технология проиводства цемента

Технология производства портланд цемента включает ряд техно­логических операций, которые можно разделить на две основные группы. Первая — это операции по производ­ству клинкера, вторая — измельчение клинкера совмест­но с гипсом, а в ряде случаев и с другими добавками, т. е. приготовление портланд цемента. Получение клин­кера — наиболее сложный и энергоемкий процесс, тре­бующий больших капитальных и эксплуатационных за­трат. Доля клинкера в стоимости портланд цемента до­стигает 70-80%. Производство клинкера состоит из добычи сырьевых материалов, дробления, помола и смешивания их в определенном соотношении, обжига сырьевой смеси и магазинирования клинкера.
Комплекс операций по получению из клинкера портланд цемента включает следующие технологические про­цессы: дробление клинкера, сушку минеральных доба­вок, дробление гипсового камня, тонкое измельчение клинкера совместно с активными минеральными добав­ками и гипсом, складирование, упаковку и отправку це­мента потребителю. Даже в пределах одного месторож­дения химико-минералогический состав сырья меняется в широких пределах. Поэтому получение сырьевой сме­си постоянного состава — сложная задача. С другой стороны, перерабатываемое цементной промышлен­ностью сырье отличается не только составом, но и фи­зико-техническими свойствами (влажностью, прочно­стью и т. д.). Для каждого вида сырья должен быть вы­бран такой способ подготовки, который обеспечивал бы тонкое измельчение и равномерное перемешивание ком­понентов шихты с минимальными энергетическими за­тратами. Это послужило причиной появления в цементной промышленности трех способов производства, отличающихся технологическими приемами подготовки сырьевых смесей: мокрого, сухого и комбинированного.

При мокром способе тонкое измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде водной суспензии - шлама влажностью 30-50%. При сухом способе сырьевую шихту готовят в виде тон­коизмельченного сухого порошка, поэтому перед помо­лом или в процессе его сырьевые материалы высушива­ют. Комбинированный способ может базироваться как на мокром, так и на сухом способе приготовления ших­ты. В первом случае сырьевую смесь готовят по мокро­му способу в виде шлама, а затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16-18 % и подают на обжиг в печи в виде полусухой массы. Во втором варианте сырьевую смесь готовят по сухому способу, а затем гра­нулируют с добавкой 10—14 % воды и подают на об­жиг в виде гранул диаметром 10—15 мм. Каждый спо­соб производства может быть реализован в виде не­скольких технологических схем, отличающихся как по­следовательностью операций, так и видом используемо­го оборудования. Выбор конкретной технологической схемы определяется свойствами перерабатываемого сырья (твердостью, однородностью, влажностью).

Мокрый способ производства портланд цемента.

На отечественных це­ментных предприятиях при подготовке сырьевой смеси по мокрому способу в большинстве случаев используют твердый карбонатный (известняк) и мягкий глинистый (глина) компоненты. Принципиальная технологическая схема получения портланд цемента.
Известняк как более твердый материал предвари­тельно подвергается дроблению, а пластичная глина из­мельчается в присутствии воды в специальных аппара­тах (болтушках или мельницах-мешалках). Оконча­тельное тонкое измельчение с получением однородной смеси известняка, глиняного шлама и корректирующих добавок происходит в шаровых трубных мельницах. Хотя компоненты дозируют в мельницы в заданном со­отношении, из-за колебаний их химико-минералогиче­ских характеристик не удается получить в мельнице шлам состава, отвечающего установленным парамет­рам. Поэтому необходима специальная технологическая операция по корректировке его состава. После провер­ки соответствия состава шлама заданным показателям его подают на обжиг во вращающуюся печь, где завер­шаются химические реакции, приводящие к получению клинкера. Затем клинкер охлаждается в холодильнике и поступает на склад, где также хранятся гипс и актив­ные минеральные добавки. Эти компоненты предвари­тельно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1 %, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минераль­ных добавок в шаровых трубных мельницах обеспечи­вает получение цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают его либо навалом (в автомобильных и железнодорож­ных цементовозах), либо упакованным в многослойные бумажные мешки.
При приготовлении шлама из двух мягких (мела и глины) и двух твердых компонентов (известняка и гли­нистого мергеля) последовательность основных техно­логических операций не меняется. Однако особенности свойств измельченного сырья и стремление к выбору наименее энергоемких технических решений обусловли­вают существенные отличия способов измельчения ком­понентов. При использовании двух мягких компонентов принципиальная технологическая схема будет следующей.
Такая технологическая схема позволяет эффективно использовать способность мягкого сырья распускаться в воде. Применение мощного оборудова­ния для предварительного измельчения сырья (напри­мер, мельниц «Гидрофол») позволяет отказаться от его дробления. Однако на стадии предварительного измель­чения часть сырья остается недоизмельченной, и полу­чение шлама также должно завершаться в шаровой трубной мельнице.
При использовании двух твердых компонентов прин­ципиальная технологическая схема приобретает новый вид.
В данной технологической схеме повышенная твер­дость глинистого сырья обусловливает необходимость его предварительного дробления. Тонкое измельчение всех компонентов происходит в одну стадию в шаровой мельнице. Очевидно, что этот вариант технологической схемы связан с большими трудностями получения однородной тонкодисперсной смеси и большим расходом энергии.
В водной среде облегчается измельчение материалов и улучшается их перемешивание. В результате снижа­ется расход электроэнергии (при мягком сырье эконо­мия может достигать 36 МДж/т сырья) и получается более однородная шихта, что в конечном счете приво­дит к росту марки цемента. Кроме того, при мокром способе упрощается транспортировка шлама и улучша­ются санитарно-гигиенические условия труда. Сравни­тельная простота мокрого способа и возможность полу­чения высокомарочной продукции на сырье пониженно­го качества обусловили его широкое распространение в цементной промышленности нашей страны. В настоящее время этим способом выпускается около 85 % клинкера. В то же время введение в шлам значительного количе­ства воды (30-50 % массы шлама) обусловливает рез­кое повышение расхода теплоты на ее испарение. В ре­зультате расход теплоты при мокром способе (5,8-6,7 МДж/кг) на 30-40 % выше, чем при сухом спосо­бе. Кроме того, при мокром способе возрастают габа­риты и соответственно металлоемкость печей.

Сухой способ производства цемента.

Последовательность тех­нологических операций производства портланд цемента сухим способом такая же, как и при мокром, однако при подготовке сырьевых смесей имеются существенные отличия, зависящие от влажности и твердости сырья. При переработке сырья повышенной твердости и уме­ренной влажности принципиальная технологическая схема имеет вид.
Высокая твердость измельчаемых материалов требу­ет предварительного их дробления. Тонкое измельчение материалов может производиться при влажности не бо­лее 1 %. В природе такое сырье практически не встре­чается, поэтому обязательная операция сухого способа производства — сушка. Желательно совмещать ее с раз­молом сырьевых компонентов. На большинстве новых предприятий, работающих по сухому способу производ­ства, в шаровой трубной мельнице совмещаются про­цессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания всех компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка — сырьевой муки. В железобетонных силосах производят­ся корректировка ее состава до заданных параметров и гомогенизация перемешиванием сжатым воздухом. Го­товая сырьевая смесь поступает на обжиг. Вращающие­ся печи сухого способа производства оборудованы за­печными теплообменными устройствами (циклонными теплообменниками). В них за несколько десятков секунд сырьевая смесь нагревается до 700-800°С, дегидрати­руется и частично декарбонизируется. Завершается об­жиг клинкера во вращающейся печи.
Необходимость экономии расхода топлива вынуж­дает перерабатывать по сухому способу материалы со все более высокой влажностью. Технологическая схема производства портланд цемента из такого сырья выгля­дит следующим образом.
Предварительное измельчение материалов повышен­ной влажности при сухом способе целесообразно осу­ществлять в мельницах самоизмельчения типа «Аэро-фол», позволяющих перерабатывать сырье с влаж­ностью до 25%. Однако полностью высушиться сырье при этом не успевает и в шаровой мельнице одновре­менно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой смеси производится ее досушка.
Приготовление сырьевой смеси в виде порошка усложняет технологическую схему. Увеличивается число энергоемкого оборудования, более «капризного» при эксплуатации. Сложнее при сухом способе обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Но решающим его преимуществом является снижение рас­хода теплоты на обжиг клинкера до 3,4-4,2 МДж/кг. Кроме того, на 35—40 % уменьшается объем печных га­зов, что соответственно снижает стоимость обеспылива­ния и дает больше возможностей по использованию теп­лоты отходящих газов для сушки сырья.
Важнейшее преимущество сухого способа - более высокий съем клинкера с 1 м3 печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи по сухому спо­собу в 2-3 раза более мощные, чем по мокрому. В це­лом по технико-экономическим показателям сухой спо­соб превосходит мокрый. При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топ­лива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40%, уменьшение себестоимости продукции на 10 % и сокра­щение капиталовложений при строительстве предприя­тий на 50%. Это обусловило интенсивное его распрост­ранение в мировой цементной промышленности.
Однако надо учитывать, что возможности примене­ния сухого способа ограничены влажностью перераба­тываемого сырья. Переработка сырья с влажностью бо­лее 20—25 % по сухому способу связана с высокими расходами теплоты на сушку, и этот способ становится неэкономичным.

Комбинированный способ производства цемента.

Наиболее перспективная технологическая схема комбинированного способа производства.

Такая схема позволяет использовать преимущества подготовки сырьевой смеси по мокрому способу и одно­временно снизить расход теплоты на обжиг. При этом почти на 30 % уменьшается расход топлива и примерно на 10%-капитальные затраты по сравнению с мок­рым способом, но на 15-20 % повышается расход электроэнергии. Такая схема - наиболее реальный путь снижения расхода топлива предприятиями, работающи­ми на сырье высокой влажности. При переводе с мокрого способа производства на комбинированный наи­более сложным является создание и внедре­ние надежных и высокопроизводительных аппаратов для фильтрации шлама.

технология производства цемента

Принципиальное отличие этой схемы от схемы су­хого способа — это появление дополнительной техноло­гической операции - грануляции сырьевой смеси, осу­ществляемой с добавкой 10-14 % воды в специальных аппаратах - тарельчатых грануляторах. Гранулирован­ную смесь с размером зерен 10-15 мм обжигают в шахтных печах или печах с конвейерными кальцина-торами. Этот способ требует несколько большего, чем сухой, расхода теплоты, необходимой на испарение введенной при грануляции воды; не всякая сырьевая смесь способна давать прочные гранулы, не разрушающиеся при обжиге; сложна конструкция используемых печных агрегатов. В то же время обжиг гранулированного сырья позволяет стабилизировать режим работы печей, улучшить теплообмен, повысить качество клинкера.

Таким образом, каждый способ производства порт­ландцемента имеет свои достоинства и недостатки. Пре­обладание того или иного способа в разных странах определяется технико-экономическими особенностями развития цементной промышленности.

Источник: http://www.beton.ru/