Кафедра птсдм отчет по полигонной практике Тема индивидуального задания Производство цемента. Технология, применяемое оборудование
 Скачать 154 Kb.
|
|
Министерство образования Российской Федерации государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Институт транспорта Кафедра ПТСДМ ОТЧЕТ по полигонной практике Тема индивидуального задания: Производство цемента. Технология, применяемое оборудование. Выполнил: студент гр. СФО-07 Мондик А.А. Проверил: Егоров А.Л.
Тюмень 2009 Содержание: стр. Введение 3 Маркировка цемента 4 Виды цемента 5 Технология производства цемента 9 Мокрый способ производства цемента 10 Сухой способ производства цемента 12 Комбинированный способ производства цемента 14 Заключение 16 6. Используемая литература 17 Введение Цемент (нем. Zement), собирательное название порошкообразных вяжущих веществ, способных при смешивании с водой (иногда с водными растворами солей) образовывать пластичную массу, приобретающую затем камневидное состояние. Без цемента не обходится ни одно строительство, поэтому цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для производства бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют цемент на крупных механизированных и автоматизированных заводах. Цемент - это название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления. Маркировка цементов Цемент, как и любой другой материал, применяемый в строительстве, различается по своим физико-техническим характеристикам в зависимости от того, в каких условиях предполагается его эксплуатация. Цемент маркируется по двум характеристикам - это способность выдерживать определенную нагрузку и процентное соотношение к общему объему цемента различных добавок. Первый параметр обозначается буквами М или ПЦ со стоящей рядом цифрой. Цифра будет указывать максимальные прочностные качества цемента. Например маркировка М 500 указывает, что данный вид цемента способен выдержать нагрузку в 500 кг/см. Наиболее популярны цементы с маркировкой от 350 до 500, однако всетречаются и цементы с отметкой 700. Второй параметр цемента, отраженной в его маркировке, является процентное содержание добавок. Оно обозначается буквой Д. Например, цемент с маркировкой Д20 будет содержать 20% добавок. Эта характеристика важна потому, что процент добавок влияет на пластичность и прочность цемента. Если цемент обладает какими-либо дополнительными специфическими свойствами, то на это указывают специальные обозначения. Как уже было сказано выше, самыми популярными марками цемента являются марки от 350 до 500. Рассмотрим основные характеристики и применение некоторых из них. Марка цемента М (ПЦ) 400 - Д20 указывает на то, что этот вид цемента обладает повышенной морозостойкостью и водостойкостью. Основная сфера применения такого цемента - строительство (сюда входит как жилищное, так и промышленное, сельхозхозяйственное). Его используют при изготовлении сборного железобетона, стеновых перекрытий, фундамента и т. д. Практически аналогичными свойствами и сферой применения обладает цемент марки М 500 - Д20, помимо хорошей водостойкости и морозостойкости данный вид цемента обладает пониженной сопротивляемостью коррозийным воздействиям. Его применяют, как и цемент марки ПЦ 400 - Д20 для строительства, а так же он подходит для штукатурных, кладочных и других ремонтно-строительных работ и изготовления различных строительных растворов. Цемент марки М 500 - Д0 введенный в состав бетона, придает последнему такие характеристики, как: повышенная морозостойкость, водостойкость, долговечность. Он незаменим в промышленном строительстве, особенно при выполнении аварийных и восстановительных работ. При строительстве сооружений, так или иначе связанных с воздействием пресной или минерализованной водой, надо использовать цемент марки ПЦ (М) 400 - Д0. Без него не обойтись при изготовлении бетонных конструкций с применением термовлажностной обработки. Так же этот цемент хорош для изготовления бетонных и строительных растворов. Ещё одной важной характеристикой цемента является его время твердения. Этот процесс проходит в несколько этапов: первый - схватывание (начало твердения) цемента. Он занимает 40 - 50 минут. Второй - конец твердения. Он наступает через 10 - 12 часов. Виды цемента Портландцемент (от англ. Portland - название полуострова на Ю. Великобритании). Портландцемент и его разновидности наиболее распространённый в современном строительстве вид цемента. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцемнтного клинкера с гипсом, а также со специальными добавками. Получают портландцемент тонким измельчением клинкера с гипсом (3-7%); допускается введение в смесь активных минеральных добавок (10-15%). Порталандцементный клинкер - продукт обжига до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых материалов (мергеля, доменного шлака и прочие). Обжиг сырья ведут преимущественно во вращающихся печах при 1450-1500 °С. При обжиге обеспечивается преимущественное содержание в клинкере высокоосновных силикатов кальция. Свойства портландцемента зависят главным образом от состава клинкера и степени его измельчения. Важнейшее свойство портландцемента - способность твердеть при взаимодействии с водой. Оно характеризуется маркой портландцемента, определяемой по прочности на сжатие и изгиб стандартных образцов цементно-песчаного раствора после 28 суток твердения во влажных условиях. Для регулирования сроков схватывания портландцемента в клинкер при помоле добавляют двуводный гипс в количестве 1,5-3,5% (по массе цемента в пересчете на SO3). По составу различают: портландцемент без добавок; портландцемент с минеральными добавками; шлакопортландцемент и другие. Кроме обычного портландцемента, выпускаются его разновидности, отличающиеся составом, свойствами и областями применения: быстротвердеющий, пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, белый портландцемент - для производства асбестоцементных изделий и др. Сульфатостойкий портландцемент Сульфатостойкий портландцемент - разновидность портландцемента. По сравнению с обычным портландцементом обладает повышенной стойкостью к действию минерализованных вод, содержащих сульфаты, меньшим тепловыделением, замедленной интенсивностью твердения и высокой морозостойкостью. Сульфатостойкий портландцемент получают тонким измельчением клинкера нормированного минералогического состава. Предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических и др. сооружений, испытывающих воздействие агрессивной сульфатной среды (например, морской воды), особенно в условиях переменного увлажнения, чередующихся замерзания и оттаивания. В качестве исходного сырья должна применяться глина с низким содержанием глинозема. Исходное сырье должно содержать железо в ограниченных количествах. Этот цемент не должен содержать ни активных, ни инертных минеральных добавок. Сырье, удовлетворяющее указанным требованиям, не является распространенным, что препятствует распространению производства сульфатостойкого портландцемента. Сульфатостойкий цемент обычно выпускают двух марок: 300 и 400. Цветной цемент Цветной цемент получают на основе белого портландцементного клинкера путем совместного помола с пигментами различных цветов, например с охрой, железным суриком, окисью хрома. Можно также получать цветные цементы смешиванием белого цемента с пигментами. Применение цветных цементов, способствующее архитектурно-декоративному оформлению сооружений, имеет большое значение в индустриальной отделке крупноэлементных зданий. Эти цементы применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений. Кроме перечисленных, имеются еще некоторые специальные сорта портландцемента, например тампонажный, для производства асбестоцементных изделий. Белый цемент (БЦ) Белый цемент изготовляют из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах). Белый цемент является материалом с уникальными характеристиками, которые позволяют использовать его в изготовлении скульптурных элементов, колонн, а также при отделочных работах, например, фасада здания. Эстетические требования, предъявляемые к фасадам и другим парадным строительным элементам, делают применение белого цемента особенно эффективным. Белый цемент применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений. Шлаковый цемент Шлаковый цемент - общее название цементов, получаемых совместным помолом гранулированных доменных шлаков с добавками-активизаторами (известь, строительный гипс, ангидрит и другие) или смешением этих, раздельно измельченных, компонентов. Различают следующие виды шлакового портландцемента: известково-шлаковый с содержанием извести 10-30% и гипса до 5% от массы цемента и сульфатно-шлаковый с содержанием гипса или ангидрита 15-20%, портландцемента до 5% или извести до 2%. Шлаковый цемент применяют для получения строительных растворов и бетонов, используемых преимущественно в подземных и подводных сооружениях. Известково-шлаковый цемент наиболее эффективен в производстве автоклавных материалов и изделий. Тампонажный цемент Тампонажный цемент - разновидность портландцемента, и предназначенный для цементирования нефтяных и газовых скважин. Тампонажный цемент изготовляют совместным тонким измельчением клинкера и гипса. В России выпускают тампонажный цемент двух видов: для так называемых холодных (с температурой до -40°С) и горячих (до +75°С) скважин. Тампонажный цемент применяют в виде цементного теста, содержащего 40-50% воды. Пуццолановый цемент Пуццолановый цемент - собирательное название группы цементов, в состав которых входит не менее 20% активных минеральных добавок. Термин "пуццолановый цемент" происходит от названия рыхлой вулканической породы - пуццоланы, применявшейся ещё в древнем Риме в качестве добавки к извести для получения гидравлического вяжущего, т.н. известково-пуццоланового цемента. В современном строительстве основной вид пуццоланового цемента - пуццолановый портландцемент, получаемый совместным помолом портландцементного клинкера (60-80%), активной минеральной добавки (20-40%) и небольшого количества гипса. От обычного портландцемента он отличается повышенной коррозионной стойкостью (особенно в мягких и сульфатных водах), меньшей скоростью твердения и пониженной морозостойкостью. Пуццолановый цемент применяют в основном для получения бетонов, используемых в подводных и подземных сооружениях. Напрягающий цемент Напрягающий цемент, разновидность расширяющегося цемента, получаемая совместным помолом портландцементного клинкера (65%), глинозёмистого шлака (15%), гипсового камня и извести (5%). Н. ц. - быстросхватывающееся и быстротвердеющее вяжущее: прочность растворов (состава 1: 1) через 1 сутки достигает 20-30 Мн/м2 (200-300 кгс/см2). Затвердевший напрягающий цемент обладает высокой водонепроницаемостью. Расширяясь в процессе твердения, напрягающий цемент развивает высокое давление - 3-4 Мн/м2 (30-40 кгс/см2), которое может быть использовано для получения предварительно напряжённых железобетонных конструкций с натяжением арматуры в одном или нескольких направлениях. Напрягающий цемент целесообразно применять для производства напорных труб, возведения ёмкостных сооружений и некоторых тонкостенных железобетонных конструкций. На Усть-каменогорском заводе, совместно с отраслевыми научно-исследовательскими институтами, была разработана и внедрена технология производства нового вида цемента - напрягающего (НЦ), который способен расширяться и напрягаться в процессе твердения, что обеспечивает получение бетонов высокой плотности, морозостойкости, долговечности, водо- и газонепроницаемости. Применение НЦ позволяет значительно сократить сроки строительства, сэкономить денежные средства и материалы, т.е. снизить трудозатраты, уменьшить расход арматуры, повысить надежность изделий. Глиноземестый цемент (ГЛЦ) Глиноземестый цемент - быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания или сплавления сырьевой смеси, богатой глиноземом. В качестве сырьевых материалов для получения глиноземистого цемента используют известняк или известь и породы с высоким содержанием глинозема Al2O3, например бокситы. Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется большим содержанием низкоосновных алюминатов кальция, главным из которых является однокальциевый алюминат CaO&Al2O3 . Применение глиноземистого цемента ограничено его высокой стоимостью. Его используют при срочных ремонтных и аварийных работах, производстве работ в зимних условиях, для бетонных и железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию сильно минерализованных вод, получения жаростойких бетонов, а также изготовления расширяющихся и безусадочных цементов. Гидрофобный цемент (ГФЦ) Гидрофобный цемент получают в результате тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гипсом и гидрофобизующей добавкой (асидол, мылонафт, олеиновая кислота, окисленный петролатум, кубовые остатки синтетических жирных кислот и др.). Данный цемент обладает меньшим водопоглощением, большей морозостойкостью и водонепроницаемостью, чем обычный портландцемент; способен длительное время храниться даже во влажной среде без потери активности. Повышенное воздухововлечение данного цемента снижает прочность тяжелых бетонов, однако, при производстве легких и ячеистых бетонов это свойство играет положительную роль. Бетонные смеси на гидрофобном цементе подвергаются меньшему расслаиванию, стойки к попеременному увлажнению и высыханию. Технологии производства цемента. 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. Основным сырьем для производства цемента, являются: Карбонатные породы: известняк, мел, ракушечник, мрамор, известковый туф и пр. Глинистые породы: суглинки, глинистый сланнец гранулированные шлаки (граншлак) колчеданные огарки нефелиновый шлам топливные золы уголь гипс Также добавляются различные дозированные добавки такие как гипс, шлак, песок и другие компоненты, позволяющие получить цемент с самыми различными свойствами. Производство цемента включает две ступени: первая - получение клинкера, вторая - доведение клинкера до порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок. Первый этап самый дорогостоящий, именно на него приходится 70% себестоимости цемента. А происходит это следующим образом: первая стадия - это добыча сырьевых материалов. Разработка известняковых месторождений ведется обычно сносом, т. е. часть горы «сносят вниз», открывая тем самым слой желтовато-зеленого известняка, который используется для производства цемента. Этот слой находится, как правило, на глубине до 10 м (до этой глубины он встречается четыре раза), и по толщине достигает 0,7 м. Затем этот материал отправляется по транспортеру на измельчение до кусков равных 10 см в диаметре. После этого известняк подсушивается, и идет процесс помола и смешивания его с другими компонентами. Далее эта сырьевая смесь подвергается обжигу. Так получают клинкер. Вторая стадия тоже состоит из нескольких этапов. Это: дробление клинкера, сушка минеральных добавок, дробление гипсового камня, помол клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками. Однако надо учитывать, что сырьевой материал не бывает всегда одинаковым, да и физико-технические характеристики (такие как прочность, влажность и т. д.) у сырья различные. Поэтому для каждого вида сырья был разработан свой способ производства. К тому же это помогает обеспечить хороший однородный помол и полное перемешивание компонентов. В цементной промышленности используют три способа производства, в основе которых лежат различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный. Большое значение для выбора способа производства имеют физические и химические свойства сырьевых материалов — постоянство химического состава компонентов сырья, способность шлама фильтроваться и сырьевой смеси гранулироваться, прочность и термостойкость гранул и др. Мокрый способ производства цемента При мокром способе сырьевую смесь измельчают с добавлением воды. Получаемая сметанообразная жидкость - шлам - содержит 32 - 45 % воды. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 7 м, а длина - 200 м и более, где сырьевые материалы по сухому способу предварительно высушивают, а затем совместно измельчают. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и называют сырьевой мукой. Вместо устанавливаемой на новых заводах роторной мельницы на многих ранее построенных заводах применяют болтушку. При трехкомпонентной сырьевой смеси корректирующую добавку дробят, после чего она попадает в бункер, откуда вместе с известняком поступает в мельницу. Глину до роторной мельницы или болтушки пропускают через валковую дробилку. Сырьевые материалы дозируют перед мельницей специальными питателями. Если при производстве по мокрому способу сырьевую смесь составляют из одних твердых материалов - известняка, мергелей и глинистых сланцев, то их дробят в дробилках без добавки воды и размалывают совместно в мельнице, куда добавляют воду. В этом случае в схеме отсутствует роторная мельница или болтушка. При изготовлении портландцемента из одних мягких материалов (мела, глины, мягких мергелей) сырье измельчают в роторных мельницах, в болтушках или мельницах самоизмельчения "Гидрофол", после чего дополнительно размалывают в шаровых мельницах. Воду добавляют на первой стадии процесса и материалы дозируют перед поступлением в болтушки. Так как при соприкосновении мелкого порошка, образующегося при помоле, с влагой материала образуется пластичная масса, которая налипает на внутреннюю поверхность агрегата и препятствует дальнейшему помолу, то дробленные сырьевые материалы с естественной влажностью размалывать нельзя. Поэтому после выходы из дробилки сырьевые материалы высушивают и затем наплавляют в мельницу, где перемалывают в тонкий порошок. Однородные по физическим свойствам материалы можно дробить и сушить в одних и тех же аппаратах. В случае применения гранулированного шлака его подсушивают без предварительного дробления. Помол и сушку сырьевой смеси целесообразно вести одновременно в одном аппарате - мельнице. При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь. Поэтому при значительных колебаниях химического состава известнякового и глинистого компонента он чаще применяется. Этот способ используют и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмачивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии. Недостаток мокрого способа - значительно больший расход топлива. Мокрая технология производства цемента становится все менее превликательной для производства, так как имеет один серьезный недостаток - высокий удельный расход топлива на единицу продукции. Это вызвано необходимостью испарения во вращающейся печи большого количества влаги. На сегодняшний день, используемый на многих российских заводах, мокрый способ, является основным фактором, сдерживающим рост эффективности производства отечественной цементной промышленности. И, именно поэтому, мокрому способу на смену приходит, более современный, сухой способ производства цемента. Схема производства портландцемента по мокрому способу во вращающихся печах  Сухой способ производства цемента При сухом способе производства дробленые сырьевые материалы высушиваются и тонко измельчаются. Полученная сырьевая мука после корректирования и усреднения до заданного химического состава обжигается во вращающихся или шахтных печах. Схемы производства портландцемента по сухому способу производства в шахтных и вращающихся печах приведены ниже. При сухом способе производства цемента на обжиг клинкера расходуется от 750 до 1200 ккол/кг клинкера, при мокром способе производства—от 1200 до 1600 и выше ккал/кг клинкера, Сухой способ производства цемента целесообразен при сырье с относительно меньшей влажностью и более однородным составом или в случае, когда в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Так же его применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля с малым содержанием летучих частиц, сжигаемых в шахтных печах. При производстве портландцемента сухом способом применяют не только вращающиеся печи с циклонными теплообменниками, но и вращающиеся печи, печи с конвейерными кальцинаторами, а также вращающиеся печи без запечных теплообменных устройств. Однако печи с циклонными теплообменниками более эффективны. Выбор типа печи для обжига зависит от состава сырья. Если в качестве сырья используют непластичный, глинистый компонент, то обжиг ведут только во вращающихся печах. При пластичном глинистом компоненте можно вести обжиг как во вращающихся, так и в шахтных печах. В последнем случае сырьевую смесь вначале увлажняют в смесительных шнеках водой до 8 – 10 %-ной влажности. Затем массу подают в грануляторы, где она вместе с дополнительно подводимой водой превращается в гранулы с влажностью 12 – 14 %. Эти гранулы и поступают в печь. Чаще топливо размалывается совместно с сырьевыми материалами, и сырьевая смесь, а также полученные из нее гранулы приобретают черный цвет. При обжиге клинкера на газообразном или жидком топливе схема производства упрощается, так как отпадает необходимость в приготовлении угольного порошка. Мазут подвергается лишь подогреву. При сухом способе производства цемента, в отличие от мокрого, расходуется значительно меньше топлива и, по всей видимости, именно ему принадлежит будущее цементной промышленности. Удельный расход сырья зависит от его химического состава и зольности топлива и составляет 1,5 - 2,4 т на 1 т клинкера. Расход электроэнергии на 1 т выпускаемого цемента составляет 80 - 100 кВт ч. Схема производства портландцемента по сухому способу в механизированных шахтных печах  Схема производства портландцемента по сухому способу во вращающихся печах  Комбинированный способ производства цемента Комбинированный способ производства заключается в том, что сырьевые материалы перерабатываются мокрым способом в шлам и затем перед поступлением в печь обезвоживаются в шлам фильтрах до остаточной влажности 16—19%. Отфильтрованный «сухарь» смешивается с пылью, уловленной из печных газов, для того чтобы предотвратить слипание «сухаря». Смесь сухаря и пыли разрыхляют и подают с влажностью 12—13% в печь для обжига. К комбинированному способу производства относят также обжиг сырьевого шлама во вращающихся печах, оснащенных концентраторами. Шлам подсушивается в запечных концентраторах отходящими газами вращающихся печей до остаточной влажности 6—10% и затем поступает почти сухой в печь для обжига. Схема производства портландцемента по комбинированному способу во вращающихся печах  Для каждого способа используется определенный вид оборудования и строго определенная последовательность операций. Далее цемент фасуется в бумажные мешки по 50 кг. Отправка производится на автомобилях или по железнодорожной дороге. Заключение Сегодня, главным недостатком российских цементных заводов является то, что они используют мокрый способ производства цемента, который гораздо более энергоемкий, чем используемый в развитых странах мира сухой способ. Поэтому для компаний важно постепенно переходить на более прогрессивные энергосберегающие технологии. Используемая литература: |