Материал: Технология производства цемента

Технология производства цемента

ВВЕДЕНИЕ

Цемент - один из главнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердевания на воздухе продолжает сохранять и наращивать свою прочность в воде.

Современная строительная техника предъявляет все новые и новые требования к вяжущим материалам. С целыо удовлетворения разнообразных потребностей строительства в нашей стране разработаны составы и технология получения специальных видов цементов: быстротвердеющего и особо быстротвердеющего портландцементов, используемых для изготовления железобетонных строительных деталей и конструкций, портландцемента для массивных монолитных бетонных сооружений, дорожный и тампонажный портландцементы, белый и цветные цементы для декоративных целей и другие виды вяжущих специального назначения.

Наряду с расширением ассортимента развивается и культура производства портландцемента, совершенствуется оборудование цементных заводов, увеличивается объем производства.

Цементная промышленность в настоящее время -высокомеханизированная отрасль народного хозяйства. На многих заводах непрерывно модернизируется технологическое оборудование, возрастает единичная мощность производственных агрегатов и заводов в целом, внедряются автоматизированные системы управления технологическими процессами.

Увеличение мощности единичных агрегатов, усложнение их конструкции, внедрение системы автоматического контроля и управления их работой требует от персонала, обслуживающего эти агрегаты, знаний многих вопросов из области технологии, механики, электроники, техники безопасности.

Такой скачок развития цементной промышленности реализуется за счет строительства новых и реконструкции действующих предприятий, оснащения их высокопроизводительными агрегатами с широким применением автоматического управления технологическим процессом. Эти мероприятия способствуют не только «увеличению выпуска цемента, но и существенно повышают его качество, снижают стоимость и затраты труда на его изготовление.

Весьма важная роль в выполнении поставленных задач по развитию цементной промышленности принадлежит производственным кадрам. Чтобы успешно управлять сложными технологическими агрегатами, вести технологический процесс по заданному режиму и получать дешевую продукцию высокого качества, рабочие должны постоянно повышать свою квалификацию.

1. КРАТКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ

Амвросиевский цементный завод - один из старейших цементных предприятий. Он имеет 6 технологических линий по обжигу клинкера, 8 мельниц помола цемента.

В 1896 году отечественный предприниматель А.Н.Ковалев построил при станции Амвросиевка первый цемзавод и назвал его «Донецким». Через год вступил в строй завод «Союз», принадлежащий французскому предпринимателю Р. Мишо. Оба завода были оборудованы печами Дитча, имели бондарный цех и карьер по добыче сырья. Общая производительность двух заводов на рубеже XIX-XX столетий составляла 60 тысяч бочек цемента в год.

В 1910 году Южно-Глухоозерское акционерное общество (его правление находилось в Санкт-Петербурге) заложило еще один завод в Амвросиевке (ныне «Стромацемент»), первая очередь которого пущена в 1914 году. Предприятие было оснащено современным оборудованием: двумя вращающимися печами и шаровыми цементными мельницами. Для подачи мергеля из карьера на завод построили подвесную канатную дорогу.

Завод располагает собственной сырьевой базой. Мергель и мел добываются в принадлежащих предприятию карьерах. Их запасы - значительны, а качество мергеля - одно из лучших в Европе.

Накануне первой мировой войны на трех амвросиевских заводах выпускалось более 100 тысяч тонн цемента (58% всего цемента, выпускаемого в Украине). Высоким было и качество портландцемента. Он быстро приобрел не только всероссийскую, но и мировую славу.

В 1900 году завод «Союз» вошел в состав акционерного общества «Донцемент». Тогда же была пущена первая, а в 1993 году - вторая шиферная линии.

год - введено в эксплуатацию головное производство Амвросиевского цементного комбината - Новоамвросиевский цементный завод. Все последующие десятилетия идет его непрерывная технологическая реконструкция. Продолжается увеличение мощностей, в том числе за счет внедрения передовых технологических процессов приготовления шлама, обжига клинкера и помола цемента.

год - на предприятии впервые в Советском Союзе разработана технология производства сульфатостойкого портландцемента марки «400», а в 1967 году - марки «500», используемого в шахтном гидротехническом и транспортном строительстве.

-1967 г.г. - построены 7-я и 8-я технологические линии с вращающимися печами.

В 1994 году на базе цементного ордена Ленина комбината создается открытое акционерное общество «Донцемент», в состав которого вошли объединенные карьеры, головное предприятие по производству цемента, завод асбоцемизделий.

В 1994 году пущен в эксплуатацию новый Карповский меломергельный карьер. На территории предприятия в 1995 году введено в эксплуатацию упаковочное отделение, позволяющего тарировать цемент в евроупаковку. Открыты представительства предприятия в г. г. Донецк и Луганск.

год - введено в эксплуатацию упаковочное отделение, позволяющее тарировать цемент в евроупаковку. Фасовка осуществляется на оборудовании германской фирмы «MOllers».

год - предприятие награждено Золотым Международным призом Европы «За качество».

год - за высокое качество и конкурентоспособность производимой продукции завод получает общенациональную награду «Вища проба». Продукция предприятия введена в национальный каталог «Реестр лучших товаров Украины».

Сегодня предприятие производит около 2 млн. тонн клинкера в год и более 2,1 тонн цемента. На предприятии работают 6 технологических линий по производству клинкера и 8 технологических линий по помолу цемента.

С 2006 года завод входит в состав Группы HeidelbergCement.

год - вошел в строй новый комплекс автотерминала c контрольно-пропускным пунктом.

На заводе начато движение «Мы хотим стать зеленым заводом!»

Реализация целого ряда инвестиционных проектов, модернизация технологических процессов, научная организация труда с учетом мирового опыта компании HeidelbergCement позволила значительно увеличить объемы производства, решать вопросы экологической защиты окружающей среды. Опыт специалистов и профессиональный менеджмент способствуют росту стабильности предприятия.

Цемент, произведенный заводом, использовался на строительстве великих строек бывшего Союза: ДнепроГЭСа, Магнитки, космодрома Байконур, Московского метрополитена, телебашни Останкино. Ныне он также востребован при строительстве объектов повышенной важности: атомных станций, гидросооружений.

Завод производит: портландцемент, шлакопортландцемент, сульфатостойкий портландцемент. Завод располагает собственной сырьевой базой.

цемент дробилка сырьевой клинкер

2. ХАРАКТЕРИСТИКА И народнохозяйственное ЗНАЧЕНИЕ ПРОДУКЦИИ

2.1 Портландцемент

Портландцемент и его разновидности наиболее распространённый в современном строительстве вид цемента. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцемнтного клинкера с гипсом, а также со специальными добавками.

Получают портландцемент тонким измельчением клинкера с гипсом (3-7%); допускается введение в смесь активных минеральных добавок (10-15%). Порталандцементный клинкер - продукт обжига до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых материалов (мергеля, доменного шлака и прочие). Обжиг сырья ведут преимущественно во вращающихся печах при 1450-1500 °С. При обжиге обеспечивается преимущественное содержание в клинкере высокоосновных силикатов кальция. Свойства портландцемента зависят главным образом от состава клинкера и степени его измельчения. Важнейшее свойство портландцемента - способность твердеть при взаимодействии с водой. Оно характеризуется маркой портландцемента, определяемой по прочности на сжатие и изгиб стандартных образцов цементно-песчаного раствора после 28 суток твердения во влажных условиях.

Для регулирования сроков схватывания портландцемента в клинкер при помоле добавляют двуводный гипс в количестве 1,5 - 3,5% (по массе цемента в пересчете на SO3).

По составу различают: портландцемент без добавок; портландцемент с минеральными добавками; шлакопортландцемент и другие.

Кроме обычного портландцемента, выпускаются его разновидности, отличающиеся составом, свойствами и областями применения: быстротвердеющий, пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, белый портландцемент - для производства асбестоцементных изделий и др.

2.2 Шлакопортландцемент

Шлакопортландцементом называется гидравлическое вяжущее, получаемое путем тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гранулированным доменным или электротермофосфорным шлаком, а также с двуводным гипсом. Для получения быстротвердеющего шлакопортландцемента порошок портландцемента иногда размалывают с гранулированным шлаком. Шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21 % и не более 80 % по массе (ГОСТ 10178 - 76, с изм.). Гипс вводят в Шлакопортландцемент для регулирования сроков схватывания, а также в качестве активизатора твердения шлака [2].

По своим физико-механическим свойствам Шлакопортландцемент близок к обычному портландцементу, но выгодно отличается от него более низкой стоимостью. При прочих равных условиях стоимость его на 15 - 20% ниже стоимости портландцемента. В значительных количествах издавна выпускается он во Франции, ГДР, ФРГ, США, Англии и других странах.

Клинкер на заводах шлакопортландцемента целесообразно изготовлять с применением в качестве глинистого компонента гранулированного шлака. Близость химических составов доменных шлаков и портландцемента позволяет получать сырьевую смесь надлежащего качества при небольших добавках известняка. Это уменьшает расход топлива на диссоциацию карбоната кальция и, следовательно, на обжиг цемента. Сырьевую смесь готовят тонким измельчением шлака и известняка, взятых в установленном соотношении [2].

Для получения клинкера можно применять медленно охлажденные доменные шлаки, однако их дробление и помол требуют повышенньк затрат электроэнергии, и поэтому обычно предпочитают использовать гранулированные шлаки [3].

Гранулированный шлак предварительно сушат в сушильных барабанах или, что эффективнее, в специальных установках в условиях кипящего слоя до влажности, не превышающей 1-2%. В этих установках паросъем достигает 230-250 кг/м2 при расходе теплоты 4190-4600 кДж/кг испаренной воды. Шлак не следует нагревать выше 600 - 700 градусов, т. к. при более высокой температуре он может расстекловываться, что вызывает уменьшение его гидравлической активности [1].

Высушенный шлак, портландцементный клинкер и гипс дозируют и направляют на помол в шаровые мельницы. Для облегчения помола можно вводить специальные добавки в количестве до 1% по массе цемента (ПАВ, уголь и др.), не ухудшающие его качество [1].

Он особенно эффективен в крупных гидротехнических сооружениях, а также в сборных железобетонных конструкциях и изделиях, подвергающихся тепловлажностной обработке. Крупнейшие гидроэлектростанции на Днепре (Днепрогес, Каховская ГЭС и др.), на Енисее и др. возведены с применением шлакопортландцемента. Он был широко использован для строительства предприятий черной металлургии и других отраслей тяжелой индустрии в Донбассе, на Урале, в Сибири, в Закавказье и др. Его успешно применяют в ряде районов для производства сборных железобетонных конструкций и изделий с применением пропаривания [4].

2.3 Сульфатостойкий портландцемент

Сульфатостойкий портландцемент - разновидность портландцемента. По сравнению с обычным портландцементом обладает повышенной стойкостью к действию минерализованных вод, содержащих сульфаты, меньшим тепловыделением, замедленной интенсивностью твердения и высокой морозостойкостью. Сульфатостойкий портландцемент получают тонким измельчением клинкера нормированного минералогического состава. Предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических и др. сооружений, испытывающих воздействие агрессивной сульфатной среды (например, морской воды), особенно в условиях переменного увлажнения, чередующихся замерзания и оттаивания. В качестве исходного сырья должна применяться глина с низким содержанием глинозема. Исходное сырье должно содержать железо в ограниченных количествах. Этот цемент не должен содержать ни активных, ни инертных минеральных добавок. Сырье, удовлетворяющее указанным требованиям, не является распространенным, что препятствует распространению производства сульфатостойкого портландцемента. Сульфатостойкий цемент обычно выпускают двух марок: 300 и 400 [4].

3. ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

На Амвросиевском цементном заводе цемент производят по мокрому способу. По мокрому способу меньше затраты на измельчение исходных компонентов (мелких материалов: мергель, глинистые материалы, мел). Проще производится усреднение смеси. Но больше затраты на удаление влаги .

Для производства портландцемента применяют твердые и мягкие горные породы; при этом как к первым, так и ко вторым могут относиться глинистые и известковые компоненты сырьевой смеси. К мягким глинистым компонентам относится глина, лёсс, а к твердым - глинистый мергель, глинистый сланец. Среди мягких известковых компонентов применяют мел, а среди твердых - известняк [5].

Мягкие компоненты успешно измельчают в болтушках, твердые же компоненты могут быть измельчены только в мельницах. Поэтому технологическую схему измельчения сырьевых материалов при мокром способе выбирают в зависимости от их физико-механических свойств. Существует три варианта технологических схем:

два мягких материала глина и мел измельчаются в болтушках;

два твердых материала глинистый мергель и известняк измельчаются в мельницах;

Схема производства портландцемента по мокрому способу представлена на рис. 3.1.

Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов [4].

Необходимость измельчения сырьевых материалов до весьма тонкого состояния определяется условиями образования однородного по составу клинкера из двух или нескольких сырьевых материалов. Химическое взаимодействие материалов при обжиге происходит вначале в твердом состоянии (в твердых фазах). Это такой вид химической реакции, когда новое вещество образуется в результате обмена атомами и молекулами двух соприкасающихся между собой веществ. Возможность такого обмена появляется при высокой температуре, когда атомы и молекулы начинают совершать колебания с большей силой [4].

Рис. 3.1 - Схема производства портландцемента по мокрому способу

Образование при этом новых веществ происходит на поверхности «соприкасающихся между собой зерен исходных материалов. Следовательно, чем больше будет поверхность этих зерен и чем меньше сечение зерна, тем полнее произойдет реакция образования новых веществ.

Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры в несколько десятков сантиметров. При существующей помольной технике получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергают грубому измельчению - дроблению, а затем тонкому помолу [4].

В зависимости от свойств исходных материалов в цементной промышленности тонкое измельчение производят в мельницах и в болтушках в присутствии большого количества воды. Мельницы применяют для измельчения твердых материалов (известняк, глинистые сланцы), а болтушки для материалов, легко распускающихся в воде (мел, глина).