Обоснование технологической схемы производства ПЦ

Процесс производства портландцемента состоит из ряда технологических операций, которые можно разделить на два самостоятельных комплекса. В первый комплекс входят операции по производству клинкера, второй комплекс операций охватывает измельчение клинкера совместно с гипсом и другими добавками, т. е. приготовление портландцемента.

• подготовки сырьевых материалов для обжига;
• подготовки топлива;
• обжига сырьевых материалов (получение клинкера).
Этим операциям предшествует добыча сырьевых материалов в карьерах.
Цементные заводы строят, как правило, вблизи месторождений основных сырьевых материалов - известняка и глины. В этом случае уменьшаются транспортные затраты и отпадает необходимость создавать большие запасы сырья на площадке завода. В исключительных случаях, а также при необходимости улучшить качество сырьевой смеси цементные заводы получают сырьевые материалы с отдаленных месторождений.
Залежи известняка располагаются под слоем вскрышной породы, высота которой может достигать 5 м и более. Вскрышу, которая на отечественных месторождениях составляет в среднем 1 -1,5 м, удаляют экскаваторами, бульдозерами, а также гидромеханическим способом с помощью гидромониторов.
В зависимости от мощности (высоты слоя) известняк разрабатывают одним или несколькими уступами высотой 10-15 м каждый. Первичное рыхление пласта известняка производят взрывом. При этом заряд закладывают в

Куски взорванной породы размером до 1000 мм в поперечнике грузят экскаватором на транспортные средства и отправляют на завод. Более крупные куски предварительно разбивают при помощи ручных пневматических перфораторов. В качестве транспортных средств для перевозки известняка используют вагонетки, платформы, самосвалы. Кроме того, в зависимости от местных условий применяют ленточные транспортеры и воздушно-канатные дороги.

Глину разрабатывают с помощью экскаватора или гидромеханическим способом. Транспортируют ее теми же средствами, что и известняк, или посредством гидротранспорта. Если глину добывают гидромеханическим способом, образующийся при размыве пласта глины глиняный шлам перекачивают на завод. Если же глину добывают экскаваторами, а подают на завод гидротранспортом, то в карьере устанавливают глиноболтушки, в которых глина распускается, а затем в виде шлама перекачивается на завод. Таким же способом можно добывать и транспортировать мягкий известняковый компонент (мел).

Обычно на территории завода не организуют запасов известняка и глины. Однако на заводах большой мощности, и особенно при суровых климатических условиях, рекомендуется создавать запасы материалов на случай непогоды, сильных морозов или поломки оборудования и транспортных средств.

Основная задача комплекса клинкерного производства - это получение из сырьевых материалов клинкера заданного минералогического состава. Для этого необходимо, чтобы окислы сырьевых материалов - глины и известняка - наиболее полно прореагировали между собой и образовали клинкерные минералы. Качество и скорость реакции этого процесса зависят от степени

Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. Например, в присутствии воды облегчается измельчение материалов и проще достигается однородность смеси, но расход тепла на обжиг сырьевой смеси при мокром способе на 30-40% больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастает необходимая емкость печи при обжиге «мокрой» сырьевой смеси (шлама), так как значительная часть ее выполняет функции испарителя воды. К тому же, при сухом способе производства цемента значительно снижаются выбросы углекислого газа в атмосферу.

Результаты технико-экономического анализа мокрого и сухого способов производства портландцемента определили возникновение третьего - комбинированного способа. Сущность его заключается в том, что сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем смесь максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи. Таким образом, комбинированный способ производства портландцемента сочетает в себе преимущества мокрого и сухого способов. При этом способе почти на 30% снижается расход топлива и примерно на 10% капитальные затраты по сравнению с мокрым способом. Однако на 10-15% возрастает трудоемкость производства и на 15-20% повышается расход электроэнергии.

В производстве цемента мокрым способом применяется такая технологическая схема. Из карьеров поступает твёрдый известняк кусками различного размера. В производственных дробильных агрегатах эти куски подвергаются двум или трём стадиям дробления до той степени, пока основная масса твёрдого известняка не будет достигать определённого размера кусочков до 8-10 мм. К примеру Щековые дробилки на начальной стадии известняк проходит двухстадийное дробление в начале в щековой дробилка с простым качанием щеки. (рисунок)

Рисунок 2.5.1

При вращении экс­центрикового вала 4 поднимается и опускается основа­ние шатуна 5. При этом распорные плиты 9 и 10 изменя­ют угол своего наклона, в результате этого происходит качание подвижной щеки 2 вокруг оси 3. Камень, загру­жаемый в пространство между неподвижной 1 и подвиж­ной 2 щеками, подвергается дроблению. При отходе щеки в первоначальное положение раздавливаемые кус­ки выпадают из дробилки через выходную щель. Изме­няя размер этой щели, можно регулировать крупность дробления.

Масса, состоящая из кусков небольшого размера проходит заключительное дробление на вальцовых дробительных агрегатах. Валковые дробилки применяют преимущественно для вторичного дробления нерудных строительных материалов средней и высокой прочности, а также для предварительного измельчения глин в кирпичном производстве.

Рис. 1. Валковая дробилка
1 — рама; 2, 11 — подшипники; 3 — неподвижный валок; 4 — рифленый бандаж; 5 —загрузочный бункер; 6 —подвижный валок; 7—гладкий бандаж; 8 — кожух; 9 — предохранительные кольца; 10 — пружина; 12, 14—вал; 13.— регулировочные планки; 15, 17 — шестерни; 18 — приводной вал; 19— шкив

Валковые дробилки в основном применяют для вторичного дробления (среднего и мелкого). Их обычно используют при дроблении известняка,

Валковые дробилки отличаются многообразием конструктивных решений в зависимости от вида обрабатываемого сырья. Классифицируют их по следующим основным признакам.

По методу установки валков: дробилки с одной парой подвижных и другой парой неподвижных подшипников; дробилки с подвижно установленными подшипниками; дробилки с двумя закрепленными подшипниками.

По конструкции валков: дробилки с гладкими валками; дробилки с ребристыми валками; дробилки с зубчатыми валками; дробилки с гладким и винтовым валками.

По принципу действия: валковые дробилки, действующие раздавливанием; валковые дробилки, в которых раздавливание сочетается с истиранием, раскалыванием или разрыванием материала; валковые Дробилки, действующие раздавливанием и частичным ударом.

По количеству валков: одно-, двух-, трех- и четырех-валковые дробилки, реже пят и валковые.

Наиболее часто применяют валковые дробилки с одной парой подвижных и с другой парой неподвижных подшипников. В этом типе дробилок подвижные подшипники скользят по направляющим. Подвижные подшипники удерживаются на месте пружинами, сжимаемыми специальными болтами. При попадании недробимых предметов пружины под действием увеличивающейся нагрузки сжимаются, в результате чего увеличивается зазор между валками и недробимый предмет выпадает из дробилки. Под действием пружин подшипники с валком возвращаются в исходное положение.

Дробилки с подвижно установленными подшипниками на обоих валках из-за сложности конструкции не нашли достаточно широкого применения.

Размеры разгрузочного отверстия в дробилках всех типов регулируются при помощи прокладок или передвижных конусов.

Применение валков с разной рабочей поверхностью — гладкой, ребристой, дырчатой или зубчатой — диктуется физико-механическими свойствами

Валки, как правило, вращаются с одинаковой скоростью. В том случае, когда скорости различны, усиливается истирающее действие валков на дробимый материал. При обработке влажных и пластичных материалов, например глины, для увеличения истирающего действия часто одному из валков сообщают кроме вращательного также и небольшое возвратно-поступательное движение вдоль оси.

Диаметр гладких валков должен быть в 15—20 раз больше размера поступающего куска, а так как обычно валки изготовляют диаметром не более 1200 мм (реже 1500 мм), то размер поступающих кусков не должен превышать 70 мм. Поэтому валковые дробилки с гладкими валками пригодны лишь для среднего и мелкого дробления. Один из существенных недостатков дробилок с гладкими валками — выпуск продукта лещадной формы. Все это ограничивает применение валковых дробилок для дробления каменных пород. Дробилки с ребристыми или рифлеными валками могут захватывать куски, размеры которых в 1,5—2 раза больше размера кусков, захватываемых гладкими валками: валки с зубчатой поверхностью дробят куски, размер которых составляет 0,5 и более диаметра валка.

Для правильной эксплуатации валковых дробилок необходима непрерывная и равномерная подача дробимого материала по всей длине валка. Степень измельчения зависит от свойств дробимого материала и конструкции валков и принимается для твердых и прочных пород, для мягких и вязких. При дроблении в зубчатых валках вязких глинистых материалов степень измельчения доходит до 11—12 и даже более.

Принципиальные схемы наиболее распространенных валковых дробилок (и вальцов) приведены на рис. 1-19.

Для дробления каменных пород средней и малой прочности используют дробилки, показанные на рис. 1-19, а. Для лучшего захвата кусков один из валков выполняют рифленым. Число оборотов валков одинаковое: п1 = п2.

На рис. 1-19, б представлена схема дробилки для измельчения хрупких материалов (например, угля), а также сухих глин. Оба валка зубчатые, что позволяет значительно увеличивать размеры кусков, поступающих на дробление.

Рис. 1-19. Схемы валковых дробилок

В процессе измельчения глина продавливается через отверстия внутрь валков и отводится через открытые торцы дырчатых валков; недробимые включения, раздвигая валки, падают вниз в специальный бункер. Число оборотов валков, одинаковое.

На рис. 1-19, ж представлена схема дезинтеграторных (камневы-делительных) вальцов: – большого валка составляет 35—50 об/мин, – малого ребристого 400—500 об/мин.

Применяются для измельчения глин при одновременном удалении недробимых включений. Выделение камней происходит по схеме, показанной на рисунке. Под ударами ребер малого валка глина деформируется, вследствие чего поглощается значительная часть энергии удара и глина с небольшой скоростью отбрасывается на большой (тихоходный) валок и далее затягивается в зазор между валками. При попадании камня большая часть энергии удара превращается в ускорение

На рис. 1-19, д представлена схема камневыделительных вальцов, в которых один из валков гладкий, а другой имеет винтовую поверхность (правую и левую нарезку). Глина затягивается в зазор между валками, а камни винтовыми выступами отводятся на стороны в отвал.

На рис. 1-20 показаны схемы наиболее распространенных приводов валковых дробилок. Чтобы не нарушить передачи вращения при отходе одного из валков (при проходе недробимых включений), применяют шестерни с удлиненным зубом (схемы а и в); индивидуальные, независимые друг от друга приводы (б); удлиненные валы с шарнирами Гука — Кардана (г) или- замкнутую плоскоременную передачу (д), обеспечивающую вращение обоих валков одним ремнем.

Одновалковая зубчатая дробилка. Одновалковые дробилки отличаются многообразием конструктивных решений. На рис. 1-21 приведена схема одновалковой зубчатой дробилки для крупного измельчения вязких пород средней и малой прочности (мергель, глина и др.), а также угля.

На валу (рис. 1-21) насажены диски с закрепленными на них зубчатыми сборными бандажами. На шарнире закреплена подвеска, прижимаемая к валку тягами и пружинами. В паз подвески закладывается съемная плита. Исходный материал загружается через воронку.

Угол захвата одновалковой зубчатой дробилки примерно в два раза меньше, чем у двухвалковой при одинаковом диаметре валков. Поэтому в этой дробилке легко захватываются крупные куски. Степень измельчения, достигаемая на одновалковой зубчатой дробилке, и выше.

Рис. 1-20. Схемы приводов валковых дробилок
1 — шестерни с удлиненным зубом; 2 — плоскоременная передача; 3 — валки; 4 — механизм осевого перемещения валка; 5 — стяжные болты; 6 — привод

Рис. 1-22. Схема определения угла захвата валковой дробилки

Определение производительности валковых дробилок. Производительность дробилки с гладкими валками можно определить по объему непрерывной ленты раздробленного продукта, выходящей в единицу времени из разгрузочного отверстия со скоростью, соответствующей окружной скорости валков.

Такие же стадии дробления проходит и поступающая из карьера глина, размер кусков которой после обработки в вальцовых дробилках доходит до 0-100 мм, после обработки в вальцовых дробилках полученную смесь отмачивают в специальных болтушках. Получается глиняный шлам, имеющий влажность до 70 %, в таком виде шлам поступает в сырьевую мельницу, в которой полученная глиняная масса проходит процесс смешивания и дополнительного размалывания месте с предварительно раздробленной известняковой массой. В производстве некоторых видов

Получается шлам, имеющий влажность около 40%, - эта масса с применением центробежных насосов транспортируется в