Механическое оборудование предприятий по производству вяжущих строи
..pdfL n |
m |
ДЛЯ ТЕХНИКУМОВ
10.А. Лоскутов, В. M. Максимову
В.В.Веселовский
МЕХАНИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
ПРЕДПРИЯТИЙ
ПО ПРОИЗВОДСТВУ
ВЯЖУЩИХ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Под общей редакцией Ю.А. Лоскутова
Допущено Министерством промышленности строительныхматериалов СССР
в качестве учебника для техникумов промышленности строительныхматериалов
Москва
«Машиностроение»
1986
ББК 38.3
Л79 i
УДК. ЬЬЬ.У.Ш.5 (075)
Ю. А. ЛОСКУТОВ, В. М. МАКСИМОВ, В. В. ВЕСЕЛОВСКИЙ
Р е ц е н з е н т ы : предметная комиссия механических дисциплин Во скресенского химико-механического техникума, А. Н. Афанасьев
Лоскутов Ю. А. и др.
Л79 Механическое оборудование предприятий по производству вяжущих строительных материалов: Учебник для техникумов промышленности строительных материалов/Ю. А. Лоскутов, М. Максимов, В. В. Веселовский; Под общ. ред. Ю. А. Лос-
cQBa. М.: Машиностроение, 1986. — 376 с., ил.
|
L |
20 к- |
производ- |
|
Дано» т$£н^ко-экономическое обоснование выбора оборудования для |
||
|
ств^Демента,'Двести и гипса и рассмотрены конструкции. Изложены методы расчета |
||
|
основных параметров технологического оборудования для добычи, дробления, помола |
||
|
и обжига*врущих материалов. Уделено внимание вопросам комплексной автомати |
||
|
зации производства, приведены правила эксплуатации оборудования. |
|
|
Л |
3204010000-95 |
95-86 |
ББК 38.3 |
|
038 (01)-86 |
|
6СЗ |
© Издательство «Машиностроение», 1986 г.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие производства вяжущих строительных матери алов (цемента, извести, гипса) базируется на использовании передо вой технологии и мощного технологического оборудования с вне дрением комплексной механизации и автоматизации технологи ческих процессов.
Среди вяжущих строительных материалов особое место отво дится цементу. Развитие отечественной цементной промышленности до 60-х гг. базировалось преимущественно на мокром способе об жига клинкера, при котором сырьевые материалы перед обжигом во вращающейся печи предварительно измельчались с добавлением воды. В 60—70-е гг. были созданы и внедрены технологические линии с вращающимися печами 5x185 м производительностью 75 т/ч цементного клинкера. Однако мокрый способ производства при обжиге клинкера связан со значительными затратами топлива.
В 60-е годы начал развиваться так называемый «сухой способ» получения клинкера, при котором сырьевые материалы измель чаются без добавления воды. Сырьевую смесь подают в печь на об жиг в виде муки. Это позволяет резко снизить затраты топлива на обжиг клинкера.
Дальнейшее развитие отечественной цементной промышленно сти связано с широким внедрением этого экономичного способа. В 70-е годы было разработано и изготовлено отечественное обору дование для технологических линий сухого способа производитель ностью 3000 и 1600 т клинкера в сутки. Были решены вопросы по мола сырьевых материалов с одновременной их сушкой в трубной мельнице, а также в мельнице самоизмельчения «Аэрофол», гомо генизации и хранения запасов готовой сырьевой муки. Серьезным изменениям подвергся печной агрегат. Подготовительные техно логические операции подогрева и частичной декарбонизации сырь евой муки, ранее выполнявшиеся во вращающейся печи, стали осу ществлять в запечных циклонных теплообменниках, в которых
тепловая |
обработка |
сырья происходит под действием |
теплоты |
от |
ходящих |
из печи |
газов. |
сухого |
спо |
Новым |
этапом |
дальнейшего совершенствования |
соба производства клинкера явились исследования по дополни тельному сжиганию технологического топлива в циклонных тепло обменниках, вследствие чего значительно увеличилась степень декарбонизации сырьевой муки перед поступлением ее во враща ющуюся печь и снизился общий расход топлива при обжиге клин кера. При этом размеры вращающейся печи значительно умень шились, что повысило ее эксплуатационную надежность.
Дальнейшее снижение расхода технологического топлива при обжиге клинкера связано с увеличением доли сжигания техноло гического топлива в запечных теплообменниках, с повышением эффективности использования теплоты отходящих из теплообменника и охладителя клинкера газов на сушку сырьевых материалов при их измельчении в мельницах и дробилках.
Р А З Д Е Л I
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
Г л а в а 1
ОБОРУДОВАНИЕ И УСЛОВИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕГО РАБОТОСПОСОБНОСТИ
§ 1. Требования, предъявляемые к оборудованию
Для повышения эффективности производства строитель ных материалов необходимо создавать оборудование, по технико экономическим показателям соответствующее мировым достижениям или превосходящее их, обеспечивающее значительное повышение производительности труда, экономию материалов, топлива и электро энергии, конкурентоспособное на внешнем рынке.
Вновь создаваемое оборудование должно соответствовать ком плексу показателей, характеризующих его технический уровень. Важнейшими из них являются: функциональное назначение, надеж ность, показатели технологичности, транспортабельности, унифи кации, безопасности, эргономические, эстетические, патентно-пра вовые, экологические и экономические показатели.
Например, показателями функционального назначения печных агрегатов являются способ производства клинкера (сухой, мокрый или комбинированный), тип применяемого теплообменника (внутрипечной, циклонный, циклонный с декарбонизатором и др.); конструктивные параметры вращающейся печи (диаметр, длина, уклон, число и тип опор, частота вращения, мощность всех типов приводов и др.); конструктивные параметры других видов обору дования, входящих в агрегат (циклонного теплообменника, охла дителя клинкера, тягодутьевого оборудования и др.); произво дительность агрегата по клинкеру, теплотехнические и аэродина мические показатели (температура газов и материала в различных точках агрегата, количество воздуха, поступающего из охладителя клинкера в декарбонизатор и др.), комплектность агрегата и т. п.
Однако эти показатели, дающие оценку прогрессивности техни ческих решений, заложенных в агрегате, не позволяют достаточно оценить полезный эффект от эксплуатации и сравнить его с лучшими отечественными и зарубежными печными агрегатами. Поэтому эффективность оборудования характеризуют удельными показа телями, например для печных агрегатов: удельной производитель ностью — отношением производительности агрегата к площади фу теровки вращающейся печи (1 кг клинкера на 1 м2 футеровки), удельными затратами теплоты и электроэнергии (соответственно, в килоджоулях на 1 кг клинкера и киловатт-часах на 1 т клинкера).
В решении задач по повышению производительности труда и эффективности управления технологическими процессами большое
4
значение имеет автоматизация производства. В настоящее время на предприятиях по производству вяжущих строительных материа лов осуществляется внедрение автоматического регулирования с ис пользованием средств локальной автоматики и управления с при менением управляющих вычислительных машин.
В связи с тем что предприятия по производству цемента, как правило, значительно различаются по физико-химическим свой ствам используемого сырья, виду применяемого топлива и по про ектным особенностям, новое оборудование необходимо создавать применительно к условиям конкретного предприятия. Оборудо вание должно, также обеспечивать удобство монтажа на заводе-по требителе.
При создании нового оборудования учитывают затраты на про ектирование, изготовление и эксплуатацию, а также экономи ческую эффективность от его внедрения.
Оборудование цементной промышленности должно быть надеж ным. Надежность — свойство объекта сохранять во времени в уста новленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хра нения и транспортирования. Например, вращающаяся печь, узлы которой работают в условиях воздействия высоких температур, различных видов изнашивания, больших нагрузок, должна надежно работать без поломок и аварий, быть ремонтопригодной, удобной для транспортирования от места изготовления к месту эксплуатации.
На стадии проектирования необходимо рассчитывать надеж ность, прочность, деформацию и другие характеристики оборудо вания. Надежность оборудования зависит от конструктивного офор мления его узлов, применяемых материалов, методов защиты от
вредных |
факторов (повышенной температуры, коррозии, нагрузок |
и др.), |
смазочной системы, ремонтопригодности и др. |
Надежность обеспечивается в процессе изготовления обору дования. Она зависит от качества изготовления деталей и сборки оборудования и его узлов, методов контроля и испытания готовой продукции, возможностей управления ходом технологического про цесса и ряда других показателей.
Все показатели надежности проявляются только в процессе эксплуатации и зависят от методов и условий технического обслу живания, ремонта и соблюдения правил технической эксплуатации.
При со'здании машины решается задача выбора ее оптимальной надежности. С одной стороны, накопленный опыт позволяет созда вать машины с высокой надежностью. Однако в этом случае резко повышаются затраты на проектирование и изготовление, так как увеличиваются объемы проектирования, требуется применение вы сокопрочных и дорогих материалов, эффективных видов терми ческой обработки, введение дублирующих узлов, повышение запа сов прочности. С другой стороны, при эксплуатации машины с низ кими показателями надежности значительно увеличиваются затраты на ее техническое обслуживание и ремонт.
Поэтому, если высокая надежность не является необходимостью, создается оборудование, обеспечивающее максимальную надежность при минимальных затратах на проектирование, изготовление и экс плуатацию с учетом его эргономических и эстетических показа телей.
Вновь разрабатываемое оборудование должно удовлетворять показателям технологичности, обусловливающим затраты матери алов, средств, труда и времени на его изготовление. К этой группе показателей относятся трудоемкость продукции, удельная метал лоемкость (например, 1 т металла на 1 т клинкера в сутки), коэф фициент использования металла, себестоимость продукции и т. д.
При создании оборудования уделяют внимание степени унифи кации. Показатели унификации характеризуют насыщенность про дукции стандартными, унифицированными и оригинальными со ставными частями, а также уровень унификации с другими анало гичными изделиями. Например, большинство деталей и узлов охла дителей клинкера серии «Волга» (колосники, подколосниковые балки, приводы колосниковой решетки, транспортеры уборки про сыпи и др.) унифицированы по всем или нескольким типоразмерам. Это позволило значительно снизить затраты на их изготовление и эксплуатацию, а также упростить обеспечение запасными частями.
Для оборудования цементной промышленности важны показа тели транспортабельности, определяющие приспособленность его к транспортированию, так как это оборудование отличается большой массой и значительными размерами, что затрудняет его транспор тирование. Например, поставка цементным заводам вварных бан дажей для мощных печей возможна только водным транспортом.
Существенным фактором, определяющим конкурентоспособность оборудования на внешнем рынке являются патентно-правовые по казатели, характеризующие патентную защиту и патентную чистоту продукции. При создании оборудования необходимо соблюдение экологических показателей, которые характеризуют уровень вред ных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплу атации оборудования, например, ограничение выброса в атмосферу с печными газами соединений хлора, серы и др.
Следует иметь в виду, что для обеспечения безопасности обслу живающего персонала в процессе эксплуатации оборудования при создании его надо учитывать показатели безопасности: уровни шума, вибрации, запыленности, загазованности, температуры и др.
§ 2. Классификация оборудования цементных заводов
Оборудование, используемое при производстве цемента, можно разделить на две группы: специальное и общеотраслевое. К специальному относят оборудование, спроектированное и изго товленное с учетом требований и условий эксплуатации цементного производства, т. е. сырьевые и цементные мельницы, печи для об жига клинкера, шламовые бассейны, охладители клинкера, клин керные транспортеры и др.; к общеотраслевому — оборудование
6
общего назначения, широко используемое в различных отраслях народного хозяйства, т. е. бурильное, землеройное, грузоподъем ное, транспортирующее, дробильное и др.
Независимо от назначения выделяют технологическое оборудо вание, непосредственно участвующее в технологическом процессе производства цемента, и оборудование, не участвующее в техноло гическом процессе. Например, в горном цехе к технологическому оборудованию относятся бурильные станки, экскаваторы, дробилки, транспортные средства для доставки сырья на территорию цемент ного завода.
Оборудование, предназначенное для изменения физико-хими ческого состояния сырьевых материалов в процессе производства цемента, называют основным технологическим оборудованием. Та ким оборудованием являются дробилки, мельницы, печи. Оборудо вание, обеспечивающее работу основного технологического обору дования, называют вспомогательным технологическим оборудованием. Так, в цехе помола из вспомогательного технологического обору дования можно выделить питатели клинкера и добавок, сепараторы, насосы для транспортирования цемента от мельниц.
Комплект технологического оборудования для производства це мента с использованием одной печи образует технологическую ли нию. В обозначение технологической линии входят способ произ водства, размеры печи и ее расчетная суточная производительность по клинкеру: например, технологическая линия сухого способа производства с вращающейся печью размером 7,0/6,4x95 м произ водительностью 3 тыс. т клинкера в сутки. На современных це ментных заводах устанавливают две—четыре, иногда шесть техно логических линий с однотипными печами.
Часть технологического процесса производства цемента, вы полняющую самостоятельную операцию, называют технологическим переделом. Различают добычный, сырьевой, обжиговый и помоль ный технологические переделы. Технологические линии, располо женные на одной промышленной площадке, проектируют с общими сырьевым и помольным переделами. При расположении на цементном заводе технологических линий на нескольких промышленных пло щадках, сырьевой передел, как правило, предусматривают общим.
Выбор оборудования для технологических переделов опреде ляется мощностью завода, способом производства, физико-механи ческими свойствами сырьевых материалов и условиями их залега ния, выбранными схемами компоновки оборудования на техноло гических переделах и другими условиями.
§ 3. Условия работы оборудования
Оборудование, входящее в состав технологических линий для производства цемента или обеспечивающее нормальное функ ционирование этих линий, работает в условиях интенсивного воз действия разрушающих факторов технологических процессов— вы-
7
сокой температуры, больших нагрузок, |
влажности, запыленности |
и агрессивности сред. При этом ставится |
задача надежной работы |
каждого элемента технологической линии с высокопроизводитель ным и непрерывным выпуском готовой продукции.
При дроблении пород высокой прочности нагрузка на дробя щую плиту щековой дробилки достигает 2,7 МПа. Максимальные реакции опор вращающихся печей резмером 5x185 м составляют более 8400 кН. Температура клинкера, поступающего из вращаю щейся печи на колосники охладителя, достигает 1300 °С.
Во многих случаях на детали оборудования действуют одно временно' несколько разрушающих факторов. Так, внутрипечные теплообменные устройства вращающихся печей работают в потоке отходящих газов и продуктов сгорания температурой, достигающей 1100°С. Под воздействием содержащегося в газах свободного или связанного кислорода возникает газовая коррозия, интенсивность которой увеличивается при повышении температуры газов. Кроме того, теплообменные устройства подвергаются' значительному из нашиванию движущимся шламом и одновременно с этим — по мерс налипания материала на поверхность— действию больших растя гивающих усилий. Корпуса вращающихся печей работают под дейст вием значительных изменяющихся нагрузок от собственной массы и массы обжигаемого материала, футеровки, действия крутящего момента от зубчатой передачи привода. При этом на материал обе чаек корпуса оказывают дополнительное воздействие нагрев корпуса до высокой температуры, достигающей в отдельных случаях 350 °С, а также его охлаждение во время остановок печи зимой.
Действие разрушающих факторов на детали оборудования при недостаточно эффективной системе технического обслуживания (ТО), ремонтов (Р), а также при допускаемых нарушениях правил техни ческой эксплуатации (ПТЭ) может привести к потере одного или нескольких свойств, обеспечивающих надежность работы оборудо вания, — прочности, жесткости, износостойкости, а это, в конечном счете, приведет к возникновению его постепенных или внезапных (аварийных) отказов.
Срок службы деталей оборудования зависит от видов их из нашивания, которые определяются условиями эксплуатации.
Абразивное изнашивание — это механическое изнашивание ма териала в результате в основном режущего или царапающего дейст вия на него твердых частиц, находящихся в свободном или закреп ленном состоянии. Этому виду изнашивания подвержены следую щие детали: плиты и междукамерные перегородки сырьевых и це ментных мельниц; била молотковых и дробящие плиты щековых дробилок; футеровка мельниц самоизмельчения.
Коррозионно-механическое изнашивание — это изнашивание в ре зультате механического воздействия, сопровождающегося хими ческим и (или) электрическим взаимодействием материала со сре дой. Этому виду изнашивания подвержены следующие детали: цепные завесы; внутрипечные теплообменники; детали циклонных теплообменников, декарбонизаторы, электрофильтры, дымососы;
течки рекуператорных и колосники колосниковых охладителей клин
кера.
Гидроабразивное изнашивание — это абразивное изнашивание
врезультате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе) и перемещающихся относительно изнашивающегося тела. Так,
врезультате действия шлама происходит гидроабразивное изнаши вание деталей насосов, бассейнов, задвижек, трубопроводов.
Усталостное изнашивание — это механическое изнашивание в ре
зультате усталостного разрушения при повторной деформации ми крообъемов материала поверхностного слоя. Усталостному изнаши ванию подвержены подшипники скольжения, бандажи, опорные ролики и ролики гидроупоров Г зубчатые** зацепления, оси.
§ 4. Материалы для изготовления оборудования
Детали оборудования для производства цемента изготов ляют из сталей, чугунов, сплавов, цветных металлов. В последние годы получают распространение полиамидные материалы (капрон, капролактам), различные марки резин.
Для изготовления деталей, работающих в условиях интенсив ного абразивного изнашивания (деталей щековых, молотковых дро билок, футеровки трубных мельниц и мельниц самоизмельчения) и при больших динамических нагрузках, широко используют марган цовистые стали 110Г13Л и Г13Х2Л, обладающие высокой износо
стойкостью и |
способностью к упрочнению в холодном состоянии |
в результате |
наклепа. |
Для облицовывания вторых и третьих камер сырьевых мельниц, |
|
кузовов автомобилей-самосвалов большой грузоподъемности, пере возящих твердые породы, а также бункеров и течек известняка нашла широкое применение резиновая футеровка, срок службы которой в 2—3 раза больше, чем у футеровки из марганцовистых сталей. Также широкое применение в цементных и сырьевых мель ницах находит бронефутеровка из прокатных элементов из сталей марок М75, М76.
Для изготовления деталей внутрипечных теплообменных уст ройств, подвергающихся коррозионно-механическому изнашиванию в газовом потоке температурой 900—1100 °С, применяют"* хромони келевые стали 12Х18Н10Т. Детали, работающие при более высоких температурах среды (лейки, стаканы рекуператорных охладителей, сегменты и башмаки разгрузочного порога вращающейся печи, колосники горячей и средней зон колосникового охладителя клин кера), изготовляют из жаропрочных сталей 40Х24Н12САЛ, 50Х24Н12САЛ. Для изготовления колосников конвейерного кальцинатора нашел применение жаропрочный чугун ЖЧС 5.
Многие детали цементного оборудования работают в условиях гидроабразивного изнашивания. Такие детали изготовляют из из носостойких чугунов, качественных конструкционных сталей или чугуна с последующей защитой резиной (гуммированного). Нала жен серийный выпуск трубопроводов для транспортирования шлама
с защитой каменной футеровкой, проводятся испытания деталей шламовых насосов из полиуретана СКУ-7Л и ГУП-5.
Для изготовления деталей, подверженных газоабразивному из нашиванию, применяют углеродистые стали с последующей наплав кой твердыми сплавами (шнеки и бронегильзы пневмовинтовых насосов), специальные термостойкие резины ИРП-1385 и ИРП-1287 (уплотнительное кольцо загрузочного клапана пневмокамерного насоса).
Ответственные детали оборудования для производства цемента, извести, гипса, подверженные усталостному изнашиванию, изго товляют из низколегированных высокопрочных сталей. Например, корпуса вращающихся печей изготовляют из стали 09Г2С, обладаю щей высокой ударной вязкостью при низких температурах и хоро шей свариваемостью. Зубчатые венцы вращающихся печей изго
товляют из |
стали 35ХМЛ, подвенцовые щестерни — из |
стали |
34ХН1МА, |
бандажи и опорные ролики — из стали ЗОГСЛ. |
Зуб |
чатые передачи мощных редукторов привода цементных, сырьевых
мельниц и вращающихся печей изготовляют: |
валы-шестерни — из |
|
сталей 45, 40Х, ЗОХГСА, 34ХН1М; зубчатые |
колеса — из сталей |
|
45Л, |
55Л. |
|
Металлоконструкции мостовых кранов, широко применяемых на предприятиях по производству цемента, извести, гипса, должны обладать хорошей свариваемостью (содержание вредных примесей должно быть ограничено), прочностью, выносливостью, пластич ностью, высокой ударной вязкостью при отрицательных температу рах и после механического старения. Поэтому изготовляют их из сталей ВСтЗсп5, 20, 16ГС, 17ГС, 09Г2С, ЮХСНД, 15ХСНД.
Вкладыши подшипников скольжения опорных роликов вращаю щихся печей, цапфовых подшипников и редукторов цементных, сырьевых мельниц, мельниц самоизмельчения, щековых и молот ковых дробилок и опорных узлов другого оборудования изготовляют из бронзы Бр05Ц5С5 и баббитов Б83 и Б 16.
Для изготовления деталей оборудования по производству вя жущих строительных материалов кроме перечисленных материалов используют и другие металлы и неметаллические материалы обще отраслевого применения.
Для повышения механических и других свойств сталь и неко торые металлические сплавы подвергают термической и химико термической обработке, а также механическому упрочнению. К ос новным видам термической обработки относят отжиг, нормализа цию, закалку, отпуск и улучшение.
Отжиг и нормализацию применяют для устранения внутренних напряжений в деталях, получаемых литьем или давлением, а также для улучшения их механических свойств и облегчения обработки резанием.
Закалку применяют для повышения прочности, твердости и из носостойкости деталей. Закалка может быть общей (объемной) и поверхностной. При общей закалке термическая обработка произ водится по всему объему детали или на значительную глубину. При
Ю