Диатомит представляет собой горную осадочную породу, которая состоит в основном из останков разнообразных диатомовых водорослей. Характеристика диатомита и требования к нему прописаны в ТУ 5761-001-59266087-2005 «Диатомит измельченный». Диатомит по своей природе рыхлый или слабо сцементированный, желтоватого, или же светло-серого цвета. В составе породы, как правило, встречаются шарики опала (глобулы), глинистые и обломочные материалы, водный кремнезем (до 86%). Диатомит формируется из диатомитового ила, который накапливался в древних озерах, морях с третичного периода вплоть до нашей эры. Диатомит применяется: как адсорбент и фильтр в текстильной, нефтехимической, пищевой промышленности, в производстве антибиотиков, бумаги, различных пластических материалов, красок; как сырье для жидкого стекла и глазури; в качестве строительного тепло- и звукоизоляционного материалов, добавок к некоторым типам цемента и бетона; в качестве полировального материала (в составе паст) для металлов и мраморов; как инсектицид, вызывающий гибель вредителей и т.д. []

1.5 Гипс

Гипс строительный - белый или сероватый порошок тонкого помола, получаемый из гипсового камня (природного гипса) путём обжига при температуре 140 - 190 ^оС; быстросхватывающееся и быстротвердеющее вяжущее вещество. Характеристики прописаны в ГОСТ 125-79. Гипс строительный применяется для штукатурных работ, изготовления гипсобетона, гипсовых строительных изделий, отливок, форм, а также в качестве добавки к др. вяжущим (например, извести, цементам). Выпускается 12 марок гипса строительного. Для отделочных работ в помещении используют в основном гипс строительный марок от Г-2 до Г-7 (группа Б), имеющий прочность при сжатии 0,2-0,7 МПа (2-7 кгс/см2), с началом схватывания не ранее 6 мин и окончанием схватывания не позднее 30 мин. Строительный гипс (или как его иначе называют алебастр) - единственное вяжущее вещество, которое в процессе твердения расширяется и увеличивается в объёме до 1%, в то время как известковое тесто и цемент при твердении дают значительную усадку. Хранить гипс, как и цемент, следует в сухом помещении в прочных полиэтиленовых мешках на высоте 30-50 см от земли. Однако даже при правильном хранении гипс со временем утрачивает свои свойства и по истечении гарантийного срока его необходимо испытать на пригодность. Для проверки качества небольшую порцию гипса (100 г.) нужно затворить водой до густоты сметаны, положить на металл или стекло и определить время от момента приготовления гипсового теста до начала его схватывания; для каждой марки гипса оно должно соответствовать установленным показателям. []

1.6 Уголь

Уголь - вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Международное название углерода происходит от лат. carbф («уголь»). Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией. В среднем, сжигание одного килограмма этого вида топлива приводит к выделению 2,93 кг CO₂ и позволяет получить 23-27 МДж (6,4-7,5 кВт·ч) энергии или, при КПД 30% - 2,0 кВт·ч электричества. В 1960 году уголь давал около половины мирового производства энергии, к 1970 году его доля упала до одной трети. Использование угля увеличивается в периоды высоких цен на нефть и другие энергоносители. []

2. Характеристика готовой продукции

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) изготовляют из клинкера с повышенным содержанием быстротвердеющих минералов C₃S и С₃А (в сумме 60…65%). БТЦ отличается более тонким помолом: его удельная поверхность достигает 3500…4000 см²/г против 3000 см²/г у обычного портландцемента. Благодаря этому увеличивается площадь контакта цементных частиц с водой и скорость твердения его возрастает. Выпускают БТЦ марок 400 и 500. Прочность его нормируют в сроки 3 и 28 сут. БТЦ отличается высоким темпом набора прочности в первые 3…7 сут. При помоле в БТЦ вводят активные минеральные добавки (до 10…20%) или доменные гранулированные шлаки (до 20% от массы цемента). Это удешевляет БТЦ. Его применяют при производстве сборных железобетонных конструкций. Благодаря повышенному содержанию в клинкере C₃S и С₃А быстротвердеющий портландцемент обладает большим тепловыделением и его применяют при бетонировании в зимних условиях, особенно при температуре ниже -25 ^оС. Свойство БТЦ быстро набирать прочность используют и в случае аварийно-восстановительных работ. При хранении в течение 1…2 месяцев БТЦ утрачивает свойство быстро твердеть и набирает прочность как обычный портландцемент. Следовательно, хранить БТЦ длительное время нецелесообразно. []

Наименование БТЦ по ГОСТ 31108-2003: ЦЕМ ?/А - 32,5 Б ГОСТ 31108-2003.

Из бетона, изготовленного на БТЦ, не выполняют массивные конструкции. Чрезмерное тепловыделение вызывает сильный разогрев ядра таких конструкций, в то время как внешние поверхности охлаждаются. Из-за большого перепада температур в теле бетона могут возникнуть термические напряжения, что приводит к растрескиванию конструкции. Портландцементы с органическими добавками изготовляют путем введения при помоле клинкера небольших количеств (0,05…0,3% от массы цемента) поверхностно-активных веществ. Эти вещества пластифицируют бетонные и растворные смеси, улучшают их удобоукладываемость. Кроме того, бетоны и строительные растворы, изготовляемые на цементах с органическими поверхностно-активными добавками, отличаются повышенной морозостойкостью и сопротивляемостью коррозии. []

3. Технологическая схема

Изготовление клинкера по сухому способу технически и экономически наиболее целесообразно в тех случаях, когда исходные сырьевые материалы характеризуются влажностью до 10-15% и относительной однородностью. При сухом способе изготовления клинкера исходные материалы после дробления подвергаются высушиванию и совместному помолу в шаровых мельницах до остатка 6-10% на сите №008. Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах, направляется на гомогенизацию и корректирование в специальные железобетонные силосы. Муку в них перемешивают сжатым воздухом. После гомогенизации проверяют состав сырьевой муки по содержанию оксида кальция (титр муки). Если оно соответствует требуемому, то смесь направляют на обжиг. Муку до поступления на обжиг гранулируют и получают гранулы размером от 5-10 до 20-30 мм, затем она проходит через кальцинатор. Образовавшийся клинкер интенсивно охлаждается и отправляется на склад и совместный помол с гипсом и минеральной добавкой. Полученный цемент направляют на склад, откуда он отправляется в вагонах или автомашинах либо поступает на упаковку и отправляется в мешках. []

4. Расчёт сырьевой шихты

6.1 Исходные данные

При проектировании новых или реконструкции старых цементных заводов составляют материальный баланс для определения расхода сырья, добавок, воды, топлива и других материалов, требуемых для получения готовой продукции - цемента. На основании расчётных данных материального баланса производят подбор необходимого технологического оборудования с определённым резервом мощности и определяют технико-экономические показатели проектируемого завода.

Исходные данные при расчёте:

1. Способ производства - сухой (из задания).

2. Годовая производительность завода - 1130000 т цемента (по расчёту)

3. Состав портландцемента, % (в соответствии с заданием и ГОСТами):

клинкер……………………88,5%;

добавка…………………….. 8,5%;

гипс…………………………3%.

4. Величина присадок золы топлива - 4%.

5. Состав сырьевой смеси, % (из расчёта сырьевой смеси):

мел…………………………81,36;

каолин…………………….. 10,97;

песок……………………….. 7,67.

6. Естественная влажность сырьевых материалов, топлива и добавок, %:

мел…………………………11,8;

каолин…………………….. 17,40;

песок……………………….. 8,5;

гипс…………………………6.

7. Влажность шлама…………12% (из задания).

8. Потери при прокаливании сырьевой смеси - 35,74% (из табл.).

9. Производственные потери:

сырьевых материалов (суммарно)………1,0;

клинкера………………………………….. 1,0;

добавки……………………………………1,5;

цемента……………………………………3,0;

10. Коэффициент использования вращающихся печей - 0,85 (характеристика выбранной печи).

11. Режим работы основных цехов и отделений в течение года:

а) карьер и дробильное отделение - 307 дней по 16 часов в сутки (4212 ч) в две смены при прерывной рабочей неделе;

б) отделение помола сырья - 307 дней по 24 часа в сутки (7368 ч);

в) цех обжига - 364·КИ - количество дней работы печей по 24 ч в сутки;

г) отделение помола цемента - 307 дней по 24 ч в сутки 7368 ч);

д) силосно-упаковочное отделение - 365 дней по 24 ч в сутки (87690 ч), непрерывный в 3 смены.

Выбор типа печей зависит от:

1) способа производства (мокрый или сухой);

2) вида и качества топлива;

3) вида, качества, свойств сырья и т.д.

При мокром способе производства применяют только вращающиеся печи. Строящиеся заводы оснащают мощными высокопроизводительными вращающимися печами.

При производстве цемента по сухому способу применяют короткие вращающиеся печи длиной не более 100 м с установками для использования тепла отходящих газов и шахтные печи. В последних обжигают мергельные породы и искусственно приготовленную сырьевую смесь в виде брикетов.

Определение количества печей зависит от производительности печного агрегата. В рассматриваемом случае годовая производительность завода по цементу составит 1095000 т. Она рассчитана исходя из годовой производительности клинкера (учитывая количество печей на всех линиях). По заданию производительность 1 линии - 1500 т/сут клинкера при влажности 12%.

По табл. 7.1.1 принимаем 2 печи с G=840 т/сут клинкера с КИ=0,9 (табл. 7.1.2).

дней по 24 часа в сутки печи непрерывно работают в течение года.

т/год клинкера производит завод.

Составляем пропорцию:

995200 - 88,5%;

х - 100%.

т/год цемента производит завод.

Округляем до 1130000 т цемента в год. Далее проводим расчёт материального баланса цехов завода и подбираем оборудование.

Таблица 7.1.1. Технические характеристики вращающихся печей сухого способа производства

Таблица 7.1.2. Коэффициент использования вращающихся печей сухого способа

Производительность двух вращающихся печей: 66,67·2=133,34 т/ч; 133,34·24=3200 т/сут; 133,34·7464=1000200 т/год.

Расчет расхода сырьевых материалов

Учитывая 4% присадки золы в процессе обжига клинкера, расход сырьевых материалов следует считать не для производства 134 т/ч, а для т/ч.

Теоретический удельный расход сухого сырья для производства клинкера определяют с учётом потерь при прокаливании: т/т клинкера, где 35,74 - потери при прокаливании сырьевой смеси.

На современных заводах для обеспыливания отходящих газов вращающихся печей устанавливают электрофильтры, что даёт возможность считать потери сырья отходящими газами не более 1%. Тогда расход сухого сырья составит:

т/клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год.

Определяем расход отдельных компонентов сухой сырьевой смеси:

a) мела

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год;

б) каолина

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год;

в) песка

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год;

С учетом естественной влажности расход сырьевых материалов соответственно составит:

a) мела

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год;

б) каолина

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год;

в) песка

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год.

Расчет расхода шлама

Часовой расход шлама рассчитывают по формуле

,

где - расход шлама, м³/ч; - расход сухого сырья в час, т/ч; - влажность шлама, %; - плотность шлама, т/м³.

Плотность шлама определяют интерполяцией влажности и плотности шлама:

Влажность шлама, %

45

40

35

Плотность шлама, т/м³

1,550

1,600

1,650

Для рассматриваемого случая т/м³.

Тогда на обе печи необходимо подать шлама:

м³/ч;

м³/сут;

м³/год.

6.3 Материальный баланс отделения помола сырья

Из предыдущих расчётов следует, что отделение помола сырья, работающее с выходными днями (307 суток в году по 3 смены в сутки), должно обеспечить помол т/год сухих сырьевых материалов.

Следовательно, должно быть измолотого сухого сырья в сутки:

т; в час: т.

В том числе расход отдельных компонентов составит:

а) мела

в час: т;

в сутки: т;

в год: т;

б) каолина

в час: т;

в сутки: т;

в год: т;

в) песка

в час: т;

в сутки: т;

в год: т.

Для образования шлама одновременно с исходными материалами в сырьевые мельницы подается вода. Потребность в воде определяется по формуле

,

где - количество воды, необходимое для приготовления шлама, м³/ч; - плотность шлама, т/м³; - потребность в готовом шламе, м³/ч; - потребность в сухом сырье, т/ч; - количество воды, потребляемое соответственно с мелом, глиной и песком, т/ч.

На основании приведённых ранее расчётов м³/ч; т/м³; т/ч; т/ч; т/ч; т/ч.

Подставляя эти данные в формулу, определим расход воды на приготовление шлама:

т/ч;

101,76·24=2442,24 т/сутки; 2442,24·307=749767,68 т/год.

6.4 Материальный баланс карьера и дробильного отделения

Общие потери сырья составляют 2,5%, из них 1,5% - это потери на карьере, при транспортировке и дроблении в дробильном отделении и 1% - потери сырья с отходящими газами вращающихся печей. Карьер, как и дробильное отделение, работает с выходными днями - 307 суток в году по 2 смены в сутки: 307·16=4912 ч.

Для производства 1000200 т/год клинкера необходимое количество материалов, как было посчитано выше, составляет: мела - 1400022 т/год; каолина - 201229 т/год; песка - 127336 т/год.

С учётом 1,5% потерь потребуется:

а) мела

т/год;

т/сут;

т/ч;

б) каолина

т/год;

т/сут;

т/ч;

в) песка

т/год;

т/сут;

т/ч.

Таким образом, производительность карьера должна обеспечить добычу, а дробильное отделение - дробление следующего количества материалов (табл. 7.4.1).

Таблица 7.4.1. Расход материалов дробильного отделения (т)

6.5 Материальный баланс клинкерного склада и отделения помола цемента