Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций

Раздел: Строительство

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и некоторых добавок. Производство портландцемента складывается из двух основных технологических операций: получение клинкера и его помол с соответствующими добавками. Первая операция наиболее энергоемкая и ответственная, так как от качества клинкера зависят основные свойства цементных бетонов.

Выбор способа производства зависит от особенностей приготовления сырьевой смеси. Сухой способ предусматривает приготовление сырьевой смеси из предварительно высушенных тонкомолотых компонентов и обжиг в порошкообразном состоянии/ При мокром способе производства тонкое измельчение и гомогенизацию смеси осуществляют в водной среде} Полученная водяная суспензия— шлам направляется на обжиг. Полусухой способ связан с получением гранул из сырьевой смеси, которые затем поступают на обжиг. Комбинированный способ включает операцию по приготовлению сырьевой муки по мокрому способу с последующим обезвоживанием ее на фильтрах до влажности не более 18 %. На обжиг поступает полусухая масса .

Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее распространенный мокрый способ при-' влекает простотой измельчения сырьевых материалов и их гомогенизации. Кроме того, он обеспечивает лучшие санитарно-гигиенические условия работы обслуживающего персонала. Однако мокрый способ отличается большой энергоемкостью.)

Сухой способ имеет существенное преимущество пе-. ред мокрым — расход теплоты при обжиге снижается до 40 %. Недостатком этого способа является усложнение технологии и увеличение технологического оборудования. Однако по совокупности технико-экономических показателей сухой способ производства клинкера экономичнее мокрого. Поэтому у нас в стране предполагается более широкое внедрение этого способа.

Рассмотрим технологический процесс производства портландцемента по мокрому способу ().

Сырье на завод доставляется обычно большегрузным автотранспортом, хотя возможно использование ленточных конвейеров или гидротранспорта. Твердые породы предварительно дробят в дробилках (двух- или трехста- дийное дробление) до размеров кусков 8—10 мм. Мягкие породы (глину и мел) измельчают в дробилках до кусков размером 100 мм, а затем распускают в глино- болтушках—железобетонных круглых резервуарах диаметром до 10 и высотой 2,5—3,5 м, футерованных изнутри чугунными плитами. В центре болтушки вращается крестовина с прикрепленным» к ней стальными граблями для измельчения глины.

Глину в болтушку подают небольшими порциями вместе с водой. Грабли разбивают большие куски на зерна размером не более 3—5 мм, которые легко распускаются в воде. Полученный шлам насосами перекачивается в расходные бункера сырьевой мельницы для помола с дробленым известняком. Если в качестве карбонатного сырья используется мел, то его предварительно (после дробления) вместе с глиной распускают в болтушках, а затем домалывают в мельницах. Крупные включения собираются на дне резервуара и периодически удаляются.

Качество цемента зависит от химического состава сырьевой смеси, поступающей на обжиг. Однако из-за неоднородности сырья химический состав может изменяться. Поэтому необходимо постоянно следить за химическим составом шихты и корректировать его в процессе работы. Достигается это использованием вертикальных и горизонтальных шламбассейнов. Шлам из мельницы подается сначала в первый вертикальный бассейн. Шлам другого состава поступает во второй вертикальный бассейн. Зная точный химический состав этих двух шламов, можно рассчитать состав требуемого шлама. Путем перекачивания нужных количеств шлама из этих бассейнов в третий получают готовый для обжига шлам. При перекачивании откорректированного шлама в вертикальный бассейн его тщательно перемешивают струями сжатого воздуха (аэрируют). Перед подачей в печь шлам из вертикального бассейна перекачивают в горизонтальный, где его перемешивают механическим способом.

Порционное корректирование состава шлама—довольно длительная и трудоемкая технологическая операция. К тому же этот процесс периодический. Более перспективен поточный способ приготовления сырьевого шлама.

Химический состав шлама постоянно проверяется автоматически работающими пробоотборниками и рентгеновским квантометром. Шламы из двух бассейнов смешиваются и попадают в третий — расходный, пройдя предварительно экспресс-анализ с помощью сложных электронных устройств.

''При сухом способе производства корректирование сырьевой смеси проводят в силосах вертикального типа с помощью сжатого воздуха. Из силосов постоянно отбирается проба для определения химического состава. Над силосами располагают еще две емкости с корректирующими смесями (одна с известняковой мукой, другая— с железистым компонентом). При необходимости в силосы вводят ту или иную добавку. В среднем весь процесс усреднения занимает около 2 ч. Сырьевую смесь, поступающую в силосы, приготовляют по одно- или двух- стадийной схеме. Для этого используют мельницы с одновременной подсушкой или мельницы самоизмельчения и сепараторные мельницы с подсушкой материала.

Рбжигают сырьевую смесь (шлам или сухую) во вращающихся печах различной длины и диаметра ( 2.21). Топливо в виде газа или каменноугольной пыли вдувается в печь с нижнего конца. Дымовые газы с температурой 150—200 °С удаляются со стороны верхнего конца.

Для утилизации теплоты отходящих газов и повышения степени теплообмена между материалом и горячими газами используют различного вида теплообменные устройства. Так, в печах длиной 185 м, работающих по мокрому способу, применяют фильтры-подогреватели, цепные завесы и металлические теплообменники.!

Фильтры-подогреватели устанавливают в холодной части печи на расстоянии 3—5 м. Фильтры-подогреватели снижают запыленность отходящих газов до 2—3 % и уменьшают расход теплоты на 210 кДж/кг. Повышение температуры газов и их запыленности приводит к загустеванию шлама. Влажность шлама, выходящего

На расстоянии 1 м от фильтра-подогревателя устанавливают цепные завесы. Длина цепной зоны 40—50 м, масса цепей 170—225 т, поверхность цепей 3500— 4500 м2. Цепи навешиваются обычно двумя способами: свободно свисающими концами и гирляндами. Последний метод крепления эффективнее. Цепи аккумулируют теплоту газов и передают ее шламу, ускоряя тем самым процесс сушки. Из цепной зоны шлам выходит в виде гранул.

В зоне подогрева печи устанавливают металлические теплообменники ( 2.22). Применение таких теплооб- менных устройств увеличивает интенсивность подогрева материала, который разделяется на несколько мелких потоков. Открытая поверхность материала и скорость прогрева увеличиваются, а температура газов снижается, что предохраняет цепи от преждевременного выгорания. Однако на этом участке печи резко возрастает пыление материала. Для снижения пылевыделения рекомендуется следить за влажностью материала, выходящего из теплообменников, которая не должна превышать 2—3 %»

Т1ри использовании коротких печей целесообразнее использовать запечные теплообменники: концентраторы шлама и распылительные сушилки. Концентраторы шлама увеличивают производительность печи до 25 %, а расход удельной теплоты снижают на 15—20 %. Однако применение их сдерживается значительным пылевы- делением, так как некоторая часть шлама пересушивается и уносится потоком горячего газа, что требует устройства соответствующих пылеосадительных систем. Распылительные сушилки из-за сложности работы форсунок, низкого коэффициента паронапряжения, громоздкости конструкции и сложности в эксплуатации пока не нашли широкого распространения.

При производстве цемента по сухому способу применяют короткие печи с циклонными теплообменниками или конвейерными кальцинаторами. Назначение теплообменников в этом случае несколько иное: за пределы печи выносится часть процесса декарбонизации известняка, подогрева смеси и выгорания органических примесей. Для этого используют теплоту отходящих газов.

схема установки циклонных теплообменников. Откорректированная сырьевая смесь, проходя двухветьвевую систему четырехступенчатых теплообменников, полностью высушивается и частично декарбонизируется (до 35—40 %).

Производство быстротвердеющего портландцемента (БТЦ), особобыстротвердеющего портландцемента (ОБТЦ), сульфатостойкого цемента, пуццоланового портландцемента и других цементов отличается рядом особенностей. БТЦ и ОБТЦ отличаются от обычного портландцемента интенсивным набором прочности в первый период твердения. БТЦ марки 400 через 3 суток обеспечивает прочность при сжатии 25 МПа, а в возрасте 28 суток 40 МПа, БТЦ марки 500 соответственно 28 и 50 МПа.

Получают БТЦ совместным измельчением до удельной поверхности 3500—4000 см2/г портландцементного клинкера с содержанием C3S и С3А около 60—65 % и гипса, содержание которого в пересчете на S03 не должно превышать 3,5 %. Быстротвердеющий портландцемент получают из однородной по составу сырьевой смеси с пониженным содержанием вредных примесей. Использование БТЦ и ОБТЦ в производстве бетонных и железобетонных изделиях и конструкциях позволяет сократить время твердения бетона.

Сульфатостойкие цементы — цементы, образующие цементный камень, устойчивый к агрессивному действию вод, содержащих сульфатные анионы SO*-. К этой группе цементов относят сульфатостойкий портландцемент (без добавок и с минеральными добавками), сульфатостойкий шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент. Получают сульфатостойкие цементы измельчением клинкера с содержанием СзА не более 5 %, C3S 50 %, C3A + C4AF — 22 % с добавками и без добавок. По ГОСТ 22266—76 (сизм.) сульфатостойкие цементы имеют марки 300, 400 и 500.

При изготовлении шлакопортландцемента в качестве активной минеральной добавки применяют гранулированный доменный шлак. Шлак можно вводить не только на стадии помола, но и при получении клинкера, заменяя часть глинистого компонента. Это снижает расход топлива, так как не требуются затраты теплоты на разложение глины.

Сырьевую смесь с использованием шлака можно получать как сухим, так и мокрым способом. Более распространен сухой способ, так как при мокром способе шлак быстро расслаивается вследствие выпадания в осадок частичек шлама. Смесь готовят путем совместного помола известняка и шлака в мельницах по замкнутому циклу, причем помол совмещают с сушкой. Если шлак имеет влажность более 10 %, то его предварительно сушат в сушильных барабанах при температуре не выше 600—700 °С. Повышение температуры приводит к рас- стекловыванию шлака и снижению его активности. Получают шлакопортландцемент помолом в многокамерных мельницах клинкера, высушенного шлака и гипса. Количество кислых шлаков в шлакопортландцементе 30—40 %, основных —50—60 %.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент изготовляют более тонким измельчением обычной сырьевой смеси (до 4000—5000 см2/г), используя для этого двустадий- ный помол: вначале измельчают клинкер, а затем клинкерный порошок, шлак и гипс.

Пуццолановый цемент получают совместным помолом клинкера, гипса и активной минеральной добавки (20—40 %). Добавки перед помолом дробят и сушат до влажности 1—2 %. Совместный помол производят в многокамерных трубных мельницах по открытому цик

лу, так как большинство активных минеральных добавок менее прочны, чем клинкер. В случае использования плотной, твердой добавки помол ведут по замкнутому циклу.