Технологічна схема виробництва цементу

Виробництво цементу можна поділити на дві групи техно­логічних операцій. У першу групу входять видобування і транс­портування сировини, її подрібнення і приготування шихти, ви­палювання шихти з добуванням напівфабрикату — цементного клінкеру; у другу — сушіння добавок і розмел клінкеру з гіпсом і добавками. Друга група операцій може проводитись і на іншому підприємстві.

Основним завданням, що постає перед технологом цементно­го виробництва, є підготовка шихти певного складу. Припустимі коливання у вмісті окремих компонентів становлять (0,1...0,2)%. При використанні природної, часто неоднорідної сировини такої точності можна добитись лише при дуже ретельному змішуванні високодисперсних компонентів.

Таке змішування донедавна було можливим тільки в тому ви­падку, якщо сировина перебувала у вигляді водної суспензії. То­му в цементній промисловості історично склалися два основних способи виробництва — мокрий і сухий.

При мокрому способі виробництва сировину подрібнюють, добавляючи (36...42)% води, добутий сировинний шлам випалю­ють у довгих обертових печах. При сухому способі сировину спо­чатку піддають попередньому висушуванню, потім подрібню­ють. Сировинне борошно можна випалювати у коротких печах з циклонними теплообмінниками або після попередньої грануляції у коротких печах з конвейєрними кальцинаторами.

З технологічної точки зору доцільність застосування того або іншого способу зумовлюється складом і властивостями сировини (вологістю, однорідністю, твердістю, здатністю диспергуватись у воді). Для вологої сировини, що легко диспергується у воді і має низький ступінь однорідності, краще застосовувати мокрий спосіб виробництва, для однорідної сировини, що не диспер­гується у воді і має низьку вологість, — сухий спосіб.

Найдоцільніше при високовологій сировині застосовувати напівсухий спосіб виробництва, тобто підготовку сировини про­водити за мокрим способом, а потім перед випалюванням шлам зневоднити.

Якщо в 50-х роках цементна промисловість розвивалась в ос­новному по шляху вдосконалення мокрого способу виробництва, а сухий спосіб із випалюванням гранульованої сировини в автома­тичних шахтних печах застосовувався лише на деяких заводах, то в останні роки все більшого поширення набуває сухий спосіб. Основ­ними передумовами для використання сухого способу є: докорінне поліпшення процесів гомогенізації сировинного борошна, створен­ня високо потужних агрегатів для одночасного підсушування і по­мелу сировини, створення потужних пічних агрегатів (печей з цик­лонними та шахтно-циклонними теплообмінниками), витрата теп­лоти в яких становить (3100...4000) кДж/кг клінкеру (в довгих пе­чах, що працюють за мокрим способом, — (5300...6500) кДж/кг.

При сухому способі виробництва зменшується загальна вит­рата теплоти на сушіння і випалювання; при вологості сировини 3,5% — на 1680, при вологості 17% — на 840 кДж/кг. Лише в тих випадках, коли вологість вихідної сировини перевищує 20%, кількості теплоти, що витрачається при сухому і мокрому спосо­бах виробництва, приблизно однакові. Відхідні пічні гази при су­хому способі виробництва мають знижену вологість і можуть ви­користовуватись для підсушування сировини.

Хоча помел за мокрим способом ефективніший, ніж за сухим, однак у зв'язку з тим, що для печей з циклонними теплообмінни­ками використовують більш низькодисперсну сировинну суміш, загальна витрата електроенергії на помел при мокрому способі не перевищує витрати електроенергії при сухому способі тільки при застосуванні сировини, що легко диспергується у воді.

При випалюванні за сухим способом різко скорочується витра­та прісної води, що в останні роки набуває важливого значення.

Запиленість газів при сухому способі виробництва значно ви­ща, ніж при мокрому, але загальний об'єм відхідних пічних газів на (35...40)% менший, а отже, витрати на знепилювання приблиз­но однакові.

Зараз час і в найближчі роки намічається всебічний розвиток су­хого способу виробництва цементу в печах, обладнаних циклонни­ми теплообмінниками і реакторами-декарбонізаторами. Це знижує витрату палива на (30...40)% порівняно з мокрим способом, а мета­ломісткість пічних агрегатів — у (2,5...3) рази. Застосування сухого способу дасть можливість збільшити одиничну потужність агре­гатів, що, в свою чергу, зменшить витрати на одиницю продукції.

Приготування портландцементної суміші. Приготування сиро­винної суміші заданого хімічного складу і з певними фізичними властивостями (вологість, тонкість подрібнення, текучість) є одним з основних процесів цементної технології. Висока якість сировин­ної суміші, мінімальні відхилення від заданих параметрів забезпечу­ють нормальний перебіг наступних технологічних процесів.

Процес приготування сировинної суміші включає: подрібнен­ня (крупне і тонке), дозування, змішування сировинних компо­нентів і коригування, хімічного складу сировинної суміші, гомо­генізацію відкоригованої суміші і подавання її на випалювання.

Залежно від методу коригування сировинної суміші схема приготування її може бути переривчастою (порційне коригуван­ня), напівпотоковою і потоковою (коригування в потоці).

Раніше у вітчизняній і закордонній практиці виробництва це­менту найпоширенішим був спосіб приготування сировинної суміші, що грунтувався на порційному коригуванні його окремих порцій у спеціальних місткостях (вертикальних шламбасейнах або коригувальних силосах). Цим способом перероблялись неод­норідні за хімічним складом матеріали, що надходили безпосе­редньо з кар'єру без попереднього усереднення їхнього хімічного складу і без дотримування точного дозування їх перед помелом.

Після бурхливого розвитку цементної промисловості збіль­шилась концентрація цементного виробництва, зросли і труд­нощі, пов'язані з порційним коригуванням. Збільшилась три­валість порційного коригування, виникла потреба у значно більшій кількості коригувальних басейнів (силосів), зросли вит­рати стиснутого повітря та електроенергії на перемішування і ба­гатократне перекачування коригувальних матеріалів. Крім цьо­го, порційне коригування було важко автоматизувати. Тому з'явились заводи, де сировинну суміш почали виготовляти в по­тоці. За цим способом точне дозування сировинних компонентів за масою здійснюється перед їх сумісним помелом, і розмелена суміш інтенсивно перемішується у великих змішувальних містко­стях, що забезпечують високу ефективність усереднення її хімічного складу.

Зараз потокове коригування сировинних сумішей вико­нується із застосуванням ЕОМ, вагових дозаторів та використан­ням експрес-методів аналізу сировини. Це дає змогу виготовляти багатокомпонентні шихти з достатньою мірою точності, чого не можна було досягти іншими методами.

Мокрий спосіб виробництва. Вапняк після крупного двос-тадійного подрібнення на заводі або безпосередньо в кар'єрі над­ходить на об'єднувальний склад, обладнаний грейферними кра­нами, або прямо в бункери сировинних млинів, обминаючи склад. Глину після подрібнення у валкових дробарках і диспергу­вання в глинобовтанках або роторних млинах-мішалках пода­ють у сировинні млини. Частину глиняного шламу подають в один із вертикальних шламбасейнів як коригуючий. Недогарки надходять безпосередньо на об'єднувальний склад, а звідти у бункери сировинних млинів. Вапняк і недогарки дозують тарілчастими, а глиняний шлам — ковшовими живильниками. Похибка дозування компонентів перед помелом не перевищує (4...5)%. Оскільки кількість недогарків, що надходять у млин, не-

велика порівняно з кількістю решти компонентів, їх дозування досить ненадійне. У зв'язку з ним на багатьох заводах із недо­гарків і глини виготовляють глино-недогарковий шлам, який зберігають у вертикальних шламбасейнах і подасть у ковшовий живильник сировинних млинів самопливом.

Для розмелювання сировини замість трикамерних млинів діаметром (2,2...2,6) м, що застосовувались раніше, використову­ють двокамерні більшого діаметра (3...4) м, обладнані спеціаль­ною сортувальною бронефутеровкою. Принцип дії сортувальної бронефутеровки полягає в розподілі розмельних тіл за розміра­ми, шо зменшуються вздовж млина. Таке сортування дає змогу дотримуватись принципу: чим тонше подрібнено продукт, тим дрібніші розмельні тіла. Це підвищує потужність млина. Перева­гою млинів великого діаметра є їх потужність, що дає змогу в (2...3) рази зменшити кількість млинів і скоротити обсяг будівельних робіт. Крім того, крупність часточок для живлення млинів великого діаметра становить (15...20) мм порівняно з (8... 10) мм для млинів малого діаметра, що усуває третю стадію подрібнення і здешевлює його.

Як правило, млини працюють за відкритим циклом, однак є схеми помелу за замкнутим циклом із застосуванням як кла­сифікаторів шламу дугових грохотів, віброгрохотів або гідро­циклонів. За цими схемами найраціональніше застосовувати два короткі млини, перший з яких працює в замкнутому циклі з кла­сифікатором, а другий доподрібнює тонку фракцію, що надхо­дить із класифікатора. Робота за замкнутим циклом підвищує по­тужність млинів, знижує витрату електроенергії на розмелюван­ня і забезпечує рівномірніший гранулометричний склад сировин­ного шламу, що дуже важливо для якісного спікання клінкеру.

Зараз почали застосовувати двостадійний помел, при якому на першій стадії використовують стрижньові млини. Стрижньові млини підготовлюють матеріал до наступного помелу в коротко­му трубному млині, тут він подрібнюється до розмірів (0,8... 1,4) мм. Встановлювати класифікатор не потрібно, оскільки небезпе­ка потрапляння крупних часточок вапняку або кварцу в піч усу­вається. Стрижньові млини мають велику потужність. Один та­кий млин може обслуговувати кілька трубних. Можна також за­вантажувати стрижні у першу камеру багатокамерного трубного млина (у другу і третю камери завантажують кулі і цильпебс). Як­що завод працює на м'якій сировині (крейда, м'який мергель), то

для попереднього помелу встановлюють млини самоподрібнення "Пдрофол", процес помелу в яких відбувається дуже ефективно.

Сухий спосіб виробництва. Вапняк і глина після попереднього подрібнення надходять на усереднювальний склад, куди подають також і недогарки. Подальша підготовка сировинних матеріалів при сухому способі виробництва передбачає процес їх сушіння.

Тепер як у нас, так і за кордоном простежується тенденція до суміщення процесів тонкого подрібнення і помелу з сушінням. Якщо вологість сировини не перевищує 8%, вона може подава­тись на помел без попереднього висушування. Якщо ж вологість сировини більша, іі потрібно підсушувати в дробарках, ударно-відбивних млинах або сушильних барабанах. Остаточне висушу­вання суміщують з помелом у млинах 3,2 х 8,5 м з відцентровими сепараторами або в млинах 5 х 10 м із прохідними сепараторами димовими газами, що мають температуру (300...325) °С.

Однак при сухому помелі найдоцільніше застосовувати мли­ни безкульового подрібнення. При безкульовому подрібненні у млині системи "Аерофол" куски подрібнюваного матеріалу вико­нують роль розмельних тіл. У такому млині суміщені процеси тонкого подрібнення, сушіння і помелу в замкнутому циклі з відцентровим або прохідним сепаратором.

Для інтенсифікації помелу сировинних матеріалів у млини доцільно вводити поверхнево-активні добавки. Найефек­тивнішими інтенсифікаторами є катіонактивні сполуки; триета-ноламін і суміш триетаноламіну з СДБ.

Розмелене сировинне борошно подається в гомогенізаційні силоси, над якими розміщені бункери коригуючих добавок, по­дрібнених до потрібних розмірів. Гомогенізаційні силоси — це циліндричні місткості з плоскими або конусними днищами. У силосах місткістю 200...400 здійснюються усереднення і кори­гування сировинного борошна, а в силосах місткістю (1500...2500) воно зберігається перед подачею на випалюван­ня.

Перемішують сировинне борошно в гомогенізаційних сило­сах стисненим повітрям. При цьому насичена повітрям (аерова-на) маса порошкоподібного матеріалу набуває текучості і пово­дить себе аналогічно рідині. Днища силосів вкривають металеви­ми повітророзподільними коробками з мікропористими ке­рамічними плитками або спеціальними тканинами. Залежно від способу аерування ці коробки об'єднують у різні групи. В одну з

груп подають 75% загальної кількості стисненого повітря, при­значеного для перемішування, аероване сировинне борошно над цією групою коробок стає менш густим і ніби "спливає", а на йо­го місце надходить щільніше борошно з сусідніх секцій, куди по­дано менше повітря. Через деякий час "активною" стає друга гру­па. Так досягають належного усереднення борошна.