Текучесть цементного сырьевого шлама определяется на приборе

Обновлено: 09.12.2022

Лабораторная работа №2 Изучение свойств шлама цементных заводов

Цель работы: Освоить методы контроля качества сырьевого шлама цементных заводов, оценить качество шлама по текучести, влажности и титру.

Допуск
Выполнение
Защита

Карбонатные породы: известняк, мел, известковый туф, известняк-ракушечник, мергелистый известняк, мергель и т.п. Во всех этих породах, наряду с углекислым кальцием CaCO3 могут содержаться примеси глинистых минералов, доломита, кремнезема, гипса и ряда других.

Глинистые породы: суглинок, глинистый сланец, мергелистая глина, лесс, лессовидный суглинок. Глинистые породы содержат кислотные оксиды SiO2 (70-80%), Al2O3 (10-16%), Fe2O3 (3-6%), небольшое количество карбонатов кальция и магния, SO3 и щелочей.

Корректирующие добавки: В качестве добавок, корректирующих величину силикатного и глиноземного модулей, применяют различные материалы. Чтобы увеличить содержание в сырьевой смеси Fe2O3 , используют колчеданные огарки, колошниковую пыль, железную руду. Колчеданные (железные, пиритные) огарки являются отходом сернокислотного производства, а колошниковая пыль – доменного. Для повышения содержание SiO2 употребляют трепел, диатомит, опоку, а для повышения содержания Al2O3 – глиноземсодержащие добавки. Чаще всего используют железосодержащие корректирующие добавки.

При мокром способе сырьевую смесь измельчают совместно с водой. Получаемая водная суспензия – шлам – содержит 32-42% воды. Шлам должен обладать достаточной текучестью (подвижностью), которая допускала бы транспортирование его самотеком или насосами и позволила бы придать смеси необходимую однородность. Водопотребность шлама, т.е. необходимое для гидротранспорта и эффективного перемешивания содержание воды, зависит от свойств применяемого сырья. Чем плотнее карбонатный компонент, тем меньше водопотребность шламов. Влияет на нее и минералогический состав используемых глин и степень дисперсности сырьевых материалов, в особенности их удельная поверхность, включая поверхность внутренних пор. Максимальная водопотребность у шламов на основе мелов, т.к. мел имеет развитую поверхность внутренних пор. Повышение температуры шлама уменьшает вязкость, а это позволяет снизить его влажность при сохранении подвижности.

При недостаточном количестве воды сырьевой шлам малоподвижен, увеличивается расход воздуха и энергии на усреднение, ухудшается режим работы шламовых насосов, возможно забивание трубопроводов, транспортных и дозирующих устройств, подающих шлам в шламбассейны и из бассейнов на обжиг во вращающиеся печи. Введение в шлам избыточного количества воды придает подвижность шламу, но повышает расход топлива, т.к. эту воду потом приходится испарять, и уменьшает производительность вращающейся печи. Так, повышение влажности шлама на 1% снижает производительность печи на 1,5% и увеличивает расход топлива на 1%. Кроме того, увеличивается и объем шлама, а, следовательно, и размеры шламовых бассейнов, мощность насосов и расход воздуха на перемешивание.

Для снижения влажности при сохранении текучести в шлам вводят ограниченное количество поверхностно-активных веществ (ПАВ) 0,2..0,5% в пересчете на сухое вещество. Применяют лигносульфанат технический (ЛСТ), торфяную вытяжку, соду, триполифосфат натрия, адипинат натрия. Выгодно применять разжижители, если влажность шлама более 38%. На отдельных заводах использование разжижителей позволяет повысить производительность печей на 5..8% и снизить расход топлива на 3..4%.

Для эффективной эксплуатации вращающихся печей необходимо подавать на обжиг сырьевую смесь оптимального химического состава. От стабильности состава сырьевой смеси зависят во многом производительность печи, удельный расход тепла на обжиг, срок службы футеровки.

В процессе приготовления сырьевой смеси возникают неизбежные колебания ее химического состава из-за неоднородности компонентов, а также погрешностей в их дозировании, поэтому перед обжигом необходимо откорректировать химический состав смеси.

Корректирование производят по: величине титра, заданному коэффициенту насыщения или одновременно по двум показателям – коэффициенту насыщения и одному из модулей. Корректирование по одному титру очень просто, удовлетворительные результаты получают только при использовании химически однородных сырьевых материалов. В других случаях корректируют, пользуясь КН и модулями.

Титр шлама - это условная величина, характеризующая процентное содержание карбонатов в пересчете на CaCO3 . нормальный титр шлама на разных заводах изменяется в пределах 75..79%. Результаты определения титра оказываются сильно искаженными в следующих случаях:

1. В сырье содержится много MgCO3 , который будет вести себя в реакции как CaCO3 и давать завышенные значения титра.

2. В качестве сырьевых компонентов используются побочные продукты смежных производств (белитовый шлам, шлаки, золы и т.п.), которые с трудом и не полностью разлагаются в соляной кислоте.

Точный контроль химического состава таких сырьевых смесей следует осуществлять экспресс-методами анализа на четыре-пять основных компонентов.

При определении титра сырьевой смеси навеску образца обрабатывают соляной кислотой, при этом помимо карбонатов, частично растворяются оксиды железа и алюминия из огарков и глины. При добавлении щелочи к солям данных металлов она связывает израсходованную кислоту, а в раствор выделяются гидраты полуторных оксидов. Схематично это можно представить следующими уравнениями:

2FeCl3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3 + 6 NaCl

В итоге расход кислоты можно считать связанным лишь с наличием карбонатов. Избыток кислоты оттитровывается щелочью известной концентрации по фенолфталеину.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение текучести шлама.

Для определения текучести шлама пользуются текучестемером МХТИ ТН-2, предложенным М.С. Негинским.

Рисунок 1. Схема текучестимера: 1 – металлический диск; 2 – ножки с регулировочными винтами; 3 – зеркальное стекло; 4 – шаровой уровень; 5 – круговая шкала; 6 – коническое кольцо

На основное круглое зеркальное стекло прибора положить другое зеркальное стекло.

Текучестимер МХТИ ТН-2 устанавливают горизонтально при помощи регулировочных винтов ножек столбика прибора, выводя пузырек воздуха шарового уровня на середину.

Коническое кольцо (размеры, мм: диаметр внизу 40, вверху 30, высота 20, внешний диаметр внизу 50) помещают на стекло расширенной частью вниз точно по центру круговой шкалы, при этом внешний контур кольца должен быть совмещен с окружностью шкалы диаметром 50 мм.

В коническое кольцо наливают ложкой шлам. Набирая шлам, его каждый раз тщательно перемешивают этой же ложечкой. Кольцо заполняют шламом доверху, устраняют с помощью небольшого фарфорового шпателя-лопатки или ножа неровности на поверхности шлама. Затем кольцо берут двумя пальцами правой руки и быстро, но без рывка, поднимают по возможности вертикально.

Текучесть шлама определяют по диаметру расплыва конуса с точностью до 1 мм. Для этого производят четыре отсчета показаний шкалы в противоположных концах двух взаимно перпендикулярных диаметров, ведя отсчет по часовой стрелке, начиная сверху. Средняя арифметическая величина этих четырех показаний и будет характеризовать текучесть шлама. Отсчеты следует производить, глядя на прибор сверху по его оси. При резком отклонении контура расплыва от окружности кольцо вновь заполняют шламом и еще раз определяют его текучесть.

При нормальной текучести расплыв конуса шлама составляет 54 ± 2 мм.

Задание 2. Определение влажности шлама.

Где Wшл – влажность шлама, %; m1 – масса шлама, г; m- масса высушенного шлама, г.

Задание 3. Определение титра портландцементной сырьевой смеси

Высушенный материал растирают в фарфоровой ступке и отвешивают 1 г на аналитических весах. Навеску помещают в коническую колбу объемом 250 мл, смачивают 10 мл воды, добавляют 20 мл 1н. HCl, 30 мл дистиллированной воды и нагревают до кипения, вставив в горло колбы небольшую воронку. Содержимое колбы кипятят 5 мин, не допуская бурного кипения, затем промывают воронку и внутренние стенки колбы 60мл дистиллированной водой, добавляют 3..4 капли фенолфталеина и оттитровывают избыток кислоты 0,25н раствором NaOH до появления розового окрашивания.

Титр сырьевой смеси

Где T – титр сырьевой смеси, %; - объем и нормальность кислоты, взятой для растворения, мл, и г-экв/л; - объем и нормальность щелочи, израсходованной на титрование, мл и г-экв/л; Э – количество CaCO3 эквивалентное 1 мл соляной 1н. кислоты, равное 0,05 г; A – навеска сырьевой смеси, г; - поправочные коэффициенты к нормальности кислоты и щелочи.

Текучесть цементного сырьевого шлама определяется на приборе

Постоянство физических свойств и химического состава шлама и сырьевой муки является определяющим фактором при получении клинкера высокого качества. Это достигается в первую очередь систематическим контролем качества сырьевой смеси перед обжигом.

Исходя из особенностей свойств шлама и сырьевой муки, способы контроля качества их несколько различаются. Контроль качества шлама. При контроле качества шлама проверяют его текучесть, влажность, титр и тонкость помола. Эти показатели устанавливают ежечасно, отбирая пробы шлама непосредственно при выходе его из сырьевых мельниц и из контрольного бачка печи обжига.

Результаты анализа пробы, отобранной при выходе из мельниц, свидетельствуют о качестве технологического процесса приготовления сырьевой смеси и позволяют соответствующим образом изменять параметры работы оборудования и дозировку материалов, обеспечивая получение шлама заданного качества. Эти данные необходимы также для корректирования шлама. Результаты испытаний пробы шлама, отобранной из контрольного бачка печи, характеризуют качество всего технологического процесса приготовления сырьевой смеси, включая корректирование и гомогенизацию. Эти результаты позволяют также установить оптимальный режим работы печи обжига.

Из часовых проб шлама приготовляют среднесменную пробу, подвергая ее, кроме указанных выше определений, химическому анализу.

Определение влажности. От средней пробы шлама отвешивают 10 г с точностью до 0,01 г на предварительно взвешенной пластинке из нержавеющей стали. Навеску на пластинке помещают в песочную баню и сушат при температуре 120° С до тех пор, пока холодное стекло, приближаемое к пробе, не запотеет. Это показывает, что высушивание закончилось.

Для определения влажности шлама применяют также автоматический прибор УОВ-5, в котором материал сушат инфракрасными лучам,и. Потерю в весе в процентах прибор регистрирует автоматически; продолжительность опыта — 10 мин. Для определения текучести шлама пользуются текучестемером ТН-2. Он состоит из шкалы текучести и конического кольца диаметром внизу 40 мм, вверху 30 мм и высотой 20 мм. Шкала текучести представляет собой ряд концентрических окружностей диаметром от 40 до 150 мм, проведенных через каждые 2 см. Шкала накрыта зеркальным стеклом. При определении текучести шлама проверяют горизонтальность стекла, для чего пользуются показаниями уровня прибора. В центре шкалы устанавливают кольцо, заполняют его шламом, заглаживают поверхность шлама и быстро, но без рывка вертикально поднимают кольцо. Шлам при этом растекается, образуя лепешку. Расплыв шлама отмечают в четырех взаимно перпендикулярных сторонах. Средняя арифметическая величина четырех определений принимается за показатель текучести шлама; обычно она равна 45±2 мм.

Для непрерывного контроля текучести шлама применяют ротационный вискозиметр РВ-2. Действие его основано «а зависимости усилий вращения стержня, помещенного в шлам, от вязкости (текучести) последнего. При уменьшении текучести усилия вращения (кручения) возрастают.

Вискозиметр состоит из бачка, в который снизу непрерывно поступает шлам, а сверху вытекает. В бачке установлен чувствительный элемент с электродвигателем незначительной мощности. Изменение вязкости шлама отражается на нагрузке электродвигателя, которая непрерывно фиксируется. По изменению нагрузки электродвигателя и устанавливают вязкость шлама.

Определение тонкости помола. Тонкость помола шлама характеризуется остатком в процентах на ситах № 0.2 и № 008 (размер ячейки в свету соответственно 0,2 и 0,08 мм). Для этого от пробы шлама, отобранной из сырьевых мельниц, отвешивают 25 г с точностью до 0,01 г в тарированную жестяную чашечку.

Навеску осторожно смывают струей воды из водопровода на сито № 008 и промывают осадок до тех пор, пока не будет стекать совершенно чистая вода. Затем сито с остатком на нем ставят в сушильный шкаф и высушивают при температуре 120° С.

Высушенный остаток просеивают на лист белой бумаги. Просеивание считают законченным, когда в течение одной минуты через сито проходит не более 0,05 г.

Тонкость помола шлама для данного цементного завода устанавливают в зависимости от качественной характеристики сырьевых материалов. В среднем она находится в пределах 5—8% остатка на сите № 008.

Определение титра шлама. Титр шлама определяют методом титрования. Для этого берут примерно 3 г шлама, помещают в фарфоровую чашечку и высушивают в песочной бане при температуре 120° С.

Полученный сухой остаток измельчают в фарфоровой ступке; отбирают от него навеску в 1 г, помещают в коническую колбу емкостью 250 мл, смачивают 10 мл воды, прибавляют 20 мл 1%-ного раствора соляной кислоты (титрованный раствор) и 30 мл воды. Затем пробу нагревают в колбе до кипения и кипятят в течение 5 мин; промывают воронку и внутренние стенки колбы 60 мл горячей воды, прибавляют 3—4 капли фенолфталеина и оттитровывают избыток кислоты 0,25 н. раствором щелочи до появления розового окрашивания.

Контроль качества сырьевой муки. При контроле качества сырьевой муки устанавливают ее влажность, тонкость помола и титр, применяя те же методы, что при контроле качества шлама. При подготовке сырьевой смеси по способу «черной муки», кроме того, определяется содержание в ней угля.

Текучесть цементного сырьевого шлама определяется на приборе

Сырьевые материалы. Основными видами сырья, применяемого для производства портландцементного клинкера, являются известковые, мергелистые и глинистые породы. Используются и другие виды природного сырья, а также искусственные материалы, являющиеся отходами (попутными продуктами) других отраслей промышленности. Это сырье может быть применено и при комплексном производстве портландцемента и других важных промышленных продуктов.

Для получения сырьевой шихты необходимого химического состава пригодны в небольшом количестве так называемые «корректирующие добавки», представляющие собой искусственные либо естественные материалы, используют и активные минеральные добавки, в том числе гранулированные доменные шлаки для получения портландцемента, пуццолановых и шлакопортландцементов.

Требования к составу и физической структуре сырьевых материалов могут быть примерно следующими. Карбонатный компонент должен быть сложен тонкодисперсным кальцитом; включения трудно измалываемого крупнокристаллического кальцита недопустимы из-за слабой его реакционной способности при обжиге цементного клинкера. Глинистый компонент также должен иметь равномерную структуру, не содержать включений крупных зерен кварца и других крупнообломочных пород, вызывающих затруднения при помоле и трудно осваиваемых при обжиге.

Для технологии производства весьма важно, чтобы при мокром способе производства необходимая текучесть сырьевой шихты (шлама) достигалась при возможно меньшем содержании воды, обычно в пределах 36—42%. Однако некоторые разновидности мела и в особенности мергелей вызывают существенное повышение влажности шлама до 50—52% из-за присутствия монтмориллонита, например, в амвросиевских мергелях.

Большое значение приобретает постоянство химического состава сырьевых материалов. Необходимо, чтобы сырьевая шихта, составляемая обычно из карбонатного и глинистого компонентов и корректирующей добавки, удовлетворяла принятым на данном заводе требованиям по значениям коэффициента насыщения кремнезема известью, силикатного и глиноземного модулей. Строго ограничивается содержание в шихте оксидов магния, фосфорного ангидрида, щелочей, серного ангидрида, диоксида титана, оксидов марганца и хрома. Содержание каждого из этих оксидов в установленном количестве оказывает положительное действие на процессы обжига клинкера. Наряду с основными видами сырья, такими как глины и известняки, большое значение приобретают доменные шлаки, представляющие собой силикаты и алюмоспликатные расплавы, получающиеся при выплавке чугуна в доменных печах; они обычно гранулируются путем быстрого охлаждения водой либо совместным действием воздуха и воды. Применение гранулированных доменных шлаков в качестве сырьевого компонента для получения клинкера возможно однако лишь при сухом способе производства, когда нет взаимодействия его с водой при помоле и хранении, вызывающего загустевание (схватывание) шлама. В состав сырьевой шихты вводят и электротермофосфорные шлаки. Они отличаются от обычных доменных шлаков содержанием до 3% фтора и 3% пентаксида фосфора, причем фосфор несколько ограничивает применение шлака в сырьевой смеси.

Нефелиновый (белитовый) шлам. При комплексной переработке нефелинов, в результате которой выпускаются глинозем (перерабатываемый в дальнейшем в металлический алюминий), сода и другие виды щелочей, получается нефелиновый шлам, из которого и изготовляют портландцемент. Минерал нефелин представляет собой алюмосиликат натрия. Обычно он загрязнен примесями и содержит в избытке кремнекислоту. Нефелин получают в виде хвостов при обогащении апатитовых руд Хибинского месторождения (Кольский полуостров); эти хвосты, в свою очередь, обогащаются, причем выход нефелинового концентрата превышает 50%. Технология комплексной переработки нефелинового концентрата заключается в следующем. Концентрат в смеси с известняком обжигается во вращающихся печах при температуре около 1573 К, при этом получается спек, состоящий из двухкальциевого силиката и твердого его раствора (в количестве около 30%) и щелочных алюминатов. Спек подвергается выщелачиванию, щелочные растворы алюминатов отделяются от осадка, который после промывки представляет собой довольно грубую суспензию, называемую нефелиновым шламом.

Белитовый шлам транспортируется в цементный цех с влажностью 38—40%; содержащаяся в нем твердая фаза очень легко осаждается и способна схватываться, поэтому необходимо непрерывно его перемешивать с помощью сжатого воздуха и механических мешалок. Кроме этого, весьма нежелательно повышенное содержание в нем до 2,5% щелочей и из них до 1% —растворимых; для получения сырьевой шихты необходимого химического состава приходится для повышения содержания в клинкере глинозема добавлять боксит.

Сырьевая шихта для получения цементного клинкера содержит, примерно, (в расчете на сухое вещество) 41% белитового шлама, 53% известняка, 4,5% боксита и 1,5% железистых огарков. Влажность шихты понижена и составляет около 30%. Готовят ее по обычной схеме мокрым тонким измельчением указанных компонентов и после корректирования до заданного химического состава обжигают во вращающихся печах. При этом производительность печей повышается, примерно, на 30% и соответственно понижается удельный расход топлива на обжиг.

Исследования показали, что при приготовлении сырьевой шихты можно отказаться от применения дефицитного боксита путем введения в состав шихты 0,5% фтористого кальция — эффективного минерализатора обжига. Заводские опыты показали, что сырьевая шихта может состоять из 50% белитового шлама и, примерно, 50% известняка без добавок.

Для повышения силикатного модуля применяют трепел, опоку, маршалит, кварцевый песок и др. Увеличения глиноземного модуля достигают применением бокситов, зол некоторых видов твердого топлива и др.

Способы приготовления сырьевой шихты. Добыча сырьевых компонентов на карьерах цементных заводов производится открытым способом. Твердые породы известняка дробятся в мощных стационарных и передвижных дробилках, мягкие — мел, глина, подвергаются предварительному измельчению в специальных агрегатах комбинированного дробления. При неоднородных физико-химических свойствах сырьевых компонентов необходимо обеспечить их усреднение и поточность процесса, для чего создаются специально оборудованные много-секционные склады, па которых складируют сырьевые компоненты по характерному качественному показателю. Усреднительные склады бывают разной мощности до 30 и более тыс. т. Ускоренные методы анализа сырья с применением автоматизации способствуют стабилизации качества сырьевой шихты. В цементной промышленности в основном применяют мокрый и сухой способы производства; небольшая доля приходится на комбинированный способ.

Мокрый способ. При этом способе возможны различные схемы приготовления шихты в зависимости от физико-химических свойств сырьевых компонентов. Дробление известняка производится в две стадии с использованием для первичного дробления щековых или мощных конусных дробилок. Для мягких сырьевых компонентов применяют валковые дробилки разной конструкции, бесшаровые мельницы. Дозирование н смешение сырьевых компонентов осуществляют в сырьевых мельницах с сепарацией материалов в гидроциклонах и дуговых классификаторах.

Создаются необходимые запасы полученного шлама, содержащего примерно 36— 40% воды, который подвергается корректированию и усреднению пневматическим способом до достижения заданного химического состава.

Процесс измельчения в присутствии воды заметно облегчается в связи с тем, что вода, по П. А. Ребиндеру, является понизителем твердости и способствует ускорению процесса диспергирования твердых материалов.

Практическое значение приобрело применение добавок поверхностно-активных веществ, электролитов, либо их композиции для снижения влажности шлама при сохранении необходимой его текучести или вязкости. Снижение содержания воды в шламе на 1 % в пределах 35—40% приводит к повышению производительности вращающихся печей на 1—1,5% и снижению удельного расхода тепла примерно на 1%. Для этой цели применяют сульфитно-дрожжевую бражку, соду, щелочные вытяжки торфа либо бурого угля, разные виды фосфатов натрия и др. Для снижения влажности шлама на одном зарубежном заводе применяли вдувание отходящих, богатых содержанием углекислоты, газов вращающихся печей; значительную роль играло, по-видимому, наличие в этих газах не только С02, но и возогнапных щелочей.

По-видимому, процессы воздействия на структурно-механические свойства сырьевых шламов базируются на явлениях ионного обмена, которые характерны для глинистых минералов. Как известно, глинистые суспензии представляют собой по существу коллоидные системы; они способны к обменным реакциям, сорбции воды и характеризуются электрокинетическими явлениями. В коллоидной системе, состоящей из твердой фазы, взвешенной в жидкости, поверхностно-активные вещества адсорбируются преимущественно на поверхности отдельных частиц.

Полагают, что вокруг зерен известняка, либо мела, образуются структурированные диффузные оболочки из коллоидных глинистых частиц, которые прочно удерживаются силами адгезии на поверхности этих зерен. Диффузные оболочки коагуляционной структуры способны удерживать в своих ячейках значительное количество воды. Прочность и подвижность таких структур зависит от толщины глинистых прослоек в местах контактов, числа контактов в единице объема и физико-химических свойств глины. Так как эти явления проявляются у разных шламов в разной степени, в зависимости от физико-химических свойств составляющих их компонентов, удельной поверхности, химического состава воды и др., действие добавок-разжижптелей оказывается избирательным. Поэтому для каждого вида шлама приходится экспериментально подбирать наиболее эффективный разжижитель. Больше всего применяется добавка 0,3— 0,5% сульфитно-дрожжевой бражки, снижающая в некоторых шламах влажность на 3—4% (абсолютных).

Практическое значение начинают приобретать угле-щелочные и торфощелочные добавки, получаемые путем обработки бурого угля или торфа щелочью преимущественно в виде соды. Они могут снизить влажность мело-глиняного шлама на 6—7% (абсолютных). Эффективными оказались сульфатный шлам лигнина, водный нейтрализованный гудрон, триполифосфат, гексамета-фосфат и другие фосфорные соли натрия; их применение лимитируется однако сравнительной их дороговизной и необходимостью применять воду с (малым содержанием гипса и других солей в воде. Многие виды разжижителей обладают свойством повышать вязкость шлама через двое-трое суток хранения. Поэтому при подборе вида разжижителя особое внимание уделяется испытанию шлама, содержащего добавку, на длительность сохранения текучести.

Сложившееся у нас преобладание мокрого способа производства явилось следствием ряда технических и экономических факторов. Высокий расход топлива на обжиг клинкера окупается сравнительно высокой производительностью печных агрегатов, лучшей гомогенизацией сырьевой смеси, несомненным упрощением ее приготовления, сравнительной простотой технологии. Большое значение имеет возможность интенсификации процесса обжига за счет совершенствования тепло- и массообмена в зонах подогрева и дегидратации сырьевой шихты путем устройства различных теплообменных устройств, таких, как цепные завесы, теплообменники различной конструкции, фильтры-подогреватели и др.

Сухой способ. Несмотря на многие достоинства мокрого способа и постоянно вносимые в него технические усовершенствования, он не может конкурировать с сухим. Решающим в новой технике обжига «линкера по сухому способу является сочетание вращающихся печей с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами, что обеспечивает снижение удельного расхода тепла при обжиге «линкера на 40—50%. В условиях необходимости экономии топливно-энергетических ресурсов большое значение имеет ориентация нашей цементной промышленности на расширение сухого способа производства.

При сухом способе дробленые сырьевые материалы высушиваются и измельчаются в специальных помольных агрегатах; корректируют и усредняют полученную сырьевую муку до заданного химического состава перемешиванием в специальных силосах большой вместимости. Для этой цели, так же как и для транспортирования муки, применяют специальные пневматические винтовые или камерные насосы. Возможно совмещение процессов сушки сырьевой шихты с дроблением в ударных и других одно- и двухроторных дробилках с обогреванием горячими газами, благодаря чему значительно уменьшается нагрузка сырьевых мельниц. Примерный расход электроэнергии в таких дробилках составляет 2—4 кВт-ч/т.

В ряде европейских стран, в США и Японии для помола мягких видов сырья применяют валковые мельницы разной конструкции производительностью 300 т/ч и выше. Валковые мельницы по принципу действия аналогичны обычным бегунам, измельчение в которых происходит под действием собственной массы катков. Измельчение материала в такой мельнице осуществляется за счет его раздавливания между вогнутой поверхностью вращающейся опорной чаши и катящимися по ней преимущественно тремя валками. Валковые мельницы работают в замкнутом цикле с сепараторами, которые устанавливают вне корпуса мельницы или встраивают в верхнюю часть кожуха. В установках с валковыми мельницами благодаря высокой кратности циркуляции материала можно использовать в большом объеме отходящие печные газы и измельчать сырье влажностью до 8%. Для обработки сырья повышенной влажности устанавливают дополнительные топки. При применении этих мельниц можно исключить одну стадию дробления. Тонкость помола регулируется скоростью воздушного потока с помощью дымососа. Тонкий продукт, уносимый отходящим воздухом (газами), поступает в пылеосадитель.

По зарубежным данным одна четырехвалковая мельница благодаря различной частоте вращения каждой пары валков позволяет осуществлять в одном агрегате грубый и тонкий помол. При диаметре тарелки 4,6 м и массе двух пар валков 54 т частота ее вращения составляет 25,4 мин. Производительность мельницы 220 т/ч при тонкости помола, характеризуемой остатком на сите, 0,09 мм, и исходной влажности материала — 11,5%. Удельный расход электроэнергии, включая весь процесс от забора материала из штабеля до загрузки сырьевой муки в силос с учетом работы электрофильтра и других пылеосадителей, составляет 14,3 кВт-ч на Гт сырьевой муки. Сырьевая смесь в мельнице сушится за счет тепла отходящих печных газов. Работа мельницы автоматизирована.

Для предварительного измельчения и сушки сырьевых материалов применяют также барабанные мельницы самоизмельчения типа «Аэрофолл». На торцевых стенках мельницы расположены дефлекторы, ускоряющие измельчение и препятствующие агрегации продукта; через эти мельницы можно пропускать большое количество горячих газов, отходящих из других установок. Большую часть полезного объема мельницы занимает загруженный материал, в мельницу добавляют небольшое количество мелющих тел. Измельченный продукт выносится из мельницы в потоке газов и поступает в осадительную камеру, где улавливается и осаждается крупка; затем он направляется в два параллельных циклона, служащих для осаждения тонких фракций материала. Мельница «Аэрофолл» обладает высокой производительностью по помолу и сушке. Диаметр корпуса мельницы 6—9 м при отношении диаметра к длине от 3:1 до 4:1. Корпус мельницы вращается со скоростью, составляющей 85—90% от критической.

Комбинированный способ применяется для обезвоживания сырьевого шлама способом фильтрации. Осуществляется он в вакуум-фильтрах либо в фильтр-прессах до получения так называемых горжей с остаточной влажностью 18—20%. Дальнейшая обработка коржа для подготовки его к подаче во вращающуюся печь производится по разным схемам. При этом способе повышается производительность печи с заметным снижением удельного расхода тепла на обжиг клинкера.

Определение текучести шлама

В производственных условиях наиболее важно и практично определение текучести шлама. Текучесть шлама, т.е. способность растекаться под действием собственной массы, определяют на текучестемере МХТИ ТН-2 (рис. 7.1) по расплыву стандартного конуса. Определение текучести шлама проводится на текучестемере МХТИ ТН-2. Сущность определения заключается в замере изменения размера нижнего основания усеченного конуса высотой 20 мм. Такую форму шлам приобретает находясь в коническом кольце с диаметром нижнего основания – 40 мм, а верхнего – 30 мм. После снятия кольца шлам деформируется под действием силы тяжести, в результате чего размер нижнего основания конуса шлама увеличивается.

На технических весах с точностью до 0,01 г отвешивается 50 г сухого шлама, навеска пересыпается в фарфоровую чашку и с помощью бюретки приливается вода в количестве, обеспечивающем при тщательном перемешивании получение тестообразного материала.


Текучестемер МХТИ представляет собой металлический диск1 диаметром 215 мм и толщиной 12 мм, который с помощью регулировочных винтов 2 устанавливается в строго горизонтальном положении. На этот диск сверху накладывается круглая шкала 5, представляющая собой ряд концентрических окружностей, нанесенных на белую бумагу. Окружности отстоят одна от другой на расстоянии 1 мм (диаметр отличается на 2 мм). Диаметр наибольшей окружности – 150 мм, а наименьшей – 40 мм, равный внутреннему диаметру конического кольца. Для защиты на шкалу помещается диск из зеркального стекла 3 диаметром 190 мм и толщиной 3 мм. Коническое кольцо 6 устанавливают на стекло расширенной частью вниз точно по центру круговой шкалы. Кольцо заполняют приготовленным шламом до верхнего обреза, поверхность выравнивают ножом или шпателем. Берут кольцо двумя пальцами и быстро, но без рывка, поднимают его вертикально вверх. Шлам при этом принимает форму неправильного конуса. Текучесть шлама определяется по диаметру расплывшегося конуса на стекле с точностью до 1 мм в четырех взаимно перпендикулярных направлениях. Средняя величина из этих четырех измерений характеризует текучесть шлама. При нормальной текучести диаметр расплыва конуса шлама составляет 45± 2 мм.

Если расплыв шлама будет меньше этой величины, то шлам лопаточкой снимается со стекла текучестемера, помещается в фарфоровую чашку и перемешивается с общей массой исследуемого шлама, к которому добавляется расчетное количество воды и производится повторное определение его текучести.

Следует указать, что текучесть шлама определяется не столько влажностью шлама, сколько его водопотребностью. Водопотребность – удельный расход воды на единицу сухого сырья при растекаемости 45 мм по текучестемеру МХТИ ТН-2 определяется в процентах и зависит от физических свойств сырья.

Определение тонкости помола шлама

Тонкость помола определяют как остаток на сите с сеткой № 02 (размер отверстий в свету 0,2 мм) и № 008 (размер отверстий в свету 0,08 мм) в процентах к первоначальной массе просеиваемой пробы с точностью до 0,1 %. Набор сит собирается таким образом, чтобы сито № 02 располагалось над ситом № 008.

Для этого от пробы шлама, приготовленного ранее с известной влажностью, отвешивают 25 г с точностью до 0,01 г в тарированный стеклянный стакан. Навеску осторожно смывают струей воды из водопровода на сито № 02 и промывают осадок до тех пор, пока не будет стекать совершенно чистая вода. При этом необходимо следить за тем, чтобы вода не переполняла верхнее сито и не разбрызгивалась поверх сита. Для ускорения прохождения воды и частиц шлама через сито можно применять мягкую кисточку для взмучивания шлама. Затем сито с остатком на нем ставят в сушильный шкаф и высушивают при температуре 100-110 °С в течение 1 часа. Высушенный остаток просеивают на лист белой бумаги. Просеивание считают законченным, когда в течение одной минуты через сито проходит не более 0,05 г.

Расчет частных остатков на ситах выражается в процентах на сухое вещество и производится по формуле:


где R – содержание частного остатка на сите № 02 или № 008, %; Р1 – масса сухого остатка на сите, г; Р0 – масса навески влажного шлама, г; Wa – абсолютная влажность шлама, %,

Тонкость помола шлама для цементных заводов устанавливают в зависимости от качественной характеристики сырьевых материалов. В среднем она находится в пределах 5—8% остатка на сите № 008.

Выводы по лабораторной работе:

Контрольные вопросы по работе:

Какими свойствами обладают минеральные вяжущие?

Что собой представляет портландцемент? Какое сырье используется для его производства?

Что такое клинкер? Какими способами осуществляется его производство?

Основные стадии производства портландцемента.

Какие виды карбонатных и глинистых пород применяются для производства портландцемента?

Какие виды добавок используют в цементном производстве? Назначение добавок. Какие добавки применяют для регулирования текучести сырьевого шлама?

Что такое коэффициент насыщения? Дайте его определение. В чем смысл этого коэффициента?

Как изменяются свойства портландцемента в зависимости от модулей портландцементного клинкера?

Какими свойствами характеризуются отдельные клинкерные минералы?

Достоинства и недостатки мокрого способа производства.

В каких случаях целесообразнее выбирать сухой и полусухой способ производства?

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Расчет состава цементной сырьевой смеси и ее приготовление для получения сырьевого шлама

Для исследования были выбраны сырьевые материалы различных цементных заводов: ЗАО «Белгородский цемент» (месторождения мел – «Полигон», глина – «Черная Поляна»). В ходе лабораторной работы возможно использование различных сырьевых материалов, других месторождений.

Примерный химический состав исследованных компонентов представлен в таблице 7.1.

Характеристика сырьевых компонентов различных цементных заводов (мас. %)

Расчет шихты и минералогического состава клинкера для производства портландцементного клинкера проводят при наличии программы «ШИХТА2. Расчет сырьевой смеси» (v.1.3), разработанная специально для кафедры ТЦКМ БГТУ им. В.Г. Шухова.

По полученным расчетам готовим сырьевую смесь в количестве 500-1000 г из предварительно измельченных до Sуд≈3000 см 2 /г и высушенных сырьевых компонентов. Известняк (мел), глина и корректирующая добавка отвешиваются на технических весах в необходимом количестве с точностью до 0,01 г, после чего тщательно перемешиваются в фарфоровой ступке, либо в лабораторной шаровой мельнице в течение 30 минут. После перемешивания сырьевая смесь пересыпается в пластиковые бутылки с пробками и помещается на хранение. В дальнейшем приготовленная сырьевая смесь используется для определения ее важнейших технологических характеристик.

Для приготовления шлама необходимо взять 50 г. Сухой сырьевой смеси и затворить рассчитанным количеством воды для заданной влажности шлама.

Пример расчета: необходимо приготовить шлам с 40 % влажности. Для этого к 50 г. сухого шлама необходимо прилить 33,3 мл воды. ,или 33,3 мл

Определение влажности шлама

Влажность – это содержание влаги в материале в данный конкретный момент, отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии.

От средней пробы шлама отвешивают 10 г с точностью до 0,01 г на предварительно взвешенной фарфоровой чашке. Навеску а чашке помещают в сушильный шкаф и сушат при температуре 120° С до тех пор, пока холодное стекло, приближаемое к пробе, не запотеет. Это показывает, что высушивание закончилось.

Влажность шлама определяется по формулам:



где W0 – относительная влажность шлама, Wа – абсолютная влажность шлама, %; m0 – масса пустой чаши, г; m1 – масса чаши с навеской влажного шлама, г; m2 – масса чаши, с высушенным до постоянной массы шлама, г.

Относительная влажность характеризует процентное содержание влаги в пересчете на абсолютно сухой шлам.

За влажностью шлама, подаваемого в печь, на каждом цементном заводе должен быть установлен ежечасный контроль.

Определение текучести мокромолотого шлама

Текучестемер МХТИ ТН-2 предназначен для определения текучести шлама на цементных заводах как при текущем контроле, так и при лабораторных работах.

Прибор (рис. 45) состоит из столика с концентрической шкалой и конического кольца.

Устанавливают его вдали от отопительных устройств или других источников тепла по возможности ближе к водопроводной раковине.

Место установки прибора должно быть постоянным, с соответственно расположенными тремя небольшими углублениями, в которые входят острия конических опор трех ножек столика прибора.

Верхняя плоскость зеркального стекла, на которое устанавливается коническое кольцо, должна быть горизонтальной; это достигается установкой воздушного пузырька в шаровом уровне на середине при помощи регулировочных винтов ножек столика.

Рис.45. Текучестемер ТН-2 МХТИ им. Менделеева

Рис.45. Текучестемер ТН-2 МХТИ им. Менделеева.

При пользовании прибором рекомендуется дополнительно нанести на шкале тушью толстую окружность (диаметр ее должен соответствовать значению предела текучести, установленного нормативом для испытуемого шлама).

Рекомендуется периодически проверять горизонтальность поверхности стекла в двух взаимно перпендикулярных направлениях при помощи обычного контрольного уровня.

Коническое кольцо устанавливают на стекло расширенной частью конуса вниз, точно по центру круговой шкалы (без эксцентриситета); это достигается совмещением внешнего контура кольца с окружностью шкалы (диаметром 50 мм).

Шлам из ведерка, в котором хранится отобранная проба, наливают ложечкой в коническое кольцо, при этом набирая шлам, его каждый раз тщательно перемешивают той же ложечкой. Кольцо заполняют шламом доверху (до обреза), без выступов и впадин на поверхности шлама (их устраняют небольшим фарфоровым шпателем-лопаткой).

Поверхность шлама можно выравнивать также и ровным обрезком стекла или ножом.

Правильность заполнения кольца шламом проверяют, наблюдая за поверхностью шлама сбоку.

При освоении прибора следует научиться равномерно заполнять конические кольца шламом. Показателем равномерности в этом случае могут служить одинаковые результаты определения текучести при многократном повторении измерений текучести одного и того же шлама.

Перед подъемом кольцо берут двумя пальцами (большим и указательным) правой руки, быстро, но без рывка поднимают вертикально.

Текучесть шлама определяют по диаметру расплыва конуса с точностью до 1 мм. Для этого производят четыре отсчета показаний шкалы в противоположных концах двух взаимно перпендикулярных диаметров, отсчитывая по часовой стрелке, начиная сверху.

Средняя арифметическая величина этих четырех показаний характеризует текучесть испытываемой пробы шлама. Во избежание искажения отсчитывать следует глядя на прибор сверху по его оси и при условии, что шлам, растекшийся на стекле, не оставляет теней. При резком искажении контура расплыва от нормальной окружности производится повторное заполнение кольца шламом и определение текучести.

Коническое кольцо, чайную ложку, лопаточки-скребки и шпатель после определения текучести каждой пробы шлама надо тщательно мыть водой и вытирать насухо.

Шлам убирают со стекла двумя небольшими медными лопаточками-скребками (с ровными краями), смывая его от периферии расплыва конуса шлама к центру, поочередно, в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Затем стекло тщательно вытирают насухо мягкой материей или фильтрованной бумагой.

Можно также на основное круглое зеркальное стекло прибора наложить другое зеркальное стекло (лучше прямоугольное, размером 120X220 мм и толщиной не более 3 мм) и поверх его установить коническое кольцо.

После каждого определения текучести стекло снимают с прибора: шлам смывают под водопроводным краном, а стекло вытирают насухо.

Не следует упускать из виду, что поверхность стекла, на которую устанавливается коническое кольцо, должна быть горизонтальной.

Читайте также: