2015-07-14
552
У теперішній час існує значна кількість різновидів портландцементу, які відрізняються від традиційного матеріалу специфічними властивостями. Зазвичай, для їх виробництва використовується стандартний клінкер, до якого при помелі додають різні добавки. Так, звичайний портландцемент отримують помелом стандартного клінкеру з додаванням 2¸5 мас. % гіпсу, кількість якого визначається мінеральним складом клінкеру.
Швидкотверднучий портландцемент застосовується для виготовлення збірних звичайних та попередньо напружених залізобетонних конструкцій та деталей, а також в тих випадках, коли необхідно отримати високу початкову міцність бетону.
Для отримання швидкотверднучого портландцементу при помелі клінкеру додають підвищену кількість гіпсу, а помел проводять до питомої поверхні цементу 400 м2/кг. Окрім гіпсу до складу швидкотверднучого портландцементу при помелі вводять хлористий кальцій, хлористий натрій, соляну кислоту або сульфат натрію в кількості 1¸2 мас. %.
|
|
|
Пластифікований портландцемент використовується для бетонних та залізобетонних наземних, підземних та підводних конструкцій, які піддаються багаторазовому перемінному заморожуванню та відтаюванню, або зволоженню та висиханню.
Для отримання пластифікованого портландцементу при помелі додають рідкі пластифіковані концентрати сульфітно-дріжджової бражки (СДБ)., кількість якої складає зазвичай 0,15¸0,25 % від маси клінкеру.
Гідрофобний портландцемент виготовляють шляхом введення 0,06¸0,30 мас. % гідрофобізуючих добавок при помелі клінкеру. Гідрофобізований цементний порошок є менш гігроскопічним, ніж звичайний портландцемент та не змочується водою. Тому гідрофобний портландцемент здатний зберігати активність при транспортуванні і тривалому зберіганні навіть у вологому середовищі.
Поряд з гідрофільними та гідрофобними добавками до складу портландцементу при помелі можна додавати 10¸20 мас. % полівінілацетатних або латексних емульсій, що дозволяє отримати полімерцементи з підвищеною пластичністю, водонепроникністю, міцністю при вигині, більш високим опором удару і стиранню.
Пуцолановий цемент використовують для підводних та підземних бетонних та залізобетонних споруд, які піддаються дії прісних та мінералізованих вод. Пуцолановий цемент отримують сумісним помелом клінкеру з гідравлічними добавками (як природними, так і синтетичними). До перших відносяться добавки вулканічного (вулканічний пісок, попіл, пемза) та осадового (діатоміт, трепел, опока) походження, а до других – активні кремнеземисті відходи (сіштофи), випалені глинисті матеріали (глиніт, цем’янка, горілі породи, глієж, тощо), а також кислі паливні шлаки і золи. Частота використання гідравлічних добавок зменшується в наступному ряді: активні кремнеземисті відходи, трепели та діатоміти, вулканічний трас, вулканічний попіл, пемзи, туфи. Вміст гідравлічних добавок в пуцолановому цементі зазвичай коливається у межах 20¸45 мас. %. При цьому вміст гіпсу обмежується кількістю 3,5 мас. %.
|
|
|
Шлакопортландцемент використовують для зведення бетонних та залізобетонних підводних та підземних споруд, у тому числі тих, що піддаються дії мінералізованих вод, а також для наземних конструкцій і для виготовлення будівельних розчинів. Окрім цього шлакопортландцемент можна використовувати для виготовлення різноманітних збірних бетонних та залізобетонних виробів, що піддаються пропарюванню. Цей цемент відноситься до гідравлічних в’яжучих, і є продуктом сумісного помелу портландцементного клінкеру, гіпсу та гранульованого основного або кислого доменного шлаку. Вміст шлаку у шлакопортландцементі може коливатись у межах 30¸70 мас. %.
Таким чином, цементний завод може одночасно виготовляти декілька видів цементів на основі стандартного клінкеру з використанням різних добавок, що вводяться при помелі.
Підготовка сировинної суміші при виробництві портландцементу може здійснюватись за трьома способами – мокрим, сухим та комбінованим. Технологічні схеми виробництва при використанні різних способів у загальному вигляді наведені на рис. 5.6–5.8.
 |
  |
Першим кроком є розрахунок сировинної суміші, який здійснюється відповідно до хімічного складу вихідних сировинних компонентів і заданих характеристик клінкера. Після розрахунку речовинного складу сировинної суміші, а також мінералогічного і хімічного складу сировинної суміші та клінкеру приступають до розрахунку питомої витрати сировинних матеріалів.
Теоретичні питомі витрати сухої сировинної суміші (
) на 1 т клінкеру:
кг/т клінкеру,
де в.п.п – втрати при прожарюванні сировинної суміші.
Теоретичні питомі витрати сухих компонентів сировинної суміші:
кг/т клінкеру,
де N і – вміст окремих компонентів у сировинній суміші, %.
Теоретична питома витрата компонентів сировинної суміші у стані природної вологості (
):
кг/т клінкеру,
де W i – природна вологість компонентів сировинної суміші.
Теоретична питома витрата сировинної суміші у стані природної вологості:
кг/т клінкеру.
Теоретичний вихід клінкеру з 1 кг сухої сировинної суміші:
кг/ кг сухої суміші.
Дійсна витрата сухої сировинної суміші з урахуванням виробничих витрат (
):
кг/т клінкеру,
де Вс – виробничі витрати сировинної суміші при випалі безповоротнім пилоуносом, %. Зазвичай Вс = 1,0 %.
Дійсна витрата окремих сухих сировинних компонентів:
, кг/т клінкеру.
Фактична норма витрати сировинної суміші з урахуванням виробничих витрат і природної вологості компонентів (
):
, кг/т клінкеру.
Фактична норма витрати сировинних компонентів з урахуванням виробничих втрат і природної вологості:
кг/т клінкеру.
Виробнича норма виходу клінкера з 1 т сировинної суміші по сухій речовині з урахуванням витрат:
, т / т сухої суміші.
Природна вологість сировинної суміші:
%.
Кількість води в сировинній суміші при природній вологості:
кг/т клінкеру.
Середньовиважений вміст клінкеру у цементі (Мкл), що випускається на заводі складає:
%,
де К 1, К 2, … К і – вміст клінкеру у тих видах цементу, що випускаються на заводі; а 1, а 2, … а і – доля зазначених цементів у загальному обсязі випуску.
Річний випуск клінкеру при встановленій на заводі обертовій печі з визначеними розмірами та конфігурацією:
|
|
|
т/рік,
де 8760 – кількість робочих годин у році; qn – годинна продуктивність обертової печі; Кв n – коефіцієнт використання обертової печі, Кв n = 0,85; n – кількість встановлених печей.
Річний загальний випуск цементу складе:
, т/рік.
Річний випуск цементу по видам:
, т/рік.
Теоретична річна потреба у компонентах цементної шихти цеху помолу цементу:
т/рік,
де Ці – річний випуск і-го виду цементу, т/рік; b і – вміст і-го компонента цементної шихти в даному виді цементу, %.
Річна потреба цеху помолу цементу в компонентах цементної шихти з врахуванням витрат:
т/рік,
де В і – виробничі втрати компонентів цементної шихти. Зазвичай В і = 5 %.
Річний випуск цемента з урахуванням виробничих витрат:
, т/рік.
Річна потреба в сировинних матеріалах для виготовлення клінкеру:
суха сировинна суміш 
т/рік;
сухі сировинні компоненти 
т/рік;
сировинна суміш з природною вологістю 
т/рік;
компоненти сировинної суміші з природною вологістю 
т/рік.
Розрахунок добової витрати матріалів:
т/добу,
де Квцем – коефіцієнт використання цементних млинів, який складає Кицем = 0,85.
Розрахунок добової витрати сухої сировинної суміші:
т/добу,
де Квсм коефіцієнт використання сировинних млинів, який складає Кисм = 0,85.
Розрахунок добової витрати сировинної суміші з природною вологістю:
т/добу.
Розрахунок годинної витрати матеріалів:
т/год.
Розрахунок годинної витрати сухої сировинної суміші:
т/год.
Розрахунок годинної витрати сировинної суміші з природною вологістю:
т/год.
Отримані дані заносяться до таблиці.
ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ
Задано хімічний склад вихідних сировинних компонентів (табл. 5.8) і характеристики клінкера (КН = 0,92; n = 2,9; р = 1,7). Виробництво здійснюється за сухим способом. Технологічна схема див. рис. 5.6.
Таблиця 5.8– Хімічний склад і природна вологість матеріалів, мас. %
| Матеріал | Вологість W, % | Вміст оксидів, мас. % | Σ | ||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | в.п.п | |||
| Вапняк | 0,9 | 2,76 | 0,49 | 1,14 | 53,47 | 1,06 | 0,18 | 40,90 | |
| ДГШ* | 12,7 | 37,37 | 7,60 | 0,40 | 48,25 | 4,95 | 1,33 | - | |
| Глина | 29,3 | 50,27 | 31,24 | 2,26 | 1,87 | 1,12 | 0,42 | 12,82 | |
| Колошниковий пил | 9,9 | 11,34 | 1,28 | 60,84 | 9,63 | 2,24 | 0,97 | 13,70 |
* ДГШ – доменний гранульований шлак
|
|
|
Розраховуємо речовинний склад сировинної суміші (табл. 5.9), а також мінеральний і хімічний склад сировинної суміші та клінкеру (табл. 5.10) за послідовністю, наведеною в розділі 2.3.
Таблиця 5.9 – Речовинний склад сировинної суміші, мас. %
| Матеріал | ВПП | Вапняк | ДГШ | Глина | Колошниковий пил |
| Сировинна суміш | 24,40 | 58,51 | 37,92 | 1,52 | 2,05 |
Таблиця 5.10 – Розрахунковий хімічний і мінеральний склад сировинної
суміші і клінкеру
| Матеріал | Вміст оксидів, мас. % | Мінеральний склад, % | |||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | в.п.п | C3S | C2S | C3A | C4AF | |
| Сировинна суміш | 15,61 | 3,60 | 2,40 | 47,00 | 2,92 | 0,44 | 24,40 | - | - | - | - |
| Клінкер | 21,69 | 5,01 | 3,34 | 65,30 | 4,05 | 0,61 | - | 61,90 | 15,00 | 7,61 | 10,20 |
Розрахунок питомої витрати сировинних матеріалів.
Теоретичні питомі витрати сухої сировинної суміші на 1 т клінкеру:
, кг/т клінкеру.
Теоретичні питомі витрати сухих компонентів сировинної суміші:
питома витрата вапняку:
, кг/т клінкеру.
питома витрата ДГШ:
кг/т клінкеру.
питома витрата глини:
кг/т клінкеру.
питома витрата колошникового пилу:
кг/т клінкеру.
Теоретична питома витрата компонентів сировинної суміші у стані природної вологості:
вапняку 
кг/т клінкеру;
ДГШ 
кг/т клінкеру;
глини 
, кг/т клінкеру;
колошникового пилу 
, кг/т клінкеру;
Теоретична питома витрата сировинної суміші у стані природної вологості:
кг/т клінкеру.
Теоретичний вихід клінкеру з 1 кг сухої сировинної суміші:
кг/кг сухої суміші.
Дійсна витрата сухої сировинної суміші з урахуванням виробничих витрат:
кг/т клінкеру.
Дійсна витрата окремих сухих сировинних компонентів:
вапняку 
, кг/т клінкеру;
ДГШ 
кг/т клінкеру;
глини 
, кг/т клінкеру;
колошникового пилу 
, кг/т клінкеру.
Фактична норма витрати сировинної суміші з урахуванням виробничих витрат і природної вологості компонентів:
кг/т клінкеру.
Фактична норма витрати сировинних компонентів з урахуванням виробничих втрат і природної вологості:
вапняку 
, кг/т клінкеру;
ДГШ 
, кг/т клінкеру;
глини 
, кг/т клінкеру;
колошникового пилу 
, кг/т клінкеру.
Виробнича норма виходу клінкера з 1 т сировинної суміші по сухій речовині з урахуванням витрат:
т/т сухої суміші.
Природна вологість сировинної суміші:
%.
Кількість води в сировинній суміші при природній вологості:
, кг/т клінкеру.
Проектом передбачається здійснити випуск 1513414,6 т цементу на рік. Асортимент та об’єм випуску по видах і марках цементу наведено у табл. 5.11.
Таблиця 5.11 – Асортимент продукції, що випускається
| Вид і марка цементу | Доля випуску, % | Об’єм виробництва за рік, т | Дійсний склад цементу, мас. % | ||
| клінкер | шлак | гіпс | |||
| Шлакопортландцемент ШПЦ-Ш/А-400 ДСТУ Б.В.2.7-46-96 | 302682,92 | ||||
| Портландцемент ПЦ-ІІ/Б-ІІІ-400 ДСТУ Б.В.2.7-46-96 | 756707,3 | ||||
| Швидкотверднучий шлакопортландцемент ШПЦ-Ш/А-400 Р ДСТУ Б.В.2.7-46-96 | 454024,38 |
Середньовиважений вміст клінкеру у цементі, що випускається на заводі складає:
%.
Річний випуск клінкеру при встановленій на заводі обертовій печі 4,5 х 80 м з циклонними теплообмінниками і декарбонзатором складе:
т/рік.
Річний випуск цементу складе:
т/рік.
Річний випуск цементу по видам:
· ШПЦ-ІІІ/А-400 1513414,6·0,2 = 302682,92 т/рік;
· ПЦ-ІІ/Б-ІІІ-400 1513414,6·0,5 = 756707,3 т/рік;
· ШПЦ-ІІІ/А-400 Р 1513414,6·0,3 = 454024,38 т/рік.
Дані заносимо до табл. 5.11.
Теоретична річна потреба у компонентах цементної шихти цеху помолу цементу:
клінкеру 
, т/рік;
ДГШ 
, т/рік;
гіпсу 
, т/рік.
Річна потреба цеху помолу цементу в компонентах цементної шихти з врахуванням витрат:
клінкеру 
т/рік;
ДГШ 
, т/рік;
гіпсу 
т/рік.
Річний випуск цемента з урахуванням виробничих витрат:
, т/рік.
Розрахуємо річні потреби в сировинних матеріалах:
· суха сировинна суміш
, т/рік;
· сухі сировинні компоненти
вапняк 
, т/рік;
ДГШ 
, т/рік;
глина 
, т/рік;
колошниковий пил 
, т/рік.
· сировинна суміш з природною вологістю
, т/рік.
· компоненти сировинної суміші з природною вологістю
вапняк 
, т/рік;
ДГШ 
, т/рік;
глина 
, т/рік;
колошниковий пил 
, т/рік.
Далі необхідно розрахувати добові витрати матеріалів:
цементу 
, т/добу;
клінкеру 
, т/добу;
ДГШ 
, т/добу;
гіпсу 
, т/добу.
· Сухої сировиної суміші:
, т/добу;
· Сухих сировинних матеріалів:
вапняку 
, т/добу;
ДГШ 
, т/добу;
глини 
, т/добу;
колошникового пилу 
, т/добу.
· Сировинної суміші з природною вологістю:
, т/добу;
· Сировинних компонентів з природною вологістю:
вапняку 
, т/добу;
ДГШ 
, т/добу;
глини 
, т/добу;
колошникового пилу 
, т/добу.
Далі здійснюємо розрахунок годинної витрати матеріалів:
цементу 
, т/год;
клінкеру 
, т/год;
ДГШ 
, т/год;
гіпсу 
, т/год.
· Сухої сировинної суміші
, т/год;
· Сухої сировинних компонентів:
вапняку 
, т/год;
ДГШ 
, т/год;
глини 
, т/год;
колошникового пилу 
, т/год.
· Сировинної суміші з природною вологістю:
, т/год;
· Сировинних компонентів з природною вологістю:
вапняку 
, т/год;
ДГШ 
, т/год;
глини 
, т/год;
колошникового пилу 
, т/год.
Отримані дані заносяться до табл. 5.12.
Таблиця 5.12 – Матеріальний баланс заводу з виробництва портландцементу
| Матеріал | Витрата матеріалів, т | ||
| На рік | На добу | На годину | |
| Вапняк | 765076,5 | 102,75 | |
| ДГШ | 562956,8 | 1814,5 | 75,6 |
| Глина | 27824,5 | 89,7 | 3,7 |
| Колошниковий пил | 9,5 | 3,96 | |
| Сировинна суміш | 1309124,3 | 4465,3 | |
| Шлак | 533677,8 | 1720,15 | 71,7 |
| Гіпс | 79653,4 | 256,7 | 10,7 |
| Цемент | 5134,8 | 213,95 | |
| Клінкер | 979736,8 | 3157,9 | 131,6 |
ЗАДАЧІ ДЛЯ ПРАКТИКИ
1. Виробництво портландцементу у кількості 300 тис. тон на рік на основі двох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,8). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за сухим способом.
2. Виробництво портландцементу у кількості 400 тис. тон на рік на основі двох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,84). Навести технологічну схему виробництва портландцементу, за мокрим способом.
3. Виробництво портландцементу у кількості 500 тис. тон на рік на основі двох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,85). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за мокрим способом.
4. Виробництво портландцементу у кількості 600 тис. тон на рік на основі двох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,79). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за сухим способом.
5. Виробництво портландцементу у кількості 125 тис. тон на рік на основі трьох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,85; п = 2,2). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за комбінованим способом.
6. Виробництво портландцементу у кількості 250 тис. тон на рік на основі трьох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,83; п = 2,4). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за сухим способом.
7. Виробництво портландцементу у кількості 150 тис. тон на рік на основі трьох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,81; п = 2,3). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за комбінованим способом.
8. Виробництво портландцементу у кількості 450 тис. тон на рік на основі трьох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,88; п = 2,2). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за сухим способом.
9. Виробництво портландцементу у кількості 850 тис. тон на рік на основі трьох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,9; п = 2,4). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за комбінованим способом.
10. Виробництво портландцементу у кількості 175 тис. тон на рік на основі трьох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,81; п = 2,4). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за сухим способом.
11. Виробництво портландцементу у кількості 350 тис. тон на рік на основі трьох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,79; п = 2,4). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за комбінованим способом.
12. Виробництво портландцементу у кількості 175 тис. тон на рік на основі двох сировинних матеріалів. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості (КН = 0,9). Навести технологічну схему виробництва портландцементу за сухим способом.
13. Виробництво глиноземистого цементу у кількості ЗО тис. тон на рік на основі технічного глинозему та крейди. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості. Навести технологічну схему виробництва глиноземистого цементу за способом плавлення.
14. Виробництво глиноземистого цементу у кількості 50 тис. тон на рік на основі бокситу та вапняку. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості. Навести технологічну схему виробництва глиноземистого цементу за способом спікання.
15. Виробництво глиноземистого цементу у кількості 100 тис. тон на рік на основі бокситу та вапняку. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості. Навести технологічну схему виробництва глиноземистого цементу за способом спікання.
16. Виробництво глиноземистого цементу у кількості 150 тис. тон на рік на основі бокситу та крейди. Підбір сировинних компонентів, розрахунок їх кількості. Навести технологічну схему виробництва глиноземистого цементу за способом плавлення.
