Технология производства цемента на ЗАО "Невьянский цементник"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Кафедра “Технологии вяжущих материалов и строительных изделий”

ОТЧЕТ

ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ, ПРОЙДЕННОЙ НА ЗАО “НЕВЬЯНСКИЙ ЦЕМЕНТНИК”

Руководитель Капустин А. Ф.

Рагозин Д. В.

Студент Сташенко С. А.

Группа Мт-401201

г. Екатеринбург 2014 г.



ВВЕДЕНИЕ

Цементная отрасль наряду с металлургией, электроэнергетикой, химией и машиностроением определяет экономический потенциал и уровень промышленного развития страны. Динамично развивающийся строительно-инвестиционный комплекс России, основу которого составляет цементная промышленность, дает возможности расширения объемов производства и ассортимента выпускаемой продукции.

Цементная промышленность -- базовая отрасль в комплексе отраслей, производящих строительные материалы. Роль цемента в современном строительстве очень велика, его ничем невозможно равноценно заменить. Цемент и изготовляемые из него бетон и железобетон являются в настоящее время основными строительными материалами, которые используются в самых разнообразных областях строительства. При этом цемент остается относительно простым, универсальным и дешевым веществом.

С целью изучения технологии производства цемента на ЗАО “Невьянский цементник” была пройдена практика, где были подробно изучены следующие разносторонние вопросы, материалы по технологии, оборудованию, качеству и свойствам цементов:

1. Технологическая схема производства цемента на ЗАО “Невьянский цементник”;

2. Ассортимент выпускаемой продукции, сырье для его производства;

3. Месторождения цементного сырья;

4. Контроль технологического процесса, сырья, полуфабриката и цемента;

5. Технология и оборудование цементного производства, особенности конструкции основного оборудования;

6. Контроль, учет и регулирование процесса производства цемента.

ЗАО “Невьянский цементник” создано в 2008 году путем реорганизации ОАО “Невьянский цементник”. Предприятие оснащено технологической линией с полным циклом производства цемента по сухому способу и включает в себя вращающуюся печь с циклонными теплообменниками и реактором - декарбонизатором производительностью 125 тонн в час, две сырьевые мельницы с одновременной подсушкой сырья производительностью 130 тонн каждая, колосниковый холодильник клинкера, две цементные мельницы производительностью 90 тонн в час каждая. ЗАО “Невьянский цементник” является одним из наиболее стабильно развивающихся предприятий цементной промышленности Уральского региона, производящее цемент по уникальной для России технологии с применением сухого способа. “Невьянский цементник” обладает мощным экскаваторным парком, дробильно-перерабатывающим оборудованием. Горная масса из забоя доставляется в приемные бункеры 40-тонными самосвалами БелАЗ. На предприятии работает фасовочная линия для упаковки цемента в мешки 50 кг и однотонные мягкие контейнеры. Это единственный в Уральском регионе завод, на котором помол цемента производится в замкнутом цикле, что позволяет производить его с заданными характеристиками, такими как тонкость помола и удельная поверхность. Продукция завода поставляется в Свердловскую, Челябинскую, Пермскую, Курганскую, Тюменскую области, в Республики Башкортостан, Татарстан, Удмуртия, Ямало-Ненецкий и Ханты-Мансийский автономные округи.

Весь цемент, производимый ЗАО “Невьянский цементник”, реализуется через сбытовой Уральский филиал компании “ЕВРОЦЕМЕНТ групп”.



1. Характеристика предприятия ЗАО “Невьянский цементник”

В 1916 году журнал "Цемент, камень, железо" сообщил, что на Урале, где ранее не было производства цемента, строится один из крупнейших цементных заводов Невьянский, сооружение которого началось в 1913 году. Он был оборудован по последнему слову техники и находится в весьма благоприятных условиях, так как все сырьевые материалы добываются на месте. В самом начале XX столетия вблизи Невьянска были открыты богатейшие месторождения известняков и глины с хорошими качественными характеристиками, пригодных для производства. Этим не замедлило воспользоваться акционерное общество невьянских горных и механических заводов П.С. Яковлева, принявшее решение строить близ города цементный завод. При выборе места учитывались все важнейшие факторы: интенсивное промышленное развитие Урала, хорошее географическое расположение Невьянска, имеющего отличные транспортные связи с промышленными округами, дешевое сырье, отсутствие на Урале цементных заводов и постоянно растущий в связи с этим спрос на важнейший строительный материал.

Проект строительства был разработан немецким акционерным обществом "Крупна" в г. Магдебурге в 1913 году. Им предусматривалась установка одной глиноболтушки, двух сырьевых мельниц и 8 вертикальных шламбассейнов. Клинкер обжигался в двух вращающихся печах размерами 2,5 60 м производительностью 6 т/час и охлаждался в барабанных холодильниках, расположенных между опорами вращающихся печей, откуда вручную в вагонетках вывозился в склад клинкера. Помол цемента производился в трех цементных мельницах с часовой производительностью 5 т и от них системой элеваторов и ленточных транспортеров подавался в прямоугольные цементные силоса. Угольный порошок готовился в четырех мельницах производительностью 3,5 т/ч каждая. Цемент упаковывали в деревянные бочки весом 155 кг. Для их изготовления был построен специальный бондарный цех. Оборудование для цементного завода поставляла фирма «Крупна», оно по тому времени было последним словом науки и техники в цементном производстве. Все основное технологическое оборудование, за исключением печей и мельниц, приводилось в движение большим количеством трансмиссий. Энергия вырабатывалась в котельной, запроектированной на основе английских котлов, немецкой турбины мощностью 2000 кВт.

Строительство завода было начато 18 июня 1913 года и велось параллельно с его проектированием, причем очень высокими темпами. Уже 2 августа было закончено бетонирование средних фундаментных опор под вращающиеся печи, а осенью фундаменты и кирпичные стены производственных корпусов сданы под монтаж строительных металлоконструкций. 7 мая 1914 года вращающиеся печи были разожжены. Вся постройка завода акционерному обществу обошлась в 1657 тыс. рублей. Завод выпускал портландцемент, которому была присвоена торговая марка "Соболь". Его прочность в 1914 году оценивалась от 214 до 309 кг/см2.

В 1917 году завод был вообще остановлен, работал только бондарный цех. Вопросы о пуске завода возникали неоднократно. Но только в сентябре 1925 года президиум ВСНХ принимает решение о восстановлении и пуске Невьянского цементного завода. Назначается директор завода. Им стал Н Л. Скорынин, награжденный за боевые заслуги в годы гражданской войны серебряным оружием и орденом Красного Знамени. Техническим руководителем утверждается В. В. Миловидов. Восстановительные работы заняли немного времени: с октября 1925 г. по февраль 1926 г. Пуск завода в эксплуатацию состоялся 21 февраля 1926 г. в торжественной обстановке. Возобновление производства цемента положительно отразилось на становлении всей промышленности Уральского экономического района, на осуществлении планов индустриализации, к которой приступили в стране в годы первых пятилеток.

В 1927 году на завод пришла большая группа рабочих, которые в последующем стали кадровым костяком коллектива, отличными специалистами, основателями трудовых династий. В год пуска завода созданный коллектив добивается первого успеха - выпуска 46,5 тыс. тонн цемента. И затем из года в год невьянцы постоянно ведут работу по наращиванию его выпуска: в 1927 году было уже 55,7 тыс. тонн, в 1929 г. 67,5 тыс. тонн. С 1926 по 1929 год заводом руководил директор А. А. Ждановских, герой войны с кайзеровской Германией и гражданской войны. Благодаря его настойчивости, умению работать с людьми, принимать смелые решения была обеспечена успешная работа завода в 1926 - 1929 годы.

В условиях острой нехватки топлива, электроэнергии, запасных частей, отсутствия квалифицированных кадров рабочий коллектив добивается ежегодного выпуска цемента в пределах 64,4 - 67,5 тыс. тонн. Цемент направляется на такие новостройки - первенцы первой пятилетки, как “Уралмашстрой”, “Челябтракторстрой”, “Магнитогорскстрой”, “Уралмедь-строй” и другие. В 1931 году по техническому проекту института “Цемпроект” начинается строительство третьей технологической линии. Третья вращающаяся печь размером 3 х 70 м с часовой производительностью 11 т клинкера вступила в строй действующих 5 марта 1932 года. Строительство объектов третьей технологической линии шло все тридцатые годы. В первой пятилетке основной продукцией завода был портландцемент марки “О” (обыкновенный) и “OO” (повышенной прочности) по действовавшему в то время стандарту. Эти марки соответствовали маркам портландцемента 160 и 270 нового стандарта, введенного в действие в 1936 году.

В 1935 году сделано глиноземистого цемента 474 тонны, в 1936 году - 3375 тонн. В 1937 году выпущено 2279 тонн шлакоглиноземистого цемента. В 1936 году завод одним из первых на Урале и в Советском Союзе перешел на массовый выпуск шлакопортландцемента. В последующем шлакопортландцемент стал основным видом продукции предприятия. В 1937 году обсуждается вызов коллектива Сухоложского цементного завода на социалистическое соревнование и с ним подписывается первый договор. Это соревнование продолжалось 50 лет.

Из-за отсутствия угля производство цемента приостановили в 1942 г. на 7 месяцев, в 1943 г. - на 3 месяца. Но тем не менее, за исключением 1942 года, завод ежегодно отгружал оборонным стройкам Урала по 70 - 80 тыс. тонн цемента. Одновременно по правительственным заданиям организуется добыча каолиновых глин и торфа, налаживается выпуск взрывчатки, окопных печей, химических грелок, чугунных шаров и цильпебса. Выпускаются учебные авиабомбы, ручные гранаты и зубной цемент.

В июне 1944 года за выполнение плана производства цемента на 100,4 % нарком промстройматериалов СССР объявил коллективу завода благодарность. В 1945 году работа цементного завода значительно улучшается. В мае невьянским цементникам присуждается переходящее Красное Знамя ВЦСПС и НК ПСМ СССР с первой денежной премией в сумме 50000 рублей, в июне - вторая денежная премия в сумме 40000 рублей. 15 октября 1946 года за обеспечение своим самоотверженным доблестным трудом победы советского народа над фашисткой Германией 258 цементников были награждены медалью “За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941 - 1945 гг.”.

Законом о пятилетнем плане восстановления и развития народного хозяйства СССР на 1946 -1950 годы была поставлена задача восстановить пострадавшие в период войны районы страны, восстановить довоенный уровень промышленности и сельского хозяйства и значительно его превзойти. Для этого требовалось большое количество цемента. Поэтому для цементной промышленности конкретная программа была сформулирована так: восстановить и построить новые цементные заводы мощностью 9,4 млн. тонн, выпуск цемента довести в 1950 г. до 10,5 млн. тонн. В первом после великой победы году невьянцы сразу же взяли высокие темпы по выпуску цемента. В 1946 году его было произведено 329,5 тыс. тонн, в 1950 г. - уже 300 тыс. тонн.

В 1950 году стройки Большого Урала сверх государственного плана от Невьянских цементников получили 12,8 тыс. тонн цемента. В этом же году выпуск цемента доведен до 300 тыс. тонн. Это в 2,3 раза больше, чем в первый послевоенный год. А через 5 лет производство цемента возрастает по сравнению с 1950 годом в 1,7 раза, и 1955 году было уже выпущено 523,6 тыс. тонн цемента. Подобный рост выпуска продукции обеспечен за счет модернизации трех вращающихся печей. В 1953 - 1954 годы печи были подвергнуты коренной реконструкции в связи с изменением их профиля. Постепенно корпуса печных агрегатов диаметром 2,5 м менялись сначала на диаметр 3,0 м, затем на 3,3 м и потом на 3,6 м. Это была первая подобная реконструкция печей в 50 - е годы на цементных заводах Урала.

С 1945 по 1951 год среди 6 цементных заводов Урала Невьянский завод был всегда первым по объему производства цемента. И лишь только в 1952 году это первенство он уступил новому Магнитогорскому цементному заводу. Однако коллектив все пятидесятые годы упорно трудился над увеличением объемов выпуска цемента, и это всегда ему удавалось. Если этого важнейшего строительного материала в 1950 году было выпущено 300 тыс. тонн, то в 1960 году уже 615 тыс. тонн. За 10 лет сверх плана произведено 44 тыс. тонн цемента.

Невьянский цементный завод, начиная с мая 1914 года, выпускает цемент для нужд строительной промышленности. В мае 2004 года предприятию исполнилось 90 лет. За годы работы им выпущено более 36 млн. тонн цемента.

В 80 - х годах была проведена полная реконструкция завода. С 1987 года цемент производится сухим способом на модернизированной по лицензии японских компаний технологической линии.

Технологическая линия производства цемента представляет собой законченный цикл - от добычи, дробления сырья и приготовления сырьевой муки до обжига ее во вращающейся печи длиной 80 и диаметром 4,5 метра. Двухветвевой четырехступенчатый циклонный теплообменник с реактором - декарбонизатором позволяет производить до 3000 тонн клинкера в сутки. Помол клинкера с добавками и получение цемента различных видов происходит в двух цементных мельницах 4,0 ? 13,5 м, работающих в замкнутом цикле с центробежным сепаратором. Производительность их - 85 тонн в час. Хранится цемент в 9 силосах - от 2 до 4 тыс. тонн каждый. Круглосуточно идет отгрузка готовой продукции в железнодорожные вагоны и автомашины. На заводе запущена и успешно работает линия упаковки цемента в мешки 50 кг чешского производства и две установки по расфасовке цемента в мягкие контейнеры по 1 тонне.

ЗАО «Невьянский цементник» на сегодняшний день является одним из современным предприятием цементной промышленности в стране, технологическая линия данной модификации является единственной в Российской Федерации.

В 2003 году предприятием выпущено 927 тыс. тонн цемента, что на 24 % больше показателя 2002 года. В 2004 году впервые за всю историю работы новой технологической линии планируется выйти на ее производственную мощность - 1,1 млн. тонн цемента в год, что на 20 % больше чем в 2003 году. Наряду с этим, в соответствии с требованиями рынка, резко увеличивается доля выпуска бездобавочных марок цемента. Увеличивается объем отгрузки фасованного цемента.

В ноябре 2004 года ОАО «Невьянский цементник» получило сертификат соответствия системы менеджмента качества на соответствие требованиям ГОСТ РИСО 9001-2001 применительно к производству цемента.

С июля 2008 года завод перешел на выпуск цемента по ГОСТ 31108-2003 и выпускает следующие типы и классы цемента: ЦЕМ I 42,5Н (взамен марок ПЦ 500-Д0 и ПЦ 400-Д0), ЦЕМ II/А-Ш 32,5Н (взамен марки ПЦ 400-Д20), ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н (взамен марки ШПЦ 400). В 2009 году на заводе освоено производство тампонажного цемента для низких и нормальных температур ПЦТ I-50 по ГОСТ 1581-96 и ПЦ 500-Д0-Н по ГОСТ 10178-85, получены сертификаты соответствия.

На большинстве цементных заводов для производства клинкера используется сырьевая смесь карбонатных и глинистых пород. С карбонатными породами в сырьевую смесь вносится в основном окись кальция (в виде карбоната), а с глинистыми - кремнезем, глинозем и окислы железа.

Помимо природных сырьевых материалов для приготовления сырьевых смесей используются побочные продукты и отходы других отраслей производства: доменный шлак, огарки и др.

Основными сырьевыми материалами являются известковый и глинистый компоненты, третий и четвертый компоненты - корректирующие добавки.

Химический состав клинкера, применяемого в настоящее время для производства цемента на ЗАО “Невьянский цементник” приведен в табл. 1

Таблица 1

Химический состав
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	CaO св	FeO
21,5	5,79	4,75	66,1	1,391	0,2	0,4	0,46	0,28

Таблица 2

n	P	КН
2,0	1,2	0,9

Таблица 3

Минералогический состав
C3S	C2S	C3A	C4AF
57,8	18,2	7,3	14,4

Имея четырехкомпонентную сырьевую шихту, позволяющую производить клинкера с любыми заданными характеристиками, завод может быстро настроиться на выпуск клинкеров для высокопрочных и быстротвердеющих цементов.

Перечень основного технологического оборудования, используемого при производстве цементов на ЗАО “Невьянский цементник” Таблица 4

№ п/п	Наименование основного технологического оборудования, находящегося в эксплуатации	марка	Пр-сть, т/ч	Количество
1.	Щековая дробилка	СМД-117Б	500	1
2.	Молотковая дробилка	СМД-97А	500	1
3.	Дробилка двухвалковая	СМД -175 А	70	1
4.	Сушильный барабан песка и глины O 3,5 х 27м	БН-3, 5-27-НУ-01	70	1
5.	Мельница сепараторная шаровая O 4,2 х 10 м	СММ 2,4А	130	2
6.	Печной агрегат с вращающейся печью СМЦ-9 O4,5 х 80 м, циклонным теплообменником СМЦ-19, реактором-декарбонизатором и колосниковым холодильником СМЦ-33	ПВСД 4,5 х 80	125	1
7.	Цементная мельница O4 х 13,5м с центробежным сепаратором СМЦ-420	СММ 213,2	85	2
8.	Сушильный барабан шлака O2,2 х 17 м	-	17	4
9.	Карусельная упаковочная машина фирмы «PSP Чехия»	PRM 8 Z	35	1
10.	Загрузочная установка в мягкие контейнеры фирмы ООО «Вселуг»	ВСЕЛУГ тм НМК1	30	1

Основное технологическое оборудование содержится в исправном состоянии. На предприятии ежегодно составляются графики планово-предупредительных ремонтов основного оборудовании, согласно которым ремонтные службы предприятия осуществляют капитальные ремонты и техобслуживание оборудования.



2. СЫРЬЕВОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Дробленный известняк, высушенная глина, песок и огарки через весовые дозаторы в заданном процентном соотношении поступают на систему сборных (главных) ленточных конвейеров (B = 1600 мм, L1 = 87 м, L2 = 127 м, L3 = 11,5 м). Образованная таким образом сырьевая шихта поступает в распределительный бункер - “штаны”, внутри которого находится распределитель. Регулируя положение распределителя можно подавать сырьевую смесь на один, на другой или на оба ленточных питателя (B = 1000 мм, L = 3,4 м), питающих сырьевые мельницы (4,2 10 м), работающие в замкнутом цикле с проходными сепараторами D = 5,5 м.

Барабанная сырьевая мельница размерами 4,2 10 м предназначена для тонкого помола сырьевых компонентов и одновременной их подсушки.

Барабанная мельница представляет собой горизонтально расположенный барабан, частично заполненный мелющими телами (шары, стержни).

Материал в мельнице измельчается в основном за счет ударной работы падающих мелющих тел при незначительной работе трения. При вращении мельницы мелющие тела под действием центробежной силы прижимаются к внутренней стенке корпуса и поднимаются на определенную высоту, под действием силы тяжести отрываются от корпуса и при падении разбивают куски материала, которые непрерывно поступают через загрузочную цапфу. Измельченный материал непрерывно выходит в другом конце мельницы.

Барабанные мельницы в зависимости от схемы помола различают открытого или замкнутого цикла. Помол по замкнутому циклу характеризуется тем, что мельница работает в соединении с классификатором - сепаратором. В этом случае в мельнице не заканчивается помол всего поданного в нее материала до заданной конечной тонкости. Отбор частиц заданного размера производится сепаратором, а мельница измельчает материал только для сепарации. Весь выходящий из мельницы материал, как крупный, так и мелкий, проходит через сепаратор, в котором происходит отделение материала заданной тонкости помола. Крупные зерна из сепаратора возвращаются в мельницу для помола.

Перед помолом сырьевые материалы высушиваются в сушильных барабанах. Влажность подаваемых в мельницы материалов при сухом помоле не должна превышать 5 %.

Корпус мельницы изготовлен из стальных листов толщиной до 40 мм. С торцевых сторон корпус закрыт днищами, отлитыми вместе с пустотелыми цапфами, которыми мельница опирается на цапфовые подшипники скольжения.

Загрузочная часть мельницы (рис. 19) состоит из течки 1, по которой материал поступает в загрузочный патрубок 2, изготовленный из листовой стали и прикрепленный болтами к торцу загрузочной цапфы и вращающийся вместе с ней. В этом патрубке радиально расположены лопасти, предназначенные для подачи материала в цапфу. В последнюю вставлена и неподвижно закреплена стальная втулка 3, имеющая винтовые лопасти 4 для продвижения материала в барабан.



Рис. 19. Схема загрузочной части барабанной мельницы: 1 - течка; 2 - патрубок; 3 - стальная втулка; 4 - винтовые лопасти; 5 - поверхность днища

Эта втулка предохраняет цапфу от износа и торцевой стороной примыкает к футеровке внутренней поверхности днища 5.

На одном конце мельницы жестко закреплена венцовая шестерня. Мельница приводится во вращение безредукторным электродвигателем мощностью 2000 кВт, частота вращения 100 об/мин. Частота вращения мельницы 15,6 об/мин. Привод выполнен по схеме: двигатель - промвал - зубчатая открытая пара.

Мелющие тела - шары - бывают литыми, коваными или штампованными. Изготовляют их из углеродистой, марганцовистой и хромистой стали.

Мельница загружается шарами диаметром 40 - 80 мм. Ассортимент загрузки: 40 мм - 12 т; 50 мм - 18 т; 60 мм - 18 т; 70 мм - 36 т; 80 мм - 36 т. Всего 120 т. Коэффициент заполнения мелющими телами 0,2.

Размеры мелющих тел меняют в зависимости от рода измельчаемого материала. Чем больше зерна материала, поступающего в мельницу, тем крупнее должны быть шары. Средний диаметр мелющих тел уменьшается по ходу движения материала. В конце камеры большое значение имеет процесс истирания, поэтому туда загружают цильпебсы. Расход мелющих тел - 0,04 кг/т сырья.

Постоянный режим работы мельницы обеспечивается периодической, через каждые 100 - 200 ч, догрузкой мелющих тел, а через 1800 - 2000 ч - полной их перегрузкой.

Мелющие тела в процессе помола материала классифицируются: более крупные перемещаются к разгрузочному концу каждой камеры, а более мелкие - к загрузочному. Это явление неблагоприятно сказывается на работе мельницы, так как материал по мере измельчения должен размалываться более мелкими шарами. Этот недостаток устраняется применением классифицирующих бронефутеровок полочного типа, конусно-ступенчатых с каблучковой поверхностью.

Броневая футеровка предохраняет внутренние поверхности барабана мельницы от износа, а также оказывает сопротивление движению мелющих тел. Длина броневых плит 250 - 500 мм, ширина 300 - 400 мм, толщина 50 - 110 мм, масса до 80 кг.

Рабочая поверхность броневых плит бывает плоской, рифленой, волнистой, ребристой и ступенчатой. В зависимости от профиля различают цилиндрические и конусные плиты (по отношению к оси мельницы).

Броневые плиты с каблучковой поверхностью изготовляются из аустенитовой стали. Они в несколько раз износоустойчивее, чем бронеплиты из углеродистой стали. Размеры каблуков и расстояние между ними выбираются соответственно среднему диаметру шаров с таким расчетом, чтобы между ними не могли заклиниваться самые мелкие из загружаемых в камеру шаров. Каблуки можно размещать параллельными рядами или в шахматном порядке. В мельнице с такой футеровкой мелющие тела не скользят по броневым плитам. Броневые плиты, автоматически сортирующие мелющие шары, монтируются внутри мельницы кольцами так, что мелющая поверхность каждого кольца располагается под углом к центральной оси барабана.

Конусно-ступенчатая бронефутеровка образует набор коротких усеченных конусов, обращенных вершиной в сторону разгрузочной части. В мельнице с такой футеровкой более крупные и тяжелые мелющие шары собираются у загрузочного конца, а мелкие, более легкие перемещаются к разгрузочному концу. Благодаря этому отпадает необходимость в перегородках внутри мельницы.

Плиты надежно крепят к барабану мельницы болтами, которые изготовляют из мягкой стали, что обеспечивает тщательность их нарезки.

Для снижения шума между корпусом и плитами укладывают резиновые прокладки.

Помол сырья производится одновременно с его подсушкой отходящими от вращающейся печи газами с температурой 250 0 С.

Из разгрузочного конца мельницы сырьевая мука выносится газами в воздушно-проходной сепаратор, работающий в замкнутом цикле с сырьевой мельницей.

Разделение частиц материала по крупности и объемному весу основано на разнице скоростей, с которой частицы выпадают из воздушного потока.

В воздушно-проходном сепараторе из воздушного потока улавливаются и осаждаются только крупные частицы материала (крупка). Мелкие частицы улавливаются в циклонах, куда направляется запыленный воздух из сепаратора.

Воздушно-проходной сепаратор (рис. 20) состоит из кожухов 2 и 3. Воздух с исходным материалом поступает по патрубку 1 в корпус сепаратора 2. Из-за расширения канала, в котором движется смесь, скорость потока падает и крупные частицы выпадают из смеси под действием силы тяжести. Мелкие частицы проходят вместе с воздухом по направляющим лопаткам 4 во внутренний конус 3, где поток закручивается и из него выпадают частицы средней крупности в результате воздействия на них центробежных сил.

Крупные частицы отводятся из сепаратора по патрубкам 6, а мелкие выносятся по трубе 5 в осадитель. Граница разделения регулируется дросселированием входящего потока или путем изменения угла поворота лопаток 4.

Рис. 20. Схема воздушно-проходного сепаратора: 1 - патрубок; 2 - кожух внешний; 3 - кожух внутренний; 4 - направляющие лопатки; 5 - труба; 6 - патрубки

Получаемая сырьевая мука осаждается в циклонах D = 2,35 м (8 шт.). Она имеет влажность менее 1 %. Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 02 и 008, который составляет 1 и 10 %. Производительность установки - 130 т/ч.

Воздух просасывается через установку при помощи дымососа ДЦ- 25 2, поступает в электрофильтр ЭГА 1 - 40 - 12 - 6 - 4, который в свою очередь просасывается дымососом ДРЦ-21 2. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу по трубе 4,2 120 м. Разрежение перед мельницей - 500 МПа, за мельницей - 4500 МПа, за сепаратором - 4800 МПа. Температура газов перед мельницей - 160 0С, за мельницей - 65 0С.

После осаждения сырьевая мука собирается в бункере и при помощи пневмокамерных насосов ТА - 28 (П = 130 т/ч) по трубопроводу подается в двухъярусные силоса (D = 18 м, H = 60 м, V = 7850 м3, V = 8000 т), предназначенные для хранения, гомогенизации и усреднения сырьевой муки. Нижний ярус силоса выполнен в виде железобетонного цилиндра, верхний - из стальных царг.

Верхний силос - смесительный (D = 17,6 м, H = 12 м, V = 1750 м3, V = 2000 т).

В каждом смесительном силосе и соосно с ним расположена металлическая цилиндрическая камера 6 10 м, полезная вместимость которой до 230 т муки. В нижней части камера жестко связана с днищем силоса, а в верхней - с помощью четырех горизонтальных и радиально расположенных распорных труб так же соединена со стенкой силоса. Верх камеры открытый, а в нижней части имеются восемь проходных отверстий 800 400 мм.

По центру силоса смонтирована вертикальная переливная (выгрузочная) труба диаметром 1000 мм с сужением на выходе из смесительного силоса до 600 мм, которое выходит через перекрытие в ниже расположенный железобетонный запасной силос наружным диаметром 18 м.

На днищах силоса и камеры имеются 112 аэрокоробок, каждая из которых имеет корытообразный штамповочно-сварной корпус с рядом поперечных перегородок, образующих в коробке ряд изолированных друг от друга отсеков. По оси корпуса размещена перфорированная трубка с рядом строго расчетных отверстий для пропуска сжатого воздуха определенного количества.

Для большей интенсификации процесса усреднения муки под обрезами материалопроводов O 300 мм расположены специальные отбойные стальные пластины с конусом для создания кольцеобразной струи материально-воздушной смеси, выходящей из трубопровода со скоростью 20 - 30 м/с. Струя смеси с такой скоростью, интенсивно внедряясь в ранее замолотую сырьевую муку, практически мгновенно усредняет ее.

При периодическом режиме гомогенизации в период перемешивания работает на каждый силос один свой большой нагнетатель, а в период выгрузки - один этот же большой или малый нагнетатель. Два других (большой и малый) нагнетателя находятся в резерве. Большие и малые нагнетатели установлены в отдельном помещении отделения сырьевых мельниц, примыкающего к двухъярусным гомогенизационным силосам.

Отличительной особенностью конструкции смесительных силосов является то, что в них подача сжатого воздуха от нагнетателей производится одновременно во все аэрокоробки, находящиеся в силосе. Причем распределение его в определенных количествах по отдельным аэрокоробкам или даже отсекам в них осуществляется принудительно под напором за счет наличия строго расчетного диаметра и количества отверстий в воздухопроводящих перфорированных трубках и в корпусах аэрокоробок.

Аспирация смесительных и запасных силосов производится с помощью двух рукавных фильтров, оснащенных двумя аспирационными вентиляторами. Аспирационное оборудование размещается в межъярусном пространстве на отметке + 43,00 м, уловленная пыль из рукавных фильтров непрерывно разгружается по течкам в нижерасположенные запасные силосы.

Корректирование сырьевой смеси производится по титру.

Сырьевой силос нарабатывается на ?, после чего отбирается проба и проводится ее экспресс - анализ с определением титра. После этого на дозаторы сырья оператором подается сигнал на дозирование компонентов в соответствии с внесенными корректировками.

После того, как смесь откорректирована и гомогенизирована, она сбрасывается в нижний силос, где хранится (D = 18 м, H = 28 м, V = 6100 м3, V = 6000 т). Общая вместимость двух силосов позволяет иметь запас сырьевой муки, обеспечивающий работу печи в течение 3,3 сут.

Система аэрации верхнего силоса выполнена таким образом, что гомогенизация может осуществляться не только периодически, но и непрерывно. Система гомогенизации сырьевой муки способна при периодическом режиме работы обеспечивать степень усреднения сырьевой муки от 5 до 18, а при непрерывном режиме - 4. Подача воздуха в систему аэрации производится турбонагнетателями ЦНВ - 3 - 12000 м3/ч.

Нижний силос является запасным, и его разрыхлительная система рассчитана на аэрацию для обеспечения равномерной и полной выгрузки сырьевой муки из силоса. Сжатый воздух для аэрации запасных силосов подается от центральной компрессорной. Из запасных силосов сырьевая мука пневмодозирующими установками подается в расходные бункера узла питания печи.

2.1 Циклонный теплообменник

Усиленный циклонный теплообменник предназначен для предварительной тепловой обработки и декарбонизации сырьевой муки за счет использования тепла отходящих из вращающейся печи газов и сжигания части топлива в установке декарбонизатора. В циклонных теплообменниках происходят реакции разложения глины на основные окислы, удаление гидратной воды, начинается и заканчивается декарбонизация и др.

Усиленный циклонный теплообменник разработан с целью увеличения удельной загрузки печи при сохранении стабильности и регулируемости технологического процесса обжига клинкера.

При работе вращающейся печи в линии с применением усиленного циклонного теплообменника технологическое топливо сжигается как в самой вращающейся печи (около 30 %), так и в декарбонизаторе (около 70 %), при этом необходимый для горения топлива воздух в декарбонизатор подается из холодильника клинкера с температурой около 650 0С по специальному воздуховоду, соединяющему декарбонизатор и холодильник.

Главным преимуществом процесса с использованием усиленного циклонного теплообменника является исключительно высокая производительность на единицу объема печи, примерно в 2 - 2,5 раза выше обычного циклонного теплообменника.

Ступени циклона футеруют изнутри огнеупорной керамикой.



2.2 Установка декарбонизатора

Установка декарбонизатора представляет собой агрегат (топку), в которой сжигается технологическое топливо с целью эффективной тепловой обработки сырьевой муки, поступающей из циклонов II ступени.

Декарбонизация осуществляется при температуре около 950 0С путем интенсивного нагрева сырьевой муки во взвешенном состоянии в вихревой камере, куда она, предварительно уже нагретая приблизительно до 750 0С, поступает по течке из циклона второй ступени теплообменника.

Для предохранения металлических стенок от перегрева и сведения к минимуму потерь теплоты в окружающую среду все элементы декарбонизатора изнутри офутерованы; для этого может применяться жаростойкий бетон, кладка из огнеупорного кирпича или сочетание этих футеровочных материалов.

Применение в системе запечного теплообменника реактора - декарбонизатора позволяет довести степень декарбонизации до 80 - 90 %. Внедрение системы - циклонный теплообменник + декарбонизатор - повышает: в 2 - 2,5 раза производительность вращающейся печи при прежнем количестве сжигаемого в зоне спекания топлива; эффективность использования топлива (в декарбонизаторе интенсифицируется процесс декарбонизации известняка во взвешенном состоянии); мощность печного агрегата при меньших геометрических размерах и его удельную производительность.

2.3 Печь

Сырьевая мука, пройдя систему циклонных теплообменников, поступает в печь, где завершаются процессы декарбонизации и клинкерообразования.

Печь предназначена для получения цементного клинкера из сырья, предварительно декарбонизированного в системе циклонного теплообменника.

Вращающаяся печь состоит из корпуса с установленными на нем бандажами, опор, привода, системы гидроупоров, разгрузочной головки, уплотнения разгрузочного конца печи, установки горелки для сжигания топлива, устройств для охлаждения корпуса печи в зоне спекания и горловины, системы жидкой смазки опор и привода печи.

Корпус печей установлен под углом к горизонту на четырех роликоопорах и приводится во вращение при помощи привода.

Верхний конец корпуса входит в загрузочную головку, нижний - в разгрузочную. Со стороны разгрузочного конца в корпус печи вводится топливная горелка.

Корпус печи представляет полый цилиндр, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Он состоит из кольцевых обечаек, изготовленных из листовой стали и сваренных между собой на монтаже.

Загрузочный конец печи выполнен в виде конуса с фланцем, к которому крепятся элеватор и секции порогового конуса.

На разгрузочном конце корпуса печи установлены пороговые футеровочные плиты из жаростойкой стали.

Корпус снабжен четырьмя бандажами, которыми он опирается на роликоопоры.

Бандажи могут быть вварными или устанавливаться по свободно плавающей посадке. Вварные бандажи составляются из двух полуколец, механически обрабатываемых в сборе на заводе - изготовителе и свариваемых окончательно при монтаже. При свободно плавающей посадке бандажей закрепление их на корпусе печи осуществляется при помощи башмаков и упоров. Зазор между накладками, приваренными к корпусу печи, и внутренним диаметров бандажа регулируется прокладками.

Опора включает в себя два опорных блока и раму, на которой они монтируются.

Опорный блок состоит из опорного ролика и двух подшипниковых узлов, смонтированных в раздельных корпусах. Опорный ролик вращается в четырехрядном коническом роликоподшипнике, воспринимающем радиальную нагрузку. Одна из цапф опорного ролика в осевом направлении фиксируется относительно подшипникового корпуса установкой упорных подшипников качения.

Система гидроупоров предназначена для восприятия осевых усилий, передающихся от корпуса печи, а также для регулирования осевого перемещения корпуса по опорным роликам.

Привод предназначен для приведения во вращение корпуса печи. Привод имеет три режима работы: быстрое рабочее вращение, вспомогательное медленное (ремонтное) вращение и более медленное вращение для автоматической сварки кольцевых швов корпуса печи. Каждый режим работы осуществляется от своего электродвигателя.

Привод печи - односторонний и состоит из открытой зубчатой передачи, главного двухступенчатого редуктора, главного асинхронного, регулируемого частотным преобразователем, электродвигателя мощностью 800 кВт (май 2009 г.), вспомогательного привода с редуктором, тормозом и асинхронным электродвигателем, микропривода с асинхронным электродвигателем и ременной передачей для вращения корпуса печи при сварке, соединительных муфт и промсоединения.

Открытая зубчатая передача содержит зубчатый венец на корпусе печи с устройством компенсации температурных расширений печи и подвенцовую шестерню.

Вспомогательный привод, предназначенный для медленного вращения печи при ремонтных работах, содержит асинхронный двигатель, двухступенчатый цилиндрический редуктор, колодочный тормоз с управлением от электрогидравлического толкателя. Соединение тихоходного вала вспомогательного редуктора с главным осуществляется через храповую предохранительную муфту свободного хода.

Разгрузочная головка представляет из себя металлоконструкцию, в которую с одной стороны входит корпус печи, а с другой - горелка. На головке имеется раздвижная дверь для подачи в корпус печи необходимых материалов и устройств. В нижней части головки имеется проем, через который из корпуса печи в холодильник пересыпается клинкер, а из холодильника поступает в печь горячий воздух.

Уплотнение разгрузочной головки предназначено для герметизации зазора между корпусом печи и неподвижной разгрузочной головкой и представляет собой комбинацию уплотнений двух типов - лабиринтного и лепесткового.

Для предотвращения воздействия высоких температур и механического действия обжигаемого материала внутреннюю поверхность корпуса вращающихся печей защищают огнеупорной футеровкой. Кроме того, футеровка значительно уменьшает тепловые потери через стенки печи, воспринимает теплоту и лучистую энергию газов, передает полученную теплоту обжигаемому материалу.

Условия службы футеровки в разных зонах печи различны. В зонах подсушки, подогрева, декарбонизации и охлаждения материал футеровки подвергается температурным и истирающим воздействиям, в зоне спекания печей - термическим, химическим и механическим.

Футеровка корпуса печи (рис. 24) в зоне декарбонизации выполняется шамотным уплотненным кирпичом с толщиной кладки 200 мм. Футеровка экзотермических реакций и зоны спекания осуществляется периклазо-хромитовым кирпичом повышенной плотности, толщина кладки 230 мм. Перед зоной спекания (4 м) и в зоне охлаждения огнеупоры выложены зеброй (чередование рядов из шамотных и периклазо-хромитовых огнеупоров). Конус укладывается кольцами на металлических пластинках через ряд и для выравнивания кладки.

В разгрузочной головке укладывается двухслойная футеровка общей толщиной 350 мм. Теплоизоляционный слой, прилегающий к корпусу головки, состоит из диатомитового кирпича толщиной 113 мм, внутренний слой состоит из шамотного кирпича толщиной 230 мм.

Стойкость футеровки характеризуется рабочим временем (в сутках) наиболее разрушающегося участка (зоны спекания) и зависит от вида применяемого огнеупорного материала, качества футеровочных работ, диаметра печи и режима ее работы, вида топлива и других факторов.

Стойкость футеровки увеличивается с образованием в процессе работы печи на внутренней ее поверхности клинкерной обмазки, что зависит от содержания в спекшемся клинкере жидкой фазы и ее состава. Чем больше жидкой фазы, тем толще обмазка. Для улучшения условий клинкерообразования в сырьевую смесь вводят минерализаторы, понижающие температуру ее плавления - фтористый кальция, кремнефтористые соли кальция, магния или натрия. На ЗАО «Невьянский цементник» минерализаторы не используются из-за опасности забивок циклонов.

Рис. 24. Схема футеровки вращающейся печи

Таблица 5 Техническая характеристика печной установки

Наименование параметра	Ед. изм.	Значение
1	2	3
Удельный расход тепла	кДж/кг	3486
Технологическое топливо		Газ
Установленная мощность	кВт	6560
Коэффициент технического использования агрегата		0,85
Масса агрегата	т	2300
Печь вращающаяся
Внутренний диаметр печи	м	4,5
Длина корпуса	м	80
Уклон печи	%	4
Количество опор	шт.	4
Тип подшипников		Качения
Регулировка корпуса печи в опорах		Системой гидроупоров
Количество гидроупоров	шт.	3
Частота вращения печи	об/мин	0,6 - 3,5
Установленная мощность электродвигателя главного привода	кВт	800
Масса печи	т	1050
Установка циклонного теплообменника с декарбонизатором
Количество ветвей	шт.	2
Количество ступеней в ветви	шт.	4
Количество циклонов в одной ветви: I ступень II ступень III ступень IV ступень	шт.	1 1 1 2
Диаметр циклона: I ступень II ступень III ступень IV ступень	мм	5800 5800 5600 3500
Объем газов, поступающих из печи в циклонный теплообменник	м3/ч	67090
Объем газов, поступающих из холодильника в декарбонизатор	м3/ч	87760
Температура газов, поступающих из печи в циклонный теплообменник	0С	1050
Температура материала, поступающего из циклонного теплообменника в печь	0С	650
Степень декарбонизации сырья, поступающего из циклонного теплообменника в печь	%	80
Коэффициент избытка воздуха перед запечным дымососом	%	30
Масса установки	т	380
Колосниковый холодильник
Производительность	т/сут	3000
Габариты колосниковой решетки	м	29,7 3,92
Полезная площадь колосниковой решетки	м2	116,4
Температура клинкера, входящего в холодильник	0С	1350
Температура клинкера, выходящего из холодильника	0С	90
Высота слоя клинкера на колосниковой решетке	мм	300 - 500
Удельный расход воздуха на охлаждение материала	м3/кг	3 - 3,5
Масса холодильника	т	625
Колонка увлажнения
Количество газов, поступающих в установку	м3/ч	218500
Температура газов на входе	0С	350
Температура газов на выходе	0С	160
Масса установки	т	23
Запечный дымосос
Производительность при температуре газов 350 0С	м3/ч	552000
Развиваемый напор	Па	10500
Концевой дымосос
Количество дымососов	шт	2
Суммарная производительность	м3/ч	544000
Развиваемый напор	Па	1310
Дымосос аспирационной установки
Количество дымососов	шт	2
Производительность при температуре газов 170 0С	м3/ч	544000
Развиваемый напор	Па	1310

В печи за счет ее наклона и вращения сырьевая смесь перемещается от загрузочного конца печи к разгрузочному. При этом происходит дальнейший нагрев материала, его физико-химические превращения и обжиг при высоких температурах (1450 0С), в результате чего образуется цементный клинкер.

В результате обжига сырьевой смеси получается цементный клинкер, содержащий в основном известь и кремнезем, а также глинозем и окись железа, находящиеся в виде силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция.

Образованию конечного продукта - портландцементного клинкера - предшествует ряд физико-химических и теплотехнических процессов, которые протекают в определенных температурных границах - технологических зонах печного агрегата.

Зона испарения физической влаги из сырьевой муки в агрегатах сухого способа занимает небольшое пространство и время в газоходе перед IV ступенью.

В следующей зоне - подогрева и дегидратации (IV и III ступень циклонного теплообменника) - материал нагревается от 90 - 100 до 600 0С. При температуре 450 0С и выше начинаются химические реакции, изменяется химический состав и свойства сырьевой смеси. Органические вещества разлагаются и дегидратируется глинистый компонент. Каолинит распадается на свободные оксиды Si02 и Al2O3, а также начинается декарбонизация углекислого магния MgCO3 = MgO + CO2.

В зоне декарбонизации (I ступень циклонного теплообменника и реактор - декарбонизатор) известняковый компонент сырьевой смеси разлагается по реакциям: CaCO3 = CaO + CO2. Этот участок печи является с теплотехнической точки зрения главной зоной печи с максимальным потреблением тепла. Процесс разложения карбоната кальция начинается при температуре около 600 0С и ускоряется по мере повышения температуры материала, достигая максимума при 900 0С.

Образовавшееся значительное количество свободной извести вступает во взаимодействие с кремнеземом и полуторными оксидами глинистого компонента, в результате чего получаются клинкерные минералы. Процесс твердофазовой реакции образования кристаллов двухкальциевого силиката начинается при температуре ниже 800 0С. В интервале температур 800 - 1000 0С из глинозема глинистого компонента и свободной извести образуется моноалюминат кальция (СА), который при более высокой температуре реагирует с окисью кальция и образует вначале С12A7, а затем C3A в сопровождении с C5A3. В температурном интервале 1000 - 1200 0С реакции в твердой фазе между известью и силикатными составляющими протекают довольно быстро.

Взаимодействие окиси железа с окисью кальция начинается при температуре 800 - 900 0С с образованием C2F, который при более высокой температуре вступает во взаимодействие с алюминатами кальция и переходит в алюмоферриты кальция.

Для более полного прохождения твердофазовых реакций, протекающих, как известно, в местах контактов зерен взаимодействующих компонентов, имеют весьма существенное значение такие факторы, как тонкость помола и однородность сырьевой смеси.

При плохой гомогенизации и крупном помоле смеси образовавшиеся в результате разложения СаСО3 зародышевые кристаллы извести могут остаться в свободном виде и вследствие рекристаллизации не могут быстро взаимодействовать с другими окислами.

В зоне экзотермических реакций (печь) за счет выделения тепла при реакциях образования двухкальциевого силиката, алюминатов С5А3 и С3А и алюмоферритов кальция температура материала резко повышается от 1100 до 1300 0С и выше. При этом в сырьевых компонентах быстро уменьшается содержание свободной извести.

Наиболее ответственная часть печи - зона спекания (печь), где при 1300 - 1450 0С завершается процесс клинкерообразования. В зоне спекания материал расплавляется, в результате чего образуется жидкая фаза. Жидкая фаза вступает во взаимодействие с продуктами реакции в твердом состоянии, т. е. начинается процесс спекания. В начальный период спекания в состав жидкой фазы входят С3А, C4AF, СаО, MgO, при этом C2S находится в твердом состоянии. По мере повышения температуры C2S быстро растворяется в жидкой фазе, насыщается известью СаО до образования 3CaO*Si02 (С3S). С3S выделяется из жидкой фазы в виде кристаллов. Размер кристаллов С3S, зависящий от режимов обжига и охлаждения, влияет на прочность цемента. Наиболее прочные цементы дают клинкеры с мелкокристаллической структурой С3S. При длительном пребывании клинкера в зоне спекания и медленном охлаждении кристаллы С3S укрупняются, что приводит к понижению прочности цемента. При понижении температуры до 1300 0С жидкая фаза начинает застывать, процесс спекания заканчивается.

Образование алита заканчивается в интервале температур 1300 - 1450 0С. Можно представить себе механизм образования алита в результате растворения окиси кальция и двухкальциевого силиката в жидкой фазе с последующей кристаллизацией алита или в результате диффузии молекул окиси кальция в расплаве к кристаллам двухкальциевого силиката, т. е. взаимодействием в твердой фазе.

Время полного усвоения окиси кальция и образования алита в зоне спекания исчисляется в действующих печах от 10 до 25 мин.

В зоне охлаждения печи температура клинкера снижается до 1300-1350 0С. Жидкая фаза застывает, частично выделяя кристаллы минералов С3А, C4AF, C2S, MgO и частично переходя в стекловидное состояние. Из этой зоны клинкер поступает в холодильник печи для окончательного охлаждения.