарате.

Коэффициент размалываемости клинкера для вращающихся печей)колеблется в пределах 0,67-1,41 при измельчении в шаровых мельницах, а клинкера для шахтных печей 1,64-2,5.

В производстве цемента разные материалы измельчаются преимущественно в шаровых мельницах.

При измельчении цементов в шаровых мельницах до удельной поверхности 3000-3500 /г её прирост практически пропорционален затраченной работе. Лишь при более высоких степенях, когда наступает агломерация тончайших частичек, прирост удельной поверхности сопровождается повышением расхода энергии. На разных ступенях измельчения некоторые материала характеризуются разной размалываемостью, которая оценивается по значению удельной поверхности, полученной при измельчении на 1 Дж работы. Так, клинкер, измельченный до удельной поверхности 3000/г, имеет показатель размалываемости 109 /Дж, а при более тонком измельчении - лишь 39 /Дж.

Размалываемость неоднородных тел зависит от природы, количественного соотношения и размера зерен.

В США определяют размалываемость клинкеров в шаровой мельнице размером 305х305 мм, вращающейся с частотой 70 об/мин и и загруженной шарами размерами 38,25 и 19 мм в количестве 20 кг. В мельницу загружают около 1 кг материала. Определяют и оценивают размалываемость применительно к помолу в мельницах, работающих в замкнутом цикле.

2.3 Помольные установки и процессы измельчения

Для помола клинкера с добавками применяют почти исключительно шаровые мельницы с производительностью до 50-100 т/час. Клинкер размалывают по открытому или замкнутому циклу с применением одностадийного, а иногда и двухстадийного измельчения.

Длина шаровых мельниц, работающих по открытому циклу и называемых трубными, в несколько раз превышает их диаметр (в 4-5 раз). Например, на заводах применяют мельницы размерами 4х13,5; 3,2х15; 2,6х13 м и другие. Их производительность при помоле клинкера до остатка 8-10% на сите №008 достигает соответственно 90, 50, 25 т/час. Первые две мельницы могут переключаться также на работу в замкнутом цикле с сепаратором. Приводятся они во вращение двигателями мощностью соответственно 3200, 2000, 100 кВТ. Трубные мельницы разделяют по длине дырчатыми перегородками на две, три и более камер.

В многокамерные мельницы загружают шары нескольких размеров или цилиндриками одного или двух размеров. При этом необходимо соответствие между удельной поверхностью мелющих тел и размалываемого материала во всех камерах. В первую камеру, где дробятся крупные зерна, помещают обычно более крупные стальные шары диаметром 60-120мм. Вторая камера заполняется шарами размером 40-60 мм, а третья - мелкими шарами 20-30 мм или цилиндриками размером 20-25 мм.

Большое влияние на производительность мельниц оказывает степень заполнения камер мелющими телами. Обычно она составляет (% внутреннего объема камер):

Камера грубого измельчения 26-32

Камера среднего измельчения 26-30

Камера тонкого измельчения 24-30

Однако правильность подбора мелющих тел и степень наполнения при помоле тех или иных материалов должны проверяться по эффективности работы мельницы (часовая производительность её при заданной тонкости помола и удельный расход электроэнергии). Рациональность принятого ассортимента мелющих тел и степени заполнения контролируется по диаграммам помола, которые строят по результатам просеивания проб, отобранных вдоль камер мельницы, через сита №008, №021, №05, а также через более крупные. Расход мелющих тел при помоле известняка и клинкера вращающихся печей составляет примерно 0,8 кг на 1 тонну продукта.

В шаровых мельницах с гладкими бронеплитами, загруженных шарами различного диаметра, мелющие тела во время работы расслаиваются тем больше, чем больше разница в диаметре шаров. При этом более крупные шары скапливаются обычно у выходного конца той или иной камеры.

Чтобы предотвратить это, мельницы футеруют сортирующими броневыми плитами. В этом случае барабан делят обычно на две камеры, причем камеры грубого и среднего измельчения объединяют в одну и загружают её шарами различного диаметра. Сортирующие броневые плиты имеют ступенчатый профиль, благодаря чему внутри мельницы образуются конические кольца с углом подъема в сторону разгрузки материала, зависящим от диаметра шаров. Сортирующая конусно-ступенчатая футеровка обеспечивают непрерывную классификацию мелющих тел по длине мельницы, а также необходимую пропорциональность между размером мелющих тел и частицами измельчаемого материала. Для этой же цели используют бронефутеровку так называемого спирального типа.

Применение рациональных видов бронефутеровки позволяет увеличить производительность мельниц на 15-20%.

Эффективность работы трубных мельниц в большой мере зависит от числа оборотов барабана (в 1 минуту). Для мельниц с гладкими бронеплитами его устанавливают по формуле:

n=

где Д- это внутренний диаметр барабана, м.

У мельниц с конусно-ступенчатой кулачковой футеровкой оптимальные показатели работы достигаются при числе оборотов барабана , определяемом по формуле:

Нормальная работа шаровых мельниц в сильной степени зависят от равномерного питания их материалом, а также от гранулометрии материала. В связи с этим применяют автоматически действующие ленточные весовые питатели-дозаторы, обеспечивающие как равномерность подачи клинкера и добавок в мельницу, так и требуемое соотношение между ними. Иногда одновременно применяют предварительное дробление материалов, в частности клинкера, до зерен размером не более 5-8 мм. Кроме того мельницу загружают материалом постоянного зернового состава.

На процесс измельчения положительно влияет введение в материал интенсификаторов помола в виде поверхностно-активных веществ (ПАВ):

сульфато-дрожжевой бражки(СДБ), мылонафта, петролеума, угля и других. Они повышают эффективность измельчения клинкера, так как понижают его сопротивляемость помолу.

Оптимальное количество вводимого в мельницу интенсификатора зависит от его свойств, и свойств измельчаемого материала, а также от условий введения его в камеру.

Трубные мельницы с открытым циклом измельчения применяются для помола сырьевых материалов, а также клинкера. Измельченный в мельнице материал поступают в сепаратор, где из него выделяются фракции тех размеров, которые требуются для готового продукта, а более крупные частицы направляются снова в мельницу на дополнительное измельчение. Таким образом, из материала непрерывно извлекаются наиболее дисперсные частички, которым особенно свойственно агрегатировать и прилипать к мелющим телам и стенкам мельницы. Благодаря этому производительность помольных установок возрастает на 10-20%.

На помольных установках с сепараторами создается возможность получать высокопрочные быстротвердеющие цементы при пониженном содержании в них тончайших частиц. Быстро теряющих свою активность. Кроме того, в помольных установках с сепараторами создается предпосылки к лучшему охлаждению материала, что положительно отражается на его измельчении. Эти установки характеризуются высокой маневренностью в работе и позволяют выпускать цементы с различной тонкостью помола при постоянных загрузках и размерах мелющих тел. Это недостижимо в мельницах с однократным прохождением материала. Требуемую тонкость помола устанавливают соответствующим регулированием работы сепаратора. Недостаток этих установок - их большая сложность и стоимость по сравнению с мельницами, работающими по открытому циклу.

Измельченный материал из мельницы в сепаратор подают элеваторами или пневматическим транспортом. В первом случае применяют так называемые сепараторы с замкнутой циркуляцией воздуха. В них воздух вместе с измельченным материалом просасывается вентилятором из мельницы в сепаратор, где из потока выделяются крупные частицы, направляемые на дополнительный помол в мельницу. А мелкие фракции выносятся воздушным потоком из сепаратора и осаждаются в фильтрах того или иного фильтра.

При помоле цемента применяются в основном установки, работающие по схеме мельница - ковшовый элеватор- сепаратор с замкнутой циркуляцией воздуха. Характеризуются они относительной простотой и пониженным расходом электроэнергии.

Достаточно часто используется схема, при которой материал, пройдя все камеры, поступает в один или два сепаратора, откуда грубые фракции направляются на дополнительное измельчение в первую камеру, а тонкие - на склад. Это практикуется на заводах при выпуске быстротвердеющего цемента или обыкновенного цемента.

Исследования показывают, что эффективность помола клинкера, оцениваемая по оптимальному гранулометрическому составу порошка и минимальному удельному расходу электроэнергии, тем выше, чем быстрее и полнее выделяются из материала наиболее тонкие фракции, затрудняющие процесс измельчения.

Современные помольные установки оснащаются системами автоматического регулирования, которое обеспечивает непрерывную их работу и получение продукта с заданной степенью измельчения без участия человека. Применяются системы автоматического регулирования работы мельниц, основанные на измерении удельной поверхности получаемого продукта. Одновременно применяют системы, основанные на зависимости частоты акустического спектра шума, возникающего у первой камеры мельницы, от её загрузки материалом. При использовании этих систем производительность мельниц возрастает , а расход электроэнергии уменьшается на 10%. Качество цемента при этом улучшается.

Эффективность работы помольных установок можно оценивать и по полученной удельной поверхности порошка в расчете на 1 кВт*ч, затраченной на измельчение электроэнергии.

Измельчение клинкера и других материалов в шаровых мельницах связано со значительным расходом металла в результате износа мелющих тел, бронеплит и межкамерных перегородок. Применение сталей высокой твердости позволяет снизить этот расход в 5-10 раз, что дает значительный экономический эффект.

При грубом и тонком измельчении куски и зерна материалов в различных механизмах подвергаются преимущественно действию сжимающих сил с двух сторон, или с одной стороны. В результате воздействия сжимающих сил в кусках и зернах материала возникают растягивающие напряжения, приводящие при достижении предельных значений к разрыву с образованием более мелких частиц. Но так как материалы, измельчаемые при производстве вяжущих веществ, характеризуются обычно прочностью на сжатие, в 6-12 раз превосходящей прочность при растяжении, то при их измельчении в перечисленных механизмах расходуется энергии во много раз больше, чем необходимо по теоретическим расчетам.

В вибрационных мельницах материал измельчается под действием частых ударов вибрирующих мелющих тел. При этом зерна материала размером не более 1-2 мм подвергаются отчасти дроблению, но преимущественно истираются между мелющими телами, перемещающимися относительно друг друга в результате колебаний корпуса мельницы.

Вибромельницы применяют иногда для помола ПЦ или измельчения других материалов, однако в производстве цемента они не нашли применения вследствие низкой производительности и большой затрат электроэнергии.

В струйной мельнице материал захватывается струей сжатого воздуха, газа, перегретого пара или смеси, протекающей с большой скоростью. При этом в результате соударения зерен, взвешенных в газовом потоке, а также истирания происходит их измельчение. Для усиления эффекта измельчения по пути движения взвешенных частиц устанавливают преграды, о которые частицы ударяются. Особенно эффективно получение с помощью струйной мельницы шлакопортландцемента марок 500 и 600. Это объясняется осколочной формой частичек с зазубренными острыми краями, благоприятствующей интенсивному их взаимодействию с водой.

В заключении следует указать, что большое уменьшение затрат энергии могут дать лишь те способы, при которых материалы измельчались бы под влиянием прямых разрывающий воздействий на них, а не в результате первоначальных сжимающих сил.

2.4 Режим работы предприятия

Таблица 2.4

Режим работы цеха помола

Наименование передела	Непр/Прер	Количество
		смен в сутки	раб.дней в году	часов/год
Склад клинкера	непрер	3	365	8760
Склад гипсового камня	непрер	3	365	8760
Склад шлака	непрер	3	365	8760
Дробление+сушка гипса	прер	2	320	5120
Сушка шлака	прер	2	320	5120
Помол	непрер	3	365	8760
Склад вяжущего	непрер	3	365	8760

2.5 Определение производительности цеха

Производительность для каждого передела:

- производительность передела; в- потери в %.

Расчет ведем в обратном порядке.

1) производительность силосов с учетом потерь 1%

2) производительность передела помола с учетом потерь 1,5%

3) производительность передела сушки добавки при W=14%

1025483-100%

Х-15%

Х=

4) производительность передела дробления и сушки гипсового камня с учетом потерь соответственно 0,5 и 5%

1010101-100%

Х-3%

Х=

5) производительность передела склада добавки с учетом потерь 1%



6) производительность склада гипсового камня с учетом потерь 1%

7) производительность склада клинкера с учетом потерь 1%

1010101-100%

Х-82%

Х=

По годовой производительности каждого передела, зная число суток, смен и часов, определяем суточную, сменную и часовую производительность.

2.6 Расчет производительности цеха помола

Таблица 2.5

Расчет производительности цеха помола

№	Наименование цеха	Един.	Производительность
			в год	в сутки	в смену	в час
1	Склад клинкера	т	836650	2292	764	95,5
2	Склад гипсового камня	т	32391	88,7	29,5	3,7
3	Склад шлака	т	180670	494,9	164,9	54,9
4	Дробление+сушка гипса	т	32067	100,2	50,1	6,2
5	Сушка шлака	т	178863	559	279,5	34,9
6	Помол	т	1025483	2809	936,3	117
7	Склад вяжущего	т	1000000	2740	913	114,1



2.7 Расчет потребности в сырье и полуфабрикатах

Таблица 2.6

Сводный материальный баланс

№	Наименование сырья	Един.	Потребность
			в год	в сутки	в смену	в час
1	Клинкер	т	836650	2292	764	95,5
2	Гипсовый камень	т	32391	88,7	29,5	3,7
3	Шлак	т	180670	494,9	164,9	54,9

2.8 Расчет основного технологического и транспортного оборудования

2.8.1 Расчет и выбор дробильного оборудования

Гипсовый камень дробят для уменьшения расхода электроэнергии при помоле и увеличения производительности мельниц. Так как вместе с дроблением гипсового камня осуществляется его сушка, то мы выбираем дробилку-сушилку.

Расчетная производительность дробилки-сушилки определяется по формуле:

М=

М-количество единиц оборудования, нужное для выполнения заданного плана;

G-заданная производительность передела за 1 час, принимается с учетом производственных потерь сырья в процессе всех технологических операций, т;

g-паспортная производительность машины выбранного типо-размера за 1ч/ч

=0,93 коэффициент использования рабочего времени машины

m=14*=12,6т

900кг/-насыпная плотность гипсового камня

М=6,2/0,93*12,6=0,53

Выбираем одну дробилку модели СМ-166, с размером загрузочного отверстия 250х900мм, максимальным размером загружаемых кусков 210мм, производительностью 14/ч или 12,6 т/ч. Завод-изготовитель «Выксунский». Электродвигатель АК-92-4, мощностью 100кВТ. Питатель пластинчатый В=1200мм.

2.8.2 Расчет и выбор оборудования для сушки

Сушка - это процесс удаления влаги из материала, который осуществляется испарением, механическим отделением воды, химическим связыванием её и другими более сложными способами.

Зная W1 и W2 (начальную и конечную) влажность материала и заданную производительность передела сушки по высушенному материалу, считаем количество влаги, подлежащей удалению

а) W=(14-1/100-14)*34.9=0.15*34.9=5400кг/ч

Необходимый объем сушильного барабана при сушке заданного материала

б) =0.78

По справочнику подбираем типоразмер сушильного барабана, наиболее подходящий по рабочему объему , определяющийся по ф-ле , где l-длина, D-внутренний диаметр, м.

в) Потребное количество сушильных барабанов

==1,76

Принимаем 2 сушильных барабана размером 2,8х16,0 м. Производительностью 20т/ч. Влажность начальная 15-10%, конечная 3-1%. Мощность электродвигателя 75кВт. Аспирационная установка циклоны 4 шт диаметром 500мм. Тип электрофильтра 9,3,5/350, производительность 22000, КПД очистки аспирационной установки 94,2%. Дымосос производительностью 21000 /ч, мощность 30кВТ.

г) действительное напряжение объема сушильного барабана по испаренной влаге кг/()

кг/(

д) количество теплоты, которую следует подвести к каждому сушильному барабану за 1 час ккал/ч

=(5400*1100)/2=1980000 ккал/ч



2.8.3 Расчет и выбор помольного оборудования

117т/час - производительность передела помола. Принимаем одну мельницу размером 4,2х10м. Частота вращения 15,62 , производительность 130т/час, тонкость помола Р008 15,0, длина камер I-8,5. Завод-изготовитель «Волгоцеммаш». Дозаторы сырья: весовой «Шенк», обеспыливающая установка: электрофильтр УГЗ-3-115. Производительностью 350000/ч. Сепаратор воздушнопроходной, механизм, транспортирующий крупку -аэрожелоб. Пневмонасос камерный ТА-28. Топливо- отходящие газы печей.

2.8.4. Расчет и выбор транспортного оборудования

Расчетная производительность ленточных конвейеров т/ч

В- ширина ленты, м; -скорость ленты, м/с; - насыпная масса материала, т.

1) от склада клинкера в мельницу

Q=310**1.5*1.5=111.6 т/час

2) от склада гипсового камня в дробилку-сушилку

Q=310**1.5*1.3=96.72 т/час

3) от грохота в мельницу

Q=310**1.5*1.3=96.72 т/час

4) от склада шлака в сушильный барабан

Q=310**1.5*0,7=52,08 т/час

5) от сушильного барабана в мельницу

Q=310**1.5*0,9=104,62 т/час

Принимаем 4 конвейера с шириной ленты 400мм и производительностью соответственно 111,6т/час; 96,72т/час; 96,72т/час; 52,08т/час; и один с лентой шириной 500мм и производительностью 110т/час.

Пневматические винтовые насосы

Принимаем 3 пневмонасоса НВП-110-2 производительностью 110т/ч

1насос - вяжущее от мельницы к сепаратору

2 насос - от сепаратора к электрофильтрам

3насос - от электрофильтров к силосам

2.8.5 Вспомогательное оборудование

Сепараторы

Один из основных помольных агрегатов, работающих в замкнутом цикле, который определяет эффективность их работы. Сепаратор служит для разделения размалываемого материала на крупные и мелкие фракции. Выбираем 4 сепаратора воздушно-проходные, диаметром 2,5 м, высотой 4,18м, пропускной способностью 22,500 /ч.

Грохот после дробилки гипсового камня

Выбираем 1 эксцентриновый грохот модели СМ-652А, производительностью 140т/час, мощностью 10 кВт. Размерами: длина - 4,3м, ширина - 2,6м, высота -1,04м.



2.8.6 Оборудование для питания и дозирования

Питатели

Первый питатель перед дозатором клинкера С-641; производительностью 96т/ч, мощностью 5,3кВт; длина 7,06 м; ширина 2,93м; высота 1,06м.

Второй питатель- пластинчатый питатель СМ-276А, производительностью 13т/ч; мощность 6кВт; длина 2 м, ширина 1,2 м, высота 1,4м.

Третий и четвертый питатели перед двумя сушильными барабанами для шлака Д-200, производительностью 31,т/ч, мощностью 7кВт, длиной 2,5м, шириной 2м, высотой 0,79м.

Дозаторы

Один дозатор перед мельницей и два дозатора для гипсового камня и шлака. Дозаторы весовой «Шенк» VPD1051 с шириной пластин 1000мм, насыпной вес 1,4т/. Производительностью до 300 т/час. Вес 6,2т. Мощность 5,6 кВт.

2.8.7 Бункера и склады

Бункера

Бункера устанавливают перед непрерывно действующими технологическими агрегатами для обеспечения равномерного питания и бесперебойной работы оборудования. Емкость промежуточного бункера зависит от производительности связанного с ним оборудования. Емкость бункера рассчитывается по формуле:

Где G- производительность, т/час; t- время запаса, ч;

- объемная масса материала т/; - коэффициент заполнения бункера, К=0,9.

Принимаем 5 накопительных бункеров:

1 бункер (с клинкером) устанавливаем перед мельницей:

V=117*0,32*4/1,5*0,9=110,9

2 бункер (с гипсовым камнем) перед дробилкой-сушилкой:

V=6,2*4/1,3*0,9=21,2

3 бункер (с гипсовым камнем) перед мельницей:

V=117*0,03*12/1,3*0,9=384

4 бункер (со шлаком) перед сушильным барабаном:

V=34,9*4/0,9*0,9=172,3

5 бункер (со шлаком) перед мельницей:

V=117*0,15*12/0,9*0,9=260

Склады сырья

Принимаем 3 склада для сырья. Запас материала в т рассчитывается по формуле:



Р=

Где -среднесуточный расход материала; t- нормативное число дней запаса материала; - коэффициент неравномерности прибытия или расходов материалов =1,35.

1) для склада клинкера запас материала:

Р=2292*7*1,35=21659,4 т

2) запас материала для склада гипсового камня:

Р=88,7*7*1,35=838,2 т

3) запас материала для склада шлака:

Р=494,9*7*1,35=4676,8 т

Силосные склады

Геометрический объем силосного склада:

=

где А- суточная производительность по данному материалу; - число суток нормированного запаса (для цемента равно 10 суткам); -средняя насыпная масса материала, т/; К3=0,9 - коэффициент заполнения силоса

*10/1.4*0.9=21746 ;



Принимаем 8 силосов полезной емкостью 3000 каждый. Диаметр силоса 12м, высота цилиндрической части силоса 33м.

Таблица 2.8

Ведомость оборудования

№	Наименование оборудования	Кол-во единиц	Габаритные размеры,м	мощность кВТ
			длина, м	ширина,м	высота,м
1	шаровая мельница	1	10	4,2	4,2	12000
2	дробилка-сушилка	1	900	250	250	100
3	сушильный барабан	2	16	2,8	2,8	75
4	грохот СМ-652А	1	4,3	2,6	1,04	10
5	питатель С-641	1	7,06	2,93	1,06	5,3
6	питатель СМ-276А	1	2	1,6	1,4	1
7	Питатель Д-200	2	2,5	2	0,79	14
8	Дозатор весовой "Шенк"	3				5,6



3. Потребность в энергетических ресурсах

К энергетическим ресурсам относятся топливо, пар, электроэнергия, воздух и вода для выполнения технологических операций.

Коэффициент загрузки мощности двигателя:

Где , - производительность оборудования соответственно фактическая и паспортная.

1) для мельницы =117/130=0,1

2) для дробилки-сушилки =6,2/12,6=0,49

3) для сушильного барабана =34,9/22*2=0,79

4) для грохота СМ-625А =117/140=0,83

5) для питателя С-641 =117/135=0,86

6) для питателя СМ-276А =6,2/13=0,47

7) для питателя Д-200 =34,9/31,5*2=0,55

8) для дозатора весовой «Шенк» =117/130=0,9

9) для мельницы =117/150=0,78

Таблица3.1

Расчет потребности в энергетических ресурсах

№	Наимен. оборудования	Кол-во един.	Паспортная мощность кВт	Продолжит. Работы в год	Коэф. использования смены Кв	Коэф. загрузки по мощности	Потребность в электроэнергии с учетом коэф-ов	Расход электроэнергии в год
			Единица	Общая
1	шаровая мельница	1	3000	3000	8760	0,9	0,1	270	2365200
2	дробилка-сушилка	1	400	400	5120	0,9	0,062	22,32	114278,4
3	сушильный барабан	2	36	72	5120	0,9	0,79	51,192	262103,04
4	грохот СМ-652А	1	10	10	5120	0,9	0,83	7,47	38246,4
5	питатель С-641	1	5,3	5,3	8760	0,9	0,86	4,1022	35935,272
6	питатель СМ-276А	1	1	1	5120	0,9	0,47	0,423	2165,76
7	питатель Д-200	2	7	14	5120	0,9	0,55	6,93	35481,6
8	дозатор весовой «Шенк»	1	1,6	1,6	8760	0,9	0,9	1,296	11352,96
						Сумма:	363,7332	2864763,43
						Неучт. оборуд-15% от суммы	54,55998	429714,515
						Итого:	418,29318	3294477,95

4. Контроль производства и качества продукции

Получить любой продукт, в том числе и цемент, на заводах можно только при строгом соблюдении всех технологических требований и правил, 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;

-влияют свойства материалов и полуфабрикатов на всех стадиях производства и устанавливать 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 полученных технико-экономических показателях;

-определяют свойства полученного цемента и их соответствия 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, а также оптимизировать их.

Действенность производственного контроля зависит:

1) от партии цемента, из потока при опорожнении силоса, выгрузки цемента пневмотранспортными устройствами у производителя, также при выгрузке цемента их транспортных средств, у потребителя пробы цемента отбирают непрерывно или периодически, но не менее 5 раз через равные промежутки времени

2) при отборе проб цемента у транспортных средств, предназначенных для перевозки навалом. Глубина отбора должна быть не менее 15см

3) из партии цемента упакованного в мешки, выбирают методом случайного отбора не менее 5 мешков и из каждого мешка на глубине не менее 10 см отбирают по одной точечной пробе

4) массу точечных проб определяют таким образом, чтобы масса объединенной пробы, составленной из них, была не менее 20кг при проверке качества цемента на предприятии-изготовителе и не менее 30 кг при проверке качества цемента потребителем или при сертификационных испытаниях.



5. Техника безопасности и промышленная санитария

При большой насыщенности предприятий цементной промышленности сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчению клинкера, перемещению и складированию, отгрузке огромных масс материалов, при наличии большого количества электродвигателей, особое внимание должно уделяться при проектировании заводов и при их эксплуатации, созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихся. Охрана труда должна осуществляться в полном соответствии с «Правилами по технике безопасности и производственной санитарии на предприятиях цементной промышленности». Следует подчеркнуть, что поступающие на предприятие рабочие должны допускаться к работе только после обучения их безопасным приемам работы и инструктажа по технике безопасности. Ежеквартально надо проводить дополнительный инструктаж и ежегодно - повторное обучение по технике безопасности непосредственно на рабочем месте.

На действующих предприятиях необходимо оградить движущиеся части всех механизмов и двигателей, а также электроустановки, приямки, люки, площадки и тп. 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 угля, трубопроводы, сепараторы, бункера для хранения пыли вследствие взрывоопасности надо оборудовать предохранительными клапанами. Установки по приготовлению угольной пыли должны работать под разряжением. Температура аэроугольной смеси при выходе из мельницы не должна превышать для тощих углей 100, подмосковных - 80, а длиннопламенных и бурых - 70. Нельзя подсушивать пыль до влажности ниже гигроскопической.

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

Большое внимание следует уделять на предприятиях обеспыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок с целью создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда.

Для создания нормальных условий труда все помещения цементных заводов надо обеспечивать системами искусственной и естественной вентиляции. Этому в большой мере способствует герметизация тех мест, где происходит пылевыделение, а также отсос воздуха из бункеров, печей, дробильно-помольных механизмов, элеваторов, и тп.

Воздух, отбираемый из цементных мельниц, очищают с помощью рукавных или электрофильтров. В том и в другом случаях при значительной концентрации пыли в аспирируемом воздухе необходимо устанавливать перед ними циклоны. Для очистки воздуха, отсасываемого из камер сырьевых мельниц, обычно устанавливают циклон и электрофильтр, соединенные последовательно. Воздух из сепаратора мельницы и головок элеваторов для очистки пропускаются через рукавный фильтр.

Отходящие газы цементных печей подвергают очистке для предотвращения загрязнения воздушного бассейна и территории, окружающий завод. Для этого устанавливают электрофильтры. Если же отходящие газы содержат значительное количество пыли, то их сначала пропускают через батарею циклонов. Производственные процессы на цементных заводах сопровождаются шумом, возникающим при работе многих механизмов и характеризующиеся зачастую высокой интенсивностью, превышающую допустимую норму (90 дБ). Особенно не благоприятны в этом отношении условия работы персонала в помещениях молотковых дробилок, сырьевых и цементных мельниц, компрессоров. Поэтому необходимо осуществления мероприятий по снижению шума у рабочих мест. К их числу относятся такие, как применение демпфирующих прокладок между внутренней стенкой мельничных барабанов и бронефутировчными плитами, замена в сырьевых шаровых мельницах стальных плит резиновыми. Укрытие мельниц и дробилок шумоизолирующими кожухами, облицовка источников шума звукопонижающими материалами также дает хороший эффект.



6. Штатная ведомость цеха

Таблица 6.1

Штаты	Количество работающих в смену
	первую	вторую	третью
1. Цеховой персонал 1)начальник цеха 2)сменные мастера	1 4	- 4	- 3
2. производственные рабочие 1) машинист- оператор цементных мельниц 2)помощники машиниста 3) машинист дробилки гипсового камня 4)рабочий по обслуживанию обеспыливающих устройств 5)рабочие на ленточных конвейерах и пневмонасосах 6) подсобные рабочие 7) машинист на сушильных барабанах 8)слесари 9) электрики	3 3 1 1 3 2 2 3 3	3 3 1 1 3 2 2 3 3	2 2 1 1 2 1 1 2 2
3. Вспомагательные рабочие: 1)лаборанты 2)уборщики	3 2	2 3	2 3
Итого: (чел)	31	31	22
Общее количество работников цеха помола, чел.	84



7. Технико-экономические показатели проектируемого предприятия

Таблица 7.1

Показатели	Единица	По проекту
1. мощность предприятия	т/год	1000000
2. расход электроэнергии на т вяжущего	кВт*час/т	3,29
3. трудоемкость на т продукции	Чел*час/т	0,21504
4. выработка на одного рабочего	т/чел	11904,76
5. энерговооруженность на одного рабочего в смену	кВт/чел	13,49

1) Количество человеко-часов в год = общее число рабочих цеха Ч среднее число суток в году Ч количество часов в смену = 84*320*8=215040 чел-час/год;

2) Трудоемкость = человеко-часов в год/мощность предприятия = 215040/1000000=0,21504 чел-час/т;

3) Расход энергии на 1 т вяжущего = расход электроэнергии в год/мощность предприятия =3294477,95/1000000=3,29кВт*ч/год;

4) Выработка на 1 рабочего = мощность предприятия/ общее количество рабочих=1000000/84=11904,76 т/чел;

5) Энерговооруженность на 1 рабочего в смену = расход электроэнергии в год/наибольшее количество рабочих в смене = 418,29/31=13,49кВт/чел.



Список используемой литературы

1. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. - М.: «Стройиздат», 1986.

2. Воробьев В.А.; Комар А.Г. Строительные материалы: учеб. для вузов. - М.: « Стройиздат». 1971.- 456 с.

3. Колокольников В. С. Производство цемента. М.: Высшая школа, 1967.

4. Лоскутов Ю. А. Механическое оборудование предприятий по производству вяжущих строительных материалов. - М.: Машиностроение, 1990.

5. Интернет-ресурс http://academik.at.ua/

6. Рывок вперед в цементной промышленности Украины // Капстроительство. 2003.№7.с. 50-52.

Размещено на Allbest.ru