Технология получения цемента по замкнутому циклу
Помол в замкнутом цикле
Помол клинкера — важный технологический процесс, один из наиболее энергоемких в цементном производстве. Многие свойства цемента (активность, интенсивность нарастания прочности, морозостойкость и др.) зависят не только от химического и фазового состава клинкера, но и от тонкости помола.
Клинкер и добавки измельчают в трубных мельницах открытого и замкнутого цикла.
1. Одностадийный в открытом цикле (если не требуется высокой уд. поверхности)
2. Двухстадийный в открытом цикле (напр, при получении шлакоПЦ: клинкер грубо молят в короткой мельнице, затем крупку и шлак – во второй мельнице)
4. Двухстадийный в замкнутом цикле (сепарация после первой и второй мельниц)
На последних стадия измельчения в мельнице развивается высокая температура (до 150-160 оС), производительность падает. Для снижения температуры можно впрыскивать воздушно-водяную смесь (не более 1,5% массы цемента. Могут вводиться ПАВ.
Трубные мельницы сравнительно просты по конструкции, удобны в эксплуатации, обеспечивают высокую степень измельчения, поддаются автоматизации. Однако они имеют существенные недостатки: малы скорости воздействия мелющих тел на материал, в работе измельчения участвует только часть мелющих тел; рабочее пространство барабана используется всего на 35—45%; высокий удельный расход электроэнергии (35— 40 кВт ч/т цемента); значительный износ мелющих тел и футеровки (1—1,2 кг/т цементного клинкера); большая металлоемкость, высокий шум при работе. При этом удельная производительность составляет около 0,1 т/ч на 1 т массы мельницы, к. п. д. 0,005—0,01.
Мельницы загружают мелющими телами на 28—35% их объема. Массу и ассортимент мелющих тел подбирают путем испытаний мельницы, при которых проверяют ее производительность и тонкость помола в отдельных камерах. Износ мелющих тел возмещают периодической догрузкой их через определенные промежутки времени (не реже чем через 100 ч работы). Через длительный срок работы (не реже чем через 1800 — 2000 ч) мелющие тела полностью заменяют. Способность материалов к измельчению оценивается коэффициентом размолоспособности, представляющим собой отношение удельного расхода энергии при измельчении эталонного материала к удельному расходу энергии на измельчение сопоставляемого с ним материала при одинаковой степени их измельчения. Обычно эталоном служит цементный клинкер средней размалываемости, коэффициент размолоспособности которого принимается за единицу. Коэффициент размолоспособности для известняка 1,2—1,8; для доменного шлака (гранул) 0,8—1,1; для сухой глины 1,5—2.
На рисунке показана трубная мельница 2х10,5 с центральным приводом. Барабан 3, установленный в подшипниках 2, приводится во вращение двигателем 9 через редуктор 7 и промежуточный вал 6. Материал подается в барабан по загрузочному устройству 1, а готовый продукт выводится при помощи разгрузочного устройства 5. В средней части барабана размещена разгрузочно-загрузочная межкамерная секция. Мельница снабжена системой централизованной смазки 10 для обслуживания редуктора и подшипников барабана. Для ремонтных работ мельница имеет вспомогательный привод 8. Для понижения температуры и снятия статического электричества, возникающего во второй камере при истирании клинкера с добавками, в мельницу вводится вода из установки 11, состоящей из насоса, распределительной системы, трубопроводов и форсунки.
Помол происходит в следующей последовательности:
Материал подается в загрузочную воронку 1 и далее через питатель 2 и полый шнек 3, расположенный в полой цапфе 4, поступает в первую камеру барабана. Измельчаемый материал постепенно, продвигается через первую камеру с шарами, к межкамерной перегородке 5 и через щели в ней и при помощи элеваторных лопастей поднимается и ссыпается на конус 6, который направляет его во вторую камеру с цельпебсами. При необходимости часть материала может быть направлена снова в первую камеру. По мере измельчения материал выходит из мельницы через щели в торцевой решетке 7 и при помощи лопастей 8 и конуса 9 направляется в трубошнек 10. Шнек подает материал в патрубок 11, из которого он, просыпаясь через окна 12, попадает на сито 13. Раздробленные мелющие тела задерживаются на сите и затем отводятся по патрубку 15, а готовый продукт через патрубок 14 направляется на склад. Такой цикл работы называется открытым, а сама мельница называется проходной.
При вращении мельницы мелющие тела, прижимаемые центробежной силой инерции к стенкам барабана, поднимаются на некоторую высоту. Под действием силы тяжести, преодолевающую вертикальную составляющую силы инерции, вызываемой ею силы трения мелющие тела падают на слой материала, дробят его и частично истирают. Цильпебсы продолжают измельчение мелкодробленого материала истиранием.
Барабан мельницы сварной, выполнен из листовой стали М16С. Внутренняя поверхность барабана футерована броневыми плитами из износостойкой легированной стали со звукоизолирующей прокладкой. Первая камера футерована каблучковыми плитами, а вторая − ступенчатыми или волнистыми плитами. В некоторых случаях допускается применять специальную резиновую футеровку.
Внутри барабана посредине установлено разгрузочно-погрузочное устройство, представляющее собой систему перегородок, образующих две полости – разгрузочную и загрузочную. Первая полость имеет в стенках барабана разгрузочные окна. Вторая полость оборудована системой направляющих лопаток и загрузочным конусом. При работе мельницы по открытому циклу разгрузочные окна закрывают специальными крышками
Мельница имеет центральный привод, ведущий вал которого присоединен к выходной цапфе. Электродвигатель и редуктор вынесены в отдельное помещение, чтобы свести к минимуму попадание в них пыли.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТА ПО ОТКРЫТОМУ И ЗАМКНУТОМУ ЦИКЛУ
Измельчение цементного клинкера на современных цементных заводах производится преимущественно с использованием шаровых мельниц.
В основном используются следующие технологические схемы: помол клинкера по открытому циклу и помол в замкнутом цикле с последующей классификацией получаемого материала.
Технологическая схема по открытому циклу объективно считается устаревшей, хотя на отечественных цементных заводах еще используется достаточно широко.
Трубные шаровые мельницы с открытым циклом измельчения в производстве цемента применяют как для помола сырьевых материалов, так и для окончательного помола цементного клинкера.
Работая в режиме повышенного энергопотребления, имея впечатляющие габаритные размеры и производительность, качество портландцемента, получаемого с использованием трубных мельниц, оставляет желать лучшего.
Помол замкнутым циклом [c.257]
Работа мельницы по замкнутому циклу обеспечивает получение материала постоянного качества. В нем отсутствуют крупные зерна, что неизбежно при открытом цикле помола. Замкнутый цикл способствует повышению производительности мельницы, так как из нее удаляются мельчайшие частицы, которые в противном случае, налипая на мелющие тела, умень- [c.99]
Значительным достижением в размольной технике является переход к помолу в замкнутом цикле установки обычно работают с применением горячего воздуха или инертных газов. В США разработано несколько стандартных вариантов таких измельчителей применительно к различным отраслям. Измельчение осуществляется обычно двояко по сухому способу и мокрому (рис. 12). При сухом измельчении оптимальная скорость вращения составляет обычно 65—70% от критической скорости, при мокром — 75—80%) Метод мокрого измельчения обеспечивает более тонкий помол продукта, поэтому ему отдают предпочтение в случаях, когда его применение допустимо технологическими требованиями. При сухом измельчении потребление электроэнергии обычно в 1,33 раза больше, чем при мокром. [c.26]
Рассмотренные промышленные схемы измельчения материалов показывают, что в зависимости от требуемой степени измельчения, тонины помола конечного продукта и применяемого измельчающего оборудования процесс измельчения можно осуществлять в одну или несколько ступеней. Каждая ступень состоит из измельчителя, классификатора (грохота, сепаратора), питающего и транспортирующего устройств. Процесс измельчения осуществляют в открытом цикле, когда материал после измельчителя не возвращается в него, или в замкнутом цикле с классификатором. В этом случае в классификаторе из измельченного материала отбирается целевая фракция, а более крупные частицы возвращают в измельчитель на доизмельчение. [c.21]
В рассмотренной схеме измельчитель работает в замкнутом цикле с сепаратором. При работе по такой схеме достигается высокая тонина помола при интенсивной циркуляции материала. Иногда эта циркуляция достигает десятикратной производительности установки. [c.225]
В хим, пром-сти отстойники применяют для отделения значит, части жидкой фазы суспензий перед фильтрацией, для промывки осадков методом декантации, улавливания из сточных вод ценных или вредных продуктов, для разделения по крупности зерен твердой фазы суспензий при мокром помоле и замкнутом цикле, для отделения примесей или крупных зерен при отмучивании дисперсных систем. [c.415]
Основное применение находят при помоле глинозема, диатомита и др. Производительность мельниц непрерывного действия — до 150 кг/ч. При сухом способе помола измельченный материал выводится из барабана потоком воздуха, поступающим со стороны питающей цапфы. Мельница работает в замкнутом цикле с сепаратором, в котором происходит разделение зерен на классы. Грубые классы зерен возвращаются в мельницу, а тонкие выносятся в циклон, где отделяются от воздуха. [c.216]
Дисковый истиратель (рис. 27-3), а также мокрый помол в шаровой мельнице в замкнутом цикле со спиральным классификатором используют для демонстрации процесса измельчения. [c.220]
Поскольку производительность мельницы пропорциональна ее диаметру в степени 2,5—2,6 и длине в степени 1, а прирост уд ельной поверхности с длиной мельницы связан линейно, длина мельницы должна быть минимальной и определяться необходимым временем пребывания в ней материала, обеспечивающим нужную тонкость помола. При замкнутом цикле измельчения время пребывания материала в мельнице связано также со степенью циркуляции. Поэтому для открытого цикла проектируют мельницы 1=10—15 м, для закрытого — более короткие. Время пребывания измельчаемого материала в трубной мельнице можно оценить по его скорости продвижения по мельнице, обычно близкой к 0,5—0,8 м/мин. Так, в мельнице 0 = 3,0 м и =14 м при измельчении клинкера эта скорость равна 0,8 м/мии. Таким образом, измельченный материал при открытом цикле находится в мельнице 15—20 мин. [c.314]
Важным параметром мельниц, работающих в установках замкнутого цикла, является отношение длины мельницы к ее диаметру L/D. Величина LID связана с циркуляционной нагрузкой и, следовательно, компоновкой установки в целом. При L/D=2—2,5 для обеспечения заданной тонкости приходится использовать высокую циркуляционную нагрузку — 300—600%. При получении повышенной тонкости помола применяют мельницы с L D = 3—3,5, что позволяет заметно уменьшить циркуляционную нагрузку до 150—200% и снизить нагрузку на транспортные устройства. По данным НИИЦемента, по эффективности измельчения (5/5уд, кВт-ч/см ) в схемах замкнутого цикла наиболее экономичным при размоле до уд = 350 м /кг является использование мельниц с соотношением LID=4. [c.323]
Для процессов дробления и помола в промышленность должны быть внедрены новые более современные конструкции дробилок ударно-отражательного действия сепараторные мельницы для одновременной сушки и помола сырья мельницы, работающие по открытому и замкнутому циклу производительностью, в два раза превышающей производительность ныне применяемых мельниц, весовые дозаторы, обеспыливающие аппараты и др. Для доставки сырья с карьера на завод намечено широкое применение ленточных транспортеров или гидротранспорта вместо рельсового транспорта. [c.13]
Помол романцемента осуществляется по двум схемам без рассева измельченного материала (открытый цикл) и с рассевом (замкнутый цикл). При схеме рассева крупные фракции отделяются и подвергаются вторичному измельчению. Качество продукции в этом случае выше возрастает и производительность помольных аппаратов. [c.113]
Помол сырьевых материалов может осуществляться в мельницах, работающих по открытому или замкнутому циклам. [c.157]
Как показали результаты испытаний, применение схем помола сырья в замкнутом цикле с вибрационными грохотами повышает производительность сырьевых мельниц, снижает удельный расход электроэнергии на 1 т цемента. Введение в схему размола виброгрохотов не требует установки сгустителей. [c.165]
Использование замкнутого цикла помола в коротких шаровых мельницах с классификаторами позволяет повысить производительность всей помольной установки. Удельный расход электроэнергии составляет 14—15 квт-час. [c.166]
При сухом помоле центральную разгрузку осуществляют пневматическим способом в замкнутом цикле с воздушным сепаратором. Например, при помоле фосфоритной руды (рнс. 6.26) предварительно измельченная руда из бункера 3 питателем 2 подается в шаровой измельчитель 1 сухого помола. В измельчитель по трубе от вентилятора 10 подается воздух, который через цапфу барабана выносит частицы измельченной форсфоритпой руды в сепаратор 5. В последнем отделяются более крупные частицы н но трубе 4 возвращаются в измельчитель на повторный помол, а мелкие частицы с газовым потоком направляются в циклон 7. Очищенный воздух засасывается вентилятором и частично возвращается в цикл, а товарная фракция пшеком 8 направляется в приемник продукта 9. Часть воздуха после очистки в рукавном фильтре 6 выпускается в атмосферу. [c.186]
Вибрационные мельницы используют для сухого и мокрого помола, причем в последнем случае степень заполнения корпуса не превышает 0,75. Мельницы работают периодическим и непрерывным способом, непрерывнодействующие вибрационные мельницы работают в замкнутом цикле с воздушным сепаратором. [c.78]
Сульфатная схема. Для приготовления шихты концентрат сподумена (4—6% Ь1зО) смешивают с техническим K2SO4 в отношении 1 (0,6 1,0), уточняемом составом исходного сырья. Смешение может совмещаться с мокрым измельчением (до 0,8 мм более тонкий помол не вызывается необходимостью) при использовании оборотных промывных растворов. Измельчают в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле с классификатором. После фильтрования слива классификатора шихта поступает на спекание. Спекают во вращающихся печах с внутренним обогревом, работающих на газе или жидком топ- [c.53]
Наилучшие показатели по качеству продукта, производительности измельчителя и энергетич. затратам достигаются в случае И.взамкнутом цикле с непрерывным отбором тонкой фракции. Тонкое дробление (или помол) производят, как правило, в замкнутом цикле И.-классификация . В нем материал с размерами кусков больше допустимого предела многократно возвращается в машину на доизмель-чение, а целевая фракция отбирается в результате послед, классификации с помощью 1) грохотов (см. Грохочение) при дроблении, 2) гидравлических (см. Классификация гидравлическая) либо воздушных (см. Сепарация воздушная) сепараторов соотв. при сухом и мокром помоле. При содержании в исходном материале не менее 30-40% требуемого тонкого продукта И. в открытом или замкнутом цикле проводят с предварит, классификацией сырья. При высокой степени И. резко возрастает расход энергии. С целью его снижения процесс осуществляют в неск. стадий (обычно в две, реже в три), направляя материал в установленные последовательно дробилки или мельтшы для грубого, среднего и тонкого И. [c.180]
Руду дробят до частиц размером 10 мм в молотковых дробилках. Мокрое измельчение руды до частиц размером 0,5 ым осуществляют в стержневых мельницах, работающих в замкнутом цикле с гидроциклинами. Для обеспечения требуемой тонины помола в мелышце соблюдают соотношение ж т = 0,9—Ь Готовая суспензия поступает в механические флотационные машины осноЕкрй флотации. Сюда же перед флотацией подают водный 3%-иый раствор кремневой кислоты и водный 0,25%-ный раствор полиакриламида для депрессии глинистых шламов. В качестве собирателей пенообразователей используют жирные кислоты С —Сэ. Для достижения pH суспензии в пределах 6,5—7,0 добавляют 10%-ный раствор NaOH. [c.303]
На комбинате в отделение переработки поступает отсепарированный кусковый шлак размером 150-200 мм. Первичная его дезинтеграция осуществляется в шаровой мельнице. Полученная фракция 25 мм отделяется и тарельчатым питателем подается в- мельницу тонкого помола, работающую в замкнутом цикле с воздушным сепаратором. Частицы крупностью менее 2 мм попадают в циклон, из которого подаются в силосный склад, а из него — в бункера упаковочных машин. Коэффициент замены шлаком суперфосфата равен 0,80. [c.186]
Опыт эксплуатации на многих предприятиях (Ков-дорский ГОК, Михайловский ГОК, Учалинский ГОК, комбинат Апатит , ГМК Печенганикель , Алмалык-ский ГМК (Узбекистан), СП Эрдэнэт (Монголия)) позволил установить, что применение новых конструкций дробилок и модернизация технологий дробления позволяют увеличить производительность по переработке руды на 12-15 % или использовать образующийся резерв мощности в циклах измельчения для более тонкого помола руды с последующим повышением качества концентрата. При этом крупность дробленой руды перед измельчением может быть снижена до 16-18 мм, а в замкнутом цикле мелкого дробления — до 12 мм. [c.747]
Свойства отдельных классов крупности угольных шихт во многом определяют условия получения из них качественного кокса. В углях и шихтах, измельченных в одноразовом открытом цикле (схемы ДШ, ДК, ГДК и ДЦК), наблюдаются определенные тенденции распределения угольного материала по крупности. Наиболее зольными, как правило, являются относительно крупные классы. Содержание витринита чаще всего уменьшается от мелких классов к крупным, соответственно этому изменяются показатели спекаемости. При повышении помола зольность крупных классов увеличивается. Однако применение схем избирательного дробления, особенно с замкнутыми циклами при тонком измельченш выделяемого слабоспекающегося материала, позволяет выровнять свойства классов, снизить [c.469]
Мокрый помол в шаровой мельнице (рис. 27-4) в замкнутом цикле со спиральным классификатором осуществляют следующим образом сухой исходный материал загружают в бункер 1, находящийся над шаровой мельницей. Из бункера I материал через тарельчатый питатель 2 поступает в кожух улитки 3. Из кожуха материал непрерывно черпается улиткой шаровой мельницы 4. Из последней измельченный материал поступает в сггиральный классификатор 5, из которого водная суспензия с тонким продуктом переливается в бак 6, а грубая — спиральными витками поднимается из классификатора вверх и подается обратно в кожух улитки. [c.220]
При двухстадийной схеме на первой стадии осуществляют тонкое дробление, а на второй — тонкое измельчение в коротких трубных мельницах = 6—8 м. На первой стадии устанавливают стержневую мельницу и подают в нее глиняный шлам, кусковой известняк и воду. Мельница, выдает продукт размером 0,5—1,5 мм, не содержащий мелких фракций. Стержневые мельницы выдают шлам хорошей текучести, поэтому они работают как переливные. Они имеют высокую производительность и способны работать в паре с трубными высокопроизводительными мельницами большого диаметра. Выпускают стержнев )1е мельницы D до 4 м, загружаемые стержнями d АО 120 мм. В последнее время для тонкого дробления стали применять мельницы самоизмельчения, приспособленные для мокрого способа производства. Такие мельницы работают либо в открытом цикле с последующим доизмельчением в мельнице тонкого помола, либо в замкнутом цикле с грохотом. Выбор схемы определяется свойствами сырья. [c.165]
Производительность трубных шаровых мельниц зависит от типа и конструкции мельницы, крупности исходного и конечного продукта, размолоспособности материалов, формы футеровки, степени заполнения мельницы дробящей средой (шарами и цилпебсом), крупности, формы и твердости мелющих тел, числа оборотов мельницы, эффективности работы классифицирующего устройства (при замкнутом цикле), установки междукамерных перегородок и конструкции решеток в них, состояния аспирационной (отсасывающей) системы и обеспыливающей установки, применения интенсификаторов помола и т. д. [c.159]
Необходимо отметить, что при помоле сырья в замкнутом цикле получается более равномерный зерновой состав сырьевой смеси. В свою очередь, равномерный зерновой состав сырьевой смеси и отсутствие крупных фракций улучшает процесс обжига, уменьшает кольцеобразование в печах. Клинкер в этом случае [c.166]
На рис. 42 представлена схема работы мельницы для одновременной сушки и помола угля. Так как помол и сушка сырья замкнутым циклом в шаровых сепараторных мельницах имеют значительные преимущества, этот тип мельницы рекомендуется и для помола сырья сухим способом. Гипроцемент предлагает применять двухкамерные сепараторные мельницы размером 3,2 х 3,5 м и производительностью 45—50 т1час. [c.188]
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:
- Механические процессы по добыче и переработке сырьевых материалов (измельчение, перемешивание, корректировка) с получением сырьевой смеси для ее последующего обжига.
- Термический процесс обжига сырьевой смеси в печных агрегатах с получением клинкера – основного компонента для производства цемента.
- 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.
Третья стадия. Помол цемента.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.
Любое строительство или ремонтные работы невозможны без использования универсального строительного материала – цемента разных видов и марок. Мы настолько привыкли к этому продукту, что даже не задумываемся над проблемой, а как делают цемент. Можно ли его можно изготовить в домашних условиях и не переплачивать?
Содержание Свернуть
Состав цемента
Цемент получается при длительном дроблении клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.
При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4·2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.
Производство цемента на заводах
На данный момент времени производителями цемента используются три технологии производства связующего:
- Мокрый способ.
- Сухой способ.
- Комбинированный метод.
Стоит заметить что «сухую» технологию используют зарубежные производители цемента: Египет, Турция и Китай. «Мокрая» же технология традиционно используется отечественными цементными заводами.
циклы производства цемента
Сухой способ
Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.
Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.
Мокрый способ
Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.
Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.
Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при мокром варианте.
Комбинированные способы
Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.
В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.
Как делают белый цемент
Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.
Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).
В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими компаниями: «Холсим» (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).
Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.
Заключение
Теперь вы знаете, как делают цемент на заводе в общем случае. Информацию как правильно делать цемент во всех подробностях, цифрах, схемах, таблицах и других тонкостях смотрите в специальной литературе.
Читайте также: