Портландцемент мокрий та сухий способи виробництва. Методи виробництва цементу. Способи отримання цементу поділяються на три основні групи

У природі ця порошкоподібна маса, що використовується в основному як в'язкий у процесі виготовлення різних сухих сумішей і розчинів, не зустрічається. Цемент – продукт штучний. Технології його виробництва, їх особливості, чим відрізняються різні способи(Наприклад, сухий від мокрого) – тема цієї статті.

У вартість будь-якої продукції завжди закладаються транспортні витрати на доставку сировини. Саме тому більшість цементних заводів функціонує у регіонах, де вона видобувається. Як вихідні компоненти використовуються певний різновид вапняку (основний) і добавки (гіпс та інші подрібнені мінерали). Їх вибір залежить від марки цементу, яку потрібно отримати.

Основні етапи

1. Отримання клінкеру.

Найдорожчий технологічний етап, який доводиться до 65 – 75 % всіх витрат за виготовлення цементу. Клінкер – це суміш на основі вапна та глини, що є вихідною сировиною для виробництва в'яжучого. У загальному виглядісхема виглядає так: підготовлену суміш заливають водою і дають відстоятися протягом певного періоду, після чого вона піддається термічній обробці в спеціальних печах (режим в межах 1400 - 1500 ° C), в результаті якої окремі фракції спікаються, і виходить гранульована маса.

2. Цемент.

Далі зерна клінкеру піддаються подрібненню (помелу). На цьому етапі виготовлення проміжного цементного продукту в сировинну масу вводять добавки, які визначають кінцеві характеристики в'яжучого. Залежно від відсоткового вмісту мінералів класифікується за марками.

Специфіка виробництва портландцементу в тому, що у сировині мають переважати матеріали з підвищеним вмістом алюмосилікатів та оксиду кальцію. Насправді цього можна досягти, якщо вихідну масу готувати в пропорції 1 до 3 (глина/вапняк).

Існує кілька технологій виробництва в'яжучого. При виборі того чи іншого способу кожен завод з випуску цементу орієнтується насамперед на доступність конкретного типу сировини даному регіоні, можливості обладнання, енергетичні потужності та ряд інших факторів. А з урахуванням того, що при виготовленні продукту можна комбінувати з різновидами добавок, їх відсотковим змістом – нюансів навіть за однотипної технології достатньо.

Способи заводського виробництва

1. "Мокрий".

Ця технологія вважається найбільш складною та витратною. Схема мокрого способу в тому, що первинна обробка основних компонентів на початку циклу проводиться окремо. Подрібнені фракції завантажуються в обладнання, призначене для короткочасного зберігання у водному середовищі. Після відмочування продукти надходять до спеціальних млинів, де все ще мокрі фракції перетворюються на порошкоподібну масу з одночасним перемішуванням усіх інгредієнтів.

Підготовлений шлам переміщається в шлюмбасейни (вертикальний + горизонтальний), в яких здійснюється процес коригування пайового співвідношення складових цементу. По суті визначається хімічна формула кінцевого продукту. Далі – випалення мокрого шламу в печі та охолодження в холодильних установках. Про цемент як такий можна говорити тільки після остаточного подрібнення його шламу, внаслідок чого і виходить порошок у тому вигляді, в якому він надходить на склад. Після контролю якості в'яжуче фасується. Останнім часом мокрий спосіб виготовлення застосовується все рідше, тому що існують простіші та менш витратні технології виробництва цементу.

2. Сухий метод.

Принципова відмінністьвід мокрого – у зміненій технологічній схемі. Основне обладнання те саме, але при сухому способі після попереднього подрібнення сировини для цементу компоненти надходять у сушильні барабани (кожен у свій). Після цього вони перемішуються і додатково подрібнюються у спільному млині. Особливість сухого способу ще й у тому, що на цьому етапі вводяться добавки.

Подальший нюанс виробництва визначається видом та вологістю глини. Усі сухі складові шламу за цим параметром необхідно вирівняти. З цією метою маса зволожується, після чого вирушає на випал. Так як вологість проміжного цементного продукту відносно невисока (близько 13%), то для його осушення та отримання гранул не потрібно потужних печей та великого ен/споживання. Це дозволяє визначити суху технологію як економічний спосіб виробництва.

Є ще одна методика, яка вважається дуже рентабельною. Йдеться про виробництво безклінкерного цементу сухим способом. В чому різниця? Сировиною для одержання портландцементу є не гірські породи, а зольний пил, по суті, відходи виробництва. Така технологія ще більше знижує витрати на ел/енергію (не потрібно багатоступінчасте дроблення компонентів для портландцементу), доставку сировини та збільшує вибір різновидів сухого шламу. Цей спосіб привабливий для тих, хто вирішив організувати власне виробництво.

3. Напівсухий.

Таке виробництво портландцементу дещо відрізняється від вищеописаного. По-перше, розмірами гранул шламу, по-друге, його вологістю (вона дещо більша), по-третє, принципом випалу. Він виробляється у печах Леполь, конструкція яких за такого способу отримання цементу забезпечує зменшення приблизно 22 – 22 % рівня карбонізації продукту. Далі те саме – дрібний помел сухого матеріалу та відправка в бункер для зберігання.

4. Комбінований метод.

У ньому поєднується кілька технологій. Схема залежить від цього, який із способів отримання портландцементу (сухий чи мокрий) обраний як базового. Хоча є інші варіанти. Відповідно, підбирається і обладнання, необхідне тієї чи іншої технології виготовлення.

Цемент власного виготовлення

Враховуючи величезний попит на даний будматеріал, багатьох цікавить питання організації виробництва в'яжучого в домашніх умовах. Разове виробництво, для себе, з певною метою (заливка фундаменту, капітальний ремонттощо) – нерентабельно. По-перше, процес виготовлення матеріалу пов'язаний із великим споживанням ел/енергії. А кінцеві витрати – це не лише оплата рахунків, а й необхідність прокладання нової силової лінії. По-друге, доведеться закупити відповідне обладнання – піч та млин для помелу. Якщо до цього додати і вартість всіх компонентів, то виробництво цементу вдома – безперспективне та збиткове.

Інша річ – підприємництво. Зараз на ринку багато різного обладнання, з якого вийде змонтувати потокову лінію для виготовлення в'яжучого. Незважаючи на те, що в основному всі агрегати «made in Китай», судячи з відгуків на тематичних форумах, суттєвих претензій до їхньої роботи щодо отримання цементу немає. Витрати міні-завод з виробництва будматеріалу досить швидко окупаються. На жаль, даних про повну вартість (у комплекті) відкритому доступіні (скрізь вказується «уточнюйте»), але можна зробити деякі висновки, якщо ознайомитися з цінами на аналогічні зразки. Наприклад, подрібнювач твердих порід із Китаю обійдеться близько 145 000 – 155 000 рублів.

Рентабельність нескладно оцінити самостійно, якщо орієнтуватися і ціни в'яжучого. 1 т цементу в середньому (з доставкою) коштує приблизно 3 450 рублів. Собівартість його виготовлення на своєму невеликому заводі фахівцями оцінюється (залежно від технології та схеми) у межах 780 – 960 руб/т. Ринкова вартість портландцементу ще вище - близько 4050 руб/т. Переваги виробництва своєму обладнанні очевидні. Недарма власний завод вважається не просто вигідним, а прибутковим бізнесом.

Враховуючи, що будівельний матеріал – цемент, різних марок, є будівельним матеріалом, без якого неможливе жодне будівництво, багатьох забудовників та покупців цікавить схема його виробництва та нюанси виготовлення.

Схема виробництва цементу

Це відпрацьований багатьма десятиліттями процес, який має кілька принципово нових способів, що складаються з наступних основних етапів:

• Розробка, видобуток, доставка та збагачення вихідних матеріалів: вапнякових та глиноземних порід для виробництва клінкеру;
• Отримання клінкеру. Є одним з найбільш енерговитратних, тому найдорожчих етапів схеми виробництва цементу. Зокрема, на здійснення цього етапу припадає до 75% витрат на виробництво цементу. У загальному випадкутехнологія виробництва клінкеру виглядає так: підготовлену суміш компонентів заливають водою, дають відстоятись протягом певного періоду часу, після чого починається термічна обробка в печах при температурі до 1500 градусів Цельсія. При цьому вихідні компоненти клінкеру спікаються як гранул певної фракції;
• Подрібнення клінкеру. На цьому етапі відбувається дрібнодисперсне подрібнення гранул клінкеру та введення присадок, які визначають спеціальні властивості та марку цементу. По суті, це кінцевий етап схеми виготовлення цементу, який закінчується фасуванням даного матеріалу в м'які контейнери Біг-Бени, паперові багатошарові клапанні мішки або транспортуванням у силоси для подальшої реалізації «навалом».

Технологічна схема виробництва цементу

На даний момент цемент виготовляється за кількома принципово різними технологіями, що мають свої принципові переваги і недоліки.

• Так званий мокрий спосіб виробництва цементу, який широко використовується вітчизняними цементними заводами. Є найенерговитратнішою. Суть схеми полягає у завантаженні компонентів цементу у спеціальне обладнання, у водне середовище. Після витримки у воді компоненти цементу надходять до млина, який подрібнює їх на порошок. Отриманий таким чином напівфабрикат транспортується у спеціальний басейн, коригується за складом та надалі обпалюється у спеціальній печі з подальшим охолодженням. Після контролю якості даний продукт слід на подрібнення до стану товарного цементу;
• Сухі технології. Принципова відмінність від «мокрої схеми» полягає в тому, що після попереднього подрібнення компоненти цементу направляються в осушувальні барабани, після чого перемішуються і проходять додаткове подрібнення в млині. При цьому на етапі подрібнення в цемент вводяться добавки та присадки. Далі отримана маса прямує на випал, подрібнення та упаковку. Однією з переваг цього способу отримання портландцементу можна відзначити можливість використання як сировини зольного пилу та інших відходів енергетичного та металургійного виробництва. Суха технологія виключає: багатоступінчасте дроблення компонентів, що знижує «добувні» та транспортні витрати, а також розширює вибір сировини для виробництва цементу;
• «Напівсуха» схема виробництва цементу. Дана схема відрізняється габаритами гранул клінкеру, вологістю матеріалу та технологією випалу. Зокрема маса компонентів виготовлення цементу обпалюється у спеціальних печах «ЛЕПОЛЬ», які за всіх інших рівних умов забезпечують зменшення рівня карбонізації кінцевого продукту на 22-23%;
• Комбінований метод виробництва цементу. У цьому випадку відбувається органічне поєднання кількох технологій: «мокрою» і «сухою». З відповідними перевагами та недоліками.

На завершення цієї розповіді слід сказати, що цементні заводи, розташовані на території Російської Федерації, з об'єктивних причин, використовують виключно «мокру» схему виробництва цементу.

Цементне виробництво в укрупненому вигляді складається з наступних основних переділів:

· Видобуток, первинне подрібнення сировини в кар'єрах та доставка його на

майданчик цементного заводу, складування;

· подрібнення та усереднення (гомогенізація) подрібненої суміші, підготовка її до випалу;

· Теплохімічна обробка сировини з отриманням клінкеру - вихідного матеріалудля переробки в цемент, охолодження клінкеру;

· помел клінкеру з добавками на цемент (кількість та склад добавок залежать від хімічного та мінералогічного складу вихідної сировини та клінкеру, необхідного сорту цементу);

· Подача цементу на склад, зберігання, упаковка та відвантаження.

Для виробництва цементу застосовують мокрий, сухий та комбінований способи.

Сухий спосіб виробництва. Принципова технологічна схема отримання портландцементу сухим способом показано на рис. 10.

Мал. 10.

Подрібнення матеріалів у млинах може проводитися за вологості сировини трохи більше 1 %. У природі сировини з такою вологістю практично немає, тому обов'язкова операція сухого способу виробництва – сушіння. Бажано поєднувати процес сушіння з розмолом сировинних компонентів. Це ефективне рішеннязнайшло застосування на більшості нових заводів, що працюють за сухим способом виробництва. У кульовому (трубному) млині поєднані процеси сушіння, тонкого подрібнення та перемішування компонентів сировинної суміші. З млина сировинна суміш виходить у вигляді тонкодисперсного порошку - сировинного борошна.

Зростаючі вимоги до економії витрати палива змушують переробляти сухим способом матеріали з більш високою вологістю. З іншого боку, такі матеріали характеризуються зниженою щільністю і відповідно міцністю. Попереднє подрібнення таких матеріалів доцільно здійснювати у млинах самоподрібнення «Аерофол», що дозволяють переробляти сировину вологістю до 25%. Однак повністю висушитися сировина при цьому не встигає, і в кульовому млині одночасно з доподрібненням великих частинок та отриманням однорідної сировинної маси повинна проводитися її досушування.

Сировинна мука подається в залізобетонні силоси, де проводиться коригування її складу до заданих параметрів і гомогенізація шляхом перемішування за допомогою стисненого повітря. Далі готова шихта надходить на випал у печі, що обертаються, із запічними теплообмінниками. Отриманий клінкер охолоджують в охолоджувачі та подають на склад, де створюється його запас, що забезпечує безперебійну роботузаводу. Водночас витримування клінкеру на складі підвищує якість цементу. На складі також зберігають гіпс та активні мінеральні добавки. Ці компоненти попередньо повинні бути підготовлені до помелу. Активні мінеральні добавки висушують до вологості не більше 1%, гіпс подрібнюють. Спільний тонкий розмел клінкеру, гіпсу та активних мінеральних добавок у кульових (трубних) млинах забезпечує отримання цементу високої якості. З млинів цемент надходить до складів силосного типу. Відвантажують цемент або навалом (в автомобільних та залізничних цементовозах, спеціалізованих суднах), або в тарі - багатошарових паперових мішках.

Основна перевага сухого способу виробництва – зниження витрат палива. Також за сухого способу на 35 - 40 % зменшується обсяг пічних газів, що відповідно знижує вартість знепилення та надає великі можливості щодо використання теплоти газів, що відходять для сушіння сировини. Важлива перевага сухого способу виробництва і вищий знімання клінкеру з 1 м 3 пічного агрегату. Ще важливим фактором є те, що при випалюванні по сухому способу значно скорочується витрата прісної води.

У світовій цементній промисловості сухий спосіб виробництва зайняв чільне місце. В даний час частка сухого способу займає в Японії, Німеччині та Іспанії 100%, в інших розвинутих країнах – 70 – 95%. У Росії її частка сухого способу виробництва лише 13 %.

У додатку 1 зображено схему розміщення обладнання технологічної лінії з виробництва цементу сухим способом продуктивністю 3000 т/добу. За вихідну сировину прийнято вапняк та глина. Вапняк проходить двостадійне дроблення в щокових, а потім молоткових дробарках. Глина подрібнюється у валкових дробарках і сушиться у сушильних барабанах. Кожен компонент сировинної шихти, що надходить зі складу, направляється в бункери 1, забезпечені затворами і ваговими дозаторами 2, і далі до конвеєрів 3, що доставляє їх у завантажувальну лійку млина 4.

У відділенні для помелу сировини встановлено дві сировинні млини 4 розміром 4,2×10 мм. При вологості шихти, що не перевищує 8%, млин працює із підведенням сушильного гарячого газу від запічних теплообмінників. При більшій вологості сировини встановлюють топковий пристрій, з якого до млина додатково подають гарячий газ.

Кожен млин працює за схемою пневматичного розвантаження з повітряно-прохідним сепаратором 5. Крупка, відокремлена сепаратором, повертається в млин на домол, готовий продукт через циклони 14, аерозелеби і витратомір надходить у силоси 13 сухої сировинної муки, З силосів 13 сировинне борошно по аерозелобах 15 і потім пневматичними підйомниками направляється в циклонний теплообмінник (10, 11), де нагрівається газами, що виходять з печі, до 700... 750 °З частково (до 20%) декарбонізується, після чого надходить в піч, що обертається 12.

При нормальному режимі роботи гази, що відходять з теплообмінників 11, направляються димососом 9 в сировинні млини, з яких димососом 6 подаються електрофільтр 7 на знепилення і потім димососом 8 - в димову трубу. Температура газів, що виходять з млина, близько 50°С. Але якщо млин не працює, то гази, що виходять із циклонного теплообмінника з температурою 300...350°С, у газоході охолоджуються розпиленою водою до необхідної температури.

Особливість процесу випалу полягає в тому, що дегідратація сировини та частково декарбонізація перенесені в зону запічних теплообмінників, внаслідок чого піч виходить коротше порівняно з піччю відповідної продуктивності, що працює мокрим способом. Виданий піччю клінкер проходить через охолоджувач 16, з якого пластинчастим конвеєром 18 подається в силоси 19, а потім через дозатори 20 по конвеєру 21 надходить разом з добавками на помел в млини 22. Цемент з млина подається пневмокамерними насосами 23 . Відпрацьовані гази з охолоджувача 16 надходять бункер 17.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Вступ

Глава 1. Технологічні операції з підготовки сировини

1.1 Сировинні матеріали для виробництва цементу

1.1.1 Карбонатні породи

1.1.2 Глинисті породи

1.1.3 Коригувальні добавки

1.2 Основні технологічні операції отримання сировини

1.2.2 Дроблення

1.2.6 Теплова обробка сировини

Глава 2. Технологія виробництва портландцементу

2.1 Речовий склад портландцементу

2.2 Технологічна схема виробництва портландцементу сухим способом

2.3 Особливі види портландцементу

Список літератури

додаток

Вступ

Слово "цемент" відноситься до збірних понять - він поєднує різні види в'яжучих матеріалів, отриманих шляхом випалу деяких гірських порід і подрібнених. В'язкими їх назвали за здатність з'єднувати (зв'язувати) в єдине ціле як окремі частинки дрібних наповнювачів, так і більші фрагменти.

У розпорядженні древніх виконробів пірамід, мавзолеїв та інших гігантських будівель були лише будівельний гіпс і повітряне вапно, одержувані в результаті випалювання гіпсового каменю і вапняку. Протягом кількох тисячоліть бетони та розчини на їх основі були єдино відомими в'язкими матеріалами (крім глини), а кизяк так пташині яйця- Першими модифікуючими добавками. Величезний купол «Всем-богам-храму» (стародавнього римського Пантеону: 43 метри в прольоті); найбільша огорожа у світі, що розтягнулася на 5000 км - Велика Китайська стіна; бетонна галерея легендарного лабіринту в стародавньому Єгипті; масивні культові спорудиіндусів - всі ці будівельні шедеври створювалися шляхом використання «прабабусь» і «прадідусів» сучасних цементів. Ішов час, і вже інші в'яжучі матеріали, одержувані штучним шляхом і здатні при замішуванні (замішуванні) водою перетворюватися на пластичну масу, твердіючи при цьому не тільки на повітрі, а й у водній стихії, були створені допитливими умами людства.

Цемент не є природним матеріалом. Його виготовлення - процес дорогий і енергоємний, проте результат вартий того - на виході отримують один із найпопулярніших будівельних матеріалів, який використовується як самостійно, так і як складовий компонент інших будівельних матеріалів (наприклад, бетону та залізобетону). Цементні заводи зазвичай знаходяться відразу ж на місці видобутку сировинних матеріалів для виробництва цементу.

У Росії виробництво портландцементу було розширено лише в наприкінці XIXв. Над його створенням та вдосконаленням багато працював А.Р. Шуляченко, якого називають "батьком російського цементного виробництва". Його заслуга у тому, що високоякісні вітчизняні портландцементи витіснили цементи іноземного виробництва. У Росії її перший завод з виробництва портландцементу було побудовано 1856 р., а початку 1-ї Світової війни вже працювало 60 цементних заводів загальною продуктивністюблизько 1,6 млн. т цементу на рік.

Глава 1. Технологічні операції з підготовки сировини

1.1 Сировинні матеріали для виробництва цементу

1.1.1 Карбонатні породи

Вони поширені у природі, що сприяє розвитку з їхньої основі виробництва цементу. З карбонатних порід використовують вапняк, крейду, вапняк-черепашник, мармур, вапняний туф, мергелі та ін. Всі ці породи містять в основному вуглекислий кальцит CaCO3. Вапняки складаються з кристалів кальциту різних розмірів. Крейда є пухкою, слабо зцементованою породою із землистим мулом. Якість карбонатної сировини залежить від її структури, кількості домішок, рівномірності їхнього розподілу в масі сировини. Для виробництва цементу придатні карбонатні породи при вмісті 40-43,5% CaО та 3,2-3,7% MgO. Бажано, щоб вміст Na 2 O та К 2 Про у сумі не перевищував 1 %, а SO 3 - 1,5-1,7 %. Більш сприятливі породи з постійним хімічним складом та однорідною дрібнокристалічною структурою. корисні домішки тонкодисперсних глин та аморфного кремнезему при рівномірному їх розподілі у карбонатній породі. Особливим видом карбонатної сировини є мергель – перехідна гірська порода від вапняків до глини. Мергель являє собою природну тонкодисперсну суміш осадового походження глинисто-піщаних порід (20-50%) та вуглекислого кальцію (50-80 %). Залежно від вмісту CaCO 3 мергелі поділяються на піщані, глинисті та вапняні. Найбільш цінна сировина - вапняний мергель, що містить 75-80% CaCO3 та 20-25% глини. За хімічним складом він близький до портландцементної сировинної суміші. Такий склад сировини значно спрощує технологію виробництва. Мергелі, у яких вміст CaCO 3 відповідає складу портландцементної сировинної суміші, називають натуральною. Від якості сировини залежать температура випалу, продуктивність печей та властивості кінцевого продукту. Чим вища щільність вапняків, тим складніше йде процес випалу. Властивості сировини впливають на вибір випалювального агрегату.

1.1.2 Глинисті породи

Глинисту сировину (глини, глинистий мергель, глинистий сланець, лес і ін.) необхідне виробництва портландцементу. Глини мають різний мінералогічний та гранулометричний склад навіть у межах одного родовища. Мінералогічний склад глин представлений переважно водними алюмосилікатами та кварцом, хімічний склад глин характеризується наявністю трьох оксидів, %: SiO 2 -60-80, Al 2 O 3 -5-20, Fe 2 O 3 - 3-15.

1.1.3 Коригувальні добавки

При особливо сприятливому хімічному складі сировинних матеріалів портландцементна суміш необхідного складу може бути приготована лише з двох компонентів – карбонатного та глинистого. Але в більшості випадків отримати задану сировинну суміш з двох компонентів майже не вдається, тому застосовують третій і навіть четвертий компоненти - коригувальні добавки, що містять значну кількість одного з оксидів, які відсутні в сировинній суміші. Як залізовмісні добавки зазвичай використовують піритні недогарки з сірчанокислотних заводів, рідше - колошниковий пил доменних печей. Як глиноземисту добавку застосовують багаті глиноземом малозалізисті глини, боксити. Кремнеземистою добавкою є кварцові піски, опоки, трепел. Зміст оксидів у коригувальних добавках має бути, %: для залізистих Fe 2 O 3 - не менше 40; для кремнеземистих SiO 2 – не менше 70; для глиноземистих Al 2 O 3 - не менше 30. Найбільш широко використовуються залізисті добавки. Боксити є коригуючою добавкою при отриманні портландцементного клінкеру. Боксит являє собою гідроксид алюмінію з домішками Fe 2 O 3, SiO 2 CaO, MgO і TiO 2 .

1.1.4 Активні мінеральні добавки

До них відносяться природні чи штучні мінеральні речовини, які самі по собі в'яжучими властивостями не володіють, але, будучи змішаними в тонкомолотому вигляді з вапном, утворюють при замішуванні водою тісто, здатне після твердіння на повітрі твердіти і під водою, а при змішуванні з портландцементом підвищують його водостійкість і антикорозійні властивості. Введення активних мінеральних добавок дещо знижує собівартість цементу.

1.1.5 Техногенні продукти інших галузей промисловості

Найбільш широке застосування цементної промисловості знайшли доменні та електротермофосфорні шлаки, паливні шлаки та золи, нефеліновий (белітовий) шлам, гіпсовмісні відходи. Використання шлаків на цементних заводах сприяє вирішенню проблеми забезпечення їх сировиною на термін амортизації. Нефеліновий (белітовий) шлам - відхід комплексної переробки апатито-нефелінових порід у глинозем, соду, поташ. Оскільки шлам пройшов часткову термічну обробкуВін складається в основному з двокальцієвого силікату - мінералу, що входить до складу портландцементного клінкеру і здатного до гідравлічного твердіння. Гранульовані шлаки та нефеліновий шлам близькі за складом портландцементної сировинної шихти, тому можуть використовуватися не тільки як активні мінеральні добавки, а й як компоненти портландцементної сировинної суміші. Так як ці матеріали вже пройшли теплову обробку, не містять СаСО 3 і включають ряд мінералів, близьких за складом мінералів цементного клінкеру, випал шихт з наявністю в їх складі шламу і нефелінового шламу вимагає меншої витрати палива. Наприклад, при використанні нефелінового шламу продуктивність обертових печей підвищується приблизно на 25 %, знижуються питомі витрати палива на випал клінкеру, електроенергії та тіл, що мелють (приблизно на 20 %). Але мелені шлаки та нефеліновий шлам викликають загусання сировинних цементних шламів. Підвищений вміст лугів у нефеліновому шламі може знизити якість цементу.

Рис.1. Сировина для виробництва портландцементу

1. 2 Основні технологічні процеси одержання сировини

1.2.1 Видобуток та транспортування сировини

Операції з видобутку та транспортування сировини – найважливіші технологічні переділи виробництва. При виробництві портландцементу частка витрат за видобуток сировини становить близько 10% загальних витрат. У кожному окремому випадку спосіб видобутку сировини має бути ретельно обґрунтований, тому що від цього залежать витрати і наступні технологічні операції. Вибір способу видобутку передує аналіз хімічного складу сировини. Видобуток сировини провадиться відкритим способом безпосередньо з поверхні землі. Шар гірської породи зазвичай закритий шаром порожньої породи, тому в комплекс гірничодобувних робіт входить її видалення - розкривні роботи. Кінцева вартість сировини значною мірою залежить від витрат на роботи. Їх здійснюють бульдозерами, екскаваторами тощо. Тверді та щільні гірські породи (вапняк) розробляють, як правило, вибухом. Буровибухові роботи забезпечують як відділення породи від масиву, так і дроблення негабаритних шматків. Особливість таких робіт на кар'єрах заводів цементу – відносно невеликі обсяги щоденного видобутку та обмежений допустимий розмір шматків підірваної породи. Найчастіше застосовують бурові машини ударно-канатного чи обертального буріння. Пухкі та м'які породи (крейда, глина та ін.) добувають без попередньої підготовки прямої екскавації одно- або багатоковшовими (роторними) екскаваторами, які виконують відразу дві операції: відділення породи від пласта та навантаження готової сировини.

Для доставки сировини на завод зазвичай використовують залізничний та автомобільний транспорт, повітряно-канатні дороги, стрічкові конвеєри, гідротранспорт. Залізничний транспорт найбільше ефективно використовувати в неглибоких кар'єрах з обсягом перевезень сировини понад 2 млн. т/рік при дальності транспортування понад 8 км. Переваги даного виду транспорту: висока продуктивність, надійність роботи за будь-яких умов, низька витрата електроенергії, великий термін служби рухомого складу; недоліки: високі капітальні витрати на влаштування залізничної колії та експлуатаційні витрати на його утримання та ремонт. Автомобільний транспортдоцільно застосовувати для транспортування матеріалів при складному рельєфі поверхні, малих обсягах перевезень та дальності транспортування до 8 км. М'які, пухкі та дрібнокускові породи доставляють на завод на відстані 1-6 км у сприятливих кліматичних умовах стрічковими конвеєрами. На цементних заводах з невисокою продуктивністю, що розташовані в сильно пересіченій місцевості, а також на рівнині при перетині технологічних шляхів від гірських цехів автомобільними дорогами, залізничними коліямита ін використовують повітряно-канатні дороги. До їх переваг відносять незалежність від рельєфу місцевості, можливість повної автоматизації виробничих процесів, малу трудомісткість обслуговування; до недоліків - невисоку продуктивність та великі капітальні витрати.

1.2.2 Дроблення

Дроблення – це процес механічного подрібнення твердих тіл. Мета дроблення - зменшення розміру шматків сировини настільки, коли наступний помол здійснюється з найменшими витратами електроенергії. Подрібнення матеріалів роблять наступними способами: роздавлюванням, розколюванням, ударом, зламом, стиранням. Для дроблення матеріалів застосовують щокові, конусні, валкові та молоткові дробарки.

Вибір схеми дроблення та типу дробильного обладнання залежить від властивостей вихідної сировини, м'які породи (крейда, глина) дроблять за одноступінчастою схемою у валкових дробарках до шматків розмірів 200 мм. У них подрібнюють матеріал способом роздавлювання між валками, що обертаються назустріч один одному. При різних швидкостяхобертання валків має місце та стирання матеріалу. Залежно від властивостей вихідного матеріалу застосовують гладкі, рифлені та зубчасті валки. Тверді породи (вапняк, мармур) дроблять за двоступінчастою схемою (рис.2):

1. На щокових дробарках до шматків розміром 75-200 мм. У таких дробарках використовують способи роздавлювання, розколювання та часткового стирання матеріалу. Переваги дробарки цього типу є простота, надійність, а також можливість переробки досить вологих матеріалів.

2. На молоткових дробарках до шматків розміром 8 – 10 мм. На даній дробарці подрібнення роблять ударом і частково стиранням.

1.2.3 Тонке подрібнення матеріалів (помел)

Основним агрегатом для тонкого подрібнення та помелу портландцементних сировинних сумішей є кульовий трубний млин, що відрізняється простотою конструкції, надійністю та зручністю експлуатації, що забезпечує високий ступінь подрібнення. Щоб захистити барабан і дно млина від передчасного зносу, їх футерують поздовжніми і торцевими сталевими або чавунними плитами. Подрібнення матеріалу в кульовому млині здійснюється ударами тіл, що вільно падають.

Істотний недолік кульових млинів - низька інтенсивність руху тіл, що мелють. Так само при сухому помелі подрібнюваний матеріал нагрівається до температури 100 - 200 0 С, що веде до підвищення зносу бронефутерування, тіл, що мелють, а також може викликати термічне розкладання подрібнюваних матеріалів. Для успішної роботи млинів сухого помелу необхідно здійснювати вентиляцію млина (аспірацію). Швидкість повітряного потоку забезпечується вентилятором, що просмоктує повітря через млин і наступні очисні пристрої. Холодне повітря, що надходить до млина, охолоджує футерування корпусу, тіла, що мелють, і подрібнюваний матеріал. Проходячи через млин, він захоплює дрібні частки, запобігаючи їх налипання на тіл, що мелють. Завдяки аспірації продуктивність млина підвищується на 20-25%, зменшується пиловиділення, покращуються санітарно-гігієнічні умови праці. Диспергування (зниження міцності на початкових стадіях) цементного клінкеру здійснюється за рахунок інтенсифікаторів помелу.

1.2.4 Млини самоподрібнення

Перспективний напрямок у розвитку техніки подрібнення сировини - застосування каскадних млинів, у яких помел матеріалів здійснюється без використання тіл, що мелють - за принципом самоподрібнення. Млин (рис. 3) являє собою короткий порожнистий порожнистий барабан великого діаметру, закритий з двох сторін торцевими стінками з порожнистими цапфами. Внутрішня порожнина барабана футерована бронеплитами з лопатями-підйомниками. Матеріал надходить в млин через цапфу 1, відкидається при обертанні барабана до периферії на лопаті, піднімається останніми і знову падає вниз, ударяючись по шляху про шматки матеріалу, що надходить в млин, і повторно про лопаті. Оптимальний ступінь заповнення таких млинів матеріалом становить 20...25%. Помел у млині відбувається за рахунок ударів матеріалу про лопаті і зіткнення шматків, що розмелюються. Для посилення розмелюючої дії в млин може бути завантажена невелика кількість сталевих куль (5...6 % від внутрішнього обсягу млина).

Мал. 3. Млин сухого самоподрібнення «Аерофол»: 1 – завантажувальна цапфа; 2 – поперечні била; 3 – зубчасті виступи; 4 - розвантажувальний патрубок

Ефективність процесу подрібнення визначається максимальною крупністю шматків вихідного матеріалу, а також співвідношенням великих і дрібних фракцій. Оптимальна крупність матеріалу, що подається в млин, залежить від його діаметра і частоти обертання. Шматки вапняку, що подається до млина діаметром 7 м, повинні мати розмір 350 - 450, крейди - 500 - 800мм. Основні переваги млинів подрібнення полягають у простоті конструкції та обслуговування, низькій швидкості обертання робочих органів, малих питомих витратах електроенергії на подрібнення, відсутність тіл, що помелюють, поєднання процесів дроблення і помелу в одному апараті, високої продуктивності (до 500 т/год). Млини самоподрібнення призначені для сухого розмелювання (млин «Аерофол»). Створення такого агрегату дозволило переробляти сировину вологістю 20 - 22% за сухим способом. Великий діаметр завантажувальних цапф дозволяє пропускати значний обсяг гарячих газів, тому можна використовувати гази відносно невисокої температури (гази, що обертаються, обертових печей).

1.2.5 Переробка, транспортування та зберігання порошків

Властивості порошкоподібних матеріалів

Порошкоподібні матеріали - енергонасичені системи, здатні до саморегулювання своїх властивостей та взаємодії із зовнішнім середовищем. Їхня активність проявляється в аутогезії та адгезії. Аутогезія - це зв'язок між частинами, що стикаються, яка перешкоджає їх роз'єднанню; адгезія характеризує взаємодію частинок з поверхнею твердих макроскопічних тіл (стінок трубопроводів, силосів- ємності з нержавіючої сталі для зберігання, та перевантаження). сипучих матеріаліві т.д.). Аутогезійні властивості значною мірою зумовлює поведінку порошкоподібних матеріалів під час їх переробки. Аутогезионное взаємодія порошків тягне у себе ряд ускладнень у ході технологічних процесів. Ускладнюється вивантаження силосів (цементу, сировинних сумішей та ін.) внаслідок зводоутворення та зависання матеріалу на стінках. Пилоуловлювальне обладнання забивається пилом, тому доводиться ускладнювати його конструкцію, підвищувати витрати енергії на очищення. Утворення агломератів ускладнює одержання однорідної суміші при перемішуванні порошків.

Транспортування порошків

Для переміщення сухих сипких матеріалів застосовують різні типитранспортних систем: механічний - гвинтові конвеєри та елеватори та пневматичний - пневмокамерні та пневмогвинтові насоси, аерозелоба. Механічні транспортні системи доцільно використовуватиме переміщення невеликого обсягу матеріалів на незначні відстані. Але складність конструкції та розмаїтість рухомих агрегатів ускладнюють роботу механічних транспортних систем, знижують коефіцієнт їх використання.

В даний час транспортування порошків в межах заводу здійснюють переважно пневматичним способом за допомогою гвинтових і камерних насосів. Основні переваги цього способу – можливість переміщення на великі відстані, відсутність пилу, простота та надійність експлуатації. Аераційний жолоб (рис. 4) розділений за висотою на дві частини спеціальною повітронепроникною перегородкою. Нижній лоток служить воздуховодом, куди нагнітається стиснене повітря, а верхній отiк (транспортний) надходить порошок, насичений повітрям. Аерожелоба прості по конструкції, монтажу та експлуатації; зносостійкі; виключають втрати від розпилення та забезпечують нормальні умови роботи обслуговуючого персоналу. Але вони застосовні лише для дальності транспортування до 40 м-коду.

Мал. 4. Аераційний жолоб:

1 – вентилятор; 2 – завантажувальний бункер; 3 - матер'яний фільтр; 4 – верхній лоток; 5 – пориста перегородка; 6 - нижній лоток

Гомогенізація та зберігання порошкоподібних матеріалів. Для отримання однорідних порошків з високою рухливістю необхідно перешкоджати утворенню аутогезійних контактів та руйнувати їх у разі виникнення. Гомогенізація портландцементних сировинних сумішей здійснюється перемішуванням. Чим вище інтенсивність перемішування, тим менша його тривалість, менші розміри агрегатів і більша їх продуктивність. Перемішування сухої шихти організовано у силосах із пневматичним перемішуванням. Переважні силоси з плоскою основою, Оскільки повітря розподіляється більш рівномірно. Розміри силосу залежить від способу гомогенізації, потужності цеху, і навіть особливостей технологічного процесу.

Стиснене повітря, що подається в силоси через повітропроникне днище, насичує матеріал і переводить його в псевдотекучий стан. Дно викладають спеціальними коробами, що складаються з металевого корпусу і пористої аероплітки. Аероплітки виготовляють з кераміки, металокерамічних сплавів, текстилю та ін. Проходячи тонкими струменями через пори в плитках, повітря потрапляє всередину силосу, при русі вгору захоплює за собою частинки борошна. Місце піднятого струменем повітря матеріалу займає неарована шихта, що знаходиться поруч із цією зоною. Таким чином, весь порошок, що знаходиться в силосі, починає рухатися і перемішується. При перемішуванні порошків у силосі витрачається багато стисненого повітря і, отже, електроенергії. Недолік силосів такого типу - недостатній рівень гомогенізації при великих кількостях суміші, значна потреба в обсягах стисненого повітря.

Найбільш ефективним та економічним є застосування двоярусних силосів. Вихідні сировинні суміші різного складу надходять у кілька силосів верхнього ярусу, а потім після уточнення складу перемішуються в заданому співвідношенні більших силосах нижнього ярусу. Двоярусне розташування силосів дозволяє не лише скоротити виробничі площіі витрати на будівництво, а також використовувати ефект гравітаційного перемішування. Коли матеріал вивантажують з силосу верхнього ярусу силос нижнього ярусу, швидкість його переміщення вище в центрі силосу і поступово зменшується в напрямку до периферії, що змушує горизонтальні шари матеріалу різного рівня переміщатися до центру, де вони одночасно витягуються.

Аутогезійні властивості порошків особливо наочно проявляються під час зберігання силосах. Цьому сприяє тиск вищележачих шарів матеріалу на нижчележачі та наявність у повітрі парів води. Для ослаблення аутогезионного взаємодії порошків рекомендується повітря, що подається їх перемішування, попередньо підігрівати до температури, перевищує температуру порошку на 15-20 0 З. Це дозволяє запобігти адсорбцію вологи матеріалом.

Розвантажують силоси пневматичним способом за допомогою розвантажувальних пристроїв, розташованих збоку або під днищем силосу, 15-20% якого викладають аероплітками. Під них подають зневоднене повітря під тиском. Проходячи через пори в аероплітках, повітря розпушує порошок і дає йому можливість стікати під ухил до розвантажувальних механізмів.

1.2.6 Теплова обробка сировини у виробництві портландцементу

Фізико-хімічні засади випалу портландцементного клінкеру.Утворенню портландцементного клінкеру передує ряд фізико-хімічних процесів, в результаті яких клінкер набуває складних мінералогічних складів і мікрокристалічної структури. Ці процеси протікають у певних температурних кордонах - технологічних зонах печі. В основному обпалювальному агрегаті - обертової печі - при мокрому способі виробництва цементу по ходу руху матеріалу виділяють зони: I - випаровування, II - підігріву та дегідратації, III - декарбонізації , IV-екзотермічних реакцій, V-спікання, VI-охолодження. При сухому способі виробництва ця зона відсутня. Підготовчі зони I - II займають 50 ... 60% довжини печі, зонадекарбонізації - 20...25, зона екзотермічних реакцій - 7...10, зона спікання - 10...15 і зона охолодження - 2...4 % довжини печі. На рис. 5 показано розподіл температур матеріла і газового потоку по зонах печі, що обертається.

Мал. 5. Розподіл температури матеріалу і газового потоку по зонах печі, що обертається: 1 - матеріал; 2 – газовий потік; I-VI – зони печі

У зоні підігріву при температурі 200...650 °С вигоряють органічні домішки та починаються процеси дегідратації та розкладання глинистого компонента. Зневоднення та розпад на оксиди водних алюмосилікатів кальцію призводить до утворення ряду проміжних сполук, що помітно впливають надалі на швидкість зв'язування СаО.

У зоні декарбонізації при температурі 900... 1200 0 С відбувається дисоціація карбонатів кальцію та магнію з утворенням вільних СаО та МgО. Одночасно триває розпад глинистих мінералів. У зоні екзотермічних реакцій при температурі 1200 – 1300 0 С завершується процес твердофазового спікання матеріалу. В результаті утворюються мінерали 3CaO * Al 2 O 3; 4CaO*Al 2 O 3 *Fe 2 O 3 і 2CaO*SiO 2 . Однак у суміші залишається деяка кількість вільного вапна, необхідне для насичення двокальцієвого силікату до трикальцієвого (аліту).

У зоні спікання при температурі 1300 - 1450 0 З відбувається часткове плавлення матеріалу, що починається в поверхневих шарах зерен, а потім поступово поширюється до центру. Час повного засвоєння оксиду кальцію та утворення аліту у зоні спікання становить 20 – 30 хвилин.

У зоні охолодження температура клінкеру знижується з 1300 до 1100 - 1000 0 С. Частина рідкої фази при цьому кристалізується з виділенням кристалів клінкерних мінералів, а частина твердне у вигляді скла. Межі зон в печі, що обертається, достатні умовні і нестабільні. Змінюючи режим роботи печі, можна зміщувати межі та довжину зон і тим самим регулювати процес випалу.

Апарати для теплової обробки. Вони працюють за принципом як протитечії, так і прямоструму. З точки зору витрати теплоти прямоток вигідніше, ніж протитечію, так як в останньому випадку вище температура відходить матеріалу і більше втратитеплоти. Тим не менш, частіше застосовують протитечію, що пов'язано з більшою різницею температури теплоносія і матеріалу в таких апаратах і відповідно більшою швидкістю теплообміну, що дозволяє скоротити тривалість випалу. Тепловими агрегатами у виробництві клінкеру є печі, що обертаються. Вони являють собою сталевий барабан, який складається з обічків (відкритий циліндричний або конічний елемент конструкції), з'єднаних зварюванням або клепками, і має внутрішнє футерування з вогнетривкого матеріалу (рис. 6). Профіль печей може бути як строго циліндричним, так і складним із розширеними зонами. Розширення певної зони виробляють збільшення тривалості перебування у ній обпалюваного матеріалу. Пекти, встановлена ​​під кутом 3 - 4 0 до горизонту, обертається з частотою 0,5 - 1,5 хв -1 . Печі, що обертаються, в основному працюють за принципом протитечії. Сировина надходить у піч з верхнього (холодного) кінця, а з боку нижнього (гарячого) кінця вдує паливно-повітряна суміш, що згорає протягом 20 - 30 м довжини печі. Гарячі гази, переміщаючись зі швидкістю 2 - 13 м/с назустріч матеріалу, нагрівають останній до необхідної температури. Тривалість перебування матеріалу в печі залежить від її частоти обертання та кута нахилу, складаючи, наприклад, печі розміром 5Ч 185 м, 2 - 4 години. Зайнятий матеріалом переріз у обертових печах становить лише 7 - 15 % об'єму, що є наслідком високого термічного опору шару, що рухається, і пояснюється як малою теплопровідністю частинок обпалюваного матеріалу, так і слабким перемішуванням їх у шарі.

Мал. 6. Піч, що обертається, розміром 5Ч185 м:

1 – димосос; 2 - живильник для подачі шламу; 3 - барабан; 4 – привід; 5 - вентилятор з форсункою для вдування палива; 6 – колосниковий охолоджувач.

сухий портландцемент сировина добавка

Смолоскип полум'я та гарячі гази нагрівають як поверхневий шар матеріалу, так і футерування печі. Футеровка, у свою чергу, віддає теплоту матеріалу, що отримується, променевипусканням, а також шляхом безпосереднього контакту. При кожному обороті печі в процесі зіткнення з газовим потоком температура поверхні футерування підвищується, а при контакті з матеріалом знижується. Таким чином, матеріал сприймає теплоту лише у двох випадках: або коли стикається з нагрітою поверхнею футерування, або коли знаходиться на поверхні шару. Продуктивність печі, що обертається, залежить від обсягу внутрішньої частини, утла нахилу печі до горизонту і частоти обертання, температури і швидкості руху газів, якості сировини та ряду інших факторів.

Важлива перевага печей, що обертаються - їх технологічна універсальність, обумовлена ​​можливістю використовувати сировинні матеріали різних видів.

Теплообмінні пристрої

Ефективне використання теплоти в печах, що обертаються, можливе тільки при встановленні системи внутрішньопечних і запечних теплообмінних пристроїв. Внутрішньопечні теплообмінні пристрої мають розвинену поверхню, яка або весь час покрита матеріалом, що безпосередньо стикається з газами, або працює як регенератор, сприймаю теплоту від газів і передаючи її матеріалу. Ці пристрої збільшують поверхню теплообміну між газами та матеріалами також тому, що зменшуючи швидкість руху матеріалу, підвищують коефіцієнт заповнення печі. В результаті установки внутрішньопечних теплообмінних пристроїв крім основного завдання - зниження витрат теплоти - можна вирішити і ряд інших завдань: інтенсифікувати процес перемішування, знизити пиловинесення. Це дозволяє покращити роботу печі та підвищити її продуктивність.

У Росії її для випалу сухих сировинних сумішей переважно використовують печі з циклонними теплообмінниками. В основу їх конструкції покладено принцип теплообміну між газами, що відходять, і сировинним борошном у зваженому стані (рис. 7).

Мал. 7. Схема циклонних теплообмінників до печі, що обертається:

1 – димова труба; 2 – циклонні теплообмінники; 3 - гвинтовий живильник; 4 - скребковий конвеєр; 5 - видатковий бункер сировинного борошна; 6 – ковшовий елеватор; 7 – течка; 8 – перехідна головка; 9 - піч, що обертається; 10 - пиловловлювачі; 11 – димосос.

Зменшення розміру частинок обпалюваного матеріалу, значне збільшення його поверхні та максимальне використанняцієї поверхні контакту з теплоносієм інтенсифікують теплообмін. Сировинне борошно в системі циклонних теплообмінників рухається назустріч газів, що відходять з обертової печі, температурою 900 - 1100 0 С. Середня швидкість руху газів у газоходах становить 15 - 20 м/с, що значно вище швидкості руху частинок сировинного борошна. Тому сировинне борошно, що надходить в газохід між верхніми I і II ступенями циклонів захоплюється потоком газів в циклонний теплообмінник I ступеня. Оскільки діаметр циклону набагато більший за діаметр газоходу, швидкість газового потоку різко знижується, і частинки випадають з нього. Осілий в циклоні матеріал через затвор - мигалку надходить у газохід, що з'єднує II і III ступені, а з нього виноситься газами в циклон II ступені. Надалі матеріал рухається в газоходах та циклонах III та IV ступенів. Таким чином, сировинне борошно опускається вниз, проходячи послідовно циклони і газоходи всіх ступенів, починаючи відносно холодної (I) і гарячої кінчаючи (IV). При цьому процес теплообміну на 80 % здійснюється в газоходах і лише 20 % посідає частку циклонів.

Час перебування сировинного борошна у циклонних теплообмінниках вбирається у 25...30 з. Незважаючи на це, сировинне борошно не тільки встигає нагрітися до температури 700...800°С, але й повністю дегідратується і на 25...35% декарбонізується.

Недоліки печей цього типу - висока витрата електроенергії та відносно низька стійкість футерування. Крім того, вони чутливі до зміни режиму роботи печі та коливань складу сировини. Після проходження циклонних теплообмінників сировинне борошно температурою 720 - 750°С надходить у декарбонізатор - апарат для видалення води вільної вугільної кислоти шляхом продування цієї води повітрям (рис. 8). Частинки сировинного борошна та розтлінне паливо диспергуються та перемішуються. Теплота, що виділяється при згорянні палива, передається часткам сировинної. муки,які нагріваються до 920 – 970°С. Матеріал у системі циклонний теплообмінник - декарбонізатор знаходиться лише 70 - 75 с і за цей час декарбонізується на 85 - 95%. Установка декарбонізатора дозволяє підвищити знімання клінкеру з 1 м 3 внутрішнього об'єму печі в 2,5 - 3 рази. Крім того, в декарбонізаторможна спалювати низькоякісне паливо та побутові відходи. Розміри установки невеликі, і вона може використовуватися не тільки при будівництві нових заводів, але і при модернізації печей, що діють. Печі, що експлуатуються в Росії, з циклонними теплообмінниками і декарбонізаторами розміром 4,5 х 80 м мають продуктивність 3000 т/добу при питомому. витратітеплоти 3,46 МДж/кг клінкеру.

Мал. 8. Піч, що обертається, з циклонним теплообмінником і декарбонізатором:

1 – димосос; 2 – електрофільтр; 3 – циклонний теплообмінник; 4 - декарбонізатор; 5 - піч, що обертається 4,5 Ч 80 м; 6 – встановлення контролю температури корпусу; 7 – колосниковий холодильник; 8 - установка для охолодження та зволоження відхідних пічних газів.

Футерівка печі

Для захисту корпусу від впливу високої температури печі зсередини футерують вогнетривкими матеріалами, що виконують одночасно роль ізоляції, що запобігає надмірним втратам теплоти в навколишнє середовище. Футерівка повиннамати певні властивості: хімічну стійкість до матеріалу, що обпалюється, вогнетривкість, термостійкість, теплопровідність, механічну міцність, опір стирання, еластичність. Так як футеровки різних зон печі працюють а неоднакових температурних умовах, то їх викладають із різних вогнетривів. В особливо важких умовах знаходиться футерування зони спікання - найбільш високотемпературної зони печі, що обертається. Найбільш досконалий вид вогнетриву для такої зони є периклазохромітові цеглини зі зниженим вмістом хроміту. Середня стійкість у цементній промисловості даного футерування становить близько 230 діб.

Термін служби футерування збільшують поруч технологічних прийомів: Суворе дотримання режиму випалу клінкеру; рівномірне харчування сировиною та паливом; сталість хімічного складу, тонкості помелу та вологості сировини; сталість складу, вологості та тонкості помелу твердого палива. Ці фактори забезпечують стабільність режиму роботи печі, зменшують коливання температури у футеруванні та деформації корпусу.

Головна умова надійної експлуатації футерування - створення та збереження захисного шару обмазки на її робочій поверхні. Клінкерний розплав взаємодіє з матеріалом футерування, налипає на неї, утворюючи шар обмазки завтовшки до 200 мм. Процес утворення обмазки та її властивості залежать від температури плавлення, кількості та складу рідкої фази та режиму роботи печі. Обмазка оберігає футерування від руйнування, знижуючи температуру поверхні цегли і зменшуючи напруги, що виникають в ньому, захищає цеглу від коливань температури всередині печі, а також від хімічного і механічного впливу обпалюваного матеріалу.

Інтенсифікація процесів випалу

Пічні агрегати – найенергоємніше обладнання. У виробництві цементу з їхньої частку припадає близько 80 % витрат теплової та електричної енергії. Домагаючись зниження цих витрат, конструкції печей безперервно удосконалюють, вишукую шляхи інтенсифікації процесів випалу. Проблема інтенсифікації роботи печей, що обертаються, включає в основному дві задачі: пошук найбільш раціональних прийомів зниження питомої витрати теплоти на випал клінкеру і підвищення теплової потужності печі. На продуктивність печі впливає цілий рядфакторів. По-перше, фактори, які призводять до зміни питомої витрати теплоти на випал клінкеру: склад і структура сировини, її вологість і реакційна здатність та ін. потоку, спалювання палива проводиться з мінімальним надлишком повітря. Всі заходи, що сприяють збільшенню корисної теплоти згоряння палива, прискорює процес клінкероутворення. До них відносяться встановлення внутрішньопечних та запічних теплообмінних пристроїв, зниження вологості шламу за рахунок зневоднення в концентраторах або шляхом введення розріджувачів шламу та ін.

Теплова потужність печі – найважливіша конструктивна характеристика, що визначає її продуктивність. Збільшення кількості палива, що спалюється, в тому ж обсязі топкового простору - один із шляхів підвищення продуктивності печі. Ефективним засобомінтенсифікації процесу і продуктивності печі є підвищення температури матеріалу, що нагрівається.

Ефективний засіб інтенсифікації процесу випалення - спалювання частини палива у зоні декарбонізації у шарі матеріалу. Зменшити питома витрататеплоти на випал клінкеру можна введенням у сировинну суміш мінералізаторів. Вони дозволяють прискорити твердофазові реакції, знизити температуру появи рідкої фази та покращити її властивості, підвищити якість продукції. Важливий резерв інтенсифікації процесу випалу - утилізація пилу, що уловлюється з газів, що відходять. Тонкодисперсний, частково прожарений пил близький за складом сировинної суміші. Повернення пилу в піч сприяє зростанню продуктивності агрегату, скорочення витрати сировини, палива, електроенергії. Витрата палива можна знизити шляхом удосконалення технологічної схеми, конструктивних рішень декарбонізаторів, холодильників та допоміжного обладнання.

Охолодження обпалених матеріалів

Матеріал, що виходить з печі, що обертається, має температуру близько 1000 0 С. Повернення в піч теплоти матеріалу може істотно знизити витрату палива. Це досягається охолодженням матеріалу повітрям, яке потім подається в піч для горіння палива. Режим охолодження впливає як на подальший технологічний процес, і на властивості готового продукту. Розмелювання гарячих матеріалів призводить до зниження продуктивності млинів і зростання питомої витрати енергії. Особливо чутливий до охолодження портландцементний клінкер. Швидкоохолоджені клінкери легше розмелюються і до певної міри підвищують якість цементу. Тому необхідно, щоб охолодження клінкеру був найбільш повним і протікав швидко, особливо в початковій стадії. Чим повніше охолодження клінкеру, тим менше втрата теплоти.

Широко поширені три типи охолоджувачів: барабанні, рекуператорні та колосникові. При виробництві портландцементного клінкеру в сучасних печах, що обертаються, використовують колосникові перештовхуючі охолоджувачі (Рис. 9). Горизонтальні грати з рухомими колосниками приводять у дію від кривошипного механізму. Форма колосників така, що під час руху вперед клінкер зсипається на наступний ряд колосників; при русі у напрямку він ковзає по колосникам. Зважаючи на те, що одні колосники рухаються, а інші ні, здійснюється постійне перемішування клінкеру. Камера охолоджувача поділена на дві частини. Клінкер з обрізу печі, що обертається, в горловині охолоджувача піддають впливу «гострого дуття» (10...12 кПа), яке забезпечує рівномірний розподілклінкеру по ширині колосників і швидке його початкове охолодження. Це гаряче повітря температурою 450 0 С засмоктується в піч, де використовується для горіння палива як вторинне повітря. У другу частину простору підрешіткового охолоджувача також надходить холодне повітря, яке піддається за рахунок часткового вже охолодженого клінкеру і може бути використаний для сушіння сировини. На розвантажувальному кінці охолоджувача встановлюють молоткову дробарку, призначену для дроблення великих шматків клінкеру («зварювальника»).

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Мал. 9. Схема колосникового охолоджувача клінкеру типу «Волга»:

1 - піч, що обертається; 2 – приймальна шахта; 3 - колосникові грати; 4 – привід; 5 – вікно для скидання надлишку відпрацьованого повітря в атмосферу; 6 – гуркіт; 7 - молоткова дробарка; 8 - скребковий конвеєр; 9 – вікна для загального дуття; 10 – вентилятор загального дуття; 11 – вентилятор гострого дуття.

Оскільки в колосниковому охолоджувачі повітря просмоктується через шар матеріалу, значно збільшується поверхня теплообміну та інтенсифікується процес охолодження. Швидкість охолодження регулюють зміною швидкості руху решітки, товщини шару матеріалу та кількості повітря.

Переваги колосникових охолоджувачів - високі швидкість та ступінь охолодження (до 40 - 60 0 С), хороший ККД, мала питома витрата електроенергії (9 - 11 МДж/т клінкеру). Основний недолік - невигідний з погляду рекуперації принцип теплообміну, оскільки повітря рухається не протитечією до матеріалу, а перпендикулярно йому. Багато теплоти втрачається при викиді надлишкового повітря в атмосферу. До недоліків колосникових охолоджувачів також належать складність експлуатації та ремонт, менша надійність роботи, більші капіталовкладення.

Глава 2. Технологія виробництва портландцементу

2.1 Речовий склад портландцементу

Портландцементом ГОСТ 10178-76 називається гідравлічна в'яжуча речовина, що твердне у воді і на повітрі і є продуктом тонкого помелу клінкеру, одержуваного в результаті випалу до спікання штучної сировинної суміші, склад якої забезпечує переважний вміст в клінкері силікатів кальцію (0).

Звичайний силікатний цемент, або портландцемент, одержуваний спільним тонким подрібненням клінкеру і гіпсу, є зеленувато-сірий порошок, який при змішуванні з водою твердне на повітрі (або у воді) в камнеподібну масу. Гіпс вводять до складу портландцементу регулювання термінів схоплювання. Він уповільнює початок схоплювання та підвищує міцність цементного каменюу ранні терміни. Поряд із звичайним портландцементом (без добавок), що позначається індексом ПЦ Д0, випускають два види портландцементу з мінеральними добавками, що позначаються індексами ПЦ Д5 та ПЦ Д20. У перший допускається додатково вводити до 5 % активних мінеральних добавок, а в другій понад 5, але не більше 10 % добавок осадового походження (трепел, опоку), або до 20 % добавок вулканічного походження, глієжів, гранульованих доменних і електротермофосфорних шлаків. Співвідношення клінкеру, гіпсу та добавок характеризує речовий склад портландцементу. Якість клінкеру залежить від хімічного та мінералогічного складу. Хімічний склад характеризується вмістом різних оксидів, а мінералогічний – кількісним співвідношенням мінералів, що утворюються у процесі випалу. Портландцементний клінкер складається в основному, % за масою: СаО-64 ... 67; SiO 2 - 21...25; А1 2 03 - 4 ... 8; Fe 2 0 3 - 2...4. Крім того, у складі клінкеру можуть бути MgO, ТiO 2 , луги та ін.

Найважливіші оксиди, що входять до складу клінкеру (СаО, SiO 2 , А1 2 0 3 і Fе 2 0 3) взаємодіють у процесі випалу, утворюючи клінкерні мінерали. Портландцементний клінкер складається з низки кристалічних фаз, що відрізняються один від одного хімічним складом. Основні мінерали клінкеру:

аліт - 3СаО * SiO 2 (скорочений запис С 3 S);

беліт - 2СаО * SiO 2 (З 2 S);

трикальцієвий алюмінат 3 СаО * А1 2 0 3 (C 3 А);

алюмоферити кальцію змінного складу від 8 СаО

* 3 А1 2 0 3 * Fе 2 Про 3 до 2СаО * Fе 2 0 3 (З 8 A 3 F ... C2F).

Мінералогічний склад клінкеру впливає на технологію виробництва портландцементу та його властивості. Знання мінералогічного складу клінкеру дозволяє прогнозувати властивості портландцементу: швидкість набору міцності за різних умов твердіння, стійкість у прісних та мінералізованих водах, тепловиділення при твердінні та ін. Це дає відповідно до виду споруди та умов його експлуатації підбирати потрібний цемент.

Аліт – найважливіший матеріал клінкеру, основний носій його в'яжучих властивостей. Він зумовлює можливість швидкого твердіння цементу та досягнення ним високої міцності.

Беліт взаємодіє з водою значно повільніше аліту і в початкові терміни твердіння має низьку міцність. Але з часом білит набирає міцність і не поступається аліту за показниками міцності.

Трикальцієвий алюмінат швидко гідратується, бере активну участь у процесах схоплювання, але вклад його в кінцеву міцність цементного каменю порівняно невеликий. При збільшенні вмісту алюмофериту кальцію цементи твердіють повільно, але досягають високої міцності. Регулювання мінералогічного складу забезпечує одержання цементів із заданими властивостями.

2.2 Технологічна схема виробництва портландцементу сухим способом

Цементне виробництво в укрупненому вигляді складається з наступних основних переділів:

· Видобуток, первинне подрібнення сировини в кар'єрах та доставка його на майданчикцементного заводу, складування;

· подрібнення та усереднення (гомогенізація) подрібненої суміші, підготовка її до випалу;

· Теплохімічна обробка сировини з отриманням клінкеру - вихідного матеріалу для переробки в цемент, охолодження клінкеру;

· помел клінкеру з добавками на цемент (кількість та склад добавок залежать від хімічного та мінералогічного складувихідної сировини та клінкеру, необхідного сорту цементу);

· подання цементуна склад, зберігання, упаковка та відвантаження.

Для виробництва цементу застосовують мокрий, сухий та комбінований способи.

Сухий спосіб виробництва.Принципова технологічна схема отримання портландцементу сухим способом показано на рис. 10.

Мал. 10. Принципова технологічна схема отримання портландцементу сухим способом

Подрібнення матеріалів у млинах може проводитися за вологості сировини трохи більше 1 %. У природі сировини з такою вологістю практично немає, тому обов'язкова операція сухого способу виробництва – сушіння. Бажано поєднувати процес сушіння з розмолом сировинних компонентів. Це ефективне рішення знайшло застосування на більшості нових заводів, що працюють за сухим способом виробництва. У кульовому (трубному) млині поєднані процеси сушіння, тонкого подрібнення та перемішування компонентів сировинної суміші. З млина сировинна суміш виходить у вигляді тонкодисперсного порошку - сировинного борошна.

Зростаючі вимоги до економії витрати палива змушують переробляти сухим способом матеріали з більш високою вологістю. З іншого боку, такі матеріали характеризуються зниженою щільністю і відповідно міцністю. Попереднє подрібнення таких матеріалів доцільно здійснювати у млинах самоподрібнення «Аерофол», які дозволяють переробляти сировину вологістю до 25%. Однак повністю висушитися сировина при цьому не встигає, і в кульовому млині одночасно з доподрібненням великих частинок та отриманням однорідної сировинної маси повинна проводитися її досушування.

Сировинна мука подається в залізобетонні силоси, де проводиться коригування її складу до заданих параметрів і гомогенізація шляхом перемішування за допомогою стисненого повітря. Далі готова шихта надходить на випал у печі, що обертаються, із запічними теплообмінниками. Отриманий клінкер охолоджують в охолоджувачі та подають на склад, де створюється його запас, що забезпечує безперебійну роботу заводу. Водночас витримування клінкеру на складі підвищує якість цементу. На складі також зберігають гіпс та активні мінеральні добавки. Ці компоненти попередньо повинні бути підготовлені до помелу. Активні мінеральні добавки висушують до вологості трохи більше 1%, гіпс піддають подрібненню. Спільний тонкий розмел клінкеру, гіпсу та активних мінеральних добавок у кульових (трубних) млинах забезпечує отримання цементу високої якості. З млинів цемент надходить до складів силосного типу. Відвантажують цемент або навалом (в автомобільних та залізничних цементовозах, спеціалізованих суднах), або в тарі - багатошарових паперових мішках.

Основна перевага сухого способу виробництва – зниження витрат палива. Також при сухому способі на 35 - 40% зменшується обсяг пічних газів, що відповідно знижує вартість знепилювання і надає великі можливості використання теплоти відхідних газів для сушіння сировини. Важлива перевага сухого способу виробництва і вищий знімання клінкеру з 1 м 3 пічного агрегату. Ще важливим фактором є те, що при випалюванні по сухому способу значно скорочується витрата прісної води.

У світовій цементній промисловості сухий спосіб виробництва зайняв чільне місце. В даний час частка сухого способу займає в Японії, Німеччині та Іспанії 100%, в інших розвинутих країнах – 70 – 95%. У Росії її частка сухого способу виробництва лише 13%.

У додатку 1 зображено схему розміщення обладнання технологічної лінії з виробництва цементу сухим способом продуктивністю 3000 т/добу. За вихідну сировину прийнято вапняк та глина. Вапняк проходить двостадійне дроблення в щокових, а потім молоткових дробарках. Глина подрібнюється у валкових дробарках і сушиться у сушильних барабанах. Кожен компонент сировинної шихти, що надходить зі складу, направляється в бункери 1, забезпечені затворами і ваговими дозаторами 2, і далі до конвеєрів 3, що доставляє їх у завантажувальну лійку млина 4.

У відділенні для помелу сировини встановлені два сировинні млини 4 розміром 4,2×10 мм. При вологості шихти, що не перевищує 8%, млин працює із підведенням сушильного гарячого газу від запічних теплообмінників. При більшій вологості сировини встановлюють топковий пристрій, з якого до млина додатково подають гарячий газ.

Кожен млин працює за схемою пневматичного розвантаження з повітряно-прохідним сепаратором 5. Крупка, відокремлена сепаратором, повертається в млин на домол, готовий продукт через циклони 14, аерозелеби і витратомір надходить у силоси 13 сухої сировинної муки, З силосів 13 сировинне борошно по аерозелобах 15 і потім пневматичними підйомниками направляється в циклонний теплообмінник (10, 11), де нагрівається газами, що виходять з печі, до 700... 750°З частково (до 20%) декарбонізується, після чого надходить в піч, що обертається 12.

Подібні документи

Характеристика сировинних матеріалів для цементу. Технологічні операції підготовки та отримання сировини, обладнання для її подрібнення. Речовий склад та особливі види портландцементу. Технологічна схема виробництва сухим способом.

курсова робота , доданий 16.02.2011


Характеристика портландцементу 4/А. Опис основної технологічної схеми виробництва пуцоланового портландцементу сухим способом. Розрахунок сировинної суміші та матеріального балансу. Вироби та конструкції, виготовлені з використанням портландцементу.

курсова робота , доданий 17.02.2013


Схема виробництва портландцементу "сухим способом". Ґрунтові компоненти, що входять до складу бітумів та їх характеристики. Щебенево-мастичні асфальтобетонні сумішіта асфальтобетон: характеристика, застосування. Дегтебетон: склад, властивості, застосування.

контрольна робота , доданий 05.04.2014


Розробка родовища цементної сировини у відкритий спосіб. Технологія подрібнення вапняку. Первинна обробка глини. Випалення цементного клінкеру за мокрим способом у печі. Принцип роботи холодильника Модернізація кульового млина для помелу цементу.

реферат, доданий 07.12.2014


Проект цеху для тришарових панелей зовнішніх стін. Технологічна схема виробництва стінових панелейпотоково-конвеєрним способом. Види сировини, що використовується для виготовлення залізобетонних виробів. Вхідний контрольякості цементу

курсова робота , доданий 09.10.2012


Види сировини для глиноземистого цементу, боксити та чисті вапняки. Хімічний склад, зовнішні параметри, марки, фізико-механічні показники глиноземистого цементу. Способи виробництва цементу: метод плавлення сировинної шихти та випал до спікання.

реферат, доданий 09.02.2010


Опис виробництва вапняно-зольного цементу. Режим роботи цеху, розрахунок вантажопотоків. Підбір основного технологічного та транспортного обладнання. Контроль сировини та виробництва продукції. Сировина для виробництва вапняно-зольного цементу.

курсова робота , доданий 04.04.2015


Загальна характеристика, структура та особливості організації технологічного процесу виробництва цементу. Аналіз динаміки трудовитрат технологічного процесу виробництва цементу. Оцінка рівня розвитку технологій техпроцесу виготовлення цементу.

контрольна робота , доданий 30.03.2010


Розвиток виробництва цементу у Росії. Портландцемент як гідравлічна в'язка речовина. Вибір способу виробництва та опис технологічного процесу. Методи контролю. Практичний розрахунок економічної ефективностівиробництва портландцементу.

курсова робота , доданий 06.06.2015


Характеристика властивостей піску, щебеню та цементу - складових матеріалів бетону. Опис технологічного процесу виготовлення залізобетонних конструкцій конвеєрним способом. Випробування міцності плит методами пружного відскоку та пластичних деформацій.

Візитна картка міста Новоросійська - це їдкий пил від цементних заводів, що працюють тут. Екологічна шкода, завдана навколишньому середовищу цементною промисловістю країни - очевидна, і лише модернізація застарілого обладнання на абсолютній більшості цементних заводів здатна його значно зменшити. Але кардинально змінити економіку та екологію виробництва цементу можливо лише за допомогою «сухого» методу його виготовлення.

Економічно ефективне та високонадійне житлове та промислове будівництво важко уявити без використання недорогих та якісних цементів, що дозволяють виготовити з них розчини та бетони з різними фізико-механічними та хіміко-мінералогічними властивостями.

"Цемент - хліб будівництва" - і це безперечно. Тривожить тільки те, що про кухню, вірніше «пекарню», де готують «хліб будівництва», більш-менш обізнане досить вузьке коло фахівців будівельної сфери.

Цементна промисловість Росії - це 55 заводів, 49 з них - повного технологічного циклу, тобто кожен з них має сировинну базу: кар'єри, де видобуваються глина, вапняк і так далі. Лише одного разу, в 1989 році, в Російській Федерації на цій матеріально-технічній базі було досягнуто рекордного рівня виробництва цементу - 89 млн. тонн, які країна і споживала.

У 1992 -1993 роках випуск цементу «провалився до дна» - становив лише 27 млн. тонн. Проте саме в той час у цементну промисловість пішли інвестиції західних компаній. 1992-го року на вітчизняному ринкуз'явилися світові лідери як Lafarge, Dyckerhoff, Holcim. У 2014 р. цементна промисловість поставила на будівельний ринок 59,4 млн тонн своєї продукції.

Дефіцит та підвищення цін на продукцію викликали інтерес у потенційних інвесторів із різних регіонів Росії. У пресі та по телебаченню постійно піднімається тема будівництва нових цементних заводів, наскільки ці наміри серйозні, покаже час, але відсутність кваліфікованих робітників, розвал цементного машинобудування та елементарний бюрократизм – говорять про те, що цементне виробництво, як і раніше, буде доступне не багатьом.

Проблеми цементної промисловості, особливо завдання її модернізації, відповідно до загальноприйнятих екологічних вимог щодо енерго- та ресурсозбереження обросли запорошеним «смогом» міфів, чуток і домислів, які успішно тиражуються у ЗМІ.

Розвіяти їх у невеликій за обсягом публікації справа просто непосильна. Мета статті – ознайомити якнайбільше коло зацікавлених читачів із деякими секретами «пекарського мистецтва» виробництва цементу.

Про поняття «цемент»

У строго енциклопедичному понятті Цемент(лат. caementum - «щебінь, битий камінь») є штучна неорганічна в'яжуча речовина, що є одним з основних будівельних матеріалів.

При взаємодії з водою, водними розчинами солей та іншими рідинами утворює пластичну масу, яка твердне і перетворюється на каменеподібне тіло. В основному використовується для виготовлення бетону та будівельних розчинів.

Цемент є гідравлічним в'язким і має здатність набирати міцність і у вологих умовах, чим принципово відрізняється від деяких інших мінеральних в'яжучих (гіпсу, повітряного вапна), які твердіють тільки на повітрі.

Цемент для будівельних розчинів - малоклінкерний композиційний цемент, призначений для кладок та штукатурних розчинів, виготовляють спільним помелом портландцементного клінкеру, активних мінеральних добавок та наповнювачів.

Римляни, яких вважають першовідкривачами цементу, для отримання деяких його в'яжучих властивостей підмішували до вапна певні матеріали: пуццолани (відкладення вулканічного попелу Везувію); подрібнені або подрібнені цеглини та затверділі відкладення вулканічного попелу району м. Ейфеля.

У середні віки було випадково виявлено, що продукти випалу забруднених глиною вапняків водостійкістю не поступаються римським пуцолановим сумішам і навіть перевершують їх.

Після цього настав віковий період посиленого експериментування. При цьому основна увага була приділена розробці спеціальних родовищ вапняку та глини, на оптимальне співвідношення цих компонентів та добавку нових. Тільки після 1844 р. дійшли висновку, що крім точного співвідношення компонентів сировинної суміші, перш за все необхідна висока температуравипалу (порядку +1450 ° С, 1700 K) для досягнення міцного з'єднання вапна з оксидами.

Портландцементвиходить при нагріванні вапняку та глини або інших матеріалів подібного валового складу та достатньої активності до температури +1450…+1480 °С. Відбувається часткове плавлення компонентів і утворюються гранули клінкеру.

Для отримання цементу клінкер розмелюють разом приблизно з 5% гіпсового каменю. Гіпсовий камінь керує швидкістю схоплювання; його можна частково замінити на інші форми сульфату кальцію. Деякі технічні умови дозволяють додавати при помелі інші матеріали.

Видатний вчений хімік Олексій Романович Шуляченко вважається батьком російської цементної промисловості. Широке застосуванняотримала шахтну піч Антонова для випалу та виробництва клінкеру.

У переважній більшості випадків під цементом мають на увазі портландцемент та цементи на основі портландцементного клінкеру. Наприкінці ХХ століття налічувалося близько 30 різновидів цементу.

Марки цементу визначаються переважно межею міцності при стисканні половинок зразків-призм розміром 40×40×160 мм, виготовлених з розчину цементу складу 1:3 з кварцовим піском.

Марки виражаються у числах М100 - М600 (зазвичай, з кроком 100 чи 50), що позначає міцність при стисканні відповідно 100 - 600 кг/см² (10 - 60 МПа).

Цемент з маркою вище 600 завдяки своїй міцності називається «військовим» або «фортифікаційним» і ціна його на порядок вища за марку 500. Застосовується він для будівництва військових об'єктів, таких як бункери, ракетні шахти тощо.

Також за міцністю нині цемент ділиться на класи. Основна відмінність класів від марок полягає в тому, що міцність виводиться не як середній показник, а вимагає не менше 95% забезпеченості (тобто 95 зразків зі 100 повинні відповідати заявленому класу). Клас виражається в числах 30 - 60, які позначають міцність при стисканні (МПа).

Історичний екскурс у цементну промисловість

Промислове виробництво цементу Росії має майже двовікову історію. Однак перша офіційна згадка про нього датується 17 століттям. У листі тодішнього коменданта Москви, князя Гагаріна, Петро I дає доручення надіслати кілька бочок вапна. Загадково, бо потім слово «Известие» було закреслено та виправлено на «Цемент». Знавці будівельного матеріалознавства стверджують, що, даному випадку, йшлося про один з різновидів цементу, виробленим у ті далекі часи, а саме про роман-цемент.

Офіційно перший цементний завод у Росії був побудований і запущений в експлуатацію в 1839 р., і виробляв він портландцемент. Через буквально півстоліття Росія виходить на європейський ринок і займає в цьому секторі одне з провідних місць, аж до початку першої Світової війни.

Трагічні події у країні, революція та громадянська війна, «каміння на камені» не залишили від цементної промисловості. Стратегічний сірий продукт доводилося купувати за ліс, зерно та валюту. У «громадді планів» великого архітектора товариша Сталіна це зовсім не входило.

На фронт відновлення цементної промисловості було кинуто все, зокрема і література. 1929 року Федором Гладковим був написаний роман з одіозною назвою «Цемент». Вождю народів він так сподобався, що регулярно цитував його. Особливо подобалася йому теза – «Цемент – хліб будівництва», цей вираз став девізом промисловості будівельних матеріалів.

У період "великих сталінських будівництв" цемент був одним із найважливіших матеріалів, бо на них у величезних кількостях використовувався бетон. А бетон та цемент – нерозлучні як лід та вода.

У роки перших п'ятирічок усі цементні заводи було реконструйовано, а також паралельно з відновленням існуючих виробництв зводили й нові. Безумовно, індустріалізація та стрімкі темпи будівництва нових заводів лише сприяли швидкому відтворенню цементу.

Велика Вітчизняна Війна знову зупинила розвиток цементної промисловості, оскільки більша частина заводів знаходилася на окупованих територіях, і частина з них були повністю зруйновані. Лише 1948 р. цементне виробництво було відновлено повністю і вийшло колишній рівень.

І вже 1962 р. СРСР займає перше місце у світі за обсягом виробництва цементу. І це логічно – адже саме тоді, безроздільно вступила у свої права епоха великопанельного домобудівництва. А виробництво залізобетонних панелей повністю прив'язане до цементу.

У 1989 р. в СРСР повному обсязіпрацювало 89 цементних заводів, що випускали понад 140 млн тонн цементу. Розвиток промисловості не стояло на місці, науково-дослідні центри представляли цементну науку в багатьох містах країни. На потреби цементної промисловості працювали понад три десятки машинобудівних заводів, а освітні заклади сотнями випускали нових фахівців у цій галузі.

Виробництво цементу в постперебудовній Росії

У період розпаду Радянського Союзу будівельний ринок Росії знову переживає кризу. Різке зниження будівництва нових об'єктів призвело до спаду виробництва цементу. Лише до 2000 року, з нормалізацією ситуації у країні, відновили роботу Російські цементні заводи.

За період з 2000 до 2015 року виробництво цементу, порівняно з дев'яностими роками, зросло на 50%. Хоча у 2002 р. країна увійшла до десятки світових лідерів щодо споживання цементу, частка Росії у світовому виробництві становила не більше двох відсотків.

Основна частка цементу виробляється за застарілим «мокрому» способу. І оскільки нормативний термін експлуатації цементних заводів становить не більше 30 років, багато з них стають непридатними і зупиняють виробництво. А попит на бетон та цемент тим часом зростає.

Сьогодні Росія перебуває на порозі гострого дефіциту цементу. У принципі, в деяких регіонах Росії відчувати нестачу цементу стали вже в 2006 р. На думку фахівців, найближчим часом можуть виникнути проблеми з транспортуванням цементу.

Про науково-технологічний процес виготовлення цементу

Як було зазначено раніше, науково-технологічний рівень процесів виготовлення цементу в широкій практичній реалізації законсервований на рівні ХХ століття.

Внаслідок повсюдного використання трубчастих печей з високотурбулентними повітряними потоками, що мають велику здатність до «захоплення» і перенесення частинок шихти і клінкеру, що спікається, існує надмірне навантаження на фільтри очищення відхідних газів.

Все це призводить до подорожчання фільтрів, до них великим розмірамта невисокого ступеня очищення (до 95 – 97%), що при великотоннажних виробництвах цементу робить його екологічно небезпечним, оскільки за добу викидаються десятки і навіть сотні кілограмів високодисперсного пилу.

Гомогенізація (повне засвоєння) клінкерної шихти, внаслідок використання вихідних мінералів з розмірами понад 3-5 мм, не перевищує 75 – 80%, що призводить до непрореагованості компонентів, а це у свою чергу різко погіршує фізико-механічні та хіміко-мінералогічні властивості цементів. .

Техногенні відходи практично не використовуються (за винятком гранульованого шлаку) – натомість потрібні істотні кошти на видобуток кондиційної сировини (розробку кар'єрів вапняку, мергелю, глини).

Витрати енергії спікання клінкеру в більшості цементних заводів лише на рівні 800 – 1 200 і більше ккал/кг клінкеру, хоча з калориметричним розрахунками досить у 2-3 разу менше.

Витрати енергії на помел клінкеру становлять 35 - 50 кВт/год на тонну цементу при низькій товщині помелу, хоча є процеси та обладнання з витратами електроенергії на порядок менше і якістю помелу краще - до 15000-25000 см2/г.

Використання як енергоносії переважно дорогих теплоносіїв: природного газу, нафтопродуктів або кондиційного вугілля, - істотно підвищує собівартість виробництва цементу і, зрештою, значно підвищує вартість житла, промислових будівель та споруд.

Про докорінну зміну складу обладнання цементних заводів

Аналіз зазначених недоліків показав, що їх усунення непридатні традиційні способимодернізації обладнання чи додавання нових механізмів – необхідно докорінна зміна складу устаткування цементних заводів з іншими корисними властивостями та параметрами.

По-перше, для зниження кількості викидів пилу та перетворення цементного виробництва на екологічно безпечне слід відмовитися від рукавних фільтрів та електрофільтрів (які «пропускають» до 3-5% пилу у викидах) і перейти до фільтрів з якістю очищення на порядок кращим – наприклад, водним фільтрам (скрубберам) зі ступенем відчищення газів, що відходять від пилу до 99,7%.

По-друге для підвищення якості помелу слід застосовувати принципово нове помольне обладнання (наприклад, млина відцентрово - ударного типу), що дозволяє досягти гарантованого і заданого розміру подрібнюваних частинок цементу, які тільки встигають перейти в розчин при приготуванні бетонів.

По-третє, для оперативного контролю вмісту у вихідній сировині компонентів клінкеру необхідно застосувати аналізатори, що працюють у реальному масштабі часу та сумісні з АСУТП комплексу – наприклад, рентгеноструктурні аналізатори.

По-четверте, слід внести зміни до технологічного процесу приготування шихти: вихідні компоненти необхідно не тільки точно дозувати, але й домагатися максимально можливого ступеня гомогенізації шихти з попереднім тонким помелом компонентів.

По-п'яте, необхідно застосувати обладнання для істотного зниження енерговитрат на спікання клінкеру та/або використовувати «вторинне тепло» – залучити до технологічного процесу енергію, що міститься у газах, що відходять, і спеченому клінкері, яка в існуючих цемзаводах розсіюється в навколишнє середовище.

По-шосте, необхідна повна автоматизаціяцементних заводів – це дозволить суттєво знизити трудовитрати у собівартості виробництва та мати можливість оперативної переналагодження на випуск цементів з різними фізико-механічними та хіміко-мінералогічними властивостями у зв'язку із потребами ринку, що змінюються, або сировинними компонентами.

По-сьоме, повна автономність цементного виробництва та незалежність від енергокомунікацій може бути досягнута при виробленні електроенергії для приводу механізмів та газу для спікання клінкеру з твердих горючих копалин, наприклад, кам'яного або бурого вугілля, горючих сланців.

Таке рішення дозволить також:

Істотно знизити витрати на придбання енергоносіїв, оскільки вартість електроенергії та газу, що одержуються із зазначених горючих копалин, значно нижча, ніж пропонують монополісти – «Газпром» та постачальники електроенергії;

Уникнути оплати «за підключення» до мереж електро- та газопостачання, яка нині є практично перешкодою розвитку нових виробництв;

Не витрачати час та кошти на проектування мереж та прокладання мереж, а також їх «узгодження» у багатьох інстанціях.

Простота – дорожче за крадіжки

Як відомо виготовлення цементу відбувається у два етапи - виробництво клінкеру (обпалена суміш вапняку та глини), це 70% собівартості кінцевого продукту та подрібнення його разом із гіпсом та активними мінеральними добавками.

Головне при цьому – отримати сировинну суміш постійного складу. Готують її двома основними способами – «мокрим» та «сухим». При «мокрому» способі тонке подрібнення сировинної суміші роблять у водному середовищі з отриманням шихти у вигляді водної суспензії - шламу вологістю 30-50%. При «сухому» способі сировинну шихту готують у вигляді тонкоподрібненого сухого порошку, тому в процесі помелу або перед початком сировинні матеріали висушують.

Перший спосіб простіший, тому саме він ліг в основу радянської цементної промисловості. Другий вимагає більш складного та примхливого обладнання. Однак він дозволяє забезпечити більш високу продуктивність пічного агрегату та будувати потужніші печі.

«Майбутнє, звісно, ​​за цементними заводами “сухого” виробництва. Витрата палива, причому найдорожчого - газу, на російських цементних заводах, які працюють за «мокрому» способу вдвічі вищий за середньосвітовий. Щоб відповідати вимогам природоохоронного законодавства необхідні постійні інвестиції в реконструкцію виробництв. При цьому собівартість цементу, виробленого за старими технологіями, у рази вища, ніж собівартість продукції з "сухого" виробництва, викиди в атмосферу якого в рази нижчі», – каже генеральний директор «Базелцементу» В'ячеслав Шматов.

Перспективи "урочистості" сухого способу виробництва цементу

Для будівельного комплексу Росії основне значення цементної промисловості не є віртуальним поняттям, бо воно практично зримо, товарно вагоме і матеріально торгується. Так склалися зовнішні та внутрішні обставини нашої країни, що цементні заводи за рівнем технологічних та технічних рішень залишаються на периферії технічного прогресу.

У червні цього року обсяг виробництва цементу в Росії становив 4.7 млн ​​тонн на місяць, що незважаючи на кризові явища, дещо вищий, ніж у той же період 2013 року. Виросли й обсяги виробництва цементу «сухим» способом.

Подальший розвиток цього найцікавішого з погляду економіки та екології способу виробництва цементу у Росії залежатиме від трьох причин.

Перше- Яку позицію займе держава. Останні кілька місяців по ринку ходить наполеглива чутка, що з 1 січня 2016 року на найбільші федеральні та регіональні будівництва цемент зможуть постачати тільки ті заводи, які виробляють його «сухим» способом.

Другеобставина – розвиток конкуренції на ринку. «Можна очікувати, що поступово ми прийдемо до такого стану речей, коли споживачі просто не купуватимуть продукції тих компаній, які злісно порушують екологічне законодавство. І у них не залишиться вибору: або вони розоряться, або перебудовуватимуть свою роботу. Зрозуміло, що на це знадобляться роки, але така загальносвітова тенденція»,– каже провідний експерт УК «Фінам менеджмент» Дмитро Баранов.

Третєобставина – обладнання.

Вітчизняна промисловість обладнання для «сухого» способу виготовлення цементу взагалі не виробляє. Тому на "Нев'янському цементнику" ще з 1980-х працюють технології японських компаній Onoda та Kawasaki, Верхньобаканський цементний завод комплектується датською компанією FLSmidth, на "Мордовцементі" використовуються фільтри General Electric.

Тому зараз потрібно або терміново створювати виробництво такого обладнання в Росії, що поки що можливо за окремими позиціями або повністю обнулювати ввізні мита на нього.

«Мінприроди підготувало низку законопроектів щодо зміни нормування впливу на навколишнє середовище за рахунок впровадження кращих доступних технологій, заснованих на останніх досягненнях науки і техніки. Важливою умовою їхньої успішної реалізації мають стати економічні стимули. Підприємства, які активно інвестують у модернізацію, енергозбереження, екологічно чисті технології, мають право розраховувати на преференції. Наприклад, витрати на проведення природоохоронних заходів повинні враховуватись при визначенні плати за негативний впливна довкілля. Підприємствам, які стали на шлях модернізації, необхідне пільгове кредитування та податкові послаблення»,- вважають у «Євроцементі груп».

Висновок

Очевидно, що розумне поєднання карних і заохочувальних методів, що використовуються державою, має підштовхнути виробників цементу до будівництва нових «сухих» заводів та поступового виведення «мокрих» виробництв із експлуатації. Можливо, через три-п'ять років цей процес набуде Росії незворотної форми.

Текст: Володимир Іванов, Сергій Санніков