Расчет сырьевой шихты для белого портландцемента
Контрольная работа
"Вяжущие вещества"
На тему "Расчет сырьевой
шихты для белого портландцемента"
Содержание
Введение
Технология изготовления
Технологическая схема производства портландцемента по мокрому
способу
Расчет сырьевой смеси
Минералогический состав клинкера
Заключение
Литература
Введение
В настоящее время цементная промышленность является одной из
ведущих комплексно-механизированных отраслей тяжёлой индустрии. Расширяется
ассортимент, выпускается целый ряд специальных цементов для различных областей
строительства. Высокий технический уровень большинства предприятий цементной
промышленности, механизации и автоматизации процессов производства, повышение
качества цемента требуют от работников цементной промышленности для успешной
работы глубоких и разносторонних знаний.
Настоящая курсовая работа демонстрирует нашему вниманию
полную информацию по производству белого портландцемента. Эти цементы применяют
для декоративной отделки. От обычного они отличаются белым цветом или окраской
чистых тонов. Производство белого и цветного цементов аналогично обычному ПЦ,
но сложнее: предотвращая попадание примесей от топлива. Белый и цветные цементы
готовят на маложелезистом клинкере, используют наиболее чистые разновидности
карбонатного (известняк, мел) и песчано-глинистого сырья (белые кварцевые
пески, каолин).
Технология
изготовления
Технологическая схема
Технологическая
схема производства портландцемента по мокрому способу
Добыча известняка, глины, лёсса, мягких мергелей производится
экскаватором. Сырье отправляется на завод, подвергается дроблению, готовится
сырьевая смесь (шлам). В глиноболтушках (d = 12м; G = 30 - 50м3/ч)
распускаются глинистые материалы, шлам насосами перекачивают в шламбассейны,
затем он поступает в мельницы для тонкого помола и совместного измельчения с
известняком. Мягкие породы перерабатываются в шлам сразу в карьере в
глиноболтушках или роторных мельницах "Гидрофол" и с помощью
гидротранспорта перекачиваются на завод.
Приготовление сырьевой смеси включает следующие операции:
дробление известняка, глины и добавок, дозирование, совместный тонкий помол и
смешение компонентов, корректирование шлама и его хранение.
При приготовлении 1т ПЦ приходится измельчать до 3т сырья,
угля и клинкера, на что расходуется до 80% общего количества энергии.
По конечному размеру частиц, получаемых при измельчении, дробление
условно можно разделить:
. Грубое дробление - в поперечнике ~ 100 мм.
. Среднее дробление - в поперечнике ~ 10 - 100 мм.
. Тонкое дробление - в поперечнике ~ 10 - 0,5 мм.
. Тонкое измельчение (помол) зерна < 0,5 мм.
Дробление осуществляется в дробилках, помол - в мельницах,
при мокром помоле влажность шлама 36 - 42%.
Сырье измельчают до степени, характеризуемой обычно остатком
на сите № 008 не более 5 - 10% в аппаратах на проход или по замкнутому циклу.
Известняк подвергают трехступенчатому дроблению:
. Щековые дробилки (ЩД), конусные дробилки (КД) измельчают
материалы до размеров кусков 30 - 40 мм, степень измельчения i = 4 - 7%;
G = 400 - 700 т/ч.
. Молотковые дробилки (МД), конусные дробилки (КД) измельчают
материалы до размеров кусков d = 6 - 5 мм; i = 15 - 20%; iмд
= 10 - 25%; Gкд = 300 - 3000 т/ч.
. МД, короткоконусные дробилки, d ≤ 10 - 12 мм в
замкнутом цикле.
Затем переходят на двухступенчатое:
сdкон = 0-25 мм; Q =
200-1000 т/ч.
Мягкие породы измельчают в валковых дробилках различных
конфигураций. Для совместного помола в открытом цикле используют трубчатые
двухкамерные мельницы: G = 35 - 40 и 70 - 80т/ч до 
; q = 20 кВт·ч/т. Известняк и глину
измельчают в шаровых мельницах с введением корректировочных добавок. В качестве
классификатора шлама применяют виброгрохоты, сепараторы и гидроциклоны. Для
мокрого помола по известняку используют стержневые мельницы МСЦ-46-60 с G
= 350 - 400 т/ч до 
с последующим помолом с глиняным шламом в
ШБМ (шаровой мельнице). В зависимости от прочности материала подбирают и
дробилку, и мельницу.
По прочности различают материалы:
. Особотвёрдые, Rсж = более 100 МПа.
. Твёрдые, Rсж = 100 - 50 МПа.
. Средней твёрдости, Rсж = 50 - 10 МПа.
. Мягкие, Rсж = менее 10 МПа.
Для измельчения особотвёрдых и твёрдых материалов используются
конусные и шаровые дробилки, материалы средней прочности измельчают молотковыми
и валковыми дробилками.
Необходимо выбрать оптимальное оборудование для дробления и помола
в зависимости от твёрдости и влажности, прочности и вязкости и др. свойств
исходного материала. Для мокрого измельчения известняков даже значительной
прочности отдельно или совместно с глиной предназначены мельницы "Гидрофол".
Корректировка состава шлама: при смешивании известняка и глины не
всегда удаётся сразу получить шлам требуемого химического состава. Поэтому
периодически 1 раз в час ведут контроль содержания CaCO3 (титр) в
шламе с проверкой КН (коэффициент насыщения) и одному из модулей (n
или p), корректировка производится в горизонтальных шламбассейнах. Из
шаровой мельницы шлам насосами перекачивают в один из горизонтальных шламовых
бассейнов. В этот же бассейн подают шлам с заведомо низким (или высоким)
содержанием CaCO3, после тщательного смешения проверяют титр,
устанавливают необходимое соотношение сырьевых компонентов и затем шлам
перекачивают в следующий бассейн и проверяют титр смешанного шлама. Шлам годен
для обжига, если его титр соответствует заданному.
Бесперебойную работу печи обеспечивают необходимым запасом шлама.
Важной характеристикой шлама является текучесть, с минимальным количеством воды
шлам должен нормально протекать по шламопроводам в печь обжига.
Обжиг сырьевой смеси производится во вращающихся печах d х L
= 4,5х170; 51х85; 7х230 (м) с производительностью соответственно 1200, 1800,
3000 т/сут клинкера. Уклон печи 3 - 4°, частота вращения n = 0,5-1,2
об/мин.
В печной агрегат входят: распределительный бак шлама, шламовый
питатель, печь, пылеосадительная камера, электрофильтры для очистки дымовых
газов, дымосос, вентилятор для подачи в печь смеси воздуха с угольным порошком,
колосниковый холодильник переталкивающего типа, встроенные теплообменники в
виде цепных завес и др. Из распределительного бака ковшовым питателем шлам
подаётся в печь с холодного высокого конца печи. С противоположной стороны печи
вентилятором нагнетают пылевоздушную угольную смесь из углеподготовительного
отделения. Газы из печи с t = 150 - 200°C через пылеосадительную камеру
поступают в горизонтальные электрофильтры со степенью очистки до 98% (0,09 г/м3
пыли). Очищенные газы дымососом выбрасываются в атмосферу. Уловленная пыль или
возвращается в печь, или используется как местное вяжущее. Из печи клинкер
выходит при температуре 1000 - 1100°С. В колосниковом холодильнике температура
клинкера на выходе составляет 30 - 50°С. Нагретый воздух из первого отделения
холодильника направляется в зону горения топлива. Клинкер из холодильника
попадает на грохот и далее в дробилку и бункер. Измельченный клинкер хранится
на складе с пятисуточным запасом, где свободная CaO гасится влагой воздуха.
Расчет
сырьевой смеси
При расчёте трёхкомпонентной сырьевой смеси следует
задаваться двумя характеристиками состава портландцемента: коэффициентом насыщения
и силикатным модулем.
Принимая, что в сырьевой смеси на 1 вес. ч. третьего
компонента приходится Х вес. ч. первого компонента и Y вес. ч.
второго, можно написать следующие равенства:
;
;
;
.
Подставляем указанные значения в формулы коэффициента насыщения
силикатного модуля:
; 
.
Получим систему двух линейных уравнений с двумя неизвестными:
.
Для удобства расчётов примем следующие сокращённые обозначения:
;
;
;
;
;
.
сырьевая шихта белый портландцемент
Подставляя эти сокращённые обозначения в линейные уравнения,
получим
; 
.
Решая эту систему двух уравнений с двумя неизвестными, получим
следующие значения X и Y:
; (4), 
. (5)
Химический состав исходных материалов дан в табл.1. В данном
случае при пересчёте на сумму, равную 100 %, значения коэффициента k
оказались следующими:
; 
, 
Умножая содержание каждого окисла первого компонента на k1,
второго компонента - на k2, третьего компонента - на k3
находим химический состав исходных материалов в пересчёте на 100%.
|
Химический
состав исходных материалов, %
|
|
Компо-ненты
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
SO3
|
ППП
|
Сумма
|
n
|
p
|
КН
|
|
Мел
|
1,58
|
0,52
|
0,13
|
54,6
|
0,37
|
0,32
|
42,44
|
99,96
|
2
|
2,46
|
0,95
|
|
Каолин
|
47,09
|
36,96
|
0,93
|
2,16
|
0,52
|
0,24
|
12,43
|
100,3
|
|
|
|
|
Песок
|
96,6
|
0,56
|
0,2
|
1,43
|
-
|
0,28
|
0,6
|
99,67
|
|
|
|
|
В пересчёте на
100%
|
|
Компо-ненты
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
SO3
|
ППП
|
Сумма
|
n
|
p
|
КН
|
|
Мел
|
1,58
|
0,52
|
0,13
|
54,62
|
0,37
|
0,32
|
42,46
|
100
|
2
|
2,46
|
0,95
|
|
Каолин
|
46,94
|
0,93
|
2,15
|
0,52
|
0,24
|
12,39
|
100
|
|
|
|
|
Песок
|
96,92
|
0,56
|
0, 20
|
1,43
|
-
|
0,28
|
0,60
|
100
|
|
|
|
Задаёмся коэффициентом насыщения КН = 0,95 и
силикатным модулем n = 2,0. Определяем соотношение между сырьевыми
компонентами:
=49.51
=-183.80
=257.37
=0.28
=-28.60
=
Тогда=18.35;=3.54.
Следовательно, в сырьевой смеси на 1 вес. ч. песка приходится
3,54 вес. ч. Каолина и 18,35 вес. ч. мела. Состав сырьевой смеси: мела -
80,16%; каолина - 15,48 %; песка - 4,37 %.
Таблица 2
|
Подсчёт химического
состава сырьевой смеси и клинкера
|
|
Компоненты
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
SO3
|
ППП
|
Сумма
|
|
Мел - 80,16
вес. ч.
|
1,27
|
0,42
|
0,10
|
43,78
|
0,30
|
0,26
|
34,03
|
80,16
|
|
Каолин - 15,48
вес. ч.
|
7,26
|
5,70
|
0,14
|
0,33
|
0,08
|
0,04
|
1,92
|
15,48
|
|
Песок - 4,37
вес. ч.
|
4,23
|
0,02
|
0,01
|
0,06
|
-
|
0,01
|
0,03
|
4,37
|
|
ИТОГО:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав сырьевой
смеси, %
|
12,76
|
6,14
|
0,26
|
44,18
|
0,38
|
0,31
|
35,98
|
100,00
|
|
Состав
клинкера, %
|
19,94
|
9,59
|
0,40
|
69,00
|
0,59
|
0,48
|
-
|
100,00
|
Вычисляем химический состав сырьевой смеси и клинкера
(табл.2): k=1,5619; КН=0,95; n=2,0.
Полученные значения коэффициента насыщения и силикатного
модуля показывают, что расчёт сырьевой смеси произведён правильно.
Минералогический
состав клинкера
Клинкер состоит из искусственных материалов:
трёхкальциевого силиката - алита 
- (C3S);
двухкальциевого силиката - белита 
- (C2S);
трёхкальциевого алюмината - 
- (C3A);
четырёхкальциевого алюмоферрита - 
- (C4AF).
Количество каждого минерала подсчитывается по формулам, %:
=64,39; 
=8,57;
=24,74;
=1,22;
Сумма: 98,92.
Остальные окислы и стекловидная фаза П равняются П =100
- Сумма;
П =100 -
98,92=1,08%
Количество жидкой фазы α запишется
+П; 
30,43
Определяем титр сырьевой смеси:
Т=79,79
Заключение
Мел в своей основе - мономинеральная порода биохимогенного
происхождения, сложенная кальцитом - CaCO 3. В составе этого минерала
теоретически содержатся 54,6 % CaO, 1,58 SiO2 и 0,52 % Al2O3.
Кальцит кристаллизуется в тригональной сингонии. Спайность совершенная по
ромбоэдру. Твердость по шкале Мооса 3, плотность 2,72 г/м. Основной
диагностический признак - "вскипание" от капли соляной кислоты (5-10
%), тем более бурная, чем меньше зерна кальцита. Цвет кристаллов бесцветный,
белый.
Литература
1.
Л.А. Бессонов Расчет сырьевой шихты для белого портландцемента. Москва,
Издательство "Высшая школа", 2010.
.
И.Н. Добротворский. Теория цепей: учебник для техникумов. Москва, Издательство
"Радио и связь", 2009.
.
Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников. Электротехника. Москва, Издательство
"Энергоатомиздат", 2007.