1. Виробництво цементу

1. Технологічні схеми виробництва портландцементу

Процес виробництва портландцементу складається з наступних основних технологічних операцій:

1) добування сировинних матеріалів і доставка їх на завод;

2) дроблення та помол сировинних матеріалів;

3) приготування і коректування сировинної суміші;

4) випалення суміші (отримання клінкеру);

5) помол клінкеру з домішками (отримання цементу).

Залежно від виду підготовки сировини на випалення розрізняють мокрий, сухий, напівсухий і комбінований способи виробництва портландцементного клінкеру. При мокрому способі виробництва помол сировинних матеріалів, їх змішення і коректування сировинної суміші здійснюються у присутності певної кількості води, а при сухому способі всі перераховані операції проводяться з сухими матеріалами. В деяких випадках суху сировинну суміш гранулюють, додаючи при грануляції необхідне для утворення міцних гранул кількість води. Такий спосіб виробництва портландцементного клінкеру називається напівсухим.

Кожний з цих способів має переваги і недоліки. Наприклад, у присутності води полегшується подрібнення матеріалів, і простіше досягається однорідність суміші, але витрата тепла на випалення сировинної суміші при мокрому способі на 30—40% більше, ніж при сухому. Крім того, значно зростає необхідний об'єм печі при випаленні мокрої сировинної суміші (шламу), оскільки значна частина її виконує функції випарника води.

Суть комбінованого способу полягає в тому, що сировинну суміш готують за мокрим способом, а потім її максимально зневоднюють (фільтрують) на спеціальних установках і у вигляді напівсухої маси обпалюють в печі.

Вибір способів виробництва портландцементного клінкеру

визначається поряд чинників технологічного і техніко-економічного характеру: властивостями сировини, його однорідністю і вологістю, наявністю достатньої паливної бази в

районі будівництва і ін.

При природній вологості сировини більше 8—10% виявляється доцільним мокрий спосіб. Мокрий спосіб вигідніше застосовувати також при використанні двох м'яких компонентів (глини і крейди), оскільки подрібнення їх легко досягається розбовтуванням у воді. Сухим способом раціонально одержувати портландцементний клінкер при однорідній по складу сировині у випадку, якщо вологість його не перевищує 8—10%. Напівсухий дає добрі результати при виготовленні клінкеру з достатньо пластичних сировинних матеріалів, коли при грануляції суміші утворюються міцні і термостійкі гранули. При хорошій фільтрації сировинних шламів перевагу слід віддавати комбінованому способу.

Мокрий спосіб виробництва. На цементних заводах, що працюють за мокрим способом, як сировинні матеріали для виробництва портландцементного клінкеру звичайно використовують м'який глинистий і твердий вапняковий компоненти.

Початковою технологічною операцією (див. рис.1.1) отримання клінкеру є подрібнення сировинних матеріалів. Необхідність тонкого подрібнення сировинних матеріалів визначається тим, що однорідний по складу клінкер можна одержати лише з добре перемішаної сировинної суміші, що складається з найдрібніших частинок її компонентів.

Шматки початкових сировинних матеріалів нерідко мають розміри до 1200 мм. Одержати з таких шматків матеріал у вигляді найдрібніших зерен можна тільки за декілька прийомів. Спочатку шматки піддають грубому подрібненню - дробленню, а потім тонкому помолу. Для грубого подрібнення матеріалів застосовують різні дробарки, а тонке подрібнення залежно від властивостей початкових матеріалів проводять в млинах або в бовтушках в присутності великої кількості води:

При використанні як вапняний компонент крейди, його подрібнюють в бовтушках. Якщо застосовують твердий глинистий компонент, то після дроблення його направляють в млин.

З бовтушки глиняний шлам перекачують в млин, де подрібнюється вапняк. Сумісне подрібнення двох компонентів

дозволяє одержувати більш однорідний по складу сировинний шлам.

У сировинний млин вапняк і глиняний шлам подають в певному співвідношенні, відповідному необхідному хімічному складу клінкеру. Проте навіть при найретельнішому дозуванні початкових матеріалів не вдається одержати з млина шлам необхідного хімічного складу із-за коливань хімічного складу сировини одного і того ж родовища. Щоб одержати шлам заданого хімічного складу, його коректують в басейнах.

Для цього в одній або декількох млинах готують шлам з свідомо низьким або високим вмістом СаСОз (званим титром) і цей шлам в певній пропорції додають в коректуючий шламовий басейн.

Приготований таким чином шлам, який являє собою сметаноподібну масу із змістом води до 35—45%, насосами подають у витратний бачок, звідки рівномірно зливають в піч.

Для випалення клінкеру при мокрому способі виробництва використовують печі, що обертаються. Вони є сталевим барабаном завдовжки до 150—230 м і діаметром до 7 м, футерований всередині вогнетривкою цеглиною; продуктивність таких печей досягає 1000—3000 т клінкеру в добу.

Барабан печі встановлюють з ухилом 3 - 4°. Шлам подають з піднятої сторони печі—холодного кінця, а паливо у вигляді газу, вугільного пилу або мазуту вдувають в піч з протилежної сторони (гарячого кінця). В результаті обертання похилого барабана матеріали, що знаходяться в ньому, просуваються по печі у бік її гарячого кінця. В області горіння палива розвивається найбільш висока температура: матеріалу - до 1500°С, газів - до 1700°, і завершуються хімічні реакції, що приводять до утворення клінкеру.

Димові гази рухаються уздовж барабану печі назустріч обпалюваному матеріалу. Зустрічаючи на шляху холодні матеріали, димові гази підігрівають їх, а самі охолоджуються. В результаті, починаючи від зони випалення, температура газу уздовж печі знижується з 1700 до 150 - 200°С.

З печі клінкер надходить в холодильник, де охолоджується рухомим назустріч ньому холодним повітрям.

Охолоджений клінкер відправляють на склад. У ряді випадків клінкер з холодильника направляють безпосередньо на помол в цементні млини.

Перед помолом клінкер дроблять до зерен розміром 8—10 мм, щоб полегшити роботу млинів. Подрібнення клінкеру проводиться спільно з гіпсом, гідравлічними і іншими добавками. Сумісний помол забезпечує ретельне перемішування всіх матеріалів, а висока однорідність цементу є однією з важливих гарантій його якості.

Гідравлічні добавки, будучи матеріалами, сильно пористими, мають, як правило, високу вологість (до 20 - 30% і більш). Тому перед помолом їх висушують до вологості приблизно 1%, заздалегідь роздрібнивши до зерен крупною 8 - 10 мм. Гіпс тільки дроблять, оскільки його вводять в незначній кількості і волога, що міститься в ньому, легко випаровується за рахунок тепла, що виділяється в млині в результаті зіткнень і стирання тіл, що мелють, один з одним і з матеріалом, що розмелюється.

З млина цемент транспортують на склад силосного типу, обладнаний механічним (елеватори, гвинтові конвеєри), пневматичним (пневматичні насоси, аерожолоби) або пневмомеханічним транспортом.

Дрібнення вапна

Дрібнення глини

Дрібнення добавок

Подрібнення в бовтушці

Подрібнення в млині (отримання шламу)

Сушка домішок

Коректировка шлама

Подрібнення гипса

Обжиг шламу (отримання клінкеру)

Складування клінкеру

Помол клінкеру с добавками та гіпсом (отримання цементу)

Складування цементу

Відправка цементу навалом

Упаковка цементу

Відправка цементу в тарі

Рисунок 1.1-Технологічна схема мокрого способу виробництва портландцементу

Відвантажують цемент споживачу або в тарі - в багатошарових паперових мішках, але 50 кг, або навалом в контейнерах, автомобільних або залізничних цементовозах, в спеціально обладнаних суднах. Кожна партія цементу забезпечується паспортом.

Сухий спосіб виробництва. Схема виробництва портландцементу за сухим способом представлена на рис.1.2. Виробництво портландцементного клінкеру за сухим способом складається з наступних технологічних операцій: вапняк і глину заздалегідь дроблять, потім висушують до вологості приблизно 1 % і подрібнюють в сировинну муку. Сушать вапняк і глину або роздільно, використовуючи для цієї мети сушильні барабани або інші теплові апарати, або спільно в сировинних сепараторних млинах, в яких одночасно здійснюються помол і сушка матеріалів. Останній спосіб ефективніший і застосовується на більшості нових заводів, що працюють за сухим способом. Для отримання сировинної муки певного хімічного складу з млинів її направляють спочатку в змішувачі, а потім в коректуючі силоси, куди додатково подається сировинна мука з свідомо низьким або високим титром (з вмістом СаСОз). У силосах мука перемішується стислим повітрям.

Підготовлена сировинна суміш надходить в систему циклонних теплообмінників, що складається з декількох (як правило, чотирьох) ступенів циклонів, сполучених між собою і з короткою (40 - 70 м) піччю, що обертається, газоходами. Проходячи послідовно через всі циклони, сировинна мука нагрівається димовими газами, що рухаються їй назустріч, які виходять з печі. Час перебування суміші в циклонних теплообмінниках не перевищує 25 - 30 с. Не дивлячись на це, сировинна мука не тільки встигає нагрітися до температури 700 - 800°С, але і повністю дегідратується і частково (на 20 - 25%) декарбонізрується. З циклонів матеріал надходить в піч, де відбуваються подальші реакції утворення цементного клінкеру. З печі клінкер пересипається в холодильники, після охолоджування прямує на клінкерний склад.

При сухому способі виробництва - підготовка гідравлічних добавок і гіпсу, помол цементу, його зберігання і відправка

споживачу такі ж, як і при мокрому способі.

Напівсухий спосіб виробництва. Схема отримання портландцементного клінкеру при напівсухому способі виробництва складається з наступних операцій (див.рис.1.3).

Приготування сировинної муки в цьому випадку проводиться як і при сухому способі виробництва. Одержана мука проходить стадію грануляції в барабанних або тарілчастих грануляторах, і у вигляді гранул розміром 10 -20 мм і вологістю 11 -16% поступає на випалення.

Подрібнення вапна

Подрібнення глини

Сушка

Сушка

Подрібнення (отримання сировинної муки)

Перемішування сировинної муки