Главная » Книжные издания

1 2 3 4 5 ... 16

с водой (гашении) и появление в результате этого внутренних растягивающих напряжений в цементном камне, разрывающих или искривляющих образец.

Применяют два метода испытания цемента на равномерность изменения объема: кипячением и выдерживанием в автоклаве при давлении пара 20 ати. Кипячением испытывают портландцемент с содержанием окиси магния до 5%. Метод испытания в автоклаве применяют, когда содержание окиси магния в клинкере портландцемента превышает 5%. В этом случае установить вредное влияние окиси магния только кипячением не удается, так как она, будучи в клинкере сильно пережженной, при температуре кипячения (100°iC) гасится очень медленно. Температура насыщенного пара в автоклаве превышает 200°iC, процесс гашения в этих условиях резко ускоряется.

Испытание кипячением. Из приготовленного указанным.выше способом теста нормальной густоты отвешивают шесть навесок по 75 г и помещают каждую навеску в виде ша,рика на стеклянную пластинку, предварительно протертую машинным маслом. Затем пластинки встряхивают до расплыва ш^ариков в лепешки диаметром 7-8 см и толщиной в середине около 1 см. Приготовленные таким образом лепешки хранят в течение 24±2 ч в ванне с гидравлическим затвором при относительной влажности воздуха 100%. Затем их помещают в бачок с водой и кипятят в течение 4 ч. После этого лепешки в бачке охлаждают, извлекают .из воды и осматривают. Оставшиеся две лепешки хранят в течение 28 суток.

Цемент считают доброкачественным в отношенной равномерности изменения объема, если на лицевой стороне лепешки нет радиальных, доходящих до краев трещин или сетки трещин, а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешки. Трещины усыхания (в середине лепешки) допускаются.

Испытание в автоклаве. Две лепешки, выдержавшие испытание кипячением, помещают на решетку автоклава, предварительно на Г2-15% объема наполненного водой, но не доходящей до решетки; затем крышку автокл,ава закрывают, закручивая поочередно противоположные гайки, и включают электронагревательные приборы. Давление в автоклаве поднимают до 20±0,5 ат в течение 3/4-2 ч и поддерживают на этом уровне в течение 3 ч. Затем нагревательные приборы выключают и с помощью клапана давление за 1 ч доводят до наружного. .После остывания автоклава открывают его крышку и осматривают лепешки.

Тонкость помола портландцемента

Тонкость помола портландцемента может быть оценена двумя показателями: - .

количеством цемента в % от веса навески, проходящего через сито с определенным размером отверстий (метод ситового ан.ал.иза);

удельной поверхностью зерен -числом квадратных сантиметров поверхности зерен в 1 г цемента (метод воздухопроницаемости).

Эти два показателя связаны между собой: чем тоньше измельчен цемент, тем больше его пройдет через данное сито при рассеве и тем соответственно больше будет величина удельной поверхности.

Ситовый анализ. Для определения тонкости помола цемента методом ситового анализа отвешивают 50 г цемента, предварительно высушенного в сушильном шкафу в течение 1 ч при температуре 105-110° С, высыпают его на сито и закрывают крышкой. Сито применяют с сеткой № 008 по ГОСТ 3S84-53 (размер ячейки в свету 0,08 мм).

Сетка должна быть хорошо натянута и плотно зажата в цилиндрической обойме диаметром 10-.15 см. На ней не должно быть остатков цемента.

Цемент просеивают с помощью механического прибора либо вруч1ную. Просеивание считается законченным, когда в течение 1 мин сквозь оито при ручном просеивании проходит не более 0,05 г цемента.

По окончании просеивания взвешивают остаток на сите и вычисляют количество цемента в %, прошедшего через сито, по формуле

50-р 50

где 50 - исходная навеска цемента, г; р - остаток на сите, г. Цемент считается доброкачественным, если через сито № 008 проходит не менее 85% от веса пробы или остаток на сите не превышает 16%. Большинство заводских цементов имеет остаток на сите № 008 равный 8-12%.

Метод воздухопроницаемости. Этот метод основан на сопротивлении столбика из цементного порошка прохождению через него воздуха. Сопротивление оказывает поверхность цементных зерен, так как между поверхностью и движущейся струей воздуха возникают силы трения. Таким образом, чем больше поверхность цементных зерен, т. е. выше тонкость помола, тем выше суммарная величина силы трения и меньшую воздухопроницаемость покажет столбик цементного порошка. Для цементов отечественных заводов она равна 2500-3000 см1г.

В качестве прибора для определения удельной поверхности цемента применяют пневматический поверхностномер. Меходи-

ка определения удельной поверхности цемента приведена в ГОСТ 31060.

§ 5. РАЗНОВИДНОСТИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Наряду с обыкновенным портландцементом, пуццолановым портландцементом и шлакопортландцементом промышленностью выпускаются их разновидности, отличающиеся некоторыми специфическими свойствами. Эти.ми разновидностями являются: быстротвердеющий портландцемент, сульфатостойкий, портландцемент с умеренной экзотермией, дорожный, тампонажный, белый, цветной, пластифицированный, гидрофобный и др.

По своему составу и основным физико-механическим свойствам разновидности портландцемента не имеют существенного отличия от обыкновенного. Однако им присущи некоторые специфические свойства, поэтому такие цементы относятся к специальным.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обыкновенного более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. ГОСТ 1017(8-612 устанавливает требование, чтобы предел прочности образцов из раствора состава 1 :3 на быстротвердеющем цементе в возрасте трех суток был не менее: при сжатии - 250 кгс/см и при изгибе - 40 кгс1см.

Быстротвердеющий портландцемент можно получить либо с помощью более тонкого помола клинкера, либо применением клинкера о'пределенного минералогического состава. Однако повышать тонкость помола цемента не выгодно, так как это влечет резкое снижение производительности помольного оборудования и увеличивает расход электроэнергии. Поэтому более выгодный путь .получения быстротвердеющего цемента - регулирование минералогического состава клинкера.

Цементы с высоким содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (не менее 60%) оказываются, как правило, быстротвердеющими. При этом содержание 3 СаО SiOa должно быть не менее 150-н52%, а ЗСаО vAlgOa -8-10%.

Способствует также ускорению твердения цемента в начальный период уменьшение содержания в нем активных минеральных добавок. Содержание последних в БТЦ не должно превышать 10% (в обыкновенном 15%); исключение составляют доменные гранулирова.нные шлаки, которые сами по себе обладают некоторыми вяжущими свойствами, а потому их содержание в БТЦ допускается увеличивать до 15%.

Сульфатостойкий портландцемент отличается более высокой стойкостью в сульфатных водах.

Причиной разрушения отвердевшего цемента в воде, содержащей растворенные сульфаты, является взаимодействие серно-

кислого кальция с трехкальциевым алюминатом клинкера по реакции, приведенной на стр. iie. Образующийся при этом гид-,росульфоалюминат кальция, называемый из-за своего разрушающего действия цементной бациллой , значительно увеличивается в объеме ио сравнению с исходным трехкальциевым алю-.минатом. Это вызывает появление в цементном камне растягивающих напряжений и последующее его разрушение.

Таким образом, одним из основных путей получения сульфа-тостойкого цемента является уменьшение в клинкере трехкальциевого алюмината, а также четырехкальциевого алюм.оферри-та, образующего при взаимодействии с водой трехкальциевый гидроалюминат (см. стр. 18).

Снижает сульфатостойкость и водостойкость портландцемента высокое содержание в клинкере трехкальциевого силиката, который .при .гидратации выделяет легко растворимый гидрат окиси кальция. .По указанным причинам кдинкер сульфатостой-кого портландцемента должен содержать трехкальциевого силиката не более 50 %; трехкальциевого алюмината не более 5%, а сумма трехкальц1}ввого алюмината и четырехкальциевого алю-моферрита должна составлять не более 22%.

Сульфатостойкий портландцемент выпускают двух марок - 300 и 400 (см. табл. 1). Введение активных минеральных добавок в этот цемент не допускается.

Пластифицированный .портландцемент отличается от обыкновенного способностью прИдавать бетонным смесям на этом цементе повышенную подвижность (текучесть), что обеспечивает их более легкую укладку и уплотнение при формовании бетонных изделий. Так как .подвижность бетонных смесей зав'исит в основном от содержания воды, то применение пластифицированного портландцемента позволяет у.меньшить водосодержаше смеси без изменения ее подвижности. Это в свою очередь позволяет сэкономить цемент, повысить прочность и морозостойкость * бетона.

Пластифицированный портландцемент получают введеНием при помоле обыкновенного портландцемента пластифицирующих поверхностно-активных ** добавок. В качестве поверхностно-активной добавки применяют концентраты сульфитно-спиртовой барды (ОСБ), удовлетворяющей требования.м ГОСТ 85118-57.

Добавка вводится в сухом виде или в виде водного раствора в количестве 0,16-0,26% от веса цемента в пересчете на сухое

* Под морозостойкостью понимают способность материала сопротивляться попеременному замораживанию и оттаиванию в насыщенном водой состоянии. При замерзании воды в пора.х материала она увеличивается в объеме и разрушает стенки пор.

** Вещества, обладающие способностью понижать поверхностное натяжение воды, называются поверхностно-активными,

вещество. Опти.мальное содержание добавки для данного цемента устанавливается опытным путем и зависит от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента и содержания в нем гидравлических добавок.

Основные свойства пластифицированного портландцемента и требования, предъявляемые к нему стандартом, те же, что и для обыкновенного портландцемента, за исключением требования к его пластифицирующему действию.

Раствор из смеси пластифицированного портландцемента с нормальным леском состава 1 : 3 по весу при водоцементном отношении, .равном 0,40, должен обладать такой пла.стичностью, при которой расплыв конуса из этого раствора после 30 встряхиваний .составляет не менее 125 мм. Обыкновенный портландцемент при этих же условиях дает .расплыв конуса 1105-110 мм.

Гид.рофобный* портландцемент отличается от обыкновенного пониженной гигроскопичностью **. Пониженная гигроскопичность позволяет сохранять активность при длительном транспортировании и хранении даже во влажной среде и предотвращает слипание в комья при кратковременном действии воды. Кроме того, гидрофобные цементы придают бетонам повышенную морозостойкость и водонепроницаемость. При использовании гидрофобного портландцемента несколько повышается подвижность и удобоукладываемость бетонных смесей.

Гидрофобный портландцемент получают введением при помоле обыкновенного портландцемента гидрофобизующей добавки. К таким добавкам относятся: асидол .(ГОСТ 4118--53), асидол-мылонафт (ГОСТ 3854-47), мылонафт (ГОСТ 3853-47), олеиновая кислота или окисленный петролатум.

Добавки вводят в количестве 0,06-0,30% от веса цемента в пересчете на сухое вещество. Оптимальное содержание добавки устанавливается для каждого цемента опытным путем и зависит от вида добавки и тонкости помола цемента.

Требования стандарта к гидрофобному портландцементу остаются теми же, что и к обыкновенному, но наряду с ними гидрофобный цемент должен обладать специальным свойством - он не должен впитывать воду в течение 5 мин.

П о р т л а н д.ц е м ей т с умеренной экзотермией (тепловыделением) при твердении обладает .по сравнению с обыкновенным пониженной экзотермией и несколько повышенной сульфатостойкостью и водостойкостью.

Низкоэкзотермические цементы необходимы при строительстве массивных бетонных сооружений, иначе в последних обра-

* Гидрофобными иазы1ваются вещества, обладающие .водооттаякивающимИ свойствами. К ним относятся, например, жиры, парафин.

** Гидроскопичностью называется способность веществ поглощать влагу из воздуха.

зуются трещины. Происходит это по той причине, что при большом выделении тепла твердеющим цементом внутренние слои массивной бетонной конструкции оказываются нагретыми, а наружные охлаждаются окружающим воздухо.м. При нагревании каждое вещество увеличивается в объеме, а при охлаждении сжимается. При высокой экзотермии цемента внутренние нагретые слои бетонной конструкции вследствие расширения будут разрывать наружные холодные слои, образуя в них трещины.

Получение портландцемента с умеренной экзотермией достигается применением клинкера с относительно низким содержанием высокоэкзотермичных м.инералов. К ним относятся трех-кальциевый силикат и трехкальциевый алюминат; содержание трехкальциевого силиката в цементе с умеренной экзотермией не должно превышать 50%, а трехкальциевого алюмината-8%.

Портла.ндцем€нт с умеренной экзотермией выпускают марок 300 и 400. Этот цемент не должен содержать активных минеральных добавок; в остальном его свойства те же, что и у обыкновенного портландцемента.

Дорожный портландцемент предназначается для бетонирования дорог. Требования, предъявляемые к этому цементу, вытекают из требований к бетонным дорогам и условий производства дорожных работ. Дорожный цемент должен обладать высокой прочностью и морозостойкостью.

Удовлетворение этих требований достигается применением для бетонных дорог портландцемента повышенной прочности (марки не ниже 400) и с относительно невысоким содержанием трехкальциевого алюмината'(не более 10%) - наименее морозостойкого минерала клинкера.

Понижают морозостойкость цемента активные минеральные добавки, поэтому применение последних в дорожном портландцементе не допускается за исключением доменных гранулированных шлаков в количестве не более 15% от веса цемента.

При строительстве дорог возникает необходимость транспортировать бетонные смеси ша значительные расстояния. По этим причинам для предупреждения преждевременного схватывания начало схватывания дорожного портландцемента должно наступать не ранее 2 ч (обыкновенного портландцемента не ранее 45 мин).

В остальном свойства дорожного портландцемента аналогичны свойствам обыкновенного цемента.

Белый портландцемент. Обыкновенный портландцемент имеет зеленовато-серый цвет из-за относительно высокого содержания в нем окрашивающих окислов: окиси железа и окиси марганца. Клинкер же, не содержащий этих окислов или содержащий их в незначительном количестве (FegOs 0,3-0,5%:

MnO до 0,03%), имеет белый цвет. Это достигается применением соответствующего сырья - белых чистых глин-каолинов и известняков с минимальным содержанием указамных окислов.

Для повышения белизны цемента клинкер при выходе из печи отбеливают путем резкого охлаждения водой до температуры 500-600° С или воздействуют бескислородной восстановительной средой при температуре 800-1000° С с последующим охлаждением в бескислородной среде до 200-300°С.

Допускается добавка к клинкеру белого цемента при его измельчении инертного материала (известняка, кварцевого песка) не более 107о или смеси активной минеральной я инертной добавки в количестве до 15%. Улучшают свойства белого цемента гидрофобные добавки, которые вводят в количестве до 0,2%.

В зависимости от степени белизны белый портландцемент разделяется на три сорта: БЦ-11, БЦ-2, БЦ-3.

Белый портландцемент выпускают марок 300 и 400. В остальном его свойства аналогичны обыкновенному портландцементу.

,На основе белого цемента приготовляют цветные цементы, добавляя пр:и помоле белого клинкера пигменты - тонкоизмель-ченные минеральные красители: мумию (красный пигмент), умбру (коричневый), охру (желтый), окись хрома (зеленый), сажу (черный), ультрамарин (синий).

Портландцементы с активными минеральными добавками. Этот вид цементов представлен двумя группами: пуццолановыми портландцементами и -шлакопорт-ландцементами. Различие их определяется видом добавки: пуццолановые портландцементы получают тонким измельчением клинкера с природной активной минеральной добавкой, а шла-копортландцементы - с доменными гранулированными шлаками. Количество добавки в этих цементах от 20 до 60% в зависимости от вида цемента и добавки. Прочность же цемента при этом примерно равна прочности обыкновенного портландцемен-мента: пуццолановые и щлакопортландцементы имеют марки 200; .300; 400 и 500.

Возможность применения в портландцементе активных минеральных добавок в таком большом количестве без существенного снижения прочности цемента обусловливается процессами взаимодействия добавки с продуктами гидратации клинкерных минералов. Среди этих продуктов основная роль принадлежит гидрату окиси кальция Ca(OiH)2, выделяющемуся в свободном виде при гидратации трехкальциевого силиката (стр. 16).

Активные минеральные добавки состоят, как от.мечалось, из веществ, легко вступающих в химическое взаимодействие с Са(0Н)2, образуя гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, сходные по составу с продуктами гидратации клинкерных минералов и обладающие клеящей способностью. Таким образом.

общее содержание клея в бетоне на портландцементах с активными минеральными добавками оказывается примерно равным содержанию его в бетоне на обыкновенном портландцементе. Примерно одинаковы и прочности этих бетонов.

Оптимальное содержание добавки в цементе зависит от ее активности, т. е. способности поглощать Cai(OH)2, а также от количества Cai(OH)2, выделяющегося при твердении цемента; последнее определяется в основном содержанием в клинкере трехкальциевого силиката. Следовательно, чем выше активность добавки, тем меньше потребуется ее для связывания Cai(OH)2, так как каждый цемент выделяет строго определенное количество гидрата окиси кальция. С уменьшением содержания в клинкере трехкальциевого силиката оптимальная величина добавки уменьшается, и наоборот.

Приведенное справедливо для портландцементов с природными добавками, не обладающими способностью самостоятельного твердения; иряменение же доменных гранулированных шлаков, имеющих по своему химическому составу некоторое сходство с портландцементным клинкером и обладающих хотя и небольшой способностью самостоятельно твердеть при затворёнии их порошка водой, позволяет увеличивать содержание шлаков в цементах по сравнению с природными добавками.

ГОСТ 1017в^62 устанавливает следующее содержание активных минеральных добавок от веса цемента:

природных добавок в пуццолановых портландцементах: вулканического происхождения (пемза, туф, пепел) -не менее 25 и не более 40%; осадочного происхождения (диатомиты, трепелы, опоки) - не менее 20 и не более 30%;

доменных гранулированных шлаков в шлакопортландцемен-тах - не менее 30 и не более 60%.

Замена наиболее дорогой часии портландцемента - клинкера- природной добавкой или промышленными отходами - шлаками на 10-112% снижает стошСГость цемента, что имеет большое экономическое значение; однако добавки в большом количестве изменяют и ряд свойств цемента, одни свойства улучшая, а другие ухудшая. Так, пуццолановые портландцементы и шла-копортландцементы обладают повышенной водостойкостью и низким тепловыделением, что важно для гидротехнических сооружений и для массивных бетонных конструкций. Но они медленно твердеют в начальный период (хотя к 28 суткам дроч-ность их приближается к прочности обыкновенного портландцемента) и имеют несколько меньшую морозостойкость и воздухо-стойкость *. Другие свойства цементов с активными минераль-

* Воздухостойкостью называется способность материала сопротивляться систематическому попеременному увлажнению и высушиванию. Это свойство важно, например, для бетонов гидротехнических сооружений, находящихся в условиях жаркого климата.

ными добавками е отличаются от свойств обыкновенного порт, ландцемента.

Разновидностями пувдоланового портландцемента и шлако-портландцемента являются:

сульфат о стойкий пуццола1новый портландцемент, получаемый тонким измельчением клинкера портландцемента, содержащего трехкальциевого алюмината не более 8%, и природной гидравлической добавки; количество добавки принимается то же, что и для пуццоланового портландцемента. Этот цемент выпускается марок 2О0, 300; в остальном его свойства аналогичны пуццолавовому портландцементу;

быстротвердеющий шлакопортландцемент обладает более интенсивным, чем обычный шлакопортландцемент, нарастанием прочности в начальный период твердения. Это достигается применением клинкера быстротвердеюшего портландцемента, шлаков высокой основности (см. стр. 51) ив несколько меньшем их количестве; содержание шлаков в быст-ротвердеющем шлакопо,ртландцементе должно быть не менее .30 и не более 60% по весу.

Образцы, изготовленные из 1 вес. ч. этого цемента и 3 вес. ч. песка через трое суток твердения должны иметь предел прочности при изгибе не менее 35 kzcjcm и при сжатии не менее 200 кгс/см\ в возрасте 28 суток предел прочности при сжатии должен быть не менее 350 кгс1см. В остальном свойства быст-ротвердеювдего шлакопортландцемента аналогичны свойствам обыкновенного шлакопортландцемента.

ГЛАВА II.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

§ 6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

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, гидравлическими и другими добавками (если последние применяются), т. е. приготовление из клинкера портландцемента.

Получение клинкера - наиболее сложный и энергоемкий процесс. Он требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. Удельная стоимость клинкера среди всех статей, слагающих стоимость портландцемента, достигает 70-80%. Этим определяется требование максимально экономить клинкер, заменяя его по возможности гидравлическими добавками и шлаками, а также изыскивать пути для более полного опользования кл.инкерной составляющей в цементе.

Получение клинкера портландцемента складывается из нескольких основных технологических операций:

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 других месторождений.

Залежи известняка располагаются под слоем пустой породы (вскрыши), высота которой может достигать 5 м и более. Средняя высота вскрыши на отечественных месторождениях 1- 1,5 м. Ее удаляют экскаваторами, бульдозерами, а также гидромеханическим способом с помощью гидромониторов.

в зависимости от мощности (высоты слоя) известняк разра--батывают одним или несколькими уступами высотой 10-15 м каждый. Первичное рыхление пласта известняка производят взрывом. При это.м заряд закладывают в специально пробуренную скважину глубиной, соответствующей высоте уступа, я диаметром 150-200 мм.

Взорванную породу размером кусков 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 я подвесные канатные дороги.

Глину разрабатывают с помощью экскаваторов или гидромеханическим способом. Транспортируют ее подобно известняку или посредством гидротранспорта. Если глину добывают гидромеханическим способом, образующийся при размыве пласта глины глинный 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).

На территории завода обычно 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.

При использовании сырья, сильно загрязненного вредными примесями (пиритом, слюдой), а также в целях улучшения качества известкового компонента и повышения содержания в нещв углекислого кальция, сырьевые материалы обогащают методом пенной флотации.

Этот метод основан на разной смачиваемости водой различных минеральных веществ. Обогащение сырья этим способом состоит в следующем. Предварительно тонкоизмельченные материалы в виде пульпы с содержанием воды до 80% подают в флотационную машину, состоящую из нескольких ячеек. В них пульпу взмучивают до пенообразного состояния, пузырьки воздуха прилипают к гидрофобным частицам, и последние всплывают в виде пены. Затем пену снимают и из нее извлекают ценный продукт, который идет на приготовление сырьевой смеси.

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 этого процесса зависят от степени измельчения (дисперсности) исходных веществ в сырьевой смеси и ее однородности (гомогенности).

Измельчают и перемешивают тонкоизмельченные материалы или в присутствии воды, или в сухом виде. В зависи.мости от этого различают два основных способа производства портландцемента - мокрый и сухой. При мокро.м способе подготовка и смешивание сырьевых материалов осуществляются в присутствии воды, а при сухом материалы измельчают и смешивают в сухом виде.

Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В присутствии воды облегчается измельчение материалов и проще достигается однородность смеси. Но расход тепла на обжиг сырьевой смеси при .мокром способе на 30-407о больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастает необходимая емкость печи при обжиге мокрой сырьевой смеси, так как значительная часть ее выполняет функции испарителя воды.

Результаты технико-экономического анализа мокрого и сухого способов производства портландцемента определили третий - комбинированный способ. 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.

По данным зарубежной практики при это.м способе почти на 30% снижается расход топлива и примерно на 10% капитальные затраты по сравнению с мокрым. Однако при этом на 10- 16% возрастает трудоемкость и на 15-20% повышается расход электроэнергии.

В мировом масштабе мокрый способ производства цемента пока является превалирующим. В Советском Союзе по этому способу выпускается 807о портландцемента, в Англии, Канаде, Франции почти все заводы работают по мокрому способу, в США примерно 60%, цемента производится по м.ок.рому способу.

Сухой способ преобладает в Японии, Швеции, ФРГ, Италии. В этих же странах, а также в США все шире начинает применяться .комбинированный способ производства портландцемента.

Выбор одного из трех рассмотренных способов производства портландцемента определяется рядом факторов технологического и технико-эконо-мического характера. ЭтимИ факторами являются качественная характеристика сырья, назначение портландцемента и мощность завода.

При высокой природной влажности сырья оказывается целесообразным мокрый способ. Если же в этом случае применить сухоу способ, все равно потребуется испарять значительное количество воды. Мокрый способ оказывается более выгодным и при использовании двух мягких компонентов (глины и мела). Измельчение их легко достигается разбалтыванием в воде, тогда как твердые компоненты (известняк, глинистый мергель) могут быть измельчены только в мельницах, потребляющих много электроэнергии. Из этого вытекает, что при наличии двух твердых сырьевых компонентов целесообразно организовать производство портландцемента по сухому способу.

Недостаток топлива в районе строительства цементного завода определяет применение сухого способа. Примером может служить Швеция, имеющая ничтожные запасы собственного топлива. По этим причинам вся цементная промышленность работает по сухому способу, как требующему меньше топлива.

Комплекс операций получения портландцемента из клинкера включает следующие технологические процессы:

подготовку гидравлических добавок (дробление, сушку);

дробление гипсового камня;

пюмол клинкера совместно с гидравлическими добавками и гипсом;

складирование, упаковку и отправку цемента потребителю.

Приведенный комплекс операций получения портландцемента не зависит от способа производства клинкера и остается одним и тем же как по составу, так и по организации выполнения отдельных операций.

§ 7. МОКРЫЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Для проивводства портландцемента применяют твердые и и мягкие горные породы; при этом как к первым, так и ко вторым могут относиться глинистые и известковые компоненты сырьевой смеси. К мягким глинистым компонентам относится глина, лёсс, а к твердым - глинистый мергель, глинистый сланец. Среди мягких известковых компонентов применяют мел, а среди твердых - известняк.

Мягкие компоненты успешно измельчают в болтушках, твердые же компоненты могут быть измельчены только в мельницах. Поэтому технологическую схему измельчения сырьевых материалов при мокром способе выбирают в зависимости от их физико-мехаиических свойств. Существует три варианта техно-логаческих схем:

два мягких материала - глина и мел измельчаются в болтушках;

два твердых материала - .глинистый мергель и известняк измельчаются в мельницах;

один материал мягкий -глина измельчается в болтушках, другой твердый - известняк измельчается в мельнице.

На отечественных заводах наиболее Распространена схема производства портландцемента при мягком (глине) JfP (известняке) сырьевых компонентах. Она состоит из следующих операций:

Дробление известняка

Дробление глииы

Измельчение в болтушке

Дробление угля

Измельчение в мельнице (получение шлама)

Корректировка шлама I

Обжиг шлама-.---

(получение клинкера)

Складирование клинкера

Помол с подсушкой

Помол клинкера с добавками и гипсом (получение цемента)

Складирование цемента

Упаковка цемента 1

Отправка лемента в таре

Дробление добавок

Сушка добавок

Дробление гипса

Отправка цемента навалом

Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов.

Необходимость измельчения сырьевых материалов до весьма тонкого состояния определяется условиями образования однородного по составу клинкера из двух или нескольких сырьевых материалов. Химическое взаимодействие материалов при обжиге происходит вначале в твердом состоянии (в твердых фазах). Это такой вид химической реакции, когда новое вещество образуется в результате обмена атомами и молекулами двух соприкасающихся между собой веществ. Возможность такого обмена появляется при высокой температуре, когда атомы и

молекулы начинают совершать свои колебания с большой силой. Образование при этом новых веществ происходит на поверхности соприкасающихся между собой зерен исходных материалов. Следовательно, чем больше бздет поверхность этих зерен и чем меньше сечение зерна, тем полнее произойдет реакция образования .новых веществ.

Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры в несколько десятков сантиметров. При существующей помольной технике получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергают грубому .измельчению - дроблению, а затем тонкому- .помолу.

iB зависимости от свойств исходных материалов в цементной , промышленности тонкое измельчение производят в мельницах и в болтушках в присутствии большого количества воды. Мельницы применяют для измельчения твердых .материалов (известняк, глинистые сланцы), а болтушки - для материалов, легко распускающихся в .воде (мел, глина).

Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный сырьевой шлам.

В сырьевую мельницу .известняк и глиняный шлам подают в строго определенном соотношении, соответствующем химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава. Причиной этого в ochobhoiM служат колебания характеристики сырья в пределах месторождения.

Чтобы получить шлам строго заданного химического состава, его корректируют в специальных бассейнах. Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или заведомо высоким титром (содержанием углекислого кальция СаСОз), и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.

Приготовленный таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу с содержанием воды до 40%, насосами подают в расходный бачок лечи, откуда равномерно сливают в печь.

Для обжига клинкера при мокром способе производства применяют только вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150-.185 м и диаметром 3,6-5 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1Ш0-2000 т клинкера в сутки.

Барабан печ.и устанавливают с наклоном в 3-4°. Шлам загружают Со стороны поднятого конца печи, а топливо в виде угольной пыли, газа или мазута вдувают в печь с противоположной стороны. В результате вращения наклонного барабан. находящиеся в нем материалы непрерывно продвигаются к опу-

щенному концу. В области горения топлива развивается наиболее высокая температуры - до 1500° С, что необходимо для взаимодействия окиси кальция, образовавшейся при разложении СаСОз, с окислами глины и получения клинкера.

Дымовые газы движутся вдоль всего барабана иечи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура вдоль печи снижается с 1500 до 150-200° С.

Из печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. Охлажденный клинкер отправляют на склад для магазинирования. Магазини-рование - это вылеживание (до 2-3 недель) с целью гашения свободной извести в клинкере влагой из воздуха и предупреждения этим неравномерности изменения объема цемента лри его твердении.

Высоко организованный технологический процесс получения клинкера обеспечивает минимальное содержание свободной СаО в клинкере (менее 1%) и исключает этим необходимость его магазинирования. В этом случае клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол.

Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8- 10 лш, чтобы облегчить работу мельниц.

Измельчение клинкера производится совместно с гапсом, гидравл.ическими и другими добавками, если последние применяются. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание между собой всех материалов, а высокая однородность цемента является важным фактором его качества.

Г.ид.равлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, и.меют, как правило, высокую влажность (.до 20-130% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8-10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительных количествах, и содержащаяся в нем влага легко испаряется теплом, образующимся при помоле цемента в результате ударов и истирания в мельнице мелющих тел.

Из мельницы цемент выходит с температурой до 100° С и более. Для охлаждения, а также создания запаса его отправляют на склад. Для этой цели применяют силосные склады, оборудованные механическим (элеваторы, шнеки), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.

Отгружают цемент потребителю в таре - в многослойных бумажных мешках весом 50 кг - .или навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом.

На рис. 1 приведен генеральный план цементного завода.

(Проект предусматривает мокрый способ производства цемента с использованием в качестве сырьевых материалов одного твердого (известняка) и одного мягкого (глины) компонентов сырьевой смеси. При этом получение глиняного шлама .рассчитано производить в карьере, на площадке завода создается только запас шлама на случай нарушения подачи его с карьера. Для этого предусмотрены вертикальные бассейны 2.

В качестве топлива проект завода ориенти.рован на исполь-вание природного газа.

Рассмотренный выше технологический процесс производства портландцемента по мокрому способу относится к получению клинкера из мягкого (глины) и твердого (известняка) компонентов. При использовании двух твердых компонентов (глинистого мергеля и известняка) или двух .мягких (глины и мела) основные технологические операции получения клинкера и последовательность их выполнения будут следующие:

Получение цемента при двух твердых компонентах

Получение цемента при двух мягких компонентах

Дробление известняка

Дробление глинистого мергеля

Дробление мела

Измельчение -Вода в мельнице (получение шлама)

Корректировка шлама

Топливо 1

1 1

Измельчеиие*-Вода в болтушке

(получение шлама)

Корректировка шлама

Дробление глины

Эбжиг шлама (получение клинкера)

Получение цемента

Топливо 1

)бжиг шлама (получение клинкера)

Получение цемента

Каждая из этих двух схем отличается одна от другой и от приведенного выше метода производства портландцемента из мягкого (глины) и твердого (известняка) компонентов способом измельчения сырьевых материалов. При двух твердых ко.мпо-нентах их измельчение осуществляется в мельницах, а при двух мягких - в болтушках. В остальном все технологические процессы остаются аналогичными .рассмотренным выше.

§ 8. СУХОЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Производство портландцемента по сухому способу отличается от мокрого способа методом получения клинкера, которое

Ism-

llfil

о о и

складывается из следующих последовательно выполняемых операций:

Дробление известняка Сушка

Дробление глины Сушка

Измельчение (получение сырьевой мукп)

Корректировка сырьевой муки

Грануляция сырьевой муки

Обжиг гранул (получение клинкера)

Известняк и глину предварительно дробят, затем высущива-ют до влажности примерно 1 % и измельчают в сырьевую муку. Сущат известняк и глину либо раздельно (используя для этой цели сущильные барабаны или другие тепловые аппараты), либо совместно в сырьевых сепараторных мельницах, в которых одновременно осуществляются помол и сущка .материалов. Посл1ед-ний способ более эффективен и применяется на больщинстве новых заводов, работающих по сухому способу.

Для получения сырьевой муки определенного химического состава из мельниц ее направляют в корректирующие силосы, куда дополнительно подается сырьевая .мука с заведомо низким или высоким титром. В силосах мука тщательно перемещивается сжатым воздухом.

Обжиг сырьевой муки производится в виде гранул (зерен) размером до 25 мм. Грануляция смеси осуществляется в грануля-торах барабанного .или тарельчатого типа (см. стр. ,169). Для обжига клинкера при сухом способе применяют вращающиеся печи, а также автоматические щахтные печи или другие более эффективные обжигательные аппараты - вращающиеся печи с конвейерным кальцинатором, аппараты для обжига клинкера во взве-щенном состоянии (последние находятся еще в стадии практического освоения).

При обжиге в щахтных печах топливо в виде раздробленного угля запрессовывается в гранулы; для этого в сырьевую смесь при ее измельчении в определенном количестве добавляют уголь, и он из.мельчается совместно с сырьевыми материалами (способ черной муки ) или сырьевая мука и уголь измельчаются раздельно, а затем смешиваются при фор.мовании гранул (способ белой муки ). Первый способ - черной муки обеспечивает

более разномерное распределение топлива в смеси и этим улучшаются процессы обжига; он является основным на отечественных заводах.

Шахтная печь (см. рис. 82) представляет собой шахту, футе-.розанную внутри огнеупорны.м кирпичом. Сырьевые материалы S виде гранул непрерывно загружаются в печь, а снизу шахты также непрерывно в виде клинкера выходят из шахты. В средней части печи происходит горение топлива (зона обжига); воздух для горения поступает снизу шахты.

Проходя через слой обожженного раскаленного клинкера, холодный воздух охлаждает его, а сам подогревается и в подогретом виде поступает в зону обжига. Образующиеся в зоне обжига дымовые газы удаляются через верхнюю часть шахты, проходя, таким образом, через слой свежезагруженного холодного материала, подогревая и высушивая его.

Противоточное движение газов и обжигаемого материала создает наилучшие условия использования тепла от сгорания топлива и отличает шахтные печи от вращающихся печей как высокоэффективные тепловые аппараты. Однако по качеству клинкера, производительности и трудоемкости они все же уступают вращающимся печам. Шахтные печи применяют на заводах относительно небольшой мощности - до 200-400 тыс. т. цемента в год.

Несколько худшие усло.вия обжига клинкера в шахтных печах по сравнению с обжигом во вращающихся приводят к повышенному содержанию в клинкере свободной СаО. Чтобы предупредить неравномерность изменения объема такого цемента, клинкер шахтных печей обязательно магазинируют, выдерживая на складе до четырех недель. Иногда применяют даже обрызгивание клинкера водой.

Дальнейшие технологические операции при сухом способе производства портландцемента - подготовка гидравлических добавок и гипса, помол цемента, его хранение и отправка потребителю - остаются аналогичными рассмотренным при мокром способе.

§ 9. КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Комбинированный способ производства портландцемента заключается, как отмечалось ранее, в подготовке сырьевых материалов по мокрому способу, а обжиге - по схеме сухого способа. Основные технологические операции и последовательность их выполнения при комбинированном способе получения клинкера следующие:

1 2 3 4 5 ... 16