Цех обжига портландцемента

Министерство науки и образования Украины

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры

Кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций

Пояснительная записка по курсу

«Вяжущие вещества»

На тему

«Цех обжига портландцемента»

Днепропетровск 2009г.

Введение

В цементной промышленности затраты на энергию составляют наибольшую статью расходов. Обычно 60% и более электроэнергии используются для помола цемента в шаровых мельницах.

Наиболее часто шаровые мельницы используются на цементных заводах для измельчения сырья и угля, а также для тонкого помола цемента. Эффективность шаровых мельниц достаточно низкая: только 3-6% подаваемой электроэнергии действительно идет на измельчение материала. Остальная часть в форме тепла, износа, вибрации и шума просто теряется.

В последнее время возможностям оптимизации и модернизации помольных циклов шаровых мельниц уделяется большое внимание. В результате был разработан высокопроизводительный сепаратор с интегрированной системой охлаждения, улучшенной конструкцией мельницы, а также установкой предварительного дробления.

Большинство шаровых мельниц состоят из одной, двух или трех камер и работают либо в открытом, либо в закрытом цикле. Размельчение материала достигается за счет движения мелющих шаров.

Оптимизация существующих шаровых мельниц обычно начинаются с правильного проектирования бронефутеровок, определения оптимального состава мелющих тел и степени заполнения ими мельницы. При этом необходимо так же учитывать индивидуальные особенности размалываемого материала. Бронефутеровка типовой двухкамерной мельницы состоит из подъемных бронеплит в первой камере и сортировочных бронеплит во второй. Во второй камере установлены сортировочные бронеплиты, и их профиль сделан таким образом, чтобы достичь мелкого помола материала благодаря тесному соприкосновению мелющих тел. Максимальный диаметр шаров обычно находится в пределах 80 - 90 мм, самые маленькие шары имеют диаметр 18 мм. Степень заполнения мелющими телами варьирует от 23 до 33%, в зависимости от того, что является приоритетом: минимальный удельный расход энергии или максимальная производительность мельниц.

Для эффективной эксплуатации мельниц наряду с правильной конструкцией бронефутеровки и оптимальным подбором мелющих тел большое значение придается степени наполнения мелющими телами и степени вентиляции мельниц. Наилучшие результаты помола достигаются в том случае, если размельчаемый материал постоянно окружают мелющие тела. Это является гарантией того, что энергия направляется на его измельчение.

Такой оптимальной степени наполнения можно достичь с помощью хорошо сконструированной и управляемой разделительной диафрагмы. Такая система позволяет заказчику получать оптимальную степень заполнения первой камеры материалом. Если условия помола меняются, то система легко настраивается на новые параметры.

Часть материала сразу транспортируется через диафрагму во вторую камеру, чтобы обеспечить нормальное заполнение пространства непосредственно за ней.

Диафрагмы отличаются расширенным центральным отверстием, обеспечивающим максимальную вентиляцию мельницы при минимальной потери давления. Обычно рекомендуется, чтобы скорость воздуха в открытом поперечном сечении достигала 1,3 - 1,5 м/сек при закрытом цикле работы мельницы. Диафрагма представляет собой конструкцию с плавающими креплениями на кожухе мельницы. Такая система опоры гарантирует долгий срок службы и минимальное техобслуживание.

Бронеплиты со шлицами и пластины разгрузочной диафрагмы изготовляются из специальной стали, которая имеет высокую прочность на разлом и хорошую сопротивляемость износу, и твердость благодаря тонкой мартенситной структуре. Повышение эффективности работы установки составляет 10-20%.

обжиг портландцемент цех помол

1. Характеристика выпускаемой продукции

1.1 Характеристика сырья и выпускаемой продукции

Характеристика сырья.

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса.

К л и н к е р получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины, взятых в определенном соотношении. Клинкер является важнейшим компонентом портландцемента. От его качества зависят основные свойства портландцемента: прочность и скорость ее нарастания во времени, сопротивление действию агрессивных сред. Знание состава клинкера позволяет в значительной степени предопределить качество портландцемента как вяжущего вещества. Изменяя состав клинкера, можно получать портландцементы с определенными физическими и механическими свойствами.

Добавка г и п с а СаО₄ • 2Н₂О необходима для замедления сроков схватывания портландцемента, так как измельченный клинкер после затворения водой схватывается (загустевает) в течение нескольких минут. Это затрудняет изготовление изделий и конструкций на таком быстросхватывающемся цементе. Гипс вводится в портландцемент с таким расчетом, чтобы общее содержание ангидрида серной кислоты SО₃ в портландцементе было не менее 1,5 и не более 3,5% по весу. Более высокое содержание SО₃ может вызвать разрушение конструкций, изготовленных из такого портландцемента.

Для улучшения строительных свойств портландцемента при помоле смеси клинкера с гипсом в нее вводят активные минеральные добавки. Они повышают плотность, водостойкость и солестойкость затвердевшего портландцемента (цементного камня).

При твердении портландцемента происходит выделение гидрата окиси кальция Са (ОН)₂ в свободном состоянии. Это вещество, имея относительно высокую растворимость, может вымываться из цементного камня, понижая этим его прочность и долговечность в водных условиях. В воздушно-сухих условиях в результате выщелачивания Са (ОН)₂ на поверхности изделия появляются белые пятна, которые портят его внешний вид.

Гидравлические добавки взаимодействуют с гидратом окиси кальция, образуя нерастворимое в воде соединение - гидросиликат кальция, и этим предотвращают вымывание Са (ОН)₂ из отвердевшего цемента.

Содержание активных минеральных добавок в обыкновенном портландцементе не должно превышать 15% по весу. Если гидравлические добавки вводятся в количестве, большем чем 15%, то портландцемент приобретает дополнительное название в зависимости от вида добавки, а именно при введении природных добавок (трепела, диатомита, опоки и др.) - пуццолановый портландцемент, при использовании доменных гранулированных шлаков - шлакопортландцемент. Эти цементы обладают очень высокой водостойкостью и поэтому особенно ценны для гидротехнических сооружений, однако они твердеют медленнее портландцемента и имеют несколько пониженную прочность в ранние сроки твердения.

Клинкер представляет собой очень твердые спекшиеся зерна. Поэтому для его измельчения требуются значительные затраты энергии. Чтобы облегчить помол клинкера, в помольный агрегат вводят добавки - интенсификаторы помола - уголь, сажу, три-этаноламин и др. Содержание этих добавок в цементе не должно превышать 1% от веса цемента.

Таким образом, портландцемент по своему составу представляет сложную тщательно перемешанную однородную смесь измельченного клинкера, гипса, активных минеральных (гидравлических) добавок и интенсификаторов помола.

Качество цементного клинкера может быть охарактеризовано:

- содержанием отдельных окислов (химическим составом);

- численными значениями модулей, выражающих соотношения между количествами главнейших окисло, взятыми в процентах;

- микроструктурой клинкера, размерами и конфигурацией кристаллов минералов;

- содержанием основных клинкерных минералов.

Характеристика клинкера по численным значениям модулей дается на основании сведений о процентном содержании главных окислов в составе клинкера.

Первоначально для характеристики состава клинкера пользовались одним гидравлическим модулем (иначе называемым основным). Он выражает отношение количества связанной окиси кальция к количеству кислотных окислов

ОМ(m)=

Значение основного модуля ОМ, обозначаемого также буквой m, у современных цементных клинкеров колеблется в пределах 1,7—2,4. Однако характеристика качества клинкера только по показателю гидравлического модуля оказалась недостаточной, что потребовало введения еще двух модулей - силикатного и глиноземного.

Силикатный или кремнеземный модуль СМ (или n) показывает отношение между количеством кремнезема, вступившего в реакцию с другими окислами, и суммарным содержанием в клинкере глинозема и окиси железа

СМ(n) =

СМ определяет в цементе отношение между минералами-силикатами и минералами-плавнями (алюмоферритной и алюминатной составляющими клинкера). Его численное значение для обычного портландцемента колеблется в пределах 1,7—3,5, а для сульфатостойкого повышается до 4 и более.

Глиноземный или алюминатный модуль ГМ (или р) представляет собой отношение содержания (%) глинозема к содержанию (%) окиси железа:

ГМ (р) =

ГМ определяет в клинкере соотношение между трехкальциевым алюминатом СзА и железосодержащими соединениями. Значение этого модуля для обычных портландцементов находится в пределах 1—2,5. При прочих равных условиях при повышенном СМ сырьевая смесь трудно спекается, а цемент медленно схватывается и твердеет, но обладает высокой прочностью в отдаленные сроки. При малом значении ГМ портландцементы обладают повышенной стойкостью в минерализованных водах. Цементы с высоким ГМ быстро схватываются и твердеют, но имеют пониженную конечную прочность.

Кюль выдвинул понятие об «идеальном» клинкере, характеризующемся высокой прочностью и состоящем только из таких высокоосновных соединений, как ЗСаО * SiO₂, ЗСаО * А1₂O₃ и 2СаO Fе₂O₃. Отношения по массе между главными окислами в таком случае должны определяться по формуле

СаО = СН(2,8 * SiO₂+ 1,65 * А1₂O₃ + 0,7 Fе₂O₃).

В этой формуле Кюль ввел коэффициент СH, называемый «степенью насыщения» окисью кальция кислотных окислов. Позднее советские исследователи В. А. Кинд и В. Н. Юнг, принимая, что при обжиге клинкера в первую очередь образуются С₂S, СзА, С₄AF и СаSO₄ и лишь в последующем избыток окиси кальция начинает связываться с С₂S, давая С₃S, предложили свою формулу для оценки соотношения между главными окислами цементного клинкера:

КН =

Эта формула учитывает, что в клинкере может оказаться в несвязанном состоянии СаО, а также кремнезем. Коэффициент КН, называемый коэффициентом насыщения, показывает отношение количества окиси кальция в клинкере, фактически связанной с кремнеземом, к количеству ее, теоретически необходимому для немного связывания двуокиси кремния в трехкальциевый силикат.

При расчете сырьевых смесей пользуются упрощенной формулой коэффициента насыщения:

КН =

Портландцементный клинкер может иметь монадобластическую микроструктуру с четкой кристаллизацией алита и белита и равномерным распределением их в объеме клинкерных зерен. Клинкеры, характеризующиеся плохой кристаллизацией алита и белита и скоплениями полей нераскристаллизованных минералов, имеют микроструктуру, называемую гомеробластической. Из клинкеров монадобластической структуры при помоле получаются цементы более высокой активности (на 10 12 МПа) по сравнению с цементами из гомеробластических клинкеров даже при одинаковом химическом составе.

Характеристику клинкера по минералогическому составу устанавливают, определяя процентное содержание в нем основных клинкерных минералов: С₃S (алита), С₂S (белита), СзА и С₄AF – главных носителей вяжущих свойств портландцемента. Содержание их в клинкере можно определить экспериментальными методами (петрографическим, термографическим, рентгенографическим и др.), а также рассчитать по данным химического анализа. Современные экспериментальные способы дают более точные результаты, чем расчетный, однако последний достаточно широко используют для приближенного определения содержания в клинкере основных минералов.

Минералогический состав обычных портландцементных клинкеров колеблется в пределах:

С₃S = 45-60%; С₂S = 20 - 30%; СзА = 3 - 15%; С₄AF = 10 - 20%.

Характеристика выпускаемой продукции

Глубокое понимание свойств портландцемента и требований, предъявляемых к нему, а также проектирование и выбор клинкера определенного минералогического состава возможны только при знании процессов, протекающих при формировании цементного камня из цементного порошка.

Цемент, затворенный водой и перемешанный с ней, образует пластичное цементное тесто. Это тесто постепенно загустевает и переходит в камнеподобное состояние. Превращение порошка цемента в цементный камень с переходом через стадию образования пластичного цементного теста определяется физико-химическими процессами, происходящими между цементом и водой.

Клинкерные минералы, входящие в состав цементного зерна, и гипс, взаимодействуя с водой, образуют новые соединения- гидраты.

Реакции между порошком цемента и водой протекают в такой последовательности.

Вскоре после затворения цемента жидкая фаза цементного теста из-за ограниченной растворимости клинкерных минералов превращается в насыщенный раствор.

Дальнейшая гидратация вызывает пересыщение раствора. Пересыщенные растворы в обычных условиях существовать не могут, из них начинает выпадать растворенное вещество в виде мельчайших частиц, в данном случае выпадают гидраты клинкерных минералов. Эти частицы обладают клеящей способностью, которая передается цементному тесту. В результате оно хорошо прилипает к различным телам и склеивает их.

Вследствие поглощения воды клинкерными минералами при их гидратации содержание свободной воды в цементном тесте уменьшается. Цементное тесто начинает загустеватъ (упрочняться), теряя клеящую способность и пластичные свойства.

Период, в течение которого цементное тесто приобретает некоторую прочность, называют временем схватывания. В зависимости от величины этой прочности различают начало и конец схватывания цементного теста. В конце схватывания оно представляет собой камнеподобное вещество.

Дальнейшее приобретение прочности цементным камнем вызывается кристаллизацией продуктов гидратации. Образующиеся при этом кристаллические сростки пронизывают цементный камень во всех направлениях и как бы армируют его, обеспечивая высокую прочность.

Скорость твердения цемента зависит от скорости растворения клинкерных минералов и скорости и характера кристаллизации продуктов гидратации.

Скорость растворения клинкерных минералов различна. Быстрее всех растворяется трехкальциевый алюминат, затем - четы-рехкалыщевый алюмоферрит и трехкальциевый силикат и значительно медленнее других - двухкальциевый силикат. Если учесть, что клинкер в основном состоит из силикатов кальция, то становится очевидным, что цементы с высоким содержанием трех-кальциевого силиката твердеют значительно быстрее цементов с высоким содержанием двухкальциевого силиката.

Скорость растворения цементного порошка и всех последующих процессов твердения цемента зависит также от тонкости помола цемента. Чем мельче зерна, тем большей оказывается их поверхность в одном и том же количестве цемента. А так как взаимодействие начинается с поверхности, то при более тонком помоле цемента ускоряется взаимодействие его с водой.

Твердение цемента вначале протекает сравнительно быстро, а затем все более и более замедляется. Происходит это в результате образования на поверхности цементных зерен плотных пленок гидратов. Эти пленки затрудняют доступ воды во внутренние "свежие" части зерна и тормозят дальнейшую гидратацию.

Области применения портландцемента.

Портландцемент широко применяют в производстве сборных бетонных и железобетонных конструкций и изделий, в частности изготовляемых с использованием тепловлажностной обработки.

Описание технологического процесса обжига портландцемента.

Для обжига клинкера при мокром способе производства применяют только 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 1000-3000т клинкера в сутки.

Барабан печи устанавливают с уклоном в 3-4°. Шлам подают с поднятой стороны печи - холодного конца, а топливо в виде газа, угольной 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 1500° С, газов - до 1700° 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, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура газа вдоль печи снижается с 1700 до 150-200° С.

Из лечи 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.

2.Технологическая часть