Так называемые «мокрая» и «сухая» технология производства цемента являются самыми распространенными способами получения этого незаменимого строительного материала.
Российские цементные заводы используют преимущественно «мокрый» метод, в то же время практически все зарубежные производители связующего работают по «сухой технологии».
Отличия мокрой технологии производства цемента от сухой
Обе технологии имеют свои преимущества и свои недостатки. Основной недостаток, которым отличается мокрый способ производства цемента – значительная энергоемкость процесса, отражающаяся на себестоимости конечного продукта. Сухая технология отличается большей экологической опасностью и соответственно большими капитальными затратами на устранение данного фактора. Рассмотрим оба способа производства цемента подробнее.
«Мокрая» технология производства связующего
Технологическая схема мокрого способа предусматривает раздельную первичную обработку компонентов клинкера. Измельченные «ингредиенты» загружаются в специальное оборудование для кратковременной выдержки под слоем воды. После этого компоненты клинкера, мокрыми, попадают в специальные мельницы, где их перемалывают до состояния порошка и тщательно перемешивают.
Подготовленный таким образом шлам подается в вертикальные и горизонтальные «шлюмбассейны» на корректировку необходимого соотношения «ингредиентов». Следующей технологической операцией идет печной обжиг откорректированного шлама и охлаждение промышленными холодильными установками. Полученный таким образом клинкер измельчается до мелкодисперсного порошка – цемента. Далее производятся: лабораторный анализ на соответствие цемента требованиям ГОСТ, фасовка и отправка потребителю.
Преимущества «мокрой» технологии
- Меньшие технологические затраты на измельчение сырья. Такие компоненты как мел и глина хорошо размокают в воде при первичной обработке в бассейнах. Соответственно процесс их измельчения происходит намного проще и легче;
- Транспортировка, усреднение и корректировка шлама происходит проще и экологически безопаснее, чем аналогичные операции при сухой технологии;
- В разы меньшее пылеобразование;
- Конструкция печей обжига шлама проста, надежна и имеет высокий Коэффициент Использования пространства – от 0,89 до 0,91;
- Имеется принципиальная возможность использовать сырьевые компоненты «пестрого» химсостава и хорошей гомогенизации шлама.
Недостатки
- Большой удельный расход тепловой энергии на обжиг сырья для производства цемента. Сырье поступающее на обжиг, имеет среднюю влажность 35-45%. Соответственно для испарения влаги и прогрев компонентов требуется порядка 5 450-6 800 кДж/кг тепловой энергии или 35% тепловой мощности печи. Поэтому часть обжиговой печи работает как сушильный агрегат со всеми вытекающими «неприятностями»;
- Высокая материалоемкость обжиговых печей при небольшой производительности.
Указанные недостатки выливаются в относительно низкую производительность труда, значительные технологические и эксплуатационные расходы, обуславливающие относительно высокую себестоимость производства.
«Сухая» технология производства связующего
В этом случае основное производственно-технологическое оборудование аналогично мокрому способу. Изменения заключаются в принципиально иной технологической схеме производства клинкера. После предварительного измельчения компоненты клинкера подаются в сушильные барабаны, причем каждый компонент подается в отдельный барабан. После сушки «ингредиенты» перемешиваются и поступают в общую мельницу для дальнейшего измельчения и ввода присадок.
Следующая операция обусловлена видом и влажностью глины. Все остальные компоненты корректируются по указанным параметрам глины. Суть операции заключается в незначительном увлажнении (не более 13% влажности) шлама и последующую подачу на обжиг. Соответственно небольшой влажности энергетические затраты на обжиг небольшие, а печи менее металлоемки и менее габаритны. Операции, следующие после обжига шлама, аналогичны предыдущему способу производства цемента.
Преимущества «сухой» технологии
- Относительно невысокий удельный расход тепловой энергии расходуемой на обжиг клинкера – 2 900-3 700 кДж/кг;
- Меньший на 30-40% объем печных газов при аналогичной производительности и возможность их вторичного использования для сушки компонентов. Это позволяет существенно снизить энергозатраты на производство клинкера и требует меньших капиталовложений на обеспыливание;
- Относительно меньшая металлоемкость обжиговых печей при большей производительности по сравнению с «мокрой» технологией. Производственная мощность печей при «сухом» способе – от 3 000 до 5 000 тонн продукта в сутки, что на 100-200% мощнее аналогичного оборудования работающего по «мокрой» технологии;
- Отсутствует необходимость в наличии мощных источников технологической воды.
Производство портландцемента осуществляется преимущественно мокрым или сухим способами в зависимости от приготовления сырьевой смеси.
Сырье для производства портландцемента должно содержать 75…78% СaCO3 и 22…25% глинистого вещества. В качестве сырья для производства портландцемента применяют известняки с высоким содержанием углекислого кальция (мел, мергели, плотный известняк) и глинистые породы (глины, глинистые сланцы), содержащие SiO2, Al2O3 и Fe2O3. В среднем на 1 т цемента расходуется около 1,5 т минерального сырья; примерное соотношение между карбонатным и глинистым составляющими сырьевой смеси 3:1 (то есть берется около 75% известняка и 25% глины).
Горные породы, удовлетворяющие указанным требованиям, в природе встречаются редко. Поэтому для производства портландцемента кроме известняков и глин применяют так называемые корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси.
Так, недостаточное количество SiO2 компенсируется введением высококремнеземистых веществ (опоки, диатомита, трепела). Увеличить содержание оксидов железа(Fe2O3) можно путем введения колчеданных огарков или руды. Повышение содержания глинозема Аl2О3 достигается добавлением высокоглиноземистых глин. Введенные в сырьевую смесь добавки корректируют химический состав сырьевой массы, регулируют температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера.
Для производства портландцемента все шире используют побочные продукты промышленности. Весьма ценным сырьем являются доменные шлаки, содержащие необходимые для получения клинкера составные части (СаО, Si02, Аl2Оз, Fе2Oз). Нефелиновый шлам, получающийся при производстве глинозема, содержит 25 - 30% Si02 и 50 - 55% СаО; достаточно к нему добавить 15 - 20% известняка, чтобы получить сырьевую смесь. Использование нефелинового шлама повышает производительность печей примерно на 20% и снижает расход топлива на 20 - 25%.
Основной и наиболее эффективный вид топлива - природный газ, отличающийся высокой теплотворной способностью. Сокращается применение мазута и твердого топлива, приготовляемого в специальных установках для сушки и помола угля (антрацита, каменного угля). Теплотворная способность твердого топлива ниже, чем газообразного; углевоздушные смеси подвержены взрывам; зольность углей 10 - 20%, и зола, попадая в обжигаемую сырьевую смесь, искажает расчетный минеральный состав клинкера. Стоимость топлива составляет до 25% себестоимости готового цемента, поэтому на цементных заводах много внимания уделяется его экономии.
Подготовка сырья.
Производство портландцемента - сложный технологический и энергоемкий процесс, включающий:
1) добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов, известняка и глины;
2) приготовление сырьевой смеси;
3) обжиг сырьевой смеси до спекания - получение клинкера;
4) помол клинкера с добавкой гипса - получение портландцемента;
5) магазинирование готового продукта.
Обеспечению заданного состава и качества клинкера подчинены все технологические операции. Приготовление сырьевой смеси состоит в тонком измельчании и смешении взятых в установленном соотношении компонентов, что обеспечивает полноту прохождения химических реакций между ними и однородность клинкера. Приготовление сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбинированным способами.
При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся печах; при сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде. В последнее время все шире начинает применяться комбинированный способ приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.
Каждый из способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов и быстро достигается однородность смеси, но расход топлива на обжиг смеси в 1,5…2 раза больше, чем при сухом способе. Развитие сухого способа длительное время ограничивалось вследствие низкого качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике помола и гомогенизации сухих смесей обеспечили качество портландцемента.
В настоящее время получает всемирное развитие сухой способ производства цемента с печами, оборудованными циклонными теплообменниками и реакторами-декарбонизаторами (рисунок-1). Производительность технологической линии с печью 4,5×80 м, циклонными теплообменниками и реактором-декарбонизатором составляет 3000 т клинкера в сутки.
При этом способе производства цемента расход топлива снижается на 30…40% по сравнению с мокрым, а металлоемкость печных агрегатов - в 2,5…3 раза. Намечается также освоение технологии и строительство цементных заводов с реактором-декарбонизатором с печами 5× ×100 м производительностью 5000 т клинкера в сутки.
◊ Сухой способ
Производство цемента по сухому способу экономичнее, чем по мокрому: отсутствует процесс образования шлама; можно совместить отдельные звенья технологической схемы в одном агрегате - мельницы самоизмельчения «Аэрофол», усреднительные склады, мельницы помола сырьевых материалов с подсушкой и др.
При сухом способе (рисунок-1) поступающие на завод сырьевые материалы в виде мергеля, известняка и глины подвергают дроблению в дробилках типа С-776 до зерен крупностью 2,5 мм (глинистый материал дробят в агрегатах с одновременной его сушкой). Приготовленный дробленый сырьевой материал ленточными транспортерами подают на склад сырья, где сырьевые компоненты усредняют (с помощью усреднительных машин) до установленного норматива по химическому составу и подают далее в бункера мельниц.
Рисунок-1. Технологическая схема производства цемента по сухому способу:
1-экскаватор; 2-самоходная дробилка; 3-роторная машина; 4-кран-перегружатель; 5-вагоно-опрокидыватель;6-приемные бункера сырья;7-дозирующее и транспортирующее устройство; 8-мельница предварительного измельчения «Аэрофол»;9-сепаратор;10-трубная мельница;11-топка; 12-циклон; 13-мельничный вентилятор; 14-кондиционер; 15-электрофильтр;16-аспирационный вентилятор; 17-дымовая труба; 18-механизм уборки пыли; 19-пневмокамерные насосы;20-корректирующие силосы; 21-расходные силосы; 22-расходный бункер постоянного уровня; 23-дозатор по массе; 24-пневмоподъемник; 25-рукавный фильтр; 26-циклонные теплообменники; 27-вращающаяся печь; 28-колосниковый холодильник; 29-вентилятор острого дутья; 30-вентилятор двойного подсоса;31-вентилятор общего дутья; 32-дробилка клинкера; 33-конвейер клинкера; 34-силосы; 35-регулировочный шибер; 36-дымосос; 37-вентилятор; 38-дозатор по массе; 39-конвейер; 40-трубная мельница; 41-элеватор; 42-сепаратор; 43-рукавный фильтр; 44-вагон -цементовоз;45-автоцементовоз; 46-весы; 47-цементный силос
Из последних сырьевые компоненты вместе с добавками через дозаторы по массе поступают в приемные устройства помольных агрегатов, где их измельчают до требуемой тонины, подсушивают за счет тепла отходящих газов из вращающихся печей и подвергают сепарации.
Измельченный в мельнице материал выгружают потоком газов через циклоны-разгружатели с помощью мельничного вентилятора. Далее мука поступает в коррекционные силосы, где она гомогенизируется и перегружается в расходные силосы.
Из силосов сырьевую смесь подают пневмоподъемниками в загрузочное устройство, оснащенное дозаторами по массе, и далее в циклонные теплообменники вращающейся печи. В теплообменниках сырьевая смесь нагревается встречными горячими газами вращающейся печи до температуры 750…800°С и частично декарбонизуется, после чего поступает в печь на обжиг.
Обжиг клинкера при сухом способе производства осуществляется во вращающихся печах с циклонными теплообменниками, состоящими обычно из четырех последовательно соединенных циклонов, через которые направляются отходящие из печи газы; навстречу газам сверху вниз через циклоны поступает сухая измельченная сырьевая шихта; за 25…30 с она нагревается до 750…800°С и декарбонизуется на 30…40%. Такая современная печь имеет производительность 3000 т/с при удельном расходе тепла 3,2…3,4 МДж/кг клинкера.
Техническим прогрессом является введение в систему циклонных теплообменников дополнительной диссоциационной ступени реактора-декарбонизатора (рис. 2), в котором сжигается до 60% топлива, предназначенного для обжига клинкера. В реакторе-декарбонизаторе происходит на 85…90% разложение карбоната кальция, а остальные 10…15% процесса диссоциации приходятся на долю вращающейся печи.
Рисунок-2. Новое в технологии цементного производства:
а)-печь с циклонными теплообменниками; б)-печь с циклонными теплообменниками и реактором -декарбонизатором; 1-печь; 2-циклонные теплообменники;3-реактор-декарбонизатор; 4-холодильник.
Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м3 внутреннего объема печи в 2,5…3 раза, повысить производительность печей до 6000… 10000 т/сут, снизить удельный расход теплоты до 3,0…3,1 МДж/кг клинкера. Размеры установки невелики, и она может использоваться не только при строительстве новых заводов, но и при модернизации действующих печей с циклонными теплообменниками.
Таким образом, наиболее теплонапряженная стадия процесса обжига цементного клинкера - декарбонизация - выносится за пределы печи, в которой происходит только спекание клинкера, и она оказывается термически ненагруженной. Это дает возможность существенно повысить производительность печей при том же удельном расходе тепла на обжиг. Клинкер охлаждается до 60…80°С в колосниковом холодильнике и далее подается на измельчение в сепараторную мельницу.
Цемент транспортируют в силосы, из которых он идет на отгрузку навалом или через упаковочную машину в таре потребителю.
Известны вращающиеся печи полусухого способа производства, в них печь соединена с конвейерной решеткой, на которой через слой гранулированной сырьевой шихты дважды просасываются горячие печные газы; в результате в загрузочный конец печи поступает подогретая и частично декарбонизированная сырьевая шихта.
Расход тепла в этой печи размерами 4×60 м - около 3,5 МДж при производительности 42 т/ч. При комбинированном способе сырьевые материалы, подготовленные по мокрому способу, и шлам, имеющий влажность около 40%, обезвоживаются на фильтрах до влажности 16…18%. Из полученного «сухаря» приготовляют гранулы и обжигают их по схеме сухого способа.
Мокрый способ производства портландцемента
По мокрому способу (рис. 3) сырьевые материалы, доставляемые из карьера на завод в кусках, подвергают предварительному измельчению (до крупности не более 5 мм). Твердые породы дробят в дробилках, а более мягкие (глина, мел) измельчают перемешиванием с водой в глиноболтушках. Болтушка представляет собой круглый железобетонный резервуар диаметром 5…10 м и высотой 2,5…3,5 м, футерованный чугунными плитами.
Рисунок-3. Технологическая схема производства портландцемента по мокрому способу:
1 - подача известняка из карьера; 2 - дробилка для известняка;3 - подача глины из карьера;4 - подача воды; 5 - бассейн для размешивания глины;6 - сырьевая мельница; 7-шлам-бассейны;8 - вращающаяся печь;9 - холодильник;10 - подача топлива; 11 - склад гипса;12 - элеватор для подачи гипса из дробилки в бункер;13 - склад клинкера;14 - шаровая мельница;15 - силосы для цемента;16 - упаковка цемента
Вокруг вертикальной оси в болтушке вращается крестовина с подвешенными в ней на цепях стальными граблями для измельчения кусков глины. Полученный в глиноболтушке шлам с влажностью около 45% выпускается через отверстие с сеткой и переначинается в трубную (шаровую) мельницу, куда непрерывно подается дробленый известняк.
Рисунок-4. Шаровая многокамерная мельница:
1,10-торцовое днище; 2-подшипник; 3-загрузочная воронка; 4-пустотелая цапфа; 5-межкамерные перегородки; 6-корпус; 7-крышка; 8-диафрагменная перегородка; 9-корпус; 11-лопасти, 12-разгрузочный конус; 13-кожух; 14-сито; 15-разгрузочный патрубок; 16-разгрузочные отверстия.
Трубная мельница (рис. 4) представляет собой стальной цилиндр длиной до 15 м, диаметром до 3,2 м, вращающийся на полых цапфах, через которые мельницу с одной стороны загружают, а с другой стороны - разгружают. Внутри мельница разделена перегородками с отверстиями на три камеры. В первой и второй камерах имеются стальные или чугунные шары, а в третьей - небольшие цилиндрики. Через полую цапфу шлам поступает в первую камеру трубной мельницы.
При вращении мельницы шары под действием центробежной силы и силы трения прижимаются к стенкам, поднимаются на некоторую высоту и падают, разбивая и растирая зерна материала. Трубные мельницы являются непрерывнодействующим оборудованием. Тонкоизмельченный материал в виде сметанообразной массы - шлама - подается насосом в шлам-бассейны,представляющие собой железобетонные или стальные резервуары цилиндрической формы.
В них окончательно корректируется химический состав шлама и создается некоторый запас для бесперебойной работы печей. Из бассейнов шлам поступает в баки, а затем равномерно подается во вращающуюся печь для обжига. Вращающаяся печь (рис. 5) представляет собой длинный цилиндр из листовой стали, облицованный внутри огнеупорным материалом.
Рисунок-5. Вращающаяся печь
1-сырьевая шихта; 2-горячие газы; 3-вращающаяся печь; 4-цепные завесы,улучшающие теплообмен; 5- привод; 6-водяное охлаждение зоны спекания печи; 7-факел; 8-подача топлива через форсунку; 9-клинкер; 10-холодильник; 11-опоры.
Длина печей 150…185…230 м, диаметр 4…5…7 м. Барабан печи установлен с наклоном 3,5…4° и вращается вокруг своей оси с частотой 0,5…1,4 мин -1 .Вращающиеся печи работают по принципу противотока.Шлам загружается с верхней стороны печи и передвигается к нижнему концу.Топливо в виде пыли каменного угля или газа вдувается вместе с воздухом с противоположного конца печи и сгорает, создавая температуру 1500°С.
Дымовые газы удаляются со стороны поднятого конца печи.Шлам перемещаясь вдоль барабана, соприкасается с горячими газами идущими ему на встречу и постепенно нагревается. Образованию портландцементного клинкера предшествует ряд физико-химических процессов,протекающих в определенных температурных границах-технологических зонах печного агрегата -вращающейся печи.
При мокром способе производства цемента по ходу движения обжигаемого материала условно выделяют следующие зоны: I-испарения, II-подогрева и дегидратации, III-декарбонизации, IV-экзотермических реакций, V-спекания, VI-охлаждения. Рассмотрим эти процессы начиная с поступления сырьевой смеси с печь, то есть по направлению с верхнего ее конца (холодного) к нижнему (горячему).
В зоне испарения при постепенном повышении температуры с 70 до 200 °С испаряется влага а сырьевая смесь подсушивается. Подсушенный материал комкуется.Перемещаясь комья распадается на более мелкие гранулы. В печах сухого способа зона испарения отсутствует.
В зоне подогрева при постепенном нагревании сырья с 200 до 700 °С выгорают органические примеси, из глиняных минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450 …500°С) и образуется безводный каолинит Аl2Оз· Si02.Зоны испарения и подогрева при мокром способе занимают 50…60% длины печи.
В зоне декарбонизации температура обжигаемого материала повышается с 700 до 1100°С.Происходит диссоциация карбонатов кальция и магния с образованием свободных (СаО, MgO).Одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды SiO2,Al2O3,Fe2O3, которые вступают в химическое взаимодействие с CaO. В результате этих реакций происходящих в твердом образуются минералы 3CaO·Al2O3,CaO·Al2O3 и частично 2CaO·SiO2.
В зоне экзотермических реакций при температуре 1200…1300°С завершается процесс твердофазового спекания материала, образуются 3CaO·Al2O3, 4CaO·Al2O3·Fe2O3, и белит, резко уменьшается количество свободной извести, но достаточное для насыщения двухкальциевого силиката до трехкальциевого.
В зоне спекания при температурах 1300… 1450… 1300°С происходит частичное плавление материала (20…30% обжигаемой смеси). В расплав переходят все клинкерные минералы, кроме 2CaO·SiO2, все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. Алит кристаллизуется из расплава в результате растворения в нем оксида кальция и двухкальциевого силиката.
Это соединение плохо растворимо в расплаве, вследствие чего выделяется в виде мелких кристаллов, которые в дальнейшем растут. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава 3СаО·Аl2О3, 4СаО·Аl2О3·Fе2О3 и MgO (в виде периклаза), которая заканчивается в зоне охлаждения.
В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000°С, здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит C3S, белит C2S, С3А, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.
Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и не являются стабильными. Меняя режим работы печи, можно смещать зоны и регулировать тем самым процесс обжига.
Образовавшийся таким образом раскаленный клинкер поступает в холодильник, где резко охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. Клинкер, выходящий из холодильника вращающихся печей с температурой около 100°С и более, поступает на склад для окончательного охлаждения и вылеживания (магазинирования), где он находится до 15 дней. Если известь содержится в клинкере в свободном виде, то в течение вылеживания она гасится влагой воздуха.
На высокомеханизированных заводах с четко организованным технологическим процессом качество клинкера оказывается настолько высоким, что отпадает необходимость его вылеживания. Помол клинкера совместно с добавками производят в трубных многокамерных мельницах.
Тонкое измельчение клинкера с гипсом и активными минеральными добавками в тонкий порошок производится преимущественно в сепараторных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу.
Эффективная работа трубной мельницы обеспечивается охлаждением мельничного пространства путем его аспирации (вентилирования). Благодаря аспирации производительность мельниц растет на 20…25%, уменьшается пылевыделение, улучшаются условия труда. Для интенсификации помола вводят добавку - сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), при этом производительность мельниц увеличивается на 20…30%.
На современных цементных заводах помол портландцемента в открытом цикле проходит по следующей технологической схеме. Клинкер, гипс и активные минеральные добавки со склада подаются в бункера и дозируются тарельчатыми питателями. После измельчения цемент поступает через цапфу мельницы в аспирационную шахту, а из нее в бункер цемента и далее на склад.
Мельничное пространство аспирируется, запыленный воздух частично очищается в аспирационной шахте, а затем в циклонах и электрофильтре, далее собирается шнеком и направляется в расходный бункер цемента. Недостатком помола в открытом цикле является трудность получения цемента с высокой удельной поверхностью (до 400…500 м2/кг).
Мельницы, работающие в замкнутом цикле, дают более однородный по размеру зерен продукт большей удельной поверхности (4000…5000 см2/г); замкнутый цикл помола включает помольный агрегат и центробежный сепаратор, определяющий крупные зерна, возвращаемые на домол в первую камеру, а тонкая фракция домалывается в третьей камере, из которой выгружается готовый цемент. В полностью замкнутом цикле материал проходит через сепаратор дважды.
В последнее время получает распространение короткая трубная мельница, обычно двухкамерная, работающая в замкнутом цикле с сепаратором.
Готовый портландцемент (с температурой 100°С и более) пневматическим транспортом направляется в силосы для охлаждения. После этого его расфасовывают по 50 кг в многослойные бумажные мешки или загружают в специально оборудованный автомобильный, железнодорожный или водный транспорт.
Новый способ производства портландцемента
Новый способ производства портландцемента состоит в том что клинкер обжигают в солевом растворе хлоридов.При этом способе основная реакционная среда в печи (силикатный расплав) заменена солевым расплавом на основе хлорида кальция. В солевом расплаве ускоряется растворение основных клинкерообразующих оксидов (CaO, SiO2, Al2O3, Fе2О3) и образование минералов (алита, белита и др.) завершается при 1100…1150°С вместо обычных 1400…1500°С, что существенно снижает энергоемкость получения цементного клинкера. Полученный клинкер наряду с алитом содержит минерал, названный алинитом.
Алинит - это высокоосновный Аl-Сl-силикат кальция, содержащий около 2,5% хлорида. Клинкер, синтезированный в солевом расплаве, размалывается в 3…4 раза легче, чем обычный. Это позволяет снизить электрозатраты на помол и увеличить производительность цементных мельниц. При этом сокращается число помольных агрегатов.
Алинитовый цемент быстрее гидратируется в начальные сроки. Технология нового цемента осваивается на цементных заводах. Сейчас глубоко изучаются коррозионная стойкость бетона на этом цементе и поведение стальной арматуры в бетоне с учетом наличия в нем хлора. Все это позволит определить рациональные области применения алинитового цемента.
Общий расход энергии на 1 т цемента 325…550 МДж, причем минимальные энергетические затраты достигаются при сухом способе с применением декарбонизатора: на помол клинкера с добавками затрачивается 125… 180 МДж.
РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!Каждый из нас прекрасно знает, что одной из наиболее перспективных отраслей современности является строительство. Именно по этой причине многие решаются начинать свое дело с производства цемента.
Но сразу же можно столкнуться с рядом трудностей. Одна из таких проблем — это выбор оборудования для производства цемента, так как от этого напрямую будет зависеть качество готового продукта. Конечно, еще один важный момент — это выбранная технология.
Общая информация
Не лишним будет отметить, что доходность подобного бизнеса достаточно велика. Тем не менее, конкуренция тоже высокая, поэтому большую роль играет выбранная технология производства, о чем мы обязательно поговорим. Основная трудность заключается в том, что даже в пределах всего одного месторождения сырья его показатели, такие как плотность, влажность и твердость, изменяются в широком диапазоне.
Так как производить цемент можно тремя способами (сухой, мокрый и комбинированный), для каждого из них оборудование приобретается в отдельности. Потому нужно сначала определиться, по какой технологии мы будем изготавливать товар, а затем уже производить закупку техники. Для начала давайте сделаем правильный выбор оборудования для производства цемента. Несмотря на множество нюансов, это достаточно просто.
Выбор оборудования для производства цемента
Сразу стоит отметить, что в качестве сырья используется глина и известняк, а эти материалы нуждаются в предварительном дроблении. Поэтому нам нужна дробилка (валковая, щековая и т. п.) Кроме того, понадобится приобрести специальную мельницу-мешалку, в которой будет измельчаться глина с добавлением воды.
Также важным оборудованием является шаровая мельница тонкого измельчения. Стоимость такой установки составляет порядка 3 000 000 рублей. Чтобы получить клинкер, нам необходимо обжечь полученную смесь во вращающейся печи. Но и это еще не все. Хотелось бы обратить ваше внимание на то, что клинкер для производства цемента можно получить в шаровых мельницах. Для его охлаждения нужен специальный холодильник. Дальше идет побочная техника, которая служит для упаковки, разгрузки и погрузки товара.
Технология производства цемента мокрым способом
Сразу хочется сказать, что если добывается сырье с большим содержанием влаги, то использовать сухой метод изготовления продукта нецелесообразно. Сама по себе технология мокрого способа достаточно проста. Она состоит в том, что сырье измельчается в дробилках, при этом добавляют небольшое количество воды.
Мокрый способ получения цемента
Смесь перемешивается до тех пор, пока не станет однородной. Полученный шлам усредняют и подают в печь. Если говорить более подробно, то известняк можно дробить в несколько этапов. Фракция должна равняться примерно 8-10 мм. После этого следует вальцовка. Но на этом все не заканчивается. Добытая глина тоже проходит дробление, размеры комков не должны превышать 100 миллиметров, после чего она поступает в болтушки, где отмачивается.
Производство цемента: этап 2
После того как из глины мы получили шлам с влажностью 70 %, нам нужно смешать сырье с известняком. По окончании процесса количество влаги снижается до 40 %. Тут наступает один из наиболее важных производственных этапов. Шлам поступает в центральный бассейн, где проводится корректировка состава.
В результате получаем постоянную химическую формулу. После обжига мы получаем клинкер, который подвергается помолу в специальных мельницах, о чем уже было сказано выше. Тут же выполняется сушка. Вот мы и получили готовый продукт, который транспортируется в складское помещение, где упаковывается и хранится.
Но прежде определяется марка цемента. А сейчас давайте немного поговорим о сухом методе, который тоже имеет место быть, но только в том случае, если изначальное сырье имеет небольшой процент влаги. Тут технология немного отличается.
Сухое производство цемента
После того как известняк и глина поступили из карьера, сырье перемалывается. Далее идет смешивание и сушка, а также помол в сепараторной мельнице. На следующем этапе полученная смесь при помощи пневматических установок перемещается к смесительным аппаратам, где производится корректировка.
Если говорить о применении глиняного компонента, то необходимо подать сырье в шнеки, где осуществляется увлажнение водой до 10-11 %. В остальном производство цемента сухим способом ничем не отличается от вышеописанного.
Единственное, что можно сказать на эту тему, так это то, что тут крайне важен процесс подготовки сырья. Обжиг может осуществляться не только во вращающихся печах, но и в шахтных и т. д. Естественно, выбор оборудования для производства цемента влияет на метод, которым будут проводиться работы.
Какой из способов лучше?
Дать однозначный ответ здесь вряд ли получится. Все дело в том, что при мокром методе сырьевую смесь получают на порядок проще и быстрее, а это уже большое преимущество. Именно из-за этого его используют чаще. Как уже было отмечено выше, его рационально использовать тогда, когда сырье имеет высокую влажность.
Еще один важный показатель — наличие сторонних примесей в глине. Если таковых много, то однозначно лучше мокрый метод. Но тут есть один существенный недостаток, который заключается в том, что при обжиге требуется большое количество топлива, а это дорого.
Сухой способ хорош тем, что он на порядок дешевле, так как угля требуется меньше. Именно по этой простой причине он получает все большее распространение. Как вы видите, преимуществ и недостатков поровну. Хотя более предпочтительно использовать мокрое производство. Это связано с тем, что производственной пыли гораздо меньше, да и качество товара получается отличным.
Несколько важных моментов
Нельзя не отметить, что существуют специальные добавки для производства цемента. Как правило, они имеют минеральную (гидравлическую) основу и могут быть как искусственными, так и природными. Если говорить о добавках природного происхождения, то это различные осадочные горные, а также вулканические породы.
Что же касается искусственных, то это разнообразные отходы промышленности, такие как шлаки, топливные золы и т. п. Что же касается результатов, которые получаются вследствие включения специальных добавок, то это пониженная себестоимость, а также приобретение цементом различных гидравлических свойств: высокая скорость затвердевания, сульфатостойкость и т. п. Все это делает возможным использование вяжущего вещества в любых условиях, например, при низких или чрезмерно высоких температурах.
Заключение
Теперь вы знаете, какие факторы влияют на выбор оборудования для производства цемента. Что же касается расходов, то вся техника будет стоить порядка 4 миллионов рублей. Это с учетом месячной аренды помещения и первоначальных затрат. Вы наверняка заметили, что само по себе производство достаточно сложное, но такого рода бизнес приносит хороший доход, поэтому дело окупится уже через год.
Современный рынок способен поглотить весь выпущенный вами товар, главное — найти покупателя. Производить цемент можно несколькими способами, вы же выбирайте тот, который принесет больше прибыли. Вот, пожалуй, и вся полезная информация по данной теме. Как вы видите, тут достаточно много нюансов, которые касаются непосредственно технологии и выбора оборудования.
Без использования цемента невозможно построить ни одно здание или сооружение. Этот материал применяют для заливки фундаментов, изготовления кладочного раствора, оштукатуривания стен. Изготавливаться на производстве он может несколькими способами.
Из чего делают цемент
Производится этот строительный материал путем смешивания кварца с окислами железа, алюминия и кальция. Основным сырьем при изготовлении цемента служат особый желто-зеленый известняк, глина, производственный шлак и нефелиновый шлам. Часто в первичную смесь добавляется мергель (природный цемент). Этот компонент позволяет получать материал высочайшего качества.
Первоначально все горные породы и производственные отходы измельчаются и тщательно перемешиваются. Затем полученный порошок отправляется в печь, где при очень высокой температуре спекается в клинкер. Последний также измельчается и смешивается со специальными добавками и гипсом.
Основные способы производства
Итак, из чего делают цемент, мы с вами выяснили. Теперь давайте посмотрим, каким именно образом изготавливается этот строительный материал. Для производства цемента может использоваться всего два основных способа: мокрый или сухой. Иногда применяется также комбинированный метод. Каждая из этих технологий имеет как свои преимущества, так и недостатки.
Приготовление шлама
Смесь для клинкера делают следующим образом:
Поступившие на предприятие твердые породы дробят до размеров зерна в 8-10 мм. Мягкие — до кусков в 100 мм.
Глину и мел разводят в болтушки в специальных емкостях для удаления твердых частиц. После высыхания их снова дробят.
Смеси из обоих бассейнов подаются в третий в таком количестве, чтобы получился шлам с заданными химическими характеристиками. В процессе поступления в бассейны клинкерная смесь тщательно аэрируется и перемешивается.
Обжиг
На следующем этапе шлам подвергают термической обработке. Для этого его загружают в специальные вращающиеся печи. Снизу в них вдувается топливо в виде каменноугольной пыли или газа.
Полученный в печах при высоких температурах клинкер измельчается в пыль в специальных мельницах. Тонкость помола определяется остатком на сите и может составлять 8-12 %.
Хранят полученный таким образом строительный материал в специальных железобетонных емкостях. Описанная выше методика — это мокрый способ производства цемента. Однако для его изготовления, как уже упоминалось, могут применяться и другие методики. Поэтому далее давайте разберемся с тем, в чем заключается различия.
Различие в мокрой, сухой и комбинированной технологии
На этапе изготовления клинкера и его помола эти три технологии абсолютно идентичны. Различие сухой и мокрой методики производства цемента заключается прежде всего в способе замешивания шлама. В первом случае измельчение сырьевых материалов и их перемешивание осуществляется в присутствии некоторого количества воды (влажность — около 40 %).
При сухой методике сырье с горнодобывающий предприятий первоначально поставляется в специальные сушильные барабаны и только затем — на мельницу (при влажности в 15 %). Не проводится в этом случае и процедура отмучивания.
При комбинированном способе шлам приготавливают по технологии мокрого. То есть из невысушенного сырья. Однако после прохождения мельницы смесь поступает не на обжиг, а в специальные фильтрующие барабаны, где проходит процесс обезвоживания.
Таким образом, линия по производству цемента помимо мельницы и печи может включать в себя и другие конструкции. К примеру, сушильные и фильтрующие барабаны, емкости для отмучивания, бассейны для перемешивания и пр. Выбор конкретного оборудования зависит в первую очередь от используемой технологии производства.
Целесообразность применения того или иного способа
К недостаткам мокрой методики изготовления относят в первую очередь большие затраты на топливо. Поэтому выбор конкретного способа производства зависит в первую очередь от того, из чего делают цемент. Мокрую технологию используют только тогда, когда в глине или других компонентах присутствует большое количество посторонних примесей либо это сырье имеет слишком неоднородный состав.
Для «чистых» же горных пород, не требующих удаления твердых частиц (отмучивания), гораздо целесообразнее применять сухой способ производства цемента. Не слишком большая выгода в плане экономии топлива при использовании этой технологии получается только в случае использования очень влажного сырья. Ведь сушить его приходится очень долго. Поэтому для таких горных пород, даже относительно чистых, также обычно применяется мокрый способ переработки.
Таким образом, выбор методики изготовления обусловлен в первую очередь рентабельностью предприятия и необходимостью снижения себестоимости конечного продукта. Или, другими словами, то, из чего делают цемент, и определяет технологию его производства.
Мы будем рады вашим комментариям!
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
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)
