Портландцемент. Технология портландцемента

Для производства портландцемента применяют твердые и и мягкие горные породы; при этом как к первым, так и ко вторым могут относиться глинистые и известковые компоненты сырьевой смеси. К мягким глинистым компонентам относится глина, лёсс, а к твердым - глинистый мергель, глинистый сланец, Среди мягких известковых компонентов применяют мел, а среди твердых -- известняк.

Мягкие компоненты успешно измельчают в болтушках, твердые же компоненты могут быть измельчены только в мельницах. Поэтому технологическую схему измельчения сырьевых материалов при мокром способе выбирают в зависимости от их физико-механических свойств. Существует три варианта технологических схем:

· два мягких материала -- глина и мел.измельчаются в болтушках;

· два твердых материала--.глинистый мергель.и известняк измельчаются в мельницах;

· один материал мягкий -- глина измельчается в болтушках-; другой твердый -- известняк измельчается в мельнице.

На отечественных заводах наиболее распространена схема производства портландцемента при мягком (глине) и твердом (известняке) сырьевых компонентах. Она состоит из следующих операций(рис. 2. 1.):

Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов.

Необходимость измельчения сырьевых материалов до весьма тонкого состояния определяется условиями образования однородного по составу клинкера из двух или нескольких сырьевых материалов. Химическое взаимодействие материалов при обжиге происходит вначале в твердом состоянии.

Рис. 2.1.

Это такой вид химической реакции, когда новое вещество образуется в результате обмена атомами и молекулами двух соприкасающихся между собой веществ. Возможность такого обмена появляется при высокой температуре, когда атомы и молекулы начинают совершать свои колебания с большой силой. Образование при этом новых веществ происходит на поверхности соприкасающихся между собой зерен исходных материалов. Следовательно, чем больше будет поверхность этих зерен и чем меньше сечение зерна, тем полнее произойдет реакция образования новых веществ.

Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры в несколько десятков сантиметров. При существующей помольной технике получить «з таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергают грубому измельчению -- дроблению, а затем тонкому-- помолу.

В зависимости от свойств исходных материалов в цементной промышленности тонкое измельчение производят в мельницах и в болтушках в присутствии большого количества воды. Мельницы применяют для измельчения твердых материалов (известняк, глинистые сланцы), а болтушки -- для материалов, легко распускающихся вводе (мел, глина).

Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный сырьевой шлам.

В сырьевую мельницу известняк и глиняный шлам подают в строго определенном соотношении, соответствующем химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава. Причиной этого в основном служат колебания характеристики сырья в пределах месторождения.

Чтобы получить шлам строго заданного химического состава, его корректируют в специальных бассейнах. Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или заведомо высоким титром (содержанием углекислого кальция СаСО3), и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.

Приготовленный таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу с содержанием воды до 40%, насосами подают в.расходный бачок печи, откуда равномерно сливают в печь.

Для обжига клинкера при мокром способе производства применяют только вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150---185 м и диаметром 3,6--5 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000--2000 т клинкера в сутки.

Барабан печи устанавливают с.наклоном в 3--4°. Шлам загружают со стороны поднятого конца печи, а топливо в виде угольной пыли, газа или мазута вдувают в печь с противоположной стороны. В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы непрерывно продвигаются к олущенному концу. В области горения топлива развивается наиболее высокая температуры -- до 1500°С, что необходимо для взаимодействия окиси кальция, образовавшейся при разложении СаСО3, с окислами глины и получения клинкера.

Дымовые газы движутся вдоль всего барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура вдоль печи снижается с 1500 до 150--200° С.

Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. Охлажденный клинкер отправляют на склад для магазинирования. Магазинирование -- это вылеживание (до 2--3 недель) с целью гашения свободной извести в клинкере влагой из воздуха и предупреждения этим неравномерности изменения объема цемента при его твердении.

Высоко организованный технологический процесс получения клинкера обеспечивает минимальное содержание свободной СаО в клинкере (менее 1%) и исключает этим необходимость его магазинирования. В этом случае клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол.

Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8-- 10 мм, чтобы облегчить работу мельниц.

Измельчение клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками, если последние применяются. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание между собой всех материалов, а высокая однородность цемента является важным фактором его качества.

Гидравлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20--60% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8--10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительных количествах, и содержащаяся в нем влага легко испаряется теплом, образующимся при помоле цемента в результате ударов и истирания в мельнице мелющих тел.

Из мельницы цемент выходит с температурой до 100° С и более. Для охлаждения, а также создания запаса его отправляют на склад. Для этой цели применяют силосные склады, оборудованные механическим (элеваторы, шнеки), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.

Отгружают цемент потребителю в таре -- в многослойных бумажных мешках весом 50 кг или навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом.

На рис. 2.2. представлена технологическая схема производства цемента по мокрому способу.

Рис. 2.2.

Рис. 2.2. Технологическая схема получения цемента мокрым способом(продолжение)

Рис. 2.2. Технологическая схема получении цемента мокрым способом(заключение)

Мокрый способ производства

На цементных заводах, работающих по мокрому способу , в качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера обычно используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты. В этом случае технологическая схема производства цемента выглядит следующим образом:

Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов. Необходимость тонкого измельчения сырьевых материалов определяется тем, что однородный по составу клинкер можно получить лишь из хорошо перемешанной сырьевой смеси, состоящей из мельчайших частичек ее компонентов.
Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры до 1200 мм. Получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергаются грубому измельчению. дроблению, а затем тонкому. помолу. Для грубого измельчения материалов применяют различные дробилки, а тонкое измельчение в зависимости от свойств исходных материалов производят в мельницах или в болтушках в присутствии большого количества воды.
При использовании в качестве известкового компонента мела, его измельчают в болтушках. Если применяют твердый глинистый компонент, то после дробления его направляют в мельницу.
Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный по составу сырьевой шлам.
В сырьевую мельницу известняк и глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке исходных материалов не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава из-за колебаний химического состава сырья одного и того же месторождения. Чтобы получить шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах.
Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или высоким содержанием CаCO3 (называемым титром) и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.
Приготовленный таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу с содержанием воды до 35-45%, насосами подают в расходный бачок, откуда равномерно сливают в печь.
Для обжига клинкера при мокром способе производства используют вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150-230 м и диаметром до 7 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000-3000 т клинкера в сутки.
Барабан печи устанавливают с уклоном 3-40 гр. шлам подают с поднятой стороны печи. холодного конца, а топливо в виде газа, угольный пыли или мазута вдувают в печь с противоположной стороны (горячего конца). В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы продвигаются по печи в сторону ее горячего конца. В области горения топлива развивается наиболее высокая температура: материала - до 15000 С, газов - до 17000 С, и завершаются химические реакции, приводящие к образованию клинкера.
Дымовые газы движутся вдоль барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, асами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура газа вдоль печи снижается с 1700 до 150-2000 С.
Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом.
Охлажденный клинкер отправляют на склад. В ряде случаев клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол в цементные мельницы.
Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8-10 мм, чтобы облегчить работу мельниц. Измельчение клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание всех материалов, а высокая однородность цемента является одной из важных гарантий его качества.
Гидравлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20-30% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8-10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительном количестве и содержащаяся в нем влага легко испаряется за счет тепла, выделяющегося в мельнице в результате соударений и истирания мелющих тел друг с другом и с размалываемым материалом.
Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа, оборудованный механическим (элеваторы, винтовые конвейеры), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.
Отгружают цемент потребителю либо в таре - в многослойных бумажных мешках по 50 кг, либо навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом.
Для выполнения всех технологических операций производства портландцемента применяется разнообразное оборудование - дробилки, мельницы, печи и т.д., которое объединяется в поточную линию. Схема расположения агрегатов представлена на генеральном плане цементного завода, работающего на пластичных сырьевых материалах и газообразном топливе.

Традиционно на всех цементных заводах существуют несколько методов производства, к ним относятся сухой, мокрый, полусухой и комбинированный.

В принципе, именно от выбранного способа производства напрямую зависят особенности производства сырьевых смесей. Основными способами являются мокрый и сухой; именно они приняты многими цементными заводами и именно такими способами производится основное количество всего качественного цемента в мире.

Различаются самые распространённые виды производства характером переработки сырьевого материала и физическими свойствами получаемой в производстве сырьевой смеси, которая в последующих производственных операциях поступает на обжиг.

В общем виде производства цемента складывается из следующих операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, состоящей из дробления, помола в усреднения ее состава; обжиг сырьевой смеси (получение клинкера); помола клинкера в тонкий порошок.

В цементной промышленности применяют различные схемы измельчения сырьевых материалов, предусматривающие использование помольного оборудования различных типоразмеров. Существуют два основных способа помола - мокрый и сухой, в зависимости от вида подготовки сырья к обжигу, которые могут осуществляться по открытому и замкнутому циклам.

При мокром способе производстве измельчение сырьевых материалов, их перемешивание, усреднение и корректирование сырьевой смеси осуществляется в присутствии определенного количества воды, а при сухом все операции выполняются с сухим материалом.

В случае, когда сухую сырьевую муку гранулируют, добавляя при гранулировании необходимое для образования прочных гранул количество воды (до влажности 10-14%), такой способ называют полусухим.

При комбинированном способе подготовки сырья, размол его и перемешивание производится мокрым способом, после чего шлам механически или термически обезвоживается и поступает в печь для обжига.

Химический состав цемента определяется всем ходом его производства, но важнейшее значение имеет его завершающая стадия - процесс измельчения и смешивания клинкера с добавками.

Установлено, что качественный состав цементного клинкера получается при обжиге во вращающихся печах сырьевой смеси, не содержащей частиц крупнее 0,1 мм и с небольшим содержанием очень мелких фракций. Этого и добиваются, совершенствуя схемы и способы помола исходных сырьевых материалов.

Способ производства цемента выбирают в зависимости от технологических и технико-экономических факторов: свойств сырья, его однородности и влажности, наличия достаточной топливной базы и т.д. При сухом способе производства цемента выбор схемы зависит от физических и химических свойств сырья и складывается из следующих операции.

После выхода из дробилки известняк и глину высушивают до влажности примерно 1 %. после чего измельчают в сырьевую муку. Помол и сушку ведут в одном аппарате - сепараторной мельнице. Этот способ более эффективен и применяется на большинстве заводов, работающих по сухому способу.

Сырьевую муку заданного химического состава получают путем дозирования сырьевых компонентов в мельницу с последующим усреднением и корректированием сырьевой шихты в специальных смесительных силосах, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо высоким или низким титром.

Затем подготовленная сырьевая смесь поступает в систему циклонных теплообменников, состоящую из нескольких ступеней циклонов. Время пребывания смеси в циклонных теплообменниках не превышает 25-30с. Из циклонов материал подается в печь, откуда клинкер пересыпается в холодильник. После охлаждения отправляется на склад.

Другие технологические операции при сухом способе производства- подготовка добавок и гипса, помол цемента его хранение и отправка потребителю - такие, как и при мокром способе. Схема производства цемента по сухому способу представлена на рисунке 4.

Сухой способ производства цемента.

Рисунок 4 - Схема сухого способа производства цемента

Описание процесса обжига в производстве цемента по сухому способу

технологический цементный обжиг

Данный способ считается наиболее экономически выгодным. Особенность его в том, что на всех стадиях используются материалы только в сухом состоянии. Выбор схемы производства цемента определяется химическими и физическими характеристиками сырья. Наиболее востребованным признано изготовление материалов во вращающихся печах, в котором используются глина и известняк.

После того, как глина и известняк прошли измельчение в дробилке, их сушат до требуемого состояния (влажность - не более 1%). Просушка и измельчение производиться в сепараторной машине, после чего смесь отправляется в циклонные теплообменники, где находиться не более 30 секунд.

Рисунок 5 - Технологическая схема производства цемента сухим способом: 1 - циклоны, 2 - декарбонизатор, 3 - вращающаяся печь, 4 - клинкерный холодильник

К атегория:

Машины в производстве стройматериалов

-

Технологические схемы производства вяжущих материалов

Основными вяжущими строительными материалами являются цемент, известь и гипс.-Сырьем в цементном производстве служат два основных компонента: известняк или мел и глина. Цемент можно также изготовлять на основе мергеля - карбонатной горной породы.

Основным сырьем в производстве гипса и извести являются гипсовый камень и известняк. Добываемое в карьерах сырье, как и в производстве цемента, проходит стадии дробления, обжига и помола.

Технология цемента включает следующие основные стадии (переделы):
1) добычу, первичную обработку сырья в карьерах и доставку его на цементный завод;
2) подготовку сырья на цементном заводе: измельчение и усреднение измельченной смеси (гомогенизацию смеси); в отдельных случаях - предварительную подсушку сырья (при сухом способе производства);
3) теплофизическую обработку сырья в печи с получением клинкера - исходного полуфабриката для получения цемента; охлаждение клинкера в холодильнике;
4) помол клинкера в мельницах с предварительным дроблением или без него; при помоле к клинкеру в зависимости от состава исходного сырья и требуемого сорта цемента добавляют некоторые минералы, в том числе гипс или гипсосодержащие минералы, шлаки доменного производства и т. п.;
5) подачу цемента на склад, хранение, упаковку и отгрузку потребителю.

Получают цемент двумя способами - мокрым или сухим.

При мокром способе производства сырье измельчают с добавлением определенного количества воды до превращения его в смета-нообразную массу, называемую шламом. После усреднения и перемешивания шлам подают на обжиг во вращающиеся печи.

На заводах, работающих по сухому способу производства, добываемое природное сырье высушивают и измельчают, предварительно подогревая в специальных запечных теплообменных устройствах, после чего подают во вращающиеся печи. Иногда предварительно подсушенное сырье частично увлажняют с целью образования гранул и в таком виде его обжигают.

Выбор того или иного способа производства зависит от физико-химических свойств сырья. При значительном содержании влаги в природном сырье, его неоднородном химическом составе, а также легкости диспергирования с водой применяют мокрый способ производства. Если же сырьевые материалы имеют низкую естественную влажность, относительно однородный химический состав и не содержат значительных количеств щелочей и хлоридов, то применяют сухой способ производства. При выборе способа производства учитывают также вид и сорт топлива, употребляемого для обжига клинкера.

В Советском Союзе преобладает мокрый способ производства. Это объясняется особенностями размещения сырьевых ресурсов, а также некоторыми трудностями в создании оборудования для подготовки однородной сухой сырьевой смеси. В настоящее время ведутся работы по созданию мощного оборудования для производства цемента по сухому способу.

Технологическая схема производства цемента мокрым способом. Схема завода, работающего по мокрому способу на твердом сырье (известняке), приведена на рис. II-1. В карьере сырье добывают экскаваторами (часто с применением буровзрывных работ). Во многих карьерах практикуется первичное дробление сырья.

На цементный завод сырье подают автотранспортом или по железной дороге и выгружают в приемные бункера. Из бункеров известняк поступает в дробильное отделение завода. Здесь его дробят и ленточными конвейерами подают на склад, оборудованный мостовыми грейферными кранами.

Со склада известняк направляют в сырьевые мельницы. Одновременно с сырьем в мельницу подают в минимальном количестве воду. При этом получают шлам определенной консистенции (расте-каемости). В зависимости от химических и физических свойств сырья влажность шлама находится в пределах 30-50%.

В бассейнах специальные мешалки перемешивают шлам до полного усреднения состава и постоянно поддерживают его в однородном состоянии. Из бассейнов шлам питателями подается во вращающуюся обжиговую печь.

Мягкие компоненты (глину и мел) дробят в валковых или в самоочищающихся молотковых дробилках и подают в специальные бассейны, оборудованные глиноболтушками. Здесь глина, смешиваясь с водой и подвергаясь механическому воздействию, измельчается и превращается в растекающийся шлам, который затем смешивается в бассейнах со шламом основного (известнякового) компонента.

Для мягкого основного компонента - мела, а также для мергелей в последнее время процесс измельчения в болтушках и мельницах начинают заменять комбинированным процессом измельчения в мельницах-мешалках, или гидрофолах.

На многих заводах требуемый состав шлама получают, прокачивая его через специальные корректировочные бассейны, где к основным компонентам примешивают специальные добавки. В последнее время предпочитают состав шлама корректировать в процессе его перекачки по трубопроводам и в основных шламовых бассейнах.

В обжиговой печи в результате теплофизических и химических процессов сырье превращается в однородный по составу полуфабрикат - клинкер.

Дымовые газы, выходящие из печи, содержат значительное количество пыли, от которой их следует очищать перед выбросом в атмосферу в пылеулавливающих устройствах (электрофильтрах). Перед ними иногда устанавливают пылеулавливающие циклоны. Уловленную пыль возвращают обычно в печь. Иногда клинкерную пыль используют в сельском хозяйстве.

Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается воздухом от температуры 1250-1300 до 50-80° С. Нагревшийся воздух‘подается для сжигания топлива, тем самым возвращая в печь основную долю тепла, отобранного от клинкера. Небольшая избыточная часть воздуха выбрасывается в атмосферу и поэтому должна быть предварительно обеспылена.

Из холодильника клинкер конвейерами подают на склад, оборудованный, как и сырьевые склады, мостовыми грейферными кранами. Обычно в этом же здании хранят и те материалы,- которые добавляют к клинкеру при его помоле (гипс и др.).

Со склада клинкер и добавки поступают в мельницы на помол. На многих заводах мельницы.работают в так называемом замкнутом цикле, в единой системе с воздушными сепараторами. В качестве промежуточного транспорта в такой установке применяют элеваторы и аэрожелоба. Циркулирующий по системе воздух перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в центробежных циклонах, рукавных или электрических фильтрах. Из мельниц цемент пневмотранспортом - пневмокамерными или пневмовинтовыми насосами - перекачивается в цементные силосы.

Отгружают цемент потребителю либо в специальных вагонах или автоцистернах «навалом» (засыпка из силосов), либо в затаренном виде (в бумажных мешках). В последнем случае цемент из силосов пневмотранспортом подается в упаковочные машины, которые через систему конвейеров и погрузчиков выдают упакованный в мешки цемент. Использованный при пневматическом транспортировании цемента воздух перед выбросом его в атмосферу поступает в аппараты для очистки от цементной пыли.

Рис. II-1. Схема завода по производству цемента мокрым способом
А - участок добычи и подвозки сырья; Б - отделение приготовления сырья; В - отделение вращающихся печей; Г - склад клинкера; Д - помольное отделение; Е - цементные силосы; Ж - отделение упаковки цемента; 3 - участок погрузки цемента; 1 - пластинчатый питатель; 2 - дробильное отделение; 3 - ленточный конвейер; 4 - склад сырья; 5 - сырьевая мельница; 6 - шламовые насосы; 7 - шламовые мешалки; 8 - пылеулавливающие установки; 9 - шламовые питатели; 10 - вращающаяся обжиговая печь; 11 - холодильник; 12 - упаковочная машина; 13 - транспортирование мешков; 14 - установка для обеспыливания помещений; 15 - мельница для помола клинкера

Рис. II-2. Схема завода по производству цемента сухим способом
А - участок добычи и подвозки сырья; Б - отделение приготовления сырья; В - отделение вращающихся печей; Г - склад клинкера; Д - помольное отделение; Е - цементные силосы; Ж - отделение упаковки цемента; 3 - участок погрузки цемента; 1 - пластинчатый питатель; 2 - дробильное отделение; 3 - винтовой конвейер; 4 - бункер для известняка; 5 - обеспыливающее устройство; 6 - сырьевая мельница; 7 - воздушный сепаратор; 8 - силосы сырьевой смеси; 9 - электрофильтры; 10 - пылеулавливающие установки; 11 - циклонные теплообменники; 12 - вращающаяся обжиговая печь; 13- холодильник; 14 - ленточный конвейер; 15 - мельница для помола клинкера; 16 - склад сырого гипса; 17 - упаковочная машина; 18 -установка для транспортирования мешков; 19 - установка для обеспыливания помещения

Технологическая схема производства цемента сухим способом.

Схема цементного завода, работающего по сухому способу, представлена на рис. II-2. Предварительно грубо раздробленный, доставленный из карьера на завод известняк подвергается вторичному дроблению перед помолом. При дроблении и помоле сырье подсушивают с тем, чтобы влажность его не превышала 2%. Мел и мергель перед помолом также обычно дробят.

Глину, обладающую обычно высокой влажностью, подсушивают в специальных сушильных барабанах. Сырьевая мельница входит в состав помольной установки, оборудованной воздушными сепараторами и сушилкой. Прошедшее через сепаратор готовое сырье подают в силосы сырьевой муки. В процессе помола и в силосах компоненты смеси перемешиваются и состав смеси усредняется. В последнее время практикуется механическое усреднение (гомогенизация) отдельных порций сырья.

Из сырьевых силосов гомогенизированную смесь подают в тепло-обменные устройства: циклонные теплообменники или конвейерные кальцинаторы. Отходящие из печи газы с температурой 1000-1100 °С поступают в циклонные теплообменники и последовательно, несколькими ступенями, нагревают сырьевую смесь до 700-800° С, после чего ее направляют во вращающуюся печь. Температура газов, выходящих из циклонных теплообменников, 300 °С и выше. Во многих установках за рубежом эти газы используют или для подсушки сырья в мельницах с воздушными сепараторами или в специальных котлах-утилизаторах.

Во всех случаях из теплообменных устройств выходят сильно запыленные газы, содержащие в 1 м3 до 60 г пыли. Санитарная норма содержания пыли в газах, выбрасываемых в атмосферу, - не более 100 мг на 1 м3. Для того чтобы достичь этой нормы, применяют сложную систему пылеочистки, последовательно пропуская газ через специальные пылеосадительные циклоны, а затем через электрофильтры.

Конвейерные кальцинаторы - машины с подвижными цепными решетками, на которых нагревают сырье отходящими из печи газами, применяют в технологических линиях производительностью не свыше 800-900 т в сутки. В этих случаях перед подачей на решетку сырье гранулируют. Для образования прочных гранул содержание влаги в сырье увеличивают до 12-13%. Нагретые до 600-700°С гранулы по воронкам поступают в печь.

Процессы обжига в печах сухого способа идентичны тем, которые происходят в печах мокрого способа. Дальнейшие переделы производства (охлаждение, помол и т. д.) также сходны.

Технологические схемы производства гипса. Строительный гипс изготовляют по следующей технологической схеме. Из бункера гипсовый камень подается пластинчатым питателем (рис. II-3) в щековую дробилку, а затем на вторичное дробление в молотковую дробилку. Из дробильного отделения гипсовый щебень транспортируется элеватором в бункер, откуда по воронке через тарельчатый питатель подается в шахтную мельницу. В днище бункера установлен реечный затвор. В шахтной мельнице материал мелется и одновременно сушится отходящими от гипсоварочного котла газами, подаваемыми в мельницу по газоводу.

Рис. II-3. Технологическая схема производства строительного гипса

Из шахтной мельницы гипсовая мука увлекается газовым потоком в сепарирующую установку, состоящую из сдвоенного циклона, воздуховода, батарейных циклонов и рукавного фильтра. В сдвоенном циклоне остается часть материала, которая затем поступает в бункер. Другая часть гипсовой муки с газами уносится в батарейные циклоны для дополнительной очистки газов. Последняя, наиболее тонкая фракция, выпадает в рукавном фильтре. В качестве аппаратов для очистки воздуха применяют также и электрофильтры.

Рис. II-4. Технологическая схема производства молотой извести

Молотый гипс из всех трех пылеосадительных устройств собирается в общий бункер, откуда транспортируется элеватором и шнеком в бункер, установленный над гипсоварочным котлом. Из бункера молотый гипс периодически загружается двумя шнеками в гипсоварочный котел. Котел служит для частичной дегидратации гипса, т. е. для получения готового (полуводного) гипса. Котел обогревается топкой; пар, образующийся при варке гипса, отводится в пылеосадительную камеру через газовод.

После окончания варки горячий гипс из котла поступает самотеком в бункер томления, откуда шнеком, элеватором и шнеком транспортируется в буферный склад.

Топливо подается в топку гипсоварочного котла ленточным конвейером, элеватором через промежуточный бункер.

Технологическая схема производства молотой иззести с шахтными пересыпными печами представлена на рис. II-4.

Известняк электровибрационным питателем и ленточным конвейером направляется на вибрационный грохот для сортировки сырья. Мелкие фракции (отсев) ленточным конвейером направляются для переработки в известняковую муку, используемую в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Деловая фракция (верхний класс) конвейером, передается в бункера, оборудованные автоматическими весовыми дозаторами. Известняк с топливом с помощью скипового подъемника и загрузочного устройства направляется в шахтную печь, оборудованную выгрузочным устройством (шлюзовой затвор). Обожженный известняк пластинчатым конвейером направляется в щековую дробилку и далее вертикальным элеватором с помощью тарельчатого питателя загружается в шаровую мельницу. Молотая известь винтовым конвейером передается на склад.

Известняк обычно обжигают в шахтных или вращающихся печах. Большее распространение в известковой промышленности получила шахтная пересыпная печь.

Процесс производства цемента состоит из следующих основных технологических операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, обжига сырьевой смеси и получения цементного клинкера; помола клинкера в тонкий порошок с небольшим количеством некоторых добавок.

В зависимости от способа подготовки сырья к обжигу различают мокрый, сухой и комбинированный способы производства цементного клинкера.

При мокром способе производства измельчение сырьевых материалов, их перемешивание, усреднение и корректирование сырьевой смеси осуществляется в присутствии определенного количества воды. А при сухом способе все перечисленные операции выполняются с сухими материалами. Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, когда физические свойства сырьевых компонентов (пластичной глины, известняка, мела с высокой влажностью и т.д.) не позволяют организовывать экономичный технологический процесс производства сырьевой смеси по сухому способу производства. При комбинированном способе сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи. Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки.

Способ производства цемента выбирают в зависимости от технологических и технико-экономических факторов: свойств сырья, его однородности и влажности, наличия достаточной топливной базы и др.

Производство цемента складывается в основном из следующий операций: добыча сырья; приготовления сырьевой смеси, состоящего из дробления и ее гомогенизации; обжига сырьевой смеси; помола обожженного продукта (клинкера) в тонкий порошок.

Существуют два основных способа производства – мокрый и сухой. При мокром способе производства сырьевую смесь измельчают и смешивают сырьевые материалы с водой. Получаемая сметанообразная жидкость – шлам – содержит 32-45% воды. По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушивают, а затем измельчают и смешивают. Полученный тонкий порошок называют сырьевой мукой.

В зависимости от физических свойств исходных материалов и ряда других факторов при получении цемента по мокрому способу применяют разные схемы производства. Схемы эти отличаются одна от другой только способом приготовления сырьевой смеси. Приводим схему производства цемента по мокрому способу из твердого материала - известняка - и мягкого - глины.

При трехкомпонентной сырьевой смеси корректирующую добавку дробят, после чего она попадает в бункер, откуда вместе с известняком поступает в мельницу. Глину до 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 том случае в схеме отсутствует болтушка. При изготовлении цемента из одних мягких материалов (мела, глины, мягких мергелей) сырье измельчают в болтушках, после чего размалывают в более коротких шаровых мельницах. В этом случае воду добавляют в первой стадии процесса и материалы дозируют перед,поступлением в болтушки.

При сухом способе производства выбор схемы зависит от рода поставляемого топлива, физических свойств сырья, мощности завода и ряда других факторов. При использовании для обжига клинкера угля с большим содержанием летучих обжиг ведут во вращающихся печах, - если же применяют топливо с малым содержанием летучих - то в шахтных.

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 дробленые сырьевые материалы с естественной влажностью размалывать нельзя. Поэтому после выхода из дробилки сырьевые материалы высушивают и затем направляют 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 - в том случае, если влажность сырьевых материалов не превышает 8-12%, например, при использовании известняков и глинистых сланцев. Если в качестве сырья используется непластичный глинистый компонент, то при сухом способе производства обжиг ведут только во вращающихся печах. При пластичном глинистом компоненте можно вести обжиг, как во вращающихся печах, 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.

При обжиге клинкера на газообразном или жидком топливе схема производства упрощается, так как отпадает необходимость в приготовлении угольного порошка.

В ряде случаев может оказаться целесообразным комбинированный способ производства, при котором сырьевая смесь в виде шлама, полученного при обычном мокром способе производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.

Выбор сухого или мокрого способа производства зависит от многих причин. Как тот, так и другой способ имеют ряд преимуществ и недостатков. При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь, обуславливающую высокие качества клинкера. Поэтому при значительных колебаниях в химическом составе известнякового и глинистого компонента он целесообразнее. Этот способ используется и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмучивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии. Недостаток мокрого способа - больший расход топлива. Если используют сырьевые материалы с большой влажностью, то расход тепла, затрачиваемого на сушку и обжиг, при сухом способе будет мало отличаться от расхода тепла на обжиг шлама при мокром способе. Поэтому сухой способ производства целесообразнее при сырье со сравнительно небольшой влажностью и однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля,с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах.

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

При выборе той или другой схемы производства особое внимание следует обращать на рентабельность работы предприятия и возможность снижения себестоимости продукции. Основными мероприятиями, ведущими к снижению себестоимости являются: интенсификация производственных процессов, повышение коэффициента использования оборудования, рост выпуска цемента, повышение его качества (марки), снижение расхода топлива и электроэнергии, механизация производственных процессов и всех вспомогательных работ, автоматизация управления производственными процессами и некоторые другие.

Мощность цементных заводов устанавливают в зависимости от сырьевой базы и потребности района в цементе. На новых заводах она равна обычно 1-2 млн. т цемента в год. Характерным показателем производительности труда на цементных заводах является выпуск цемента на одного рабочего в год, который в 1963 г. составил 915 т. Выработка на одного работающего была 7-62 т. На заводах, оснащенных высокопроизводительным оборудованием, выработка цемента достигла соответственно 2000 и 1600 т.

На цементных заводах, а также на заводах по производству других вяжущих материалов приходится перемещать от одного аппарата к другому большие массы кускового порошкообразного и жидкого материала. Для транспортирования их применяют ковшовые элеваторы, шнеки, ленточные, пластинчатые и скребковые транспортеры, транспортные желоба, насосы, краны с грейферами. Для транспортирования порошкообразных материалов широко используют пневмовантовые и камерные насосы, а также пневмотранспортные желоба.

Транспортирование шлама имеет ряд особенностей, так как он представляет собой сметанообразную текучую массу, содержащую 32-45% воды. Чтобы уменьшить расход топлива на обжиг, стремятся снизить влажность шлама, а чтобы улучшить его транспортабельность, необходимо увеличить содержание воды. По условиям транспортабельности шлам должен течь по желобу, имеющему уклон в 2-4 %. Чем пластичнее сырьевые материалы, тем больше приходится добавлять воды для получения шлама нужной текучести. Обычно шлам транспортируется центробежными насосами.

На заводы сырьевые материалы доставляют из карьера в виде кусков размерами до 1000-1200 мм. Иногда сырьевые отделения расположены непосредственно на карьерах, откуда шлам поступает на заводы. Так, на Балаклейском цементном заводе отделение болтушек размещено на карьере. Сырьевые материалы в виде мела и глины поступают в дробилки, а затем в болтушки. Полученный глиняно-меловой шлам нормальной влажности перекачивается по шламопроводам на завод.

При выпуске цемента обычных марок сырьевые материалы и клинкер размалываются до остатка на сите №008 порядка 8-10%. Для получения цемента более высоких марок материалы размалываю тоньше - до остатка на том же сите около 5% и даже меньше. Измельчать сырьевые материалы до получения тонкого порошка в одном аппарате невозможно. Поэтому сначала материал подвергают в дробилках двyx - тpex стадийному дроблению до величины кусков, не превышающей 8-20 мм, а затем измельчают в мельницах в гонкий порошок с размерами зерен не более 0,06-0,10 мм, глину поступающую из карьера в кусках размером до 500 ММ, измельчают в валковых дробилках до кусков не больше 100 мм, а затем отмучивают в болтушках до получения глиняного шлама с влажностью 60-70%. Этот шлам и подают в сырьевую мельницу.

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.