Приготовление сырьевой смеси по мокрому способу

Приготовление сырьевой смеси по мокрому способу

Технологическая схема производства портландцементной сырьевой смеси по мокрому способу

1 — щековая дробилка; 2 — молотковая дробилка; 3 — объединенный склад; 4 — валковая дробилка; 5 — болтушки; 6 — ковшовый питатель: 7 — бункера сырьевых мельниц; 8 — тарельчатые питатели; 9 — сырьевая мельница; 10 — коррекционные вертикальные шламбассейны; 11 — горизонтальные шлам-бассейны

Тонкость помола и гомогенность сырьевых смесей— важнейшие факторы, влияющие на клинкерообразование. Повышение тонкости помола позволяет увеличить поверхностную энергию частиц за счет разрыва химических связей, роста дефектности кристаллов и площади контакта между частицами, ускорить растворение частиц в расплаве. Достаточно реакционноспособны лишь зерна компонентов размером менее 100—120 мкм. В то же время сырьевая смесь должна быть полидисперсной. Это обеспечивает более равномерное протекание реакций минералообразования, так как зерна различной крупности вступают во взаимодействие в разное время. Обжиг оптимальных, по гранулометрии и однородных сырьевых смесей завершается при температуpax на 30—50°С ниже.

Предварительное измельчение сырья. Ряд сырьевых материалов, перерабатываемых мокрым способом (мел, глина), диспергируются в воде при перемешивании, образуя водные суспензии — шламы. Это объясняется механическим разрушением конгломератов природных тонкодисперсных частиц, расклинивающим действием пленок воды, физико-химическими процессами, связанными с наличием зарядов на частичках. С целью использования эффекта самораспускания мягких пород и соответственно снижения расхода энергии на измельчение предусмотрено двухстадийное измельчение при переработке пластичного сырья по мокрому способу. Первая стадия — предварительное измельчение пластичных материалов — производится в мельницах самоизмельчения типа «Гидрофол», роторных мельницах, стержневых мельницах, болтушках.

Болтушка — бетонный резервуар диаметром 5—12 м и глубиной 2—6 м с центральным вертикальным валом, к крестовине которого подвешены стальные бороны со съемными зубьями. Бороны при вращении разбивают куски мела или глины и интенсивно перемешивают их с водой, подаваемой в болтушку. Одновременно с механическим измельчением материал диспергируется водой и из него выделяются тяжелые примеси (песок и др.), оседающие на дно.

Измельченный материал в виде шлама выходит через боковое отверстие. На дне болтушки скапливается осадок нераспустившихся частиц, который периодически удаляют. Влажность глиняного шлама, приготовленного в болтушке, составляет обычно 60—70 %, а мелового — 40—50 %. Производительность болтушки увеличивается с ростом частоты вращения вала и уменьшением размеров размучиваемых кусков материала. Частота вращения борон 7—12 мин-1, и она зависит от диаметра бассейна. Основной недостаток болтушек — низкая производительность, и поэтому на современных мощных цементных заводах размещение болтушек связано с потребностью в больших производственных площадях. В связи с этим на современных мощных заводах болтушки могут проектироваться только в тех случаях, когда применение других агрегатов предварительного измельчения нецелесообразно. Однако на действующих предприятиях мокрого способа этот агрегат пока самый распространенный.

Эффективными и менее громоздкими аппаратами для измельчения мягких материалов являются роторные мельницы или мельницы-мешалки, в горизонтальном металлическом барабане которых вращается быстроходный ротор с билами со скоростью 300—400 мин-1. Куски материалов, находясь в воде, перемешиваются, измельчаются при соударении и взаимном трении, а также при ударе о металлическую поверхность корпуса и бил ротора. Роторные мельницы по сравнению с болтушками при сравнительно низком расходе электроэнергии на измельчение имеют в несколько десятков раз большую производительность (до 400 т/ч). Роторные мельницы устанавливают, в частности, на передвижных комбайнах при переработке сырья непосредственно в карьере. Однако из-за быстрого износа ротора широкого распространения они не получили.

При мокром помоле материалов средней твердости (например, известняков) используют также стержневые мельницы, в которых мелющими телами являются стержни диаметром 130, 120 и 100 мм, длиной на 100—150 мм короче камеры. Продукт, выходящий из такой мельницы, по сравнению с продуктом, выдаваемым обычной шаровой мельницей, имеет более равномерный зерновой состав. Кроме того, повышается производительность мельницы и снижается расход электроэнергии.

Перспективным направлением в развитии техники измельчения сырья является применение каскадных мельниц, в которых помол материалов осуществляется без мелющих тел — по принципу самоизмельчения. Мельница представляет собой короткий полый вращающийся барабан большого диаметра, закрытый с двух сторон торцовыми стенками с цапфами. Внутренняя полость барабана футерована бронеплитами с лопастями-подъемниками из износостойкого материала. Материал поступает в мельницу через пустотелую цапфу, отбрасывается при вращении барабана к периферии на лопасти, поднимается ими и вновь падает вниз. Степень заполнения мельниц самоизмельчения материалом составляет 20—34 %. Размол происходит за счет ударов материала о лопасти и соударения размалываемых кусков. Для усиления размалывающего эффекта в мельницу можно загружать небольшое количество стальных шаров (5—6 % внутреннего объема мельницы). Эффективность процесса самоизмельчения определяется максимальной крупностью кусков исходного материала и соотношением крупных и мелких фракций. Оптимальная крупность подаваемого в мельницу материала зависит от ее диаметра и частоты вращения. Куски известняка, подаваемого в мельницу с диаметром 7 м, должны иметь размер 350-450 мм, мела – 500-800 мм.

Основные преимущества мельниц самоизмельчения состоят в отсутствии мелющих тел и связанных с ними догрузок, перегрузок и сортировки; совмещении стадий среднего и тонкого дробления и предварительного измельчения в одном аппарате; снижении численности обслуживающего персонала; большой производительности и малых удельных затратах электроэнергии. Себестоимость измельчения материалов в мельницах самоизмельчения на 20—25 % ниже, чем в шаровых. Установка первой мельницы «Гидрофол» отечественного производства производительностью 500 т/ч позволила высвободить две сырьевые мельницы, пять болтушек, три валковые дробилки и сократить численность персонала сырьевого цеха на 25 человек. Однако мельницы самоизмельчения не обеспечивают полного размола материала, и он должен поступать на доизмельчение в шаровую мельницу.

Целесообразно предварительное измельчение мягкого сырья мокрым способом производить непосредственно на карьерах и перекачивать на завод насосами грубомолотый шлам. Это возможно, например, при использовании специальных комбайнов, конструируемых на базе роторного экскаватора, на котором монтируют две быстроходные мельницы-мешалки для приготовления шлама и насосную установку. Комбайн имеет гусеничный ход, перерабатывает мела 300—350 т/ч (по сухому веществу) и осуществляет гидротранспорт готового шлама.

Роторный экскаватор производительностью до 1000 м3/ч может также работать в комплексе с самоходным агрегатом для приготовления и гидротранспортирования сырья, имеющим ходовое оборудование гусеничного типа, надстройку, ленточный конвейер и трубопроводы. С помощью гусеничного хода достигаются хорошая проходимость агрегата, значительное тяговое усиление и надежность в эксплуатации. Синхронные перемещения с роторным экскаватором совершаются со скоростью 400 м/ч. Производительность передвижного комплекса до 700—800 т/ч. Он обеспечивает непрерывность технологического процесса и создает предпосылки для внедрения автоматического управления оборудованием с выполнением производственных процессов в забое без постоянного присутствия рабочих.

Источник

Приготовление сырьевой смеси для производства ПЦ по мокрому способу.

Приготовление сырьевой смеси включает: дробление известняка, глины и добавок, дозирование, совместный тонкий помол и смешение компонентов, корректирование состава полученной смеси (шлама) и ее хранение.

На приготовление 1 т портландцемента приходится измельчать до 2,5-3 т сырья, угля и клинкера. На это расходуется более 60-80 % общего количества энергии, затрачиваемой на производство цемента.

По конечной величине продукта, получаемого при измельчении, условно можно различать:

1) грубое дробление, когда получают главным образом куски размером в поперечнике более 100 мм;

2) среднее дробление, продукт состоит преимущественно из кусков размером от 100 до 10 мм;

3) тонкое дробление, при котором материал характеризуется величиной зерен от 10 до 0,5 мм;

4) тонкое измельчение (помол), когда получают продукт с величиной зерен меньше 0,5 мм.

Дробление осуществляют в дробилках, помол — в мельницах.

В производстве портландцемента мокрым способом сырье размалывают в мельницах со значительным количеством воды — мокрый помол (обычно при содержании воды до 36-42 % массы сухого вещества).

Помол сырьевых материалов в шаровых мельницах можно осуществлять по открытому и замкнутому циклам.

В зависимости от состава и однородности сырья, а также от состава и качества выпускаемого цемента сырьевую смесь корректируют по заданному содержанию в ней углекислого кальция, а также по требуемому коэффициенту насыщения и одному из модулей

Источник

Современные технологии производства цемента

Цемент – материал, который участвует в строительстве каждого объекта. На сегодняшний день существует три основных метода производства портландцемента – мокрый, сухой и комбинированный. Компании – производители выбирают способ исходя из технологических, технических и экономических факторов.

Технологический процесс производства цемента состоит из трех основных стадий:

1. Механические процессы по добыче и переработке сырьевых материалов (измельчение, перемешивание, корректировка) с получением сырьевой смеси для ее последующего обжига.
2. Термический процесс обжига сырьевой смеси в печных агрегатах с получением клинкера – основного компонента для производства цемента.
3. Механический процесс совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера, гипсосодержащего материала и минеральных добавок с получением различных типов цемента.

Известняк, его модификации (мел, мергель) и глина являются основой для производства цемента. В непосредственной близости от цементных заводов обычно расположены карьеры, где производитель добывает эти материалы. Для того, чтобы обеспечить требуемый химический состав сырья, используются также покупные материалы – песок, зола, бокситы, пирит и другие.

Сырьевая смесь состоит из четырех основных оксидов: кальция, алюминия, железа и кремния. Источниками этих оксидов служат:

• СаО – известняк, мел, мергель;
• Si₂O₃ – песок, глина, шлак, сланцы;
• Al₂O₃ – глина, бокситы, зола;
• Fe₂O₃ – пирит, железная руда.

Известняк добывается буровзрывным способом, более мягкие материалы (мел и мергель) – экскавацией. На современных цементных заводах дробление известняка происходит в карьере при помощи стационарных дробилок. Трубчатый транспортер протяженностью до 7 км при помощи ленточного конвейера доставляет материал на производственную площадку, где происходит его складирование штабелеукладчиком в различных направлениях с одновременным первичным усреднением. На выходе из карьера над транспортерной лентой установлен поточный анализатор, который определяет химический состав материала.

На современных производственных площадках высокая точность дозирования всех компонентов достигается весовым способом специализированными дозаторами.

На старых цементных заводах дробление известняка происходит на производственной площадке, куда его транспортируют автомобильный или железнодорожный транспорт. Для перемещения сырья в таких случаях используют грейферные краны, стоимость которых, а также затраты на эксплуатацию и обслуживание значительно выше, чем у ленточных конвейеров.

Следующий этап подготовки сырьевой смеси – помол. На современных заводов, работающих по сухому способу производства, помол осуществляется на вертикальных мельницах высокой производительности, которые состоят из двух частей. В нижней части, при помощи вращающегося стола и роликов под давлением, материал измельчается, а в верхней части расположен сепаратор, разделяющий материал на мелкую и грубую фракции. Грубая фракция направляется на дополнительный помол, а материал мелкой фракции считается готовым продуктом. Помимо измельчения, в сырьевой мельнице происходит сушка материала отходящими газами печи до влажности не более 0.5%.

Готовая к обжигу сырьевая смесь поступает и хранится в силосе, где также происходит усреднение смеси с помощью сжатого воздуха, поступающего через аэрационные окна, расположенные в нижней части.

На цементных заводах, мокрого и полумокрого способов производства, подготовка сырьевой смеси осуществляется в виде шлама с влажностью 35-40% с использованием гидрофола (мельницы самоизмельчения) и сырьевых мельниц. Готовый шлам различного качества поступает в вертикальные, а после, в горизонтальные шламовые бассейны, где корректируется до нужного химического состава. Усреднение готовой к обжигу смеси в горизонтальных шламовых бассейнах происходит за счет механического перемешивания и с помощью сжатого воздуха. Отличием полумокрого способа от мокрого является то, что перед обжигом происходит обезвоживание материала в пресс-фильтрах.

Качество сырьевой смеси играет важную роль и является определяющим для получения высококачественного клинкера и цемента. Основными показателями качества сырьевой смеси являются:

• силикатный модуль – это отношение оксида кремния к сумме оксидов алюминия и железа, с ростом силикатного модуля ухудшается обжигаемость сырьевой смеси по причине снижения содержания жидкой фазы, находится в пределах 2.2-2.8;
• алюминатный модуль – это отношение оксида алюминия к оксиду железа, определяет содержание жидкой фазы в процессе обжига, определяет соотношение минералов в клинкере, находится в пределах 1.5-2.5;
• коэффициент насыщения кремнезема известью – определяет соотношение минералов в клинкере, находится в пределах 0.92-0.98;
• коэффициент однородности сырьевой смеси – характеризует стабильность смеси по химическому составу, для сухого способа – не более 14, для мокрого – не более 10.

Обжиг сырьевой смеси в печных агрегатах является важнейшим этапом производства цемента, определяющим качество клинкера. Современные заводы, производящие цемент сухим методом, используют для обжига печной агрегат, состоящий из двух основных частей. В вертикальной части находятся циклонные теплообменники с декарбонизатором, в которых происходит подготовка сырьевой смеси (дегидратация, декарбонизация) перед непосредственным поступлением в печь. В горизонтальной части находится печь высокотемпературного обжига 1450 ºС, где из расплава формируются основные клинкерные минералы. Здесь же расположен холодильник, в котором, в результате резкого охлаждения, происходит стабилизация клинкерных фаз.

Для полумокрого способа изготовления цемента процесс обжига идентичен вышеописанному, который используют заводы работающие по сухому методу. На цементных заводах, работающих по мокрому способу производства, печной агрегат состоит из одной большой печи, длинной до 180 метров. Значительную часть такой печи занимает зона с цепной завесой. В ней происходит удаление из материала большого количества свободной влаги, которая характерна для мокрого способа производства. Цепная завеса увеличивает интенсивность теплообмена между окружающей газовой средой и материалом.

Энергопотребление печных агрегатов современных заводов сухого способа производства на 30-40% ниже, чем заводов мокрого способа, за счет отсутствия необходимости испарения большого количества свободной влаги сырьевого шлама.

Высокотемпературная зона печи футеруется изнутри огнеупорным кирпичом для уменьшения теплопотерь в атмосферу и снижения температурного воздействия на металлическую обечайку печи. Печной агрегат имеет небольшой угол наклона и вращается со скоростью 3-4 оборота в минуту, за счет чего происходит перемещение материала внутри печи.

Печной агрегат для производства цемента можно условно разделить на несколько зон:

• испарение свободной влаги (t 100 ºС) – характерна для печей мокрого способа производства;
• дегидратация (t 350-650 ºС) — глина теряет кристаллизационную влагу;
• декарбонизация (t 650-950 ºС) — процесс разложения карбоната кальция и магния с получением оксидов кальция и магния;
• клинкерообразование (t 1300-1450 ºС) — из расплава формируются основные клинкерные минералы, которые определяют свойства цемента;
• охлаждение (t 1250 ºС) — в результате резкого охлаждения происходит стабилизация клинкерных фаз.

Дальнейшее охлаждения клинкера до температуры 100 ºС происходит в колостниковом холодильнике, после чего он поступает на хранение в крытые силоса, которые защищают клинкер от атмосферных воздействий и сохраняют его высокое качество.

Для сжигания различных видов топлива в печи на цементных заводах используют многофункциональные горелки. Помимо природного топлива (газ, уголь, мазут) широко используются альтернативные виды топлива (бытовые отходы, материалы с очистных сооружений, резиновые покрышки и другие), доля которых с каждым годом увеличивается и в некоторых странах достигает 80%.

В результате процесса обжига сырьевой смеси формируются основные клинкерные минералы.

Клинкерные минералы определяют свойства цемента, а именно:

• трехкальциевый силикат (алит) С₃S – главный компонент цемента, обеспечивает быструю кинетику набора прочности, высокую начальную и хорошую марочную прочность;
• двухкальциевый силикат (алит) С₂S — обеспечивает медленную кинетику набора прочности, низкую начальную и хорошую прочность в длительные сроки твердения, трудноразмалываемый компонент;
• трехкальциевый алюминат С₃А — обеспечивает быструю кинетику набора прочности, высокую начальную прочность, значительно влияет на свойства бетона (реология, коррозионная стойкость);
• четырехкальциевый алюмоферрит С₄АF – практически не влияет на свойства, определяет цвет (чем больше его в составе цемента, тем темнее цвет).

Наряду с основными клинкерными минералами в составе клинкера также содержатся побочные компоненты, поступающие из сырьевых материалов (Mg, K, Na, Cl, SO₃) или из топлива (Fe₂O₃, P₂O₅, K, Na, Cl, SO₃). Их количество незначительно (3-6%), однако они влияют на:

• гранулометрический состав клинкера и образование колец в печи;
• блокировку проходимость циклонных теплообменников;
• состав пыли печей;
• выбросы в атмосферу;
• качество цемента.

Щелочные оксиды калия и натрия оказывают существенное влияние на кинетику набора прочности цемента, существенно ее увеличивая в начальные сроки и снижая в марочном возрасте — 28 дней.

Помол цемента – это механический процесс совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера, гипсосодержащего материала и минеральных добавок с получением различных типов цемента. Помол цемента выполняется в цементных мельницах двух типов – вертикальной (подробная информация в разделе «Подготовка сырьевой смеси») и шаровой трубной мельнице. Шаровая мельница – это металлическая обечайка, футерованная изнутри бронеплитами для защиты корпуса мельницы от износа. Мельницы состоят из одной или двух камер.

Двухкамерные мельницы между собой разделены диафрагмой с регулируемой подачей материала. На выходе из мельницы также имеется диафрагма с ячейками оптимального размера. При использовании однокамерных мельниц дополнительно перед мельницей устанавливают роллер-пресс для предварительного измельчения материалов. Внутри мельницы находятся мелющие тела (шары разного диаметра), которые, при вращении мельницы, путем удара в первой камере и истирания во второй камере измельчают материал.

Бронеплиты, помимо защиты, также участвуют в процессе помола. В первой камере мельницы устанавливают бронеплиты-лифтеры, которые поднимают мелющие тела на определенную высоту. Также с помощью бронеплит происходит сортировка мелющих шаров по размеру за счет различной величины упругого отскока. Проходя по длине мельницы материал подвергается воздействию мелющих тел различного диаметра, за счет чего происходит его измельчение.
Если мельница работает по открытому циклу, без использования сепаратора, то материал, выходящий из мельницы, считается готовым продуктом и поступает на хранение в силос.

На современных цементных заводах все помольные установки работают по замкнутому циклу с использованием высокоэффективных сепараторов. Материал из мельницы поступает в сепаратор, который разделяет его на мелкую фракцию (готовый продукт) и грубую фракцию, которая направляется на дополнительный помол.

Замкнутый цикл помола позволяет получать цемент с оптимальным гранулометрическим составом, который повышает степень гидратации цемента и, как следствие, прочностные характеристики.

После сепаратора готовый цемент поступает на хранение в силос, где он находится до момента отгрузки потребителям. Конструкция современных силосов, а именно обратный конус в основании, позволяет избежать наличия большого количества мертвых остатков цемента, характерных для старых конструкций. Также современный силос имеет многосекционную структуру, что позволяет в одном силосе хранить большое количество различных типов цемента.

Обязательным компонентом при производстве цемента является гипс, который применяется для регулирования сроков схватывания цемента. Трехкальциевый алюминат С₃А является очень активным компонентом и при взаимодействии с водой происходит структурообразование с быстрой потерей подвижности цемента. Для того, чтобы этого не происходило, гипс формирует защитный слой вокруг С₃А и предотвращает быстрое схватывание цемента.

Есть несколько модификаций гипса, которые отличаются по своим свойствам, в частности по активности. Наиболее активной формой является полуводный гипс CaSO₄•0.5H₂O, далее следует двуводный гипс CaSO₄•2H₂O, наименее активная форма – ангидрит CaSO₄. В процессе помола при повышенной температуре в мельнице, более 70 ºС, двуводная форма гипса переходит в полуводную форму с негативным влиянием на реологические характеристики цемента и, как следствие, бетона и раствора (увеличивается водопотребность, снижается сохраняемость подвижности).

Существуют понятия быстрого и ложного схватывания цемента. Быстрое схватывание цемента происходит в случае недостаточного количества гипса, когда плотный защитный слой вокруг С₃А не может быть сформирован. Ложное схватывание цемента с потерей подвижности происходит в случае перехода двуводной формы гипса в полуводную форму при повышенной температуре в мельнице. После перемешивания в случае ложного схватывания подвижность восстанавливается. Если происходит быстрое схватывание цемента после перемешивания подвижность уже не восстанавливается.

Рассмотрев технологии и различия основных методов производства можно сказать, что сухой метод является самым современным. Цементные заводы LafargeHolcim ориентированы на производство сухим способом. Основным преимуществом этого метода является снижение расходов топлива, а также сокращение объема печных газов практически на 40 %, что в свою очередь снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. К плюсам сухого способа производства цемента также можно отнести и более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. При обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.

Источник