Портландцемент мокрый и сухой способы производства. Способы производства цемента. Способы получения цемента подразделяются на три основных группы

В природе эта порошкообразная масса, использующаяся в основном в качестве вяжущего в процессе изготовления различных сухих смесей и растворов, не встречается. Цемент – продукт искусственный. Технологии его производства, их особенности, чем отличаются различные способы (например, сухой от мокрого) – тема этой статьи.

В стоимость любой продукции всегда закладываются транспортные расходы на доставку сырья. Именно поэтому большинство цементных заводов функционирует в регионах, где оно добывается. В качестве исходных компонентов используются определенная разновидность известняка (основной) и добавки (гипс и другие измельченные минералы). Их подбор зависит от марки цемента, которую требуется получить.

Основные этапы

1. Получение клинкера.

Самый дорогостоящий технологический этап, на который приходится до 65 – 75 % всех затрат на изготовление цемента. Клинкер – это смесь на основе извести и глины, являющаяся исходным сырьем для производства вяжущего. В общем виде схема выглядит так: подготовленную смесь заливают водой и дают отстояться в течение определенного периода, после чего она подвергается термической обработке в специальных печах (режим в пределах 1400 – 1500 °C), в результате которой отдельные фракции спекаются, и получается гранулированная масса.

2. Цемент.

Далее зерна клинкера подвергаются измельчению (помолу). На этом этапе изготовления промежуточного цементного продукта в сырьевую массу вводятся добавки, которые определяют конечные характеристики вяжущего. В зависимости от процентного содержания минералов он классифицируется по маркам.

Специфика производства портландцемента в том, что в сырье должны преобладать материалы с повышенным содержанием алюмосиликатов и оксида кальция. На практике этого можно достичь, если исходную массу готовить в пропорции 1 к 3 (глина/известняк).

Существует несколько технологий производства вяжущего. При выборе того или иного способа каждый завод по выпуску цемента ориентируется прежде всего на доступность конкретного типа сырья в данном регионе, возможности оборудования, энергетические мощности и ряд других факторов. А с учетом того, что при изготовлении продукта можно комбинировать с разновидностями добавок, их процентным содержанием – нюансов даже при однотипной технологии достаточно.

Способы заводского производства

1. «Мокрый».

Данная технология считается наиболее сложной и затратной. Схема мокрого способа в том, что первичная обработка основных компонентов в начале цикла производится раздельно. Измельченные фракции загружаются в оборудование, предназначенное для кратковременного хранения материалов в водной среде. После отмачивания продукты поступают в специальные мельницы, где все еще мокрые фракции превращаются в порошкообразную массу с одновременным перемешиванием всех ингредиентов.

Подготовленный шлам перемещается в шлюмбассейны (вертикальный + горизонтальный), в которых осуществляется процесс корректировки долевого соотношения составляющих цемента. По сути, определяется химическая формула конечного продукта. Далее – обжиг мокрого шлама в печи и охлаждение в холодильных установках. О цементе как таковом можно говорить только после окончательного измельчения его шлама, в результате чего и получается порошок в том виде, в котором он поступает на склад. После контроля качества вяжущее фасуется. В последнее время мокрый способ изготовления применяется все реже, так как существуют более простые и менее затратные технологии производства цемента.

2. Сухой способ.

Принципиальное отличие от мокрого – в измененной технологической схеме. Основное оборудование то же самое, но при сухом способе после предварительного измельчения сырья для цемента компоненты поступают в сушильные барабаны (каждый в свой). После этого они перемешиваются и дополнительно измельчаются в общей мельнице. Особенность сухого способа еще и в том, что на этом этапе вводятся добавки.

Дальнейший нюанс производства определяется видом и влажностью глины. Все сухие составляющие шлама по этому параметру необходимо «выровнять». С этой целью масса увлажняется, после чего отправляется на обжиг. Так как влажность промежуточного цементного продукта относительно невысокая (порядка 13 %), то для его осушения и получения гранул не требуется мощных печей и большого эн/потребления. Это позволяет определить сухую технологию как наиболее экономичный способ производства.

Есть и еще одна методика, которая считается очень рентабельной. Речь идет о производстве бесклинкерного цемента сухим способом. В чем разница? Сырьем для получения портландцемента являются не горные породы, а зольная пыль, по сути, отходы производства. Такая технология еще больше снижает затраты на эл/энергию (не требуется многоступенчатое дробление компонентов для портландцемента), доставку сырья и увеличивает выбор разновидностей сухого шлама. Данный способ привлекателен для тех, кто решил организовать собственное производство.

3. Полусухой.

Такое производство портландцемента несколько отличается от вышеописанного. Во-первых, размерами гранул шлама, во-вторых, его влажностью (она несколько больше), в-третьих, принципом обжига. Он производится в печах Леполь, конструкция которых при таком способе получения цемента обеспечивает уменьшение примерно на 22 – 22 % уровня карбонизации продукта. Далее то же самое – мелкий помол сухого материала и отправка в бункер для хранения.

4. Комбинированный способ.

В нем сочетается несколько технологий. Схема зависит от того, какой из способов получения портландцемента (сухой или мокрый) выбран в качестве базового. Хотя есть и другие варианты. Соответственно, подбирается и оборудование, необходимое для той или иной технологии изготовления.

Цемент собственного изготовления

Учитывая огромный спрос на данный стройматериал, многих интересует вопрос организации производства вяжущего в домашних условиях. Разовое производство, для себя, в каких-то определенных целях (заливка фундамента, капитальный ремонт и тому подобное) – нерентабельно. Во-первых, процесс изготовления материала связан с большим потреблением эл/энергии. А конечные затраты – это не только оплата счетов, но и необходимость прокладки новой силовой линии. Во-вторых, придется закупить соответствующее оборудование – печь и мельницу для помола. Если к этому добавить и стоимость всех компонентов, то производство цемента на дому – бесперспективно и убыточно.

Другое дело – предпринимательство. Сейчас на рынке много различного оборудования, из которого выйдет смонтировать поточную линию для изготовления вяжущего. Несмотря на то, что в основном все агрегаты «made in Китай», судя по отзывам на тематических форумах, существенных претензий к их работе по получению цемента нет. Затраты на мини-завод по производству стройматериала довольно быстро окупаются. К сожалению, данных о полной стоимости (в комплекте) в открытом доступе нет (везде указывается «уточняйте»), но можно сделать некоторые выводы, если ознакомиться с ценами на аналогичные образцы. Например, измельчитель твердых пород из Китая обойдется около 145 000 – 155 000 рублей.

Рентабельность несложно оценить самостоятельно, если ориентироваться и на цены вяжущего. 1 т цемента в среднем (с доставкой) обходится примерно в 3 450 рублей. Себестоимость его изготовления на своем небольшом заводе специалистами оценивается (в зависимости от технологии и схемы) в пределах 780 – 960 руб/т. Рыночная стоимость портландцемента еще выше – порядка 4 050 руб/т. Преимущества производства на своем оборудовании очевидны. Недаром собственный завод считается не просто выгодным, а высокоприбыльным бизнесом.

Учитывая, что строительный материал – цемент, разных марок, является строительным материалом, без которого невозможно ни одно строительство, многих застройщиков и покупателей интересует схема его производства и нюансы изготовления.

Схема производства цемента

Это отработанный многими десятилетиями процесс, который имеет несколько принципиально новых способов, состоящих из следующих основных этапов:

Разработка, добыча, доставка и обогащение исходных материалов: известняковых и глиноземных пород для производства клинкера;
Получение клинкера. Является одним самых энергозатратных, поэтому самых дорогостоящих этапов схемы производства цемента. В частности на осуществление этого этапа приходится до 75% затрат на производство цемента. В общем случае технология производства клинкера выглядит так: подготовленную смесь компонентов заливают водой, дают отстояться в течение определенного периода времени, после чего начинается термическая обработка в печах при температуре до 1 500 градусов Цельсия. При этом исходные компоненты клинкера спекаются в виде гранул определенной фракции;
Измельчение клинкера. На этом этапе происходит мелкодисперсное измельчение гранул клинкера и введение присадок, которые определяют специальные свойства и марку цемента. По сути это конечный этап схемы изготовления цемента, который оканчивается фасовкой данного материала в мягкие контейнеры Биг-Бены, бумажные многослойные клапанные мешки или транспортировкой в силосы для последующей реализации «навалом».

Технологическая схема производства цемента

На данный момент времени цемент изготавливается по нескольким принципиально разным технологиям, имеющим свои принципиальные преимущества и недостатки.

Так называемый мокрый способ производства цемента, широко использующийся отечественными цементными заводами. Является самой энергозатратной. Суть схемы заключается в загрузке компонентов цемента в специальное оборудование, в водную среду. После выдержки в воде компоненты цемента поступают в мельницу, которая измельчает их в порошок. Полученный таким образом полуфабрикат транспортируется в специальный бассейн, корректируется по составу и в дальнейшем обжигается в специальной печи с последующим охлаждением. После контроля качества, данный продукт следует на измельчение до состояния товарного цемента;
Сухая технология. Принципиальное отличие от «мокрой схемы» заключается в том что после предварительного измельчения компоненты цемента направляются в осушительные барабаны, после чего перемешиваются и проходят дополнительное измельчение в мельнице. При этом на этапе измельчения в цемент вводятся добавки и присадки. Далее полученная масса направляется на обжиг, измельчение и упаковку. Одним из преимуществ этого способа получения портландцемента можно отметить возможность использования в качестве сырья зольную пыль и прочие отходы энергетического и металлургического производства. Сухая технология исключает: многоступенчатое дробление компонентов, снижает «добывающие» и транспортные затраты, а также расширяет выбор сырья для производства цемента;
«Полусухая» схема производства цемента. Данная схема отличается габаритами гранул клинкера, влажностью материала и технологией обжига. В частности масса компонентов для изготовления цемента обжигается в специальных печах «ЛЕПОЛЬ», которые при всех прочих равных условиях обеспечивают уменьшение уровня карбонизации конечного продукта на 22-23%;
Комбинированный способ производства цемента. В этом случает, происходит органичное сочетание нескольких технологий: «мокрой» и «сухой». С ответствующими преимуществами и недостатками.

В завершение данного повествования следует сказать, что цементные заводы, расположенные на территории Российской Федерации, по объективным причинам, используют исключительно «мокрую» схему производства цемента.

Цементное производство в укрупненном виде состоит из следующих основных переделов:

· Добыча, первичное измельчение сырья в карьерах и доставка его на

площадку цементного завода, складирование;

· измельчение и усреднение (гомогенизация) измельченной смеси, подготовка её к обжигу;

· теплохимическая обработка сырья с получением клинкера -- исходного материала для переработки в цемент, охлаждение клинкера;

· помол клинкера с добавками на цемент (количество и состав добавок зависят от химического и минералогического состава исходного сырья и клинкера, требуемого сорта цемента);

· подача цемента на склад, хранение, упаковка и отгрузка.

Для производства цемента применяют мокрый, сухой и комбинированный способы.

Сухой способ производства. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом показана на рис. 10.

Рис. 10.

Измельчение материалов в мельницах может производиться при влажности сырья не более 1 %. В природе сырья с такой влажностью практически нет, поэтому обязательная операция сухого способа производства -- сушка. Желательно совмещать процесс сушки с размолом сырьевых компонентов. Это эффективное решение нашло применение на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу производства. В шаровой (трубной) мельнице совмещены процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка -- сырьевой муки.

Возрастающие требования к экономии расхода топлива вынуждают перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. С другой стороны такие материалы характеризуются пониженной плотностью и соответственно прочностью. Предварительное измельчение таких материалов целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения « Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырьё влажностью до 25 %. Однако полностью высушиться сырьё при этом не успевает, и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой массы должна производиться её досушка.

Сырьевая мука подается в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Далее готовая шихта поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками. Полученный клинкер охлаждают в охладителе и подают на склад, где создается его запас, обеспечивающий бесперебойную работу завода. Вместе с тем выдерживание клинкера на складе повышает качество цемента. На складе также хранят гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1 %, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минеральных добавок в шаровых (трубных) мельницах обеспечивает получение цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают цемент либо навалом(в автомобильных и железнодорожных цементовозах, специализированных судах), либо в таре - многослойных бумажных мешках.

Основное преимущество сухого способа производства - снижение расходов топлива. Также при сухом способе на 35 - 40 % уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важное достоинство сухого способа производства и более высокий съем клинкера с 1 м 3 печного агрегата. Еще немаловажным фактором является то, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.

В мировой цементной промышленности сухой способ производства занял ведущее место. В настоящее время доля сухого способа занимает в Японии, Германии и Испании 100 %, в других развитых странах - 70 - 95 %. В России доля сухого способа производства всего 13 %.

В приложении 1 изображена схема размещения оборудования технологической линии по производству цемента сухим способом производительностью 3000 т/сут. За исходное сырье приняты известняк и глина. Известняк проходит двухстадийное дробление в щековых, а затем в молотковых дробилках. Глина измельчается в валковых дробилках и сушится в сушильных барабанах. Каждый компонент сырьевой шихты, поступающий со склада, направляется в бункера 1, снабженные затворами и весовыми дозаторами 2, и далее к конвейерам 3, доставляющим их в загрузочную воронку мельницы 4.

В отделении для помола сырья установлены две сырьевые мельницы 4 размером 4,2Ч10 мм. При влажности шихты, не превышающей 8% , мельница работает с подводом сушильного горячего газа от запечных теплообменников. При большей влажности сырья устанавливают топочное устройство, из которого в мельницу дополнительно подают горячий газ.

Каждая мельница работает по схеме пневматической разгрузки с воздушно-проходным сепаратором 5. Крупка, отделенная сепаратором, возвращается в мельницу на домол, готовый продукт через циклоны 14, аэрожелобы и расходомер поступает в силосы 13 сухой сырьевой муки, оборудованные системой смесительной аэрации. Из силосов 13 сырьевая мука по аэрожелобам 15 и затем пневматическими подъемниками направляется в циклонный теплообменник (10, 11), где нагревается газами, выходящими из печи, до 700... 750 °С и частично (до 20%) декарбонизуется, после чего поступает во вращающуюся печь 12.

При нормальном режиме работы газы, отходящие из теплообменников 11, направляются дымососом 9 в сырьевые мельницы, из которых дымососом 6 подаются в электрофильтр 7 на обеспыливание и затем дымососом 8 -- в дымовую трубу. Температура выходящих из мельницы газов около 50°С. Но если мельница не работает, то газы, выходящие из циклонного теплообменника с температурой 300...350°С, в газоходе охлаждаются распыленной водой до требуемой температуры.

Особенность процесса обжига состоит в том, что дегидратация сырья и частично декарбонизация перенесены в зону запечных теплообменников, вследствие чего печь получается короче по сравнению с печью соответствующей производительности, работающей по мокрому способу. Выданный печью клинкер проходит через охладитель 16, из которого пластинчатым конвейером 18 подается в силосы 19, а затем через дозаторы 20 по конвейеру 21 поступает вместе с добавками на помол в мельницы 22. Цемент из мельницы подается пневмокамерными насосами 23 в силосы 24 или в упаковочное отделение. Отработанные газы из охладителя 16 поступают в бункер 17.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

Глава 1. Технологические операции по подготовке сырья

1.1 Сырьевые материалы для производства цемента

1.1.1 Карбонатные породы

1.1.2 Глинистые породы

1.1.3 Корректирующие добавки

1.2 Основные технологические операции получения сырья

1.2.2 Дробление

1.2.6 Тепловая обработка сырья

Глава 2. Технология производства портландцемента

2.1 Вещественный состав портландцемента

2.2 Технологическая схема производства портландцемента сухим способом

2.3 Особые виды портландцемента

Список литературы

Приложение

Введение

Слово "цемент" относится к собирательным понятиям -- он объединяет различные виды вяжущих материалов, полученных путем обжига некоторых горных пород и подвергнутых измельчению. Вяжущими их назвали за способность соединять (связывать) в единое целое как отдельные частицы мелких наполнителей, так и более крупные фрагменты.

В распоряжении древних прорабов пирамид, мавзолеев и прочих циклопических построек были только строительный гипс да воздушная известь, получаемые в результате обжигания гипсового камня и известняка. На протяжении нескольких тысячелетий бетоны и растворы на их основе были единственно известными вяжущими материалами (не считая глины), а кизяк да птичьи яйца -- первыми модифицирующими добавками. Огромный купол «Всем-богам-храма» (древнего римского Пантеона: 43 метра в пролете); растянувшаяся на 5000 км самая большая ограда в мире -- Великая Китайская стена; бетонная галерея легендарного лабиринта в древнем Египте; массивные культовые сооружения индусов -- все эти строительные шедевры создавались путем использования «прабабушек» и «прадедушек» современных цементов. Шло время, и уже другие вяжущие материалы, получаемые искусственным путем и способные при затворении (замешивании) водой превращаться в пластичную массу, отвердевая при этом не только на воздухе, но и в водной стихии, были созданы пытливыми умами человечества.

Цемент не является природным материалом. Его изготовление - процесс дорогостоящий и энергоемкий, однако результат стоит того - на выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона). Цементные заводы, как правило, находятся сразу же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента.

В России же производство портландцемента было расширено лишь в конце XIX в. Над его созданием и совершенствованием много работал А.Р. Шуляченко, которого называют “отцом русского цементного производства”. Его заслуга состоит в том, что высококачественные отечественные портландцементы вытеснили цементы иностранного производства. В России первый завод по производству портландцемента был построен в 1856 г., а к началу 1-й Мировой войны уже работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн. т цемента в год.

Глава 1. Технологические операции по подготовке сырья

1.1 Сырьевые материалы для производства цемента

1.1.1 Карбонатные породы

Они широко распространены в природе, что способствует развитию на их основе производства цемента. Из карбонатных пород используют известняк, мел, известняк-ракушечник, мрамор, известковый туф, мергели и др. Все эти породы содержат в основном углекислый кальцит CaCO 3 . Известняки состоят из кристаллов кальцита различных размеров. Мел представляет собой рыхлую, слабо сцементированную породу с землистым илом. Качество карбонатного сырья зависит от его структуры, количества примесей, равномерности их распределения в массе сырья. Для производства цемента пригодны карбонатные породы при содержании 40-43,5 % CaО и 3,2-3,7 % MgO. Желательно, чтобы содержание Na 2 O и К 2 О в сумме не превышало 1 %, а SO 3 - 1,5-1,7 %. Более благоприятны породы с постоянным химическим составом и однородной мелкокристаллической структурой. полезны примеси тонкодисперсных глин и аморфного кремнезема при равномерном их распределении в карбонатной породе. Особым видом карбонатного сырья является мергель - переходная горная порода от известняков к глинам. Мергель представляет собой природную тонкодисперсную смесь осадочного происхождения глинисто-песчаных пород(20-50%) и углекислый кальция (50-80 %). В зависимости от содержания CaCO 3 мергели подразделяются на песчаные, глинистые и известковые. Наиболее ценное сырье - известковый мергель, содержащий 75-80 % CaCO 3 и 20-25 % глины. По химическому составу он близок к портландцементной сырьевой смеси. Такой состав сырья существенно упрощает технологию производства. Мергели, в которых содержание CaCO 3 соответствует составу портландцементной сырьевой смеси, называют натуральной. От качества сырья зависят температура обжига, производительность печей и свойства конечного продукта. Чем выше плотность известняков, тем труднее идет процесс обжига. Свойства сырья влияют на выбор обжигового агрегата.

1.1.2 Глинистые породы

Глинистое сырье (глины, глинистый мергель, глинистый сланец, лесс и др.) необходимо для производства портландцемента. Глины имеют различный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Минералогический состав глин представлен преимущественно водными алюмосиликатами и кварцем, химический состав глин характеризуется наличием трех оксидов, %: SiO 2 -60-80, Al 2 O 3 -5-20, Fe 2 O 3 - 3-15.

1.1.3 Корректирующие добавки

При особо благоприятном химическом составе сырьевых материалов портландцементная смесь требуемого состава может быть приготовлена только из двух компонентов - карбонатного и глинистого. Но в большинстве слуае6в получить заданную сырьевую смесь из двух компонентов почти не удается, поэтому применяют третий и даже четвертый компоненты - корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси. В качестве железосодержащей добавки обычно используют пиритные огарки с сернокислотных заводов, реже - колошниковую пыль доменных печей. В качестве глиноземистой добавки применяют богатые глиноземом маложелезистые глины, бокситы. Кремнеземистой добавкой служат кварцевые пески, опоки, трепел. Содержание оксидов в корректирующих добавках должно быть, % : для железистых Fe 2 O 3 - не менее 40 ; для кремнеземистых SiO 2 - не менее 70; для глиноземистых Al 2 O 3 - не менее 30. Наиболее широко используются железистые добавки. Бокситы также являются корректирующей добавкой при получении портландцементного клинкера. Боксит представляет собой гидроксид алюминия с примесями Fe 2 O 3, SiO 2, CaО, MgO и TiO 2 .

1.1.4 Активные минеральные добавки

К ним относятся природные или искусственные минеральные вещества, которые сами по себе вяжущими свойствами не обладают, но, будучи смешанными в тонкомолотом виде с известью, образуют при затворении водой тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой, а при смешивании с портландцементом повышают его водостойкость и антикоррозионные свойства. Введение активных минеральных добавок несколько снижает себестоимость цемента.

1.1.5 Техногенные продукты других отраслей промышленности

Наиболее широкое применение цементной промышленности нашли доменные и электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки и золы, нефелиновый (белитовый) шлам, гипсосодержащие отходы. Использование шлаков на цементных заводах способствует решению проблемы обеспечения их сырьем на амортизационный срок. Нефелиновый (белитовый) шлам - отход комплексной переработки апатито-нефелиновых пород в глинозем, соду, поташ. Поскольку шлам прошел частичную термическую обработку, он состоит в основном из двухкальциевого силиката - минерала, входящего в состав портландцементного клинкера и способного к гидравлическому твердению. Гранулированные шлаки и нефелиновый шлам близки по составу портландцементной сырьевой шихте, поэтому могут использоваться не только как активные минеральные добавки, но и как компоненты портландцементной сырьевой смеси. Так как эти материалы уже прошли тепловую обработку, не содержат СаСО 3 и включают ряд минералов, близких по составу минералам цементного клинкера, то обжиг шихт с наличием в их составе нефелинового шлама и шлака требует меньшего расхода топлива. Например, при использовании нефелинового шлама производительность вращающихся печей повышается примерно на 25 %, снижаются удельные расходы топлива на обжиг клинкера, электроэнергии и мелющих тел (приблизительно на 20 %). Но молотые шлаки и нефелиновый шлам вызывают загустение сырьевых цементных шламов. Повышенное содержание щелочей в нефелиновом шламе может снизить качество цемента.

Рис.1. Сырье для производства портландцемента

1. 2 Основные технологические процессы получения сырья

1.2.1 Добыча и транспортировка сырья

Операции по добыче и транспортировке сырья - важнейшие технологические переделы производства. При производстве портландцемента доля затрат на добычу сырья составляет около 10 % общих расходов. В каждом отдельном случае способ добычи сырья должен быть тщательно обоснован, так как от этого зависят затраты и на последующие технологические операции. Выбору способа добычи предшествует анализ химического состава сырья. Добыча сырья производится открытым способом непосредственно с поверхности земли. Слой горной породы обычно закрыт слоем пустой породы, поэтому в комплекс горнодобывающих работ входит ее удаление - вскрышные работы. Конечная стоимость сырья в значительной степени зависит от затрат на вскрышные работы. Их осуществляют бульдозерами, экскаваторами и тд. Твердые и плотные горные породы (известняк) разрабатывают, как правило, взрывом. Буровзрывные работы обеспечивают как отделение породы от массива, так и дробление негабаритных кусков. Особенность таких работ на карьерах заводов цемента - относительно небольшие объемы ежедневной добычи и ограниченный допустимый размер кусков взорванной породы. Чаще применяют буровые машины ударно-канатного или вращательного бурения. Рыхлые и мягкие породы (мел, глина и др.) добывают без предварительной подготовки прямой экскавации одно- или многоковшовыми (роторными) экскаваторами, которые выполняют сразу две операции: отделение породы от пласта и погрузку готового сырья.

Для доставки сырья на завод обычно используют железнодорожный и автомобильный транспорт, воздушно-канатные дороги, ленточные конвейеры, гидротранспорт. Железнодорожный транспорт наиболее эффективно использовать в неглубоких карьерах с объемом перевозок сырья свыше 2 млн. т/год при дальности транспортирования более 8 км. Преимущества данного вида транспорта: высокая производительность, надежность работы в любых условиях, низкий расход электроэнергии, большой срок службы подвижного состава; недостатки: высокие капитальные затраты на устройство железнодорожного пути и эксплуатационные расходы на его содержание и ремонт. Автомобильный транспорт целесообразно применять для транспортирования материалов при сложном рельефе поверхности, малых объемах перевозок и дальности транспортирования до 8 км. Мягкие, рыхлые и мелкокусковые породы доставляют на завод при расстоянии 1-6 км в благоприятных климатических условиях ленточными конвейерами. На цементных заводах с невысокой производительностью, расположенных в сильно пересеченной местности, а также на равнине при пересечении технологических путей от горных цехов автомобильными дорогами, железнодорожными путями и др. используют воздушно-канатные дороги. К их достоинствам относят независимость от рельефа местности, возможность полной автоматизации производственных процессов, малую трудоемкость обслуживания; к недостаткам - невысокую производительность и большие капитальные затраты.

1.2.2 Дробление

Дробление - это процесс механического измельчения твердых тел. Цель дробления - уменьшения размера кусков сырья до такой степени, при которой последующий помол осуществляется с наименьшими затратами электроэнергии. Измельчение материалов производят следующими способами: раздавливанием, раскалыванием, ударом, изломом, истиранием. Для дробления материалов применяют щековые, конусные, валковые и молотковые дробилки.

Выбор схемы дробления и типа дробильного оборудования зависит от свойств исходного сырья, мягкие породы (мел, глина) дробят по одноступенчатой схеме в валковых дробилках до кусков размеров 200 мм. В них материал измельчают способом раздавливания между валками, вращающимися навстречу друг другу. При разных скоростях вращения валков имеет место и истирание материала. В зависимости от свойств исходного материала применяют гладкие, рифленые и зубчатые валки. Твердые породы (известняк, мрамор) дробят по двухступенчатой схеме (рис.2):

1. На щековых дробилках до кусков размером 75- 200 мм. В таких дробилках используют способы раздавливания, раскалывания и частичного истирания материала. Преимущества дробилки данного типа являются простота, надежность, а также возможность переработки достаточно влажных материалов.

2. На молотковых дробилках до кусков размером 8 - 10 мм. На данной дробилке измельчение производят ударом и частично истиранием.

1.2.3 Тонкое измельчение материалов (помол)

Основным агрегатом для тонкого измельчения и помола портландцементных сырьевых смесей является шаровая трубная мельница, отличающаяся простотой конструкции, надежностью и удобством эксплуатации, обеспечивающая высокую степень измельчения. Чтобы предохранить барабан и днище мельницы от преждевременного износа, их футеруют продольными и торцевыми стальными или чугунными плитами. Измельчение материала в шаровой мельнице осуществляется ударами свободно падающих мелющих тел.

Существенный недостаток шаровых мельниц - низкая интенсивность движения мелющих тел. Так же при сухом помоле измельчаемый материал нагревается до температуры 100 - 200 0 С, что ведет к повышению износа бронефутеровки, мелющих тел, а также может вызвать термическое разложение измельчаемых материалов. Для успешной работы мельниц сухого помола необходимо осуществлять вентиляцию мельничного пространства (аспирацию). Скорость воздушного потока обеспечивается вентилятором, просасывающим воздух через мельницу и последующие очистные устройства. Холодный воздух, поступающий в мельницу, охлаждает футеровку корпуса, мелющие тела и измельчаемый материал. Проходя через мельницу, он увлекает мельчайшие частицы, предотвращая их налипание на мелющие тела. Благодаря аспирации производительность мельницы повышается на 20-25%, уменьшается пылевыделение, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. Диспергирование (понижение прочности на начальных стадиях) цементного клинкера осуществляется за счет применения интенсификаторов помола.

1.2.4 Мельницы самоизмельчения

Перспективное направление в развитии техники измельчения сырья -- применение каскадных мельниц, в которых помол материалов осуществляется без использования мелющих тел -- по принципу самоизмельчения. Мельница (рис. 3) представляет собой короткий полый вращающийся барабан большого диаметра, закрытый с двух сторон торцевыми стенками с полыми цапфами. Внутренняя полость барабана футерована бронеплитами с лопастями-подъемниками. Материал поступает в мельницу через цапфу 1, отбрасывается при вращении барабана к периферии на лопасти, поднимается последними и вновь падает вниз, ударяясь по пути о куски поступающего в мельницу материала и повторно о лопасти. Оптимальная степень заполнения таких мельниц материалом составляет 20...25 %. Помол в мельнице происходит за счет ударов материала о лопасти и соударения размалываемых кусков. Для усиления размалывающего действия в мельницу может быть загружено небольшое количество стальных шаров (5...6 % от внутреннего объема мельницы).

Рис. 3. Мельница сухого самоизмельчения « Аэрофол »: 1 - загрузочная цапфа; 2 - поперечные била; 3 - зубчатые выступы; 4 - разгрузочный патрубок

Эффективность процесса самоизмельчения определяется максимальной крупностью кусков исходного материала, а также соотношением крупных и мелких фракций. Оптимальная крупность подаваемого в мельницу материала зависит от ее диаметра и частоты вращения. Куски известняка, подаваемого в мельницу диаметром 7 м, должны иметь размер 350 - 450, мела - 500 - 800мм. Основные преимущества мельниц самоизмельчения состоят в простоте конструкции и обслуживания, низкой скорости вращения рабочих органов, малых удельных затратах электроэнергии на измельчение, отсутствие мелющих тел, совмещение процессов дробления и помола в одном аппарате, высокой производительности (до 500 т/ч). Мельницы самоизмельчения предназначены для сухого размола (мельница «Аэрофол»). Создание такого агрегата позволило перерабатывать сырье влажностью 20 - 22 % по сухому способу. Большой диаметр загрузочных цапф позволяет пропускать значительный объем горячих газов, поэтому можно использовать газы относительно невысокой температуры (отходящие газы вращающихся печей).

1.2.5 Переработка, транспортирование и хранение порошков

Свойства порошкообразных материалов

Порошкообразные материалы - энергонасыщенные системы, способные к саморегулированию своих свойств и взаимодействию с внешней средой. Их активность проявляется в аутогезии и адгезии. Аутогезия - это связь между соприкасающимися частицами, которая препятствует их разъединению; адгезия характеризует взаимодействие частиц с поверхностью твердых макроскопических тел (стенок трубопроводов, силосов- емкости из нержавеющей стали для хранения, и перегрузки сыпучих материалов и т.д.). Аутогезионные свойства в значительной мере обуславливает поведение порошкообразных материалов при их переработке. Аутогезионное взаимодействие порошков влечет за собой ряд осложнений в ходе технологических процессов. Усложняется выгрузка силосов (цемента, сырьевых смесей и др.) вследствие сводообразования и зависания материала на стенках. Пылеулавливающее оборудование забивается пылью, поэтому приходится усложнять его конструкцию, повышать расход энергии на очистку. Образование агломератов затрудняет получение однородной смеси при перемешивании порошков.

Транспортирование порошков

Для перемещения сухих сыпучих материалов применяют различные типы транспортных систем: механический - винтовые конвейеры и элеваторы и пневматический - пневмокамерные и пневмовинтовые насосы, аэрожелоба. Механические транспортные системы целесообразно использовать для перемещения небольшого объема материалов на незначительные расстояния. Но сложность конструкции и обилие движущихся агрегатов осложняют работу механических транспортных систем, снижают коэффициент их использования.

В настоящее время транспортирование порошков в пределах завода осуществляют в основном пневматическим способом при помощи винтовых и камерных насосов. Основные преимущества этого способа - возможность перемещения на большие расстояния, отсутствие пыли, простота и надежность эксплуатации. Аэрационный желоб (рис. 4) разделен по высоте на две части специальной воздухонепроницаемой перегородкой. Нижний лоток служит воздуховодом, куда нагнетается сжатый воздух, а в верхний оток (транспортный) поступает порошок, насыщенный воздухом. Аэрожелоба просты по конструкции, монтажу и эксплуатации; износоустойчивы; исключают потери от распыления и обеспечивают нормальные условия работы обслуживающего персонала. Но они применимы лишь для дальности транспортирования до 40 м.

Рис. 4. Аэрационный желоб:

1 - вентилятор; 2 - загрузочный бункер; 3 - матерчатый фильтр; 4 - верхний лоток; 5 - пористая перегородка; 6 - нижний лоток

Гомогенизация и хранение порошкообразных материалов. Для получения однородных порошков с высокой подвижностью необходимо препятствовать образованию аутогезионных контактов и разрушать их в случае возникновения. Гомогенизация портландцементных сырьевых смесей осуществляется перемешиванием. Чем выше интенсивность перемешивания, тем меньше его длительность, меньше размеры агрегатов и больше их производительность. Перемешивание сухой шихты организовано в силосах с пневматическим перемешиванием. Предпочтительны силосы с плоским основанием, так как в них воздух распределяется более равномерно. Размеры силоса зависят от способа гомогенизации, мощности цеха, а также особенностей технологического процесса.

Сжатый воздух, подаваемый в силосы через воздухопроницаемое днище, насыщает материал и переводит его в псевдотекучее состоянии. Днище выкладывают специальными коробами, состоящими из металлического корпуса и пористой аэроплитки. Аэроплитки изготавливают из керамики, металлокерамических сплавов, текстиля и др. Проходя тонкими струями через поры в плитках, воздух попадает внутрь силоса, при движении вверх увлекает за собой частички муки. Место поднятого струей воздуха материала занимает неарированная шихта, находящаяся рядом с этой зоной. Таким образом, весь порошок, находящийся в силосе, приходит в движение и перемешивается. При перемешивании порошков в силосе расходуется много сжатого воздуха и, следовательно, электроэнергии. Недостаток силосов такого типа - недостаточная степень гомогенизации при больших количествах смеси, значительная потребность в объемах сжатого воздуха.

Более эффективным и экономичным является применение двухъярусных силосов. Исходные сырьевые смеси различного состава поступают в несколько силосов верхнего яруса, а затем после уточнения состава перемешиваются в заданном соотношении в более крупных силосах нижнего яруса. Двухъярусное расположение силосов позволяет не только сократить производственные площади и расходы на строительство, но и использовать эффект гравитационного перемешивания. Когда материал выгружают из силоса верхнего яруса в силос нижнего яруса, скорость его перемещения выше в центре силоса и постепенно уменьшается в направлении к периферии, что заставляет горизонтальные слои материала разного уровня перемещаться к центру, где они одновременно извлекаются.

Аутогезионные свойства порошков особенно наглядно проявляются при хранении в силосах. Этому способствует давление вышележащих слоев материала на нижележащие и наличие в воздухе паров воды. Для ослабления аутогезионного взаимодействия порошков рекомендуется воздух, подаваемый для их перемешивания, предварительно подогревать до температуры, превышающей температуру порошка на 15-20 0 С. Это позволяет предотвратить адсорбцию влаги материалом.

Разгружают силосы пневматическим способом при помощи разгрузочных устройств, расположенных сбоку или под днищем силоса, 15-20 %которого выкладывают аэроплитками. Под них подают обезвоженный воздух под давлением. Проходя через поры в аэроплитках, воздух разрыхляет порошок и дает ему возможность стекать под уклон к разгрузочным механизмам.

1.2.6 Тепловая обработка сырья в производстве портландцемента

Физико-химические основы обжига портландцементного клинкера. Образованию портландцементного клинкера предшествует ряд физико-химических процессов, в результате которых клинкер приобретает сложные минералогический состав и микрокристаллическую структуру. Эти процессы протекают в определенных температурныхграницах -- технологических зонах печи. В основном обжиговом агрегате -- вращающейся печи -- при мокром способе производства цемента по ходу движения материала выделяют зоны: I - испарения,II--подогрева и дегидратации, III-- декарбонизации, IV-- экзотермических реакций, V-- спекания, VI-- охлаждения. При сухом способе производства - эта зона отсутствует. Подготовительные зоны I - II занимают 50...60 % длины печи, зона декарбонизации -- 20...25, зона экзотермических реакций -- 7...10, зона спекания -- 10...15 и зона охлаждения -- 2...4 % длины печи. На рис. 5 показано распределение температур материла и газового потока по зонам вращающейся печи.

Рис. 5. Распределение температуры материала и газового потока по зонам вращающейся печи: 1 - материал; 2 - газовый поток; I-VI - зоны печи

В зоне подогрева при температуре 200...650 °С выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента. Обезвоживание и распад на оксиды водных алюмосиликатов кальция приводит к образованию ряда промежуточных соединений, заметно влияющих в дальнейшем на скорость связывания СаО.

В зоне декарбонизации при температуре 900... 1200 0 С происходит диссоциация карбонатов кальция и магния с образованием свободных СаО и МgО. Одновременно продолжается распад глинистых минералов.В зоне экзотермических реакций при температуре 1200 - 1300 0 С завершается процесс твердофазового спекания материала. В результате образуются минералы 3CaO*Al 2 O 3 ; 4CaO*Al 2 O 3 *Fe 2 O 3 и 2CaO*SiO 2 . Однако в смеси остается некоторое количество свободной извести, необходимое для насыщения двухкальциевого силиката до трехкальциевого (алита).

В зоне спекания при температуре 1300 - 1450 0 С происходит частичное плавление материала, начинающееся в поверхностных слоях зерен, а затем постепенно распространяющееся к их центру. Время полного усвоения оксида кальция и образования алита в зоне спекания составляет 20 - 30 минут.

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1100 - 1000 0 С. Часть жидкой фазы при этом кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть затвердевает в виде стекла. Границы зон во вращающейся печи достаточны условны и нестабильны. Меняя режим работы печи, можно смещать границы и протяженность зон и тем самым регулировать процесс обжига.

Аппараты для тепловой обработки. Они работают по принципу как противотока, так и прямотока. С точки зрения расходы теплоты прямоток выгоднее, чем противоток, так как в последнем случае выше температура отходящего материала и больше потери теплоты. Тем не менее, чаще применяют противоток, что связано с большей разностью температуры теплоносителя и материала в таких аппаратах и соответственно большей скоростью теплообмена, что позволяет сократить длительность обжига. Тепловыми агрегатами в производстве клинкера являются вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан, который состоит из обечаек (открытый цилиндрический или конический элемент конструкции), соединенных сваркой или клепками, и имеет внутреннюю футеровку из огнеупорного материала (рис. 6). Профиль печей может быть как строго цилиндрическим, так и сложным с расширенными зонами. Расширение определенной зоны производят для увеличения продолжительности пребывания в ней обжигаемого материала. Печь, установленная под углом 3 - 4 0 к горизонту, вращается с частотой 0,5 - 1,5 мин -1 . Вращающиеся печи в основном работают по принципу противотока. Сырье поступает в печь с верхнего (холодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливно-воздушная смесь, сгорающая на протяжении 20 - 30 м длины печи. Горячие газы, перемещаясь со скоростью 2 - 13 м/с навстречу материалу, нагревают последний до требуемой температуры. Длительность пребывания материала в печи зависит от ее частоты вращения и угла наклона, составляя, например, в печи размером 5Ч 185 м, 2 - 4 часа. Занятое материалом сечение во вращающихся печах составляет лишь 7 - 15 % объема, что является следствием высокого термического сопротивления движущегося слоя и объясняется как малой теплопроводностью частиц обжигаемого материала, так и слабым перемешиванием их в слое.

Рис. 6. Вращающаяся печь размером 5Ч185 м:

1 - дымосос; 2 - питатель для подачи шлама; 3 - барабан; 4 - привод; 5 - вентилятор с форсункой для вдувания топлива; 6 - колосниковый охладитель.

сухой портландцемент сырье добавка

Факел пламени и горячие газы нагревают как поверхностный слой материала, так и футеровку печи. Футеровка, в свою очередь, отдает получаемую теплоту материалу лучеиспусканием, а также путем непосредственного контакта. При каждом обороте печи в процессе соприкосновения с газовым потоком температура поверхности футеровки повышается, а при контакте с материалом понижается. Таким образом, материал воспринимает теплоту лишь в двух случаях: либо когда соприкасается с нагретой поверхностью футеровки, либо когда находится на поверхности слоя. Производительность вращающейся печи зависит от объема внутренней части, утла наклона печи к горизонту и частоты вращения, температуры и скорости движения газов, качества сырья и ряда других факторов.

Важное преимущество вращающихся печей -- их технологическая универсальность, обусловленная возможностью использовать сырьевые материалы различных видов.

Теплообменные устройства

Эффективное использование теплоты во вращающихся печах возможно только при установке системы внутрипечных и запечных теплообменных устройств. Внутрипечные теплообменные устройства имеют развитую поверхность, которая либо всё время покрыта материалом, непосредственно соприкасающимся с газами, либо работает как регенератор, воспринимаю теплоту от газов и передавая ее материалу. Эти устройства увеличивают поверхность теплообмена между газами и материалами также потому, что, уменьшая скорость движения материала, повышают коэффициент заполнения печи. В результате установки внутрипечных теплообменных устройств кроме основной задачи - снижения расходов теплоты - можно решить и ряд других задач: интенсифицировать процесс перемешивания, снизить пылевынос. Это позволяет улучшить работу печи и повысить её производительность.

В России для обжига сухих сырьевых смесей в основном используют печи с циклонными теплообменниками. В основу их конструкции положен принцип теплообмена между отходящими газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии (рис. 7).

Рис. 7. Схема циклонных теплообменников к вращающейся печи:

1 - дымовая труба; 2 - циклонные теплообменники; 3 - винтовой питатель; 4 - скребковый конвейер; 5 - расходный бункер сырьевой муки; 6 - ковшовый элеватор; 7 - течка; 8 - переходная головка; 9 - вращающаяся печь; 10 - пылеуловители; 11 - дымосос.

Уменьшение размера частиц обжигаемого материала, значительное увеличение его поверхности и максимальное использование этой поверхности для контакта с теплоносителем интенсифицируют теплообмен. Сырьевая мука в системе циклонных теплообменников движется навстречу отходящих из вращающейся печи газов температурой 900 - 1100 0 С. Средняя скорость движения газов в газоходах составляет 15 - 20 м/с, что значительно выше скорости движения частиц сырьевой муки. Поэтому поступающая в газоход между верхними I и II ступенями циклонов сырьевая мука увлекается потоком газов в циклонный теплообменник I ступени. Поскольку диаметр циклона намного больше диаметра газохода, скорость газового потока резко снижается, и частицы выпадают из него. Осевший в циклоне материал через затвор - мигалку поступает в газоход, соединяющий II и III ступени, а из него выносится газами в циклон II ступени. В дальнейшем материал движется в газоходах и циклонах III и IV ступеней. Таким образом, сырьевая мука опускается вниз, проходя последовательно циклоны и газоходы всех ступеней, начиная относительно холодной (I) и кончая горячей (IV). При этом процесс теплообмена на 80 % осуществляется в газоходах и только 20 % приходится на долю циклонов.

Время пребывания сырьевой муки в циклонных теплообменниках не превышает 25...30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреться до температуры 700...800°С, но полностью дегидратируется и на 25...35 % декарбонизируется.

Недостатки печей этого типа -- высокий расход электроэнергии и относительно низкая стойкость футеровки. Кроме того, они чувствительны к изменению режима работы печи и колебаниям состава сырья. После прохождения циклонных теплообменников сырьевая мука температурой 720 - 750°С поступает в декарбонизатор - аппарат для удаления из воды свободной угольной кислоты путём продувания этой воды воздухом (рис. 8). Частицы сырьевой муки и растленное топливо диспергируются и перемешиваются. Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, передается частицам сырьевой муки, которые нагреваются до 920 - 970°С. Материал в системе циклонный теплообменник -- декарбонизатор находится лишь 70 - 75 с и за это время декарбонизируется на 85 - 95%. Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м 3 внутреннего объема печи в 2,5 - 3 раза. Кроме того, в декарбонизаторе можно сжигать низкокачественноетопливо и бытовые отходы. Размеры установки невелики, и она может использоваться не только при строительстве новых заводов, но и при модернизации действующих печей. Эксплуатируемые в России печи с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами размером 4,5 х 80 м имеют производительность 3000 т/сутки при удельном расходе теплоты 3,46 МДж/кг клинкера.

Рис. 8. Вращающаяся печь с циклонным теплообменником и декарбонизатором:

1 - дымосос; 2 - электрофильтр; 3 - циклонный теплообменник; 4 - декарбонизатор;5 - вращающаяся печь 4,5 Ч 80 м; 6 - установка контроля температуры корпуса; 7 - колосниковый холодильник; 8 - установка для олаждения и увлажнения отходящих печных газов.

Футеровка печи

Для защиты корпуса от воздействия высокой температуры печи изнутри футеруют огнеупорными материалами, выполняющими одновременно роль изоляции, предотвращающей чрезмерные потери теплоты в окружающую среду. Футеровка должна иметь определенные свойства: химическую устойчивость к обжигаемому материалу, огнеупорность, термостойкость, теплопроводность, механическую прочность, сопротивление истиранию, упругость. Так как футеровки различных зон печи работают а неодинаковых температурных условиях, то их выкладывают из различных огнеупоров. В особо тяжелых условиях находится футеровка зоны спекания - наиболее высокотемпературной зоны вращающейся печи. Наиболее совершенный вид огнеупора для такой зоны является периклазохромитовые кирпичи с пониженным содержанием хромита. Средняя стойкость в цементной промышленности данной футеровки составляет около 230 суток.

Срок службы футеровки увеличивают рядом технологических приемов: строгое соблюдение режима обжига клинкера; равномерное питание сыреем и топливом; постоянство химического состава, тонкости помола и влажности сырья; постоянство состава, влажности и тонкости помола твердого топлива. Эти факторы обеспечивают стабильность режима работы печи, уменьшают колебания температуры в футеровке и деформации корпуса.

Главное условие надежной эксплуатации футеровки - создание и сохранение защитного слоя обмазки на её рабочей поверхности. Клинкерный расплав взаимодействует с материалом футеровки, налипает на неё, образуя слой обмазки толщиной до 200 мм. Процесс образования обмазки и её свойства зависят от температуры плавления, количества и состава жидкой фазы и режима работы печи. Обмазка предохраняет футеровку от разрушения, снижая температуру поверхности кирпича и уменьшая возникающие в нем напряжения, защищает кирпич от колебаний температуры внутри печи, а также от химического и механического воздействия обжигаемого материала.

Интенсификация процессов обжига

Печные агрегаты - самое энергоемкое оборудование. В производстве цемента на их долю приходится около 80 % затрат тепловой и электрической энергии. Добиваясь снижения этих затрат, конструкции печей непрерывно совершенствуют, изыскиваю пути интенсификации процессов обжига. Проблема интенсификации работы вращающихся печей включает в основном две задачи: изыскание наиболее рациональных приемов снижения удельного расхода теплоты на обжиг клинкера и повышение тепловой мощности печи. На производительность печи влияет целый ряд факторов. Во- первых, факторы, которые приводят к изменению удельного расхода теплоты на обжиг клинкера: состав и структура сырья, его влажность и реакционная способность и др. Во-вторых, производительность печи повышается, если увеличивается поверхность соприкосновения газов с материалом, возрастает скорость движения газового потока, сжигание топлива производится с минимальным избытком воздуха. Все мероприятия, способствующие увеличению полезно используемой теплоты сгорания топлива, ускоряет процесс клинкерообразования. К ним относятся установка внутрипечных и запечных теплообменных устройств, снижение влажности шлама за счет обезвоживания в концентраторах или путем введения разжижителей шлама и др.

Тепловая мощность печи - важнейшая конструктивная характеристика, определяющая её производительность. Увеличение количества сжигаемого топлива в том же объеме топочного пространства - один из путей повышения производительности печи. Эффективным средством интенсификации процесса и производительности печи является повышение температуры нагреваемого материала.

Эффективное средство интенсификации процесса обжига - сжигание части топлива в зоне декарбонизации непосредственно в слое материала. Снизить удельный расход теплоты на обжиг клинкера можно введением в сырьевую смесь минерализаторов. Они позволяют ускорить твердофазовые реакции, снизить температуру появления жидкой фазы и улучшить ее свойства, повысить качество продукции. Важный резерв интенсификации процесса обжига - утилизация пыли, улавлиемой из отходящих газов. Тонкодисперсная, частично прокаленная пыль близка по составу сырьевой смеси. Возврат пыли в печь способствует росту производительности агрегата, сокращению расхода сырья, топлива, электроэнергии. Расход топлива можно снизить путем совершенствования технологической схемы, конструктивных решений декарбонизаторов, холодильников и вспомогательного оборудования.

Охлаждение обожженных материалов

Выходящий из вращающейся печи материал имеет температуру около 1000 0 С. Возвращение в печь теплоты материала может существенно снизить расход топлива. Это достигается охлаждением материала воздухом, подаваемым затем в печь для горения топлива. Режим охлаждения влияет как на дальнейший технологический процесс, так и на свойства готового продукта. Размол горячих материалов приводит к снижению производительности мельниц и росту удельного расхода энергии. Особенно чувствителен к охлаждению портландцементный клинкер. Быстроохлажденные клинкера легче размалываются и в определенной мере повышают качество цемента. Поэтому необходимо, чтобы процесс охлаждения клинкера был наиболее полным и протекал быстро, особенно в начальной стадии. Чем полнее охлаждение клинкера, тем меньше потери теплоты.

Широко распространены три типа охладителей: барабанные, рекуператорные и колосниковые. При производстве портландцементного клинкера в современных вращающихся печах используют колосниковые переталкивающие охладители(Рис. 9). Горизонтальная решетка с подвижными колосниками приводится в действие от кривошипного механизма. Форма колосников такова, что при движении вперед клинкер ссыпается на следующий ряд колосников; при движении в обратном направлении он скользит по колосникам. Ввиду того что одни колосники движутся, а другие нет, осуществляется постоянное перемешивание клинкера. Камера охладителя разделена на две части. Клинкер с обреза вращающейся печи в горловине охладителя подвергают воздействию «острого дутья» (10...12 кПа), которое обеспечивает равномерное распределение клинкера по ширине колосников и быстрое начальное его охлаждение. Этот горячий воздух температурой 450 0 С засасывается в печь, где используется для горения топлива в качестве вторичного воздуха. Во вторую часть подрешеточного пространства охладителя также поступает холодный воздух, который подвергается за счет частичного уже охлажденного клинкера и может быть использован для сушки сырья. На разгрузочном конце охладителя устанавливают молотковую дробилку, предназначенную для дробления крупных кусков клинкера («свара»).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Схема колосникового охладителя клинкера типа « Волга»:

1 - вращающаяся печь; 2 - приемная шахта; 3 - колосниковая решетка; 4 - привод; 5 - окно для сброса избытка отработанного воздуха в атмосферу; 6 - грохот; 7 - молотковая дробилка; 8 - скребковый конвейер; 9 - окна для общего дутья; 10 - вентилятор общего дутья; 11 - вентилятор острого дутья.

Поскольку в колосниковом охладителе воздух просасывается через слой материала, значительно увеличивается поверхность теплообмена и интенсифицируется процесс охлаждения. Скорость охлаждения регулируют изменением скорости движения решетки, толщины слоя материала и количества воздуха.

Преимущества колосниковых охладителей - высокие скорость и степень охлаждения (до 40 - 60 0 С), хороший КПД, малый удельный расход электроэнергии (9 - 11 МДж/т клинкера). Основной недостаток - невыгодный с точки зрения рекуперации принцип теплообмена, так как воздух движется не противотоком к материалу, а перпендикулярно ему. Большое количество теплоты теряется при выбросе избыточного воздуха в атмосферу. К недостаткам колосниковых охладителей также относятся сложность эксплуатации и ремонт, меньшая надежность работы, большие капиталовложения.

Глава 2. Технология производства портландцемента

2.1 Вещественный состав портландцемента

Портландцементом ГОСТ 10178-76 называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе и представляющее собой продукт тонкого помола клинкера, получаемого в результате обжига до спекания искусственной сырьевой смеси, состав которой обеспечивает преобладающее содержание в клинкере силикатов кальция (70-80 %).

Обычный силикатный цемент, или портландцемент, получаемый совместным тонким измельчением клинкера и гипса, представляет собой зеленовато-серый порошок, который при смешивании с водой затвердевает на воздухе (или в воде) в камнеподобную массу. Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования сроков схватывания. Он замедляет начало схватывания и повышает прочность цементного камня в ранние сроки. Наряду с обычным портландцементом (без добавок), обозначаемым индексом ПЦ Д0, выпускают два вида портландцемента с минеральными добавками, обозначаемые индексами ПЦ Д5 и ПЦ Д20. В первый допускается вводить дополнительно до 5 % активных минеральных добавок, а во второй свыше 5, но не более 10 % добавок осадочного происхождения (трепел, опока), или до 20 % добавок вулканического происхождения, глиежей, гранулированных доменных и электротермофосфорных шлаков. Соотношение клинкера, гипса и добавок характеризует вещественный состав портландцемента. Качество клинкера зависит от химического и минералогического состава. Химический состав характеризуется содержанием различных оксидов, а минералогический - количественным соотношением минералов, образующихся в процессе обжига. Портландцементный клинкер состоит в основном из, % по массе: СаО-64...67; SiO 2 - 21...25; А1 2 0 3 - 4...8; Fе 2 0 3 -- 2...4. Кроме того, в составе клинкера могут присутствовать MgO, ТiO 2 , щелочи и др.

Важнейшие оксиды, входящие в состав клинкера (СаО, SiO 2 , А1 2 0 3 и Fе 2 0 3), взаимодействуют в процессе обжига, образуя клинкерные минералы. Портландцементный клинкер состоит из ряда кристаллических фаз, отличающихся друг от друга химическим составом. Основные минералы клинкера:

алит - 3СаО * SiO 2 (сокращенная запись С 3 S);

белит -- 2СаО * SiO 2 (С 2 S);

трехкальциевый алюминат 3 СаО * А1 2 0 3 (C 3 А);

алюмоферриты кальция переменного состава от 8 СаО

* 3 А1 2 0 3 * Fе 2 О 3 до 2СаО * Fе 2 0 3 (С 8 A 3 F...C2F).

Минералогический состав клинкера влияет на технологию производства портландцемента и его свойства. Знание минералогического состава клинкера позволяет прогнозировать свойства портландцемента: скорость набора прочности при различных условиях твердения, стойкость в пресных и минерализованных водах, тепловыделение при твердении и др. Это дает в соответствии с видом сооружения и условиями его эксплуатации подбирать нужный цемент.

Алит - важнейший материал клинкера, основной носитель его вяжущих свойств. Он обусловливает возможность быстрого твердения цемента и достижения им высокой прочности.

Белит взаимодействует с водой значительно медленнее алита и в начальные сроки твердения обладает низкой прочностью. Но со временем белит набирает прочность и не уступает алиту по прочностным показателям.

Трехкальциевый алюминат быстро гидратируется, активно участвует в процессах схватывания, но вклад егов конечную прочность цементного камня сравнительно невелик. При увеличении содержания алюмоферритов кальция цементы твердеют медленно, но достигают высокой прочности. Регулирование минералогического состава обеспечивает получение цементов с заданными свойствами.

2.2 Технологическая схема производства портландцемента сухим способом

Цементное производство в укрупненном виде состоит из следующих основных переделов:

· Добыча, первичное измельчение сырья в карьерах и доставка его на площадку цементного завода, складирование;

· измельчение и усреднение (гомогенизация) измельченной смеси, подготовка её к обжигу;

· помол клинкера с добавками на цемент (количество и состав добавок зависят от химического и минералогического состава исходного сырья и клинкера, требуемого сорта цемента);

· подача цемента на склад, хранение, упаковка и отгрузка.

Для производства цемента применяют мокрый, сухой и комбинированный способы.

Сухой способ производства. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом показана на рис. 10.

Рис. 10. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента сухим способом

Возрастающие требования к экономии расхода топлива вынуждают перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. С другой стороны такие материалы характеризуются пониженной плотностью и соответственно прочностью. Предварительное измельчение таких материалов целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения «Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырьё влажностью до 25%. Однако полностью высушиться сырьё при этом не успевает, и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой массы должна производиться её досушка.

Сырьевая мука подается в железобетонные силосы, где производится корректирование ее состава до заданных параметров и гомогенизация путем перемешивания при помощи сжатого воздуха. Далее готовая шихта поступает на обжиг во вращающиеся печи с запечными теплообменниками. Полученный клинкер охлаждают в охладителе и подают на склад, где создается его запас, обеспечивающий бесперебойную работу завода. Вместе с тем выдерживание клинкера на складе повышает качество цемента. На складе также хранят гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1%, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минеральных добавок в шаровых (трубных) мельницах обеспечивает получение цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают цемент либо навалом(в автомобильных и железнодорожных цементовозах, специализированных судах), либо в таре - многослойных бумажных мешках.

Основное преимущество сухого способа производства - снижение расходов топлива. Также при сухом способе на 35 - 40% уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и предоставляет большие возможности по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важное достоинство сухого способа производства и более высокий съем клинкера с 1 м 3 печного агрегата. Еще немаловажным фактором является то, что при обжиге по сухому способу значительно сокращается расход пресной воды.

В мировой цементной промышленности сухой способ производства занял ведущее место. В настоящее время доля сухого способа занимает в Японии, Германии и Испании 100 %, в других развитых странах - 70 - 95%. В России доля сухого способа производства всего 13%.

Каждая мельница работает по схеме пневматической разгрузки с воздушно-проходным сепаратором 5. Крупка, отделенная сепаратором, возвращается в мельницу на домол, готовый продукт через циклоны 14, аэрожелобы и расходомер поступает в силосы 13 сухой сырьевой муки, оборудованные системой смесительной аэрации. Из силосов 13 сырьевая мука по аэрожелобам 15 и затем пневматическими подъемниками направляется в циклонный теплообменник (10, 11), где нагревается газами, выходящими из печи, до 700... 750°С и частично (до 20%) декарбонизуется, после чего поступает во вращающуюся печь 12.

Подобные документы

Характеристика сырьевых материалов для производства цемента. Технологические операции подготовки и получения сырья, оборудование для его измельчения. Вещественный состав и особые виды портландцемента. Технологическая схема его производства сухим способом.

курсовая работа , добавлен 16.02.2011

Характеристика портландцемента 4/А. Описание основной технологической схемы производства пуццоланового портландцемента сухим способом. Расчет сырьевой смеси и материального баланса. Изделия и конструкции, изготовленные с использованием портландцемента.

курсовая работа , добавлен 17.02.2013

Схема производства портландцемента "сухим способом". Грунтовые компоненты, входящие в состав битумов и их характеристики. Щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси и асфальтобетон: характеристика, применение. Дегтебетон: состав, свойства, применение.

контрольная работа , добавлен 05.04.2014

Разработка месторождения цементного сырья открытым способом. Технология дробления известняка. Первичная обработка глины. Обжиг цементного клинкера по мокрому способу в печи. Принцип работы холодильника. Модернизация шаровой мельницы для помола цемента.

реферат , добавлен 07.12.2014

Проект цеха для производства трехслойных панелей наружных стен. Технологическая схема производства стеновых панелей поточно-конвейерным способом. Виды сырья, используемое для изготовления железобетонных изделий. Входной контроль качества цемента.

курсовая работа , добавлен 09.10.2012

Виды сырья для глиноземистого цемента, бокситы и чистые известняки. Химический состав, внешние параметры, марки, физико-механические показатели глиноземистого цемента. Способы производства цемента: метод плавления сырьевой шихты и обжиг до спекания.

реферат , добавлен 09.02.2010

Описание производства известково-зольного цемента. Режим работы цеха, расчет грузопотоков. Подбор основного технологического и транспортного оборудования. Контроль сырья и производства продукции. Сырье для производства известково-зольного цемента.

курсовая работа , добавлен 04.04.2015

Общая характеристика, структура и особенности организации технологического процесса производства цемента. Анализ динамики трудозатрат технологического процесса производства цемента. Оценка уровня развития технологий техпроцесса изготовления цемента.

контрольная работа , добавлен 30.03.2010

Развитие производства цемента в России. Портландцемент как гидравлическое вяжущее вещество. Выбор способа производства и описание технологического процесса. Способы контроля. Практический расчет экономической эффективности производства портландцемента.

курсовая работа , добавлен 06.06.2015

Характеристика свойств песка, щебня и цемента - составляющих материалов бетона. Описание технологического процесса изготовления железобетонных конструкций конвейерным способом. Испытание прочности плит методами упругого отскока и пластических деформаций.

Визитная карточка города Новороссийска – это едкая пыль от работающих здесь цементных заводов. Экологический ущерб, наносимый окружающей среде цементной промышленностью страны - очевиден, и только модернизация устаревшего оборудования на абсолютном большинстве цементных заводов способна его значительно уменьшить. Но кардинально изменить экономику и экологию производства цемента возможно лишь путем внедрения «сухого» метода его изготовления.

Экономически эффективное и высоконадежное жилищное и промышленное строительство трудно представить без использования недорогих и качественных цементов, позволяющих изготовить из них растворы и бетоны с различными физико-механическими и химико-минералогическими свойствами.

«Цемент – хлеб строительства» - и это бесспорно. Тревожит только то, что о кухне, вернее «пекарне», где готовят «хлеб строительства», более и менее осведомлен довольно узкий круг специалистов строительной сферы.

Цементная промышленность России - это 55 заводов, 49 из них - полного технологического цикла, то есть у каждого из них имеется сырьевая база: карьеры, где добываются глина, известняк и так далее. Лишь однажды, в 1989 году, в Российской Федерации на данной материально-технической базе был достигнут рекордный уровень производства цемента - 89 млн. тонн, которые страна и потребляла.

В 1992 -1993 годах выпуск цемента «провалился до дна» - составил всего 27 млн. тонн. Тем не менее, именно в то время, в цементную промышленность пошли инвестиции западных компаний. В 1992-м году на отечественном рынке появились такие мировые лидеры как Lafarge, Dyckerhoff, Holcim. В 2014 г. цементная промышленность поставила на строительный рынок 59,4 млн. тонн своей продукции.

Дефицит и повышение цен на продукцию вызвали интерес у потенциальных инвесторов из различных регионов России. В прессе и по телевидению, постоянно поднимается тема строительства новых цементных заводов, насколько эти намерения серьезны, покажет время, но отсутствие квалифицированных рабочих, развал цементного машиностроения и элементарный бюрократизм – говорят о том, что цементное производство, по-прежнему будет доступно не многим.

Проблемы цементной промышленности, особенно задачи ее модернизации, в соответствии с общепринятыми экологическими требованиями по энерго- и ресурсосбережению обросли пыльным «смогом» мифов, слухов и домыслов, которые успешно тиражируются в СМИ.

Развеять их в небольшой по объему публикации, дело просто непосильное. Цель статьи - ознакомить как можно больший круг заинтересованных читателей с некоторыми секретами «пекарского искусства» производства цемента.

О понятии «цемент»

В строго энциклопедическом понятии «Цемент » (лат. caementum - «щебень, битый камень») есть искусственное неорганическое вяжущее вещество, являющееся одним из основных строительных материалов.

При взаимодействии с водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов.

Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность и во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих (гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Цемент для строительных растворов - малоклинкерный композиционный цемент, предназначенный для кладочных и штукатурных растворов, изготавливают совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и наполнителей.

Римляне, которых полагают первооткрывателями цемента, для получения некоторых его вяжущих свойств подмешивали к извести определённые материалы: пуццоланы (отложения вулканического пепла Везувия); дроблёные или измельчённые кирпичи и затвердевшие отложения вулканического пепла района г. Эйфеля.

В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.

После этого наступил вековой период усиленного экспериментирования. При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 г. пришли к выводу, что помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига (порядка +1450° С, 1700 K) для достижения прочного соединения извести с оксидами.

Портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450…+1480 °С. Происходит частичное плавление компонентов, и образуются гранулы клинкера.

Для получения цемента, клинкер размалывают совместно примерно с 5% гипсового камня. Гипсовый камень управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять при помоле другие материалы.

Выдающийся учёный химик Алексей Романович Шуляченко считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера.

В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце ХХ века насчитывалось около 30 разновидностей цемента.

Марки цемента определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40×40×160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1:3 с кварцевым песком.

Марки выражаются в числах М100 - М600 (как правило, с шагом 100 или 50), обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100 - 600 кг/см² (10 - 60 МПа).

Цемент с маркой выше 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и цена его на порядок выше марки 500. Применяется он для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и т.п..

Также по прочности в настоящее время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95 % обеспеченности (т. е. 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30 - 60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).

Исторический экскурс в цементную промышленность

Промышленное производство цемента России имеет почти двухвековую историю. Однако первое официальное упоминание о нем датируется 17 веком. В письме тогдашнему коменданту Москвы, князю Гагарину, Петр I дает поручение прислать несколько бочек извести. Загадочно, ибо затем слово «Известь» было зачеркнуто и исправлено на «Цементъ». Знатоки строительного материаловедения утверждают что, в данном случае, речь шла об одной из разновидностей цемента, производимым в те далекие времена, а именно о роман-цементе.

Официально же первый цементный завод в России был построен и запущен в эксплуатацию в 1839 г., и производил он портландцемент. Спустя буквально полста лет, Россия выходит на европейский рынок, и занимает в этом секторе одно из ведущих мест, вплоть до начала первой Мировой войны.

Трагические события в стране, революция и гражданская война, «камня на камне» не оставили от цементной промышленности. Стратегический серый продукт приходилось покупать за лес, зерно и валюту. В «громадье планов» великого зодчего товарища Сталина это совершенно не входило.

На фронт восстановления цементной промышленности было брошено все, в том числе и литература. В 1929 году Федором Гладковым был написан роман с одиозным названием «Цемент». Вождю народов он так понравился, что он регулярно цитировал его. Особо нравился ему тезис - «Цемент - хлеб строительства», это выражение стало девизом промышленности строительных материалов.

В период "великих сталинских строек" цемент был одним из важнейших материалов, ибо на них в огромных количествах использовался бетон. А бетон и цемент - неразлучны как лед и вода.

В годы первых пятилеток все цементные заводы были реконструированы, а также параллельно с восстановлением существующих производств, возводили и новые. Безусловно, индустриализация и стремительные темпы строительства новых заводов, только способствовали быстрому воспроизводству цемента.

Великая Отечественная Война, снова остановила развитие цементной промышленности, поскольку большая часть заводов находилась на оккупированных территориях, и часть из них были полностью разрушены. Лишь в 1948 г. цементное производство было восстановлено полностью и вышло на прежний уровень.

И уже в 1962 г. СССР занимает первое место в мире по объему производства цемента. И это логично - ведь именно тогда, безраздельно вступила в свои права эпоха крупнопанельного домостроения. А производство железобетонных панелей полностью привязано к цементу.

В 1989 г. в СССР в полном объеме работало 89 цементных заводов, выпускавших более 140 млн. тонн цемента. Развитие промышленности не стояло на месте, научно исследовательские центры представляли цементную науку во многих городах страны. На нужды цементной промышленности работали более трех десятков машиностроительных заводов, а образовательные учреждения, сотнями выпускали новых специалистов в этой области.

Производство цемента в постперестроечной России

В период распада Советского Союза строительный рынок России вновь переживает кризис. Резкое снижение строительства новых объектов, привело к спаду производства цемента. Лишь к 2000 году, с нормализацией ситуации в стране, возобновили работу Российские цементные заводы.

За период с 2000 по 2015 год, производство цемента, по сравнению с девяностыми годами, выросло на 50%. Хотя в 2002 г. страна вошла в десятку мировых лидеров по потреблению цемента, доля России в мировом производстве составляла не более двух процентов.

Основная доля цемента производится по устаревшему «мокрому» способу. И поскольку нормативный срок эксплуатации цементных заводов составляет не более 30 лет, многие из них приходят в негодность и останавливают производство. А спрос на бетон и цемент тем временем растет.

Сегодня Россия находятся на пороге острого дефицита цемента. В принципе, в некоторых регионах России ощущать нехватку цемента стали уже в 2006 г. По мнению специалистов, в ближайшее время могут возникнуть и проблемы с транспортировкой цемента.

О научно-технологическом процессе изготовления цемента

Как уже было отмечено ранее, научно-технологический уровень процессов изготовления цемента в широкой практической реализации законсервирован на уровне ХХ века.

Вследствие повсеместного использования трубчатых печей с высокотурбулентными воздушными потоками, имеющими большую способность к «захвату» и переносу частиц шихты и спекаемого клинкера, существует чрезмерная нагрузка на фильтры очистки отходящих газов.

Все это приводит к удорожанию фильтров, к их большим размерам и невысокой степени очистки (до 95 – 97%), что при крупнотоннажных производствах цемента делает его экологически опасным, поскольку в сутки выбрасываются десятки и даже сотни килограммов высокодисперсной пыли.

Гомогенизация (полное усвоение) клинкерной шихты, вследствие использования исходных минералов с размерами свыше 3-5 мм, не превышает 75 – 80%, что приводит к непрореагированности компонентов, а это в свою очередь, резко ухудшает физико-механические и химико-минералогические свойства цементов.

Техногенные отходы практически не используются (за исключением гранулированного шлака) – вместо этого требуются существенные средства на добычу кондиционного сырья (разработку карьеров известняка, мергеля, глины).

Затраты энергии на спекания клинкера у большинства цементных заводов на уровне 800 – 1 200 и более ккал/кг клинкера, хотя по калориметрическим расчётам достаточно в 2-3 раза меньше.

Затраты энергии на помол клинкера составляют 35 - 50 кВт/ч на тонну цемента при низкой толщине помола, хотя имеются процессы и оборудование с затратами электроэнергии на порядок меньше и качеством помола лучше – до 15000-25000 см2/г.

Использование в качестве энергоносителей преимущественно дорогих теплоносителей: природного газа, нефтепродуктов или кондиционного угля,- существенно повышает себестоимость производства цемента и, в конечном счете, значительно повышает стоимость жилья, промышленных зданий и сооружений.

О коренном изменении состава оборудования цементных заводов

Анализ указанных недостатков показал, что для их устранения неприменимы традиционные способы модернизации оборудования или добавления новых механизмов – необходимо коренное изменение состава оборудования цементных заводов с иными полезными свойствами и параметрами.

Во-первых, для снижения количества выбросов пыли и преобразования цементного производства в экологически безопасное следует отказаться от рукавных фильтров и электрофильтров (которые «пропускают» до 3-5% пыли в выбросах) и перейти к фильтрам с качеством очистки на порядок лучшим – например, водным фильтрам (скрубберам) со степенью отчистки отходящих газов от пыли до 99,7%.

Во-вторых для повышения качества помола следует применять принципиально новое помольное оборудование (например мельницы центробежно - ударного типа) позволяющее достичь гарантированного и заданного размера измельчаемых частиц цемента, которые только и успевают перейти в раствор при приготовлении бетонов.

В-третьих, для оперативного контроля содержания в исходном сырье компонентов клинкера необходимо применить анализаторы, работающие в реальном масштабе времени и совместимые с АСУТП комплекса – например, рентгеноструктурные анализаторы.

В-четвертых, следует внести изменения в технологический процесс приготовления шихты: исходные компоненты необходимо не только точно дозировать, но и добиваться максимально возможной степени гомогенизации шихты с предварительным тонким помолом компонентов.

В-пятых, необходимо применить оборудование для существенного снижения энергозатрат на спекание клинкера и/или использовать «вторичное тепло» – вовлечь в технологический процесс энергию, содержащуюся в отходящих газах и спечённом клинкере, которая в существующих цемзаводах рассеивается в окружающую среду.

В-шестых, необходима полная автоматизация цементных заводов – это позволит существенно снизить трудозатраты в себестоимости производства и иметь возможность оперативной переналадки на выпуск цементов с различными физико-механическими и химико-минералогическими свойствами в связи с изменяющимися потребностями рынка или сырьевыми компонентами.

В-седьмых, полная автономность цементного производства и независимость от энергокоммуникаций может быть достигнута при выработке электроэнергии для привода механизмов и газа для спекания клинкера из твердых горючих ископаемых, например, каменного или бурого угля, горючих сланцев.

Такое решение позволит также:

Существенно снизить затраты на приобретение энергоносителей, поскольку стоимость электроэнергии и газа, получаемых из указанных горючих ископаемых, значительно ниже, чем предлагают монополисты – «Газпром» и поставщики электроэнергии;

Избежать оплаты «за подключение» к сетям электро- и газоснабжения, которая в настоящее время является практически препятствием развития новых производств;

Не тратить время и средства на проектирование сетей и прокладку сетей, а также их «согласование» во множестве инстанций.

Простота –дороже воровства

Как известно изготовление цемента происходит в два этапа - производство клинкера (обожженная смесь известняка и глины), это 70% себестоимости конечного продукта и измельчение его вместе с гипсом и активными минеральными добавками.

Главное при этом - получить сырьевую смесь постоянного состава. Готовят ее двумя основными способами - «мокрым» и «сухим». При «мокром» способе тонкое измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде водной суспензии - шлама влажностью 30–50%. При «сухом» способе сырьевую шихту готовят в виде тонкоизмельченного сухого порошка, поэтому в процессе помола или перед его началом сырьевые материалы высушивают.

Первый способ проще, поэтому именно он лег в основу советской цементной промышленности. Второй требует более сложного и капризного оборудования. Однако он позволяет обеспечить более высокую производительность печного агрегата и строить более мощные печи.

«Будущее, конечно, за цементными заводами “сухого” производства. Расход топлива, причем самого дорогого - газа, на российских цементных заводах, работающих по «мокрому» способу в два раза выше среднемирового. Чтобы соответствовать требованиям природоохранного законодательства, необходимы постоянные инвестиции в реконструкцию производств. При этом себестоимость цемента, произведенного по старым технологиям, в разы выше, чем себестоимость продукции с “сухого” производства, выбросы в атмосферу которого в разы ниже» , - говорит генеральный директор «Базэлцемента» Вячеслав Шматов.

Перспективы «торжества « сухого способа производства цемента

Для строительного комплекса России основополагающие значение цементной промышленности не есть виртуальное понятие, ибо оно практически зримо, товарно весомо и материально торгуемо. Так уж сложились внешние и внутренние обстоятельства нашей страны, что цементные заводы по уровню технологических и технических решений остаются на периферии технического прогресса.

В июне этого года объем производства цемента в России составило 4.7 млн тонн в месяц, что несмотря на кризисные явления, несколько выше, чем в тот же период 2013 года. Выросли и объемы производства цемента «сухим» способом.

Дальнейшее развитие этого наиболее интересного с точки зрения экономики и экологии способа производства цемента в России будет зависеть от трех обстоятельств.

Первое - какую позицию займет государство. Последние несколько месяцев по рынку ходит упорный слух, что с 1 января 2016 года на крупнейшие федеральные и региональные стройки цемент смогут поставлять только те заводы, которые производят его «сухим» способом.

Второе обстоятельство - развитие конкуренции на рынке. «Можно ожидать, что постепенно мы придем к такому положению вещей, когда потребители просто не будут покупать продукцию тех компаний, которые злостно нарушают экологическое законодательство. И у них не останется выбора: либо они разорятся, либо будут перестраивать свою работу. Понятно, что на это потребуются годы, но такова общемировая тенденция», - говорит ведущий эксперт УК «Финам менеджмент» Дмитрий Баранов.

Третье обстоятельство - оборудование.

Отечественная промышленность оборудование для «сухого» способа изготовления цемента не производит вообще. Поэтому на «Невьянском цементнике» еще с 1980-х работают технологии японских компаний Onoda и Kawasaki, Верхнебаканский цементный завод комплектуется датской компанией FLSmidth, на «Мордовцементе» используются фильтры General Electric.

Потому сейчас необходимо или срочно создавать производство такого оборудования в России, что пока еще возможно по отдельным позициям либо полностью обнулять ввозные пошлины на него.

«Минприроды подготовило ряд законопроектов в части изменения нормирования воздействия на окружающую среду за счет внедрения лучших доступных технологий, основанных на последних достижениях науки и техники. Важным условием их успешной реализации должны стать экономические стимулы. Предприятия, активно инвестирующие в модернизацию, энергосбережение, экологически чистые технологии, вправе рассчитывать на преференции. Например, затраты на проведение природоохранных мероприятий должны учитываться при определении платы за негативное воздействие на окружающую среду. Предприятиям, вставшим на путь модернизации, необходимо льготное кредитование и налоговые послабления», - считают в «Евроцемент групп».

Заключение

Очевидно, что разумное сочетание карающих и поощряющих методов, используемых государством, должно подтолкнуть производителей цемента к строительству новых «сухих» заводов и постепенному выводу «мокрых» производств из эксплуатации. Возможно, через три-пять лет этот процесс примет в России необратимую форму.

Текст: Владимир Иванов, Сергей Санников