Производство минеральных вяжущих материалов

     Способ  подготовки сырья зависит от различных  причин: структуры и химического  состава цементных сырьевых материалов, от местного климата, требований, предъявляемых  к качеству цемента. Правильный выбор способа производства портландцемента можно произвести в каждом отдельном случае только на базе технико-экономических обоснований.

     Основными способами производства в мировой  цементной промышленности являются мокрый и сухой. Преобладает мокрый способ, которым выпускают 70 % общего производства клинкера в мире. Выбор способа приготовления сырьевой смеси при проектировании новых предприятий определяется целым рядом факторов, связанных со свойствами сырья, его однородностью и влажностью, наличием топливной базы в районе строительства и др.

     Мокрый  способ целесообразнее при мягких, пластичных, хорошо размучивающихся  сырьевых компонентах, имеющих, как  правило,  высокую естественную влажность (20-30 % и более). Мокрый способ целесообразен  и при естественной влажности твердого сырья более 12-15 %, т.к. при сухом способе потребуются большие затраты топлива на испарение воды.

     При наличии твердых сырьевых компонентов  умеренной влажности (известняка, глинистого мергеля), которые могут быть измельчены только в мельницах, производство портландцемента может быть организовано по сухому способу.

     Сухой способ целесообразен при ограниченной топливной базе и высокой стоимости  топлива. [5]

     В качестве сырья применяем доменный шлак, кроме того, естественная влажность применяемого карбонатного сырья (известняка) составляет 6,9 %., следовательно, наиболее экономичным будет сухой способ производства. 

     4.2 Технологическая  схема 

     Приготовление сырьевой смеси заданного химического  состава и с определенными  физическими свойствами (влажность, тонкость измельчения, текучесть) является одним из основных процессов цементной технологии. Высокое качество сырьевой смеси, минимальные отклонения от заданных параметров обеспечивают нормальное протекание последующих технологических процессов.

       Процесс приготовления сырьевой смеси включает: измельчение (грубое и тонкое), дозировку, смешивание сырьевых компонентов и корректировку химического состава сырьевой смеси, гомогенизацию откорректированной смеси и подачу её на обжиг.

     Известняк  завозим на завод железнодорожным транспортом, выгружаем на складе, откуда питателем подаем на первичное дробление в щековую дробилку (1) для измельчения на куски размером 200 – 300 мм.

     Шлак также завозим автотранспортом.   Выгружаем на склад хранения шлака, откуда ленточным питателем подаем первичное дробление с сушкой(2).

     Колошниковую  пыль, размолотый шлак и известняк  питателями подаем на совместный помол  с сушкой в шаровую мельницу(4).

     Сырьевая  мука подается в гомогенизационные  силосы (над которыми расположены бункера корректирующих добавок, измельченных до нужных размеров), где производятся корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха(5).

            Гомогенизационные силосы – это цилиндрические емкости с плоскими или конусными днищами. В силосах вместимостью 200 – 400 м³ осуществляется усреднение и корректировка сырьевой муки, а в силосах вместимостью 1500 – 2500 м³ она хранится перед подачей на обжиг. Из силосов откорректированная сырьевая мука подается на обжиг(7) в печь с циклонными теплообменниками (6), в противоположный конец которой через форсунки поступает топливо (газ). 
 
 

 Известняк            Шлак                        Газ             Колошн.пыль             Гипс

                         

  Добыча             Добыча                                                                                                                                                                                              

                                                                                                               Дробление(3) 

 Дробление(1)    Дробление (2)                                                                        

                              с сушкой                                                                  Дозирование 

Усреднение        Усреднение

 на  складе           на складе                      

Дозирование    Дозирование                                                                       

     

       

       Совместный помол

        с сушкой  в мельнице(4)

            Гомогенизация в

       смесительных  силосах(5)  -------------------------------

      Циклонный теплообменник(6)                    Гранулятор

             Декарбонизатор                                  Конвейерная

                                                                     кальцинирующая решетка

                 Обжиг во 

           вращающаяся печи(7) ----------------------------------

              Холодильник(8)                                      

                                                                                         

               Клинкерный(9)                                      

                  склад                                                                               

           

               Дозирование

            Помол клинкера с гипсом в мельнице(10)                 

         Складирование  цемента(11) 

               Упаковка(12)                               Отправка цемента в вагонах,

                                                                     автомашинах(13) и т.п.                                                                 

       Отправка цемента в мешках 

       Рисунок 4.1 – Технологическая схема производства портландцемента по сухому способу     

     Обжиг сырьевой смеси – самый важный технологический процесс. Температура  обжига 1450 ^оС. Для обжига применяем вращающиеся печи сухого способа производства. В последнем случае в печи подают сухую сырьевую муку. В циклонных теплообменниках сырьевая смесь подогревается и частично декарбонизируется, а в короткой вращающейся печи завершается процесс разложения известняка и осуществляется процесс спекания. Если из компонентов сырьевой смеси при небольшом увлажнении (12—14 %) можно получить прочные гранулы, то сухую сырьевую муку предварительно увлажняют и гранулируют, а затем подают в клинкерообжигательный агрегат, состоящий из конвейерного кальцинатора (решетки) и короткой вращающейся печи.

     Применение  встроенных в печи ячейковых и  других типов теплообменников улучшает теплоотдачу от газов к сырьевой муке, уменьшает расход тепла примерно на 15—20 % и повышает производительность печи на 10 %.  За рубежом и в СССР применяют ячейковые теплообменники полочного типа, состоящие из ряда сопрягаемых в центре сечения печи кронштейнов, делящих это сечение в зоне подогрева на шесть продольных ячеек длиной 20-25 м. Винтолопастной теплообменник, состоящий из нескольких крыльчаток с радиально расположенными лопастями и установленный в зоне подогрева, сильно завихряет газы и пересыпам шихту, улучшая их контакт с сырьевой смесью. Изготовляют теплообменники из специальных жаропрочных сталей, содержащих хром, никель и другие компоненты. Большим недостатком устройств является повышенный (до 20—25 %) унос сырья с отходящими газами. Расход тепла на обжиг в современных печах сухого способа со встроенными теплообменниками значительно выше, чем в печах с конвейерными кальцинаторами (около 3,3 Мдж/кг клинкера или 800 ккал/кг клинкера) и в печах с циклонными теплообменниками (3,2—3,3 Мдж/кг клинкера или 760—790 ккал/кг клинкера). Этот и другие недостатки (высокая температура отходящих газов, затрудняющая их обеспыливание, низкая удельная производительность, потребность в дефицитных жаропрочных сталях для теплообменников) сильно ограничивают применение этих печей.

     Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками характеризуются простотой конструкции и эксплуатации. Они надежны в работе (коэффициент использования 0,92—0,96) и обеспечивают низкий расход тепла на обжиг клинкера. Весьма важно также 10, что в них используется негранулированная сухая (влажность 0,5—1 %) сырьевая мука. Это существенно упрощает процесс подготовки шихты и снижает затраты тепла на обжиг. Нагрев пылевидной сырьевой смеси во взвешенном состоянии с высокоразвитой удельной поверхностью протекает чрезвычайно быстро (примерно 20 сек вместо 2—3 ч в обычных печах). Циклонные теплообменники (рис. 4.2) имеют четыре ступени циклонов, сваренных из листовой стали толщиной 12—16 мм, футерованных внутри огнеупорами и расположенных по вертикали. Мерные три ступени снизу диаметром по 4,5—4,8 м; 4-я ступень состоит из двух циклонов диаметром 2,5—2,8 м. Высота этих циклонов меньше, чем циклонов-пылеуловителей. Циклоны соединены между собой футерованными газоходами. Нижний циклон соединен с откатной головкой—загрузочной камерой холодного (верхнего) конца печи. К разгрузочным конусам циклонов присоединены трубы (течки) для спуска обжигаемого материала во входной газоход ниже расположенного циклона. В течках установлены затворы-мигалки. Газоходы изготовлены из листовой стали толщиной 5—6 мм. Сырьевая мука из бункера 18 (рис. 4.2)

     Через питающий шнек 17 с помощью элеватора 16 через питающие шнеки 12 и 14 и ячейковый питатель 15 подается в газоход 9, где подхватывается газами, имеющими температуру 400 °С, и выносится в циклоны 8 (4-я ступень). По пути сырьевая мука нагревается газами и осаждается в циклонах 8 4-й ступени, а охлажденные до 300—350 °С газы по газоходу 10 поступают в обеспыливающие циклоны 11 и далее дымососом выбрасываются в дымовую трубу. Осажденная в этих циклонах пыль стекает в сырьевой бункер 18. Из циклонов 4-й ступени мука, нагретая до 250—350 °С, стекает в газоход 13, где также увлекается газами в  циклон 6 3-й ступени, из которого попадает таким же образом сначала в циклон 5 2-й ступени, а затем в циклон 3 1-й ступени и в печь 1.

              

     Рис. 4.2 Схема установки циклонных  теплообменников вращающейся печи.

     1—  печь; 2, 4, 9, 10 и 13 — газоходы; 3 —  циклон 1-й ступени; 5 — циклон 2-й  ступени; 6 — циклон 3-й ступени; 7 — рассекатели; 8 — циклоны 4-й  ступени; 11 — обеспыливающие циклоны; 12 14 и 17 — питающие шнеки; 15 — ячейковый питатель; 15 —элеватор; 18 — бункер; 19—дымовая труба.

    Откатная загрузочная головка-камера (рис. 4.3) вращающейся печи, являющаяся соединительным узлом между вращающейся печью и циклонами, сварена из стального листа и футерована шамотом. Открытой цилиндрической частью она входит внутрь загрузочного конца печи, оборудованного уплотнением, состоящим из шайбы 1, прикрепленной к торцу печи, и стального кольца 2, свободно надетого на камеру. Нагретая сырьевая смесь из циклонных теплообменников вводится в печь по встроенной в камеру наклонной водоохлаждаемой трубе 3. Вода поступает в рубашку трубы по патрубку 4 и выходит по патрубку 5. В задней стенке камеры имеются смотровое отверстие 6 и лаз 7, закрытые плотными крышками. В боковых стенках имеются отверстия для выхода отходящих газов печи в циклоны. Камера смонтирована на скатах, могущих перемещаться при ремонте печи по рельсам после отсоединения от газоходов, водопровода и сырьевой течки.

     Следует отметить оригинальный противоточно-поточный характер движения муки и газов в данной установке. Газы движутся снизу вверх, переходя из циклона в циклон, а сырьевая мука — навстречу им сверху вниз; в то же время в каждом отдельно взятом газоходе и циклоне газ и сырьевая мука движутся в одном направлении. Сырьевая мука нагревается в циклонах примерно до 700 °С, а газы охлаждаются с 850—900 до 300—350 °С. [7]