МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. ШУХОВА» Кафедра ТЕХНОЛОГИИ ЦЕМЕНТА И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Курсовая работа

По дисциплине: «Компьютерные технологии в производстве силикатных материалов»

Тема: «Расчет технологических параметров производства силикатных материалов с помощью электронных таблиц EXCEL»

Вариант 7

Выполнил: студент ИСМиТБ группы ХТ-23 Макущенко И.С.

Приняла: к.т.н., доц. Головизнина Т.Е.

Белгород 2014

Содержани

2

Часть 1. Расчет сырьевой смеси 3

Таблица 1 8

Часть 2. Расчет горения газообразного топлива 9

Таблица 2 13

Часть 3: Презентация «Умные полимеры» 14

Список литературы 16

Часть 1. Расчет сырьевой смеси 3

Таблица 1 7

Часть 2. Расчет горения газообразного топлива 8

Таблица 2 11

Часть 3: Презентация «Умные полимеры» 12

Список литературы 14

Часть 1. Расчет сырьевой смеси

Портландцемент — основное вяжущее, применяемое в современном строительстве для изготовления монолитных и сборных железобетонных конструкций.

Портландцемент — важнейший представитель строительных цементов. Строительные цементы — это собирательное название группы гидравлических вяжущих, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция. Среди этих вяжущих выделяют цементы на основе портландцементного клинкера (портландцемент, шлакопортланд-цемент, пуццолановый портландцемент) и цементы на основе глиноземистого клинкера (глиноземистый, высокоглиноземистый и гипсоглино-земистый)^[1].

Сырьевыми материалами для изготовления портландцементного клинкера являются карбонатные и глинистые горные породы. Главное химическое соединение карбонатных пород (известняка, мела) — карбонат кальция СаСО3. Глинистые породы (в основном глины) содержат различные алюмосиликаты типа. Для получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении 3:1, т.е. на 1 мас. ч. глины должно приходиться 3 мас. ч. известняка. Известна горная порода — мергель, представляющая собой природную тесную смесь известняка и глины именно в таком соотношении. Там, где есть запасы мергеля, цементные заводы пользуются этим сырьем.

Производство портландцемента включает в себя следующие технологические операции: приготовление сырьевой смеси, обжиг этой смеси и получение клинкера, помол клинкера с добавкой гипса.

Приготовление сырьевой смеси заключается в получении однородной тонкоизмельченной смеси известняка и глины. Эту операцию осуществляют сухим или мокрым способом. При сухом способе подвергают совместному измельчению сухие материалы, из которых удаляют свободную влагу до остаточной влажности не более 1...2 %. Сухой способ особенно выгоден, если влажность сырья небольшая.

К основным минералам клинкера относятся алит и белит (силикаты кальция), а также трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция (алюминаты кальция). Каждый из них можно синтезировать отдельно, что дает возможность сопоставлять свойства минералов.

Алит — основной минерал клинкера. Его химическая формула З СаО • Si02, сокращенно C₃S*. Алита в клинкере содержится 45...60%, т.е. больше, чем любого другого минерала. Алит отличается быстротой твердения и большой прочностью.

Белит — второй по значению клинкерный минерал. Состав белита выражается формулой 2СаО • Si0₂, сокращенно C₂S. Содержание его в клинкере 20...30%. Белит медленно твердеет, но при благоприятных условиях может в длительные сроки образовывать с водой весьма прочные соединения.

По этим характеристикам можно составить представление о том, как влияет количественное соотношение между минералами в клинкере на свойства цемента. Так, для получения быстротвердеющего цемента надо увеличить содержание в клинкере наиболее быстротвердеющих соединений, т.е. C₃S и С₃А. Такой цемент одновременно обладает и большим тепловыделением. Свойство быстрого твердения используют при производстве сборного железобетона на заводах, где важно сократить длительность технологического цикла. Бетон, изготовленный на цементе с высоким содержанием C3S и С3А, можно употреблять для работ в зимнее время: из-за большого тепловыделения цемента конструкция медленно остывает даже на морозе, и бетон набирает достаточно высокую прочность^[2].

При бетонировании массивных конструкций важно предотвратить излишний саморазогрев бетона, который может вызвать его растрескивание. В этом случае применяют цемент с низким тепловыделением, т.е. относительно малым содержанием C3S и С3А.

Минералы цементного клинкера способны энергично взаимодействовать с водой, образуя гидратные соединения. Клинкерные минералы растворяются в воде в большей или меньшей степени, а продукты гидратации цемента (так называемые новообразования или кристаллогидраты) в воде практически нерастворимы. В противном случае отвердевшие цемент или бетон не были бы водостойкими^[3].

В результате взаимодействия цемента с водой получаются новые соединения, в состав которых входит химически связанная вода: гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, а также гидроксид кальция. Они и обусловливают формирование прочной структуры твердеющего цемента.

Все химические реакции взаимодействия клинкерных минералов с водой — экзотермические, т.е. сопровождаются выделением теплоты. Эк-зотермия цемента может рассматриваться и как положительное явление (например, при зимнем бетонировании), и как отрицательное (при бетонировании массивных конструкций или производстве работ в жаркую сухую погоду).

К одному из продуктов взаимодействия силикатных минералов (алита и белита) с водой относится гидроксид кальция. Это значит, что в результате твердения в цементном камне всегда возникает щелочная среда. Данное явление также имеет свои плюсы и минусы. В щелочной среде, как известно, не происходит коррозии железа. Поэтому бетоны на портландцементе (и его разновидностях) хорошо защищают стальную арматуру от коррозии. Это одно из основных условий высокой долговечности железобетона^[4].

Сырьевые смеси для производства силикатных материалов готовится из природных компонентов и (или) отходов промышленности. Технологический расчет сырьевой смеси состоит в нахождении соотношения сырьевых компонентов, которое обеспечит получение продукта или полуфабриката с заранее заданными характеристиками. Например, для производства цемента используется сырьевая смесь, состоящая из четырех основных оксидов: оксид кальция – CaO, оксид кремния – SiO₂, оксид алюминия – Al₂O₃ и оксид железа – Fe₂O₃. Эти четыре оксида очень редко встречаются в необходимом соотношении в одном виде сырья. Как правило, для трехкомпонентной сырьевой смеси используют известковый компонент (СаСО₃), глинистый компонент (nSiO₂mAl₂O₃xH₂O) и корректирующую добавку, которая чаще всего служит источником Fe₂O₃.

Весь расчет сырьевой смеси сводится к решению системы линейных уравнений. В качестве заданных характеристик клинкера для расчета используются коэффициент насыщения (КН) и модульные характеристики клинкера (n или p). Для расчета так же необходимо знать химический состав сырьевых компонентов.

Расчеты сырьевой смеси приведены в таблице 1.

Вывод:

Технологический расчет сырьевой смеси проводим для нахождения соотношения сырьевых компонентов, которое обеспечит получение продукта при заданных характеристиках. При заданных коэффициентах насыщения КН и n определили состав сырьевой смеси и клинкера, а также минералогический состав клинкера. Содержание всех компонентов сырьевой смеси равно100%.

Таблица 1