Завод по производству пуццоланового портландцемента
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Пензенский государственный университет
архитектуры и строительства
Кафедра: «Технологии бетонов, керамики и вяжущих»
Пояснительная записка
к курсовому проекту по курсу
«Технология бетонов»
на тему:
Завод по производству пуццоланового портландцемента производительностью 0,91 млн.т. в год
Автор проекта: Суров И.А.
Направление: 270100 «Строительство» группа ПСМ-41
Обозначение: КП-2069059-270100-073715-2011
Руководитель проекта: Махамбетова К. Н.
Проект защищен: Оценка:
Пенза 2011
Содержание
Введение
1. Номенклатура выпускаемой продукции
2. Технологическая часть
2.1 Выбор способа и технологическая схема производства
2.2 Описание технологической схемы производства
2.3 Режим работы проектируемого предприятия
2.4 Характеристика сырья. Расчет сырьевой шихты
.5 Расчет потребности сырья полуфабрикатов и производительность предприятий
.6 Выбор и расчет основного технологического и транспортного оборудования
.7 Расчет складов и бункеров для хранения материалов
2.8 Контроль технологического процесса и качества продукции
2.9 Расчет потребности в энергетических ресурсов
. Охрана труда
4. Технико-экономические показатели производства
Список используемой литературы
Пояснительная записка к технологической схеме
сырьевая шифта пуццолановый портландцемент
Введение
Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса. Клинкер получается в результате обжига до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в клинкере силикатов кальция. Гипс вводится в портландцемент для регулирования сроков схватывания и повышения прочностных показателей. В портландцемент разрешается вводить до 15% активных или 10% инертных добавок от веса цемента без изменения названия, а также до 1% других добавок, регулирующих его свойства.
Плотность портландцемента без добавок в зависимости от химического и пазового состава колеблется в пределах 3,1 - 3,2 г/см³. Водопотребность цемента при получении теста нормальной густоты равна количеству воды рассчитанному в процентах от массы цемента. Водопотребность портландцемента колеблется в пределах 24-28%. Начало схватывания по ГОСТу на портландцемент должно наступать не ранее 45 минут, а конец схватывания не позже 10 часов, считая от момента смешивания цемента с водой.
Качество и свойства цемента в основном определяются составом и структурой клинкера. Введенные во время помола добавки лишь в некоторой степени регулируют те или иные свойства портландцемента.
В настоящее время в практике мирового строительства портландцемент является основным вяжущим материалом для производства бетона, железобетона и строительных растворов.
Строительство завода по производству пуццоланового портландцемента осуществляется в Московской области, годовая производительность завода составляет 0,91 млн. т/год. При выборе площадки для строительства завода необходимо стремится к максимальному приближению с месторождением цементного сырья и транспортным коммуникациям.
При производстве портландцемента применяют разнообразный материал одни из которых идут непосредственно на производство клинкера, другие же в виде добавок используются при его помоле.
Сырьевыми материалами для производства клинкера служат местные карбонатные породы (известняк), доставляемые на завод автомобильным и железнодорожным транспортом. В качестве корректирующих добавок, используют кварцит. Они являются местным материалом и доставляются автотранспортом. При производстве портландцемента используется гипс, который доставляется на завод также автотранспортом. В качестве активной минеральной добавки используется опока. Топливо используется газообразное, природное - природный газ, месторождение предусмотрена возможность перехода другой вид топлива, например каменный уголь.
Технологический процесс обеспечивается внедрением новых энергосберегающих технологий и высокопроизводительного оборудования.
1. Номенклатура выпускаемой продукции
С.Д. Окороков в зависимости от содержания в клинкерах основных минералов, принимая сумму С3S+C2S=75% и C3S+C4AF=25%, предложил классификацию клинкера.
В тех случаях, когда клинкер одновременно характеризуется повышением минерала силиката и того или иного минералового плавня, его называют например, белито-алюминатом, алито-алюминатом и т.п.
Если менять минералогических состав клинкера и изготовлять на их основе цементы с различными добавками, то можно получать большую гамму гидравлических вяжущих веществ с разнообразными структурными свойствами.
Классификация клинкеров в зависимости от содержания основных минералов:
1)Алитовый C3S - более 60%, C2S - менее 15%
2)Нормальный ( по содержанию алита) C3S -60% - 37,5%., C2S - 15-37,5%.
)Белитовый C3S<37,5%, C2S>37,5%.
)Алюминатный C3A >15%, C4AF<10%
)Нормальный ( по содержанию алюмината) C3S - 15-17%, C4AF -10-18%
)Целитовый C3A<7%, C4AF>18%
В настоящее время в России выпускают:
портландцемент без добавок и с активными минеральными добавками;
быстротвердеющий портландцемент;
шлаковый портландцемент;
пуццолановый портландцемент;
портландцемент с пластифицирующими и гидрофобизирующими добавками;
- сульфатостойкий портландцемент;
белый и цветной портландцемент.
Для сопоставления интересно привести классификацию разновидностей портландцемента, выпускаемого в США:
типа I, характеризуется средним минералогическим составом, присущим обыкновенным портландцемента, чаще всего применяемых в бетонных и железобетонных конструкциях;
типа II представляющий собой разновидность типа I, но с максимально допустимым содержанием C3S - 50%, а C3A - 8%, что способствует повышению его сульфатостойкости;
типа III, характеризуется повышенным содержанием C3S, что переводит его в разряд быстротвердеющих;
типа IV, содержит не более 35% C3S и не менее 40% C2S, при C3A в количестве не более 7%. Он низкотермичен и принимается при возведении массивных бетонных конструкций;
типа V, высокосульфатостойкий содержит не более 50% C3S и не более 5% C3Α.
На строящемся заводе в Московской области будет производиться пуццолановый портландцемент ― это гидравлическое вяжущее, получаемое совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, необходимого количества гипса и активной минеральной добавки.
Пуццолановый портландцемент во многом отличается от портландцемента. Плотность его несколько меньше и равна 2,7-2,9 г/см³, поэтому при одинаковой дозировке по массе он дает больший выход раствора или бетона.
2. Технологическая часть
2.1 Выбор способа и технологической схемы производства
В настоящее время применяют два основных способа подготовки сырьевой смеси из исходных материалов: «мокрый», при котором помол и смешение сырья осуществляется в водной среде, и «сухой», когда материалы измельчаются и смешиваются в сухом виде.
Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов, при их совместном помоле быстро достигается высокая однородность смеси, но расход топлива на обжиг сырьевой смеси при мокром способе в 1,5 - 2 раза больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастают размеры обычных вращающихся печей при обжиге в них мокрой сырьевой смеси, так как эти тепловые агрегаты в значительной мере выполняют функции испарителей воды.
Мокрый способ, несмотря на его технико-экономические преимущества по сравнению с сухим, длительное время находил ограниченное применение вследствие пониженного качества, получаемого клинкера. Однако успехи в технике тонкого измельчения и гомогенизации сухих смесей обеспечили возможность получения высококачественных портландцементов и по сухому способу. Это предопределило резкий рост в последние десятилетия производства цемента по этому способу.
Применение находит и третий, так называемый комбинированный способ. Сущность его заключается в том, что подготовка сырьевой смеси осуществляется по мокрому способу, затем шлам обезвоживается на специальных установках и направляется в печь. Комбинированный способ по ряду данных почти на 20 - 30 % снижает расход топлива по сравнению с расходом по мокрому способу, но при этом возрастают трудоёмкость производства и расход электроэнергии.
В ряде стран, в том числе в России и США, преобладает производство по мокрому способу.
В данной работе применяется сухой способ производства пуццоланового портландцемента.
2.2 Описание технологической схемы производства
При сухом способе производства сырьевую смесь приготавливают совместно с водой, получая шлам. Известняк из вагонетки выгружают в бункер питателя. Последний дает известняк на первичное дробление в щековую дробилку для измельчения на куски 200 - 300 мм. От щековой дробилки известняк ленточным конвейером транспортируют на вторичное дробление в молотковую дробилку для измельчения его до размеров 20 - 25 мм, затем ленточным конвейером измельченный известняк подают на склад. Глину из вагонетки выгружают в бункер пластинчатого питателя, откуда ленточным конвейером направляют на измельчение в валковую дробилку. Измельчённую глину перемешивают водой в глиносмесителе и насосами перекачивают в резервуар.
Известняк и смесь глины с водой направляют в барабанную мельницу для тонкого измельчения с добавлением воды. Выходящая из мельницы сырьевая смесь (шлам) насосами перекачивается в цилиндрические бассейны. Здесь шлам корректируется по химическому составу. Далее шлам направляют в бассейн, где он постоянно перемешивается крановым пневматическим смесителем. Из бассейна шлам через дозирующие устройства направляется во вращающуюся печь на обжиг.
Во вращающейся печи после ряда физико-механических и химических изменений шлам превращается в клинкер. Вращающиеся печи работают на газообразном, жидком или твердом (пылевидном) топливе. Топливо во вращающуюся печь подают через форсунки. Обожжённый продукт (клинкер) из печи поступает в холодильные устройства и далее на грубое измельчение в дробилку ударного действия, после чего клинкер подаётся на склад. Вылежавшийся на складе клинкер размалывают в барабанной мельнице, оборудованной аспирационными устройствами. Мельницы работают по замкнутому кругу или открытому циклу. При помоле к клинкеру добавляют до 5% гипса, а иногда и другие добавки.
Добавки предварительно измельчают в дробилке, а затем ленточным конвейером подают на склад добавок. Далее добавки сушат в барабанах и конвейером транспортируют на склад. На этом же складе хранят измельчённый гипс. Цемент из мельниц поступает в цилиндрические железобетонные резервуары - цементные силосы, где хранятся в течение 2 - 3 недель. Из силосов цемент направляют пневмотранспортом в спецвагоны (или автоцементовозы) для транспортирования его навалом или в бункер, а из последнего - в упаковочную машину. Упакованный в бумажные мешки цемент в обычные железнодорожные вагоны.
.3. Режим работы проектируемого предприятия
Таблица 1.
Режим работы завода
Наименование цехов отделенийКоличество рабочих дней в годуКоличество смен в суткахДлительность рабочей сменыГодовой фонд рабочего времениКоэффициент использования эксплатуационного времениГодовой фонд эксплуатационного времени1. Склад сырья а)железнодорожный транспорт б) автотранспорт 365 260 3 2 8 8 8760 4160 0,876 0,943 7673,76 3922,882. Цех помола2602841600,9433922,883. Отделение гомогенезации 365 3 8 8760 0,876 7673,764.Цех обжига3653887600,978845.Склад цемента 365 3 8 8760 0,876 7673,76
2.4 Характеристика сырья. Расчет сырьевой шихты
Проектирование предприятия из-за высокой материалоёмкости требует правильной экономической оценки месторождения сырья. В первую очередь следует производить промышленную эксплуатацию, таких месторождений, которые требуют минимальных капиталовложений, обеспечивают наиболее низкую себестоимость добычи и транспортирования сырья, а так же минимальные издержки по его обогащению и переработке.
Наличие приведённых запасов должно обеспечить работу предприятия не менее чем на 25 лет. Другим обстоятельством, определяющим целесообразность строительства завода является его близость к месту
добычи основных видов сырья.
После выбора сырьевых материалов, корректирующих добавок и топлива в соответствии с выше изложенным и производится расчет сырьевой шихты и ожидаемого минерального состава цементного клинкера.
Расчетом сырьевой шихты определяется соотношение между сырьевыми материалами, устанавливается число компонентов шихты, определяется вид и количество добавок, для её корректирования с целью обеспечения требуемого химико-минералогического состава портландцементного клинкера.
Расчет сырьевой шихты определяет так же удельный расход сырьевых материалов на 1 тонну клинкера, что служит основанием для составления материального балласта завода, выбора и расчета основного технологического оборудования, технологического процесса, подготовки сырьевой шихты.
Расчет сырьевой шихты минералогического состава клинкера необходимо производить в соответствии с ГОСТом.
Качество клинкера задано значениями химико-минералогических характеристик: Кн = 0,9; СМ=3,5; ГМ=2,2.
В качестве основного сырья задано известняк и глина.
Таблица 2.
Химический состав исходного сырья.
КомпонентСодержание оксидовСуммаСМГМCaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3пппИзвестняк55,320,420,250,170,5-43,77100,43 11,41Глина1,9164,9418,618,220,90,87,23102,612,612,02
Приводим химический состав компонентов к 100%, для этого содержание каждого составляющего умножаем на коэффициент К:
Кизв=100/100,43=0,9957; Кгл=100/102,61=,9746
Таблица 3.
Химический состав сырья в пересчёте на 100%
КомпонентСодержание оксидовСуммаСМГМCaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3ПППИзвестняк55,080,4180,2490,1690,498-43,5810011,41Глина1,8663,2918,1378,010,8770,787,0461002,612,02
Принимаем соотношение известняка и глины в двухкомпонентной шихте, как Х:1, тогда:
Х=(2,8·S2·KН+1,65·A2+0,35·F2-C2 )/(C1-2,8·S1·KН-1,65·A1-0,35·F1 );
X=(2,8·63,29·0,9+1,65·18,137+0.35·8,01-1,86)/(55,08-2,8·0,418·0,9-1,65·0,249-0.35·0,169)=3,55
Определяем содержание оксидов в химическом составе двухкомпонентной шихты, %
C0=X·C1+C2/(X+1)= 3,55·55,08+1,86/(3,55+1)= 40,320=X·S1+S2/(X+1)= 3,55·0,418+63,29/(3,55+1)=11,29
А0=X·А1+А2/(X+1)= 0,249·3,55+18,137/(3,55 +1)=4,16
F0=X·F1+F2/(X+1)= 3,55·0,169+8.01/(3,55+1)=1,89
M0=X·M1+M2/(X+1)= 3,55·0,498+0,877/(3,55+1)=0,5800=X·S10+S20/(X+1)= 3,55·0+0,78/(3,55+1)=0,17
ППП0= X·ППП1+ППП2/(Х+1)= 3,55·43,58+7,046/(3,55+1)=41,65
Таблица 4.
Химический состав двухкомпонентной шихты.
КомпонентСодержание оксидов, %СуммаCaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3пппШихта40,3211,234,161,890,580,1741,65100
Определяем характеристики двухкомпонентной шихты:
Кн = C0-(1,65·A0+0,35·F0+0,7·S0)/2,8·S0;
Кн = 40,32-(1,65·4,16+0,35·1,89+0,7·0,17)/2,8·11,23= 0,9
См = S0/A0+F0 = 11,23/(4,16+1,89) = 1,856
Гм = A0/F0 = 4,16/1,89 = 2,201
Значение Кн и Гм совпало с заданными.
Значения См не совпало с заданным
Далее ведём пересчёт на компьютере.
РАСЧЕТ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОЙ СЫРЬЕВОЙ ШИХТЫ БЕЗ УЧЕТА ПРИПОСАДКИ ЗОЛЫ ТОПЛИВА
-27-2010
Шифр - Суров И. А.
Качество клинкера задано следующими значениями:
коэффициент насыщения Кн = 0.90
силикатный модуль См = 3.50
глиноземный модуль Гм = 2.20
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОМПОНЕНТОВ ШИХТЫ С ПЕРЕСЧЕТОМ НА 100%
│Компонент │CaO │SiO2│Al2O3│Fe2O3│ MgO │ SO3 │ R20 │п.п.п│
│ИЗВЕСТНЯК │55.08│ 0.42│ 0.25│ 0.17│ 0.50│ 0.00│ 0.00│43.58│
│ГЛИНА │ 1.86│63.29│18.14│ 8.01│ 0.88│ 0.78│ 0.00│ 7.05│
│МАРШАЛЛИТ │ 6.85│83.83│ 1.43│ 1.87│ 0.65│ 0.34│ 0.00│ 5.03│
│ШЛАК│34.60│2.49│57.53│0.79│3.64│0.96│0.00│0.00│
Для полученного клинкера с заданными модулями необходимо принять соотношение ИЗВЕСТНЯКА, ГЛИНЫ, корректирующих добавок МАРШАЛЛИТ и ОТВАЛЬНЫЙ ШЛАК как X:Y:Z:1, где=159.60= 24.72= 18.20
Полученный химический состав шихты:
│ 44.20│ 15.52│ 2.81│ 1.28│ 0.57│ 0.13│ 0.00│ 35.48│100.00 │
Химический состав прокаленной шихты (клинкера):
│ CaO │ SiO2 │ Al2O3│ Fe2O3│ MgO │ SO3 │ R20 │ Сумма│
│ 68.51│ 24.06│ 4.35│ 1.98│ 0.89│ 0.20│ 0.00│100.00│
РАСЧЕТ ОЖИДАЕМОГО СОСТАВА:
Алит (C3S) 64.01 %
Белит (C2S) 20.72 %
(C3A) 8.18 %
(C4AF) 6.02 %
Сульфат кальция 0.34 %
Суммарное содержание основных минералов в клинкере = 99.26 %
Расход компонентов для получения 1 тонны клинкера:
ИЗВЕСТНЯК = 1215.5 кг
ГЛИНА = 188.3 кг
МАРШАЛЛИТ = 138.6 кг
ОТВАЛЬНЫЙ ШЛАК = 7.6 кг
Расчет компонентов шихты на одну тонну клинкера.
Коэффициент перерасчёта k1 является важнейшей характеристикой используемой для дальнейших расчетов состава и расчёта расхода сырьевых компонентов на годовую программу. Он определяет теоретический удельный расход сырья на полученную 1 тонну клинкера с учётом потерь при прокаливании.
k 1=100/100-ППП0 = 100/(100-41,65)=1,713.
Определяем расход отдельных компонентов на одну тонну клинкера, считая что Х- это количество весовых частей известняка, У- количество весовых частей глины. 1- количество весовых частей кварцита.
Тогда содержание компонентов по массе будет следующим:
отвальный шлак ош=k1/х+у+z+1=1,713/(159,6+24,72+18,2+1) = 0,0004(т/т)
маршаллит м = z·ош=18,2·0,0004 = 0,0073 (т/т)
известняк и =х· ош=159,6·0,0004 = 0,064 (т/т)
глина гл=y·ош=24,72·0,0004 = 0,0099 (т/т)
Расчёт ожидаемого минералогического состава клинкера:
C3S=3,8·S0·(3·Кн-2) = 63,999 %2S=8,61·S0(1-Кн) = 20,716%3A=2,65·(A0-0,64·F0) = 8,169 %4F=3,04·F0=6,019 %4=1,7·S00= 0,34 %
Σ=99,243%
По содержанию основных минералов клинкер нормальный.
Расход компонентов шихты на годовую программу: