Слайд 1 Основные технологические процессы получения ВМ Вопросы

Слайд 1 Основные технологические процессы получения ВМ Вопросы: 1. Добыча и транспортировка сырья. 2. Дробление. 3. Сушка. 4. Тонкое измельчение материала. 5. Переработка и хранение шламов и порошков. 1. Добыча и транспортировка сырья При производительности 2 млн. т. цемента/год, потребность в сырье 3, 5 млн. т. Задача “Горного цеха”: обеспечить завод сырьем заданного химического и гранулометрического состава. Затраты на добычу – 10 % себестоимости. Способы добычи: открытый и шахтный. В производстве ВМ обычно открытый способ (гипс- закрытым способом). При разработке вскрышных пород боле 20 м наиболее эффективно ведение работ по бестранспортной схеме с выемкой и перемещением вскрышных пород в выработанное пространство. Карьеры- высота уступа 10 -20 м -для твердых пород; 8 -10 м-для мягких пород. Добыча твердых пород: Взрыв: взрывчатка в шахматном порядке в 1 -3 ряда по глубине (расстояние между рядами 3 -10 м. ) Мягкие породы (предел прочности при сжатии до 190 МПа) добывают механическим рыхлением. Рыхлитель – навесное оборудование к трактору тягачу (скорость движения 2 км/ч, глубина рыхления 0, 3 - 1, 2 м, производительность 300 -1100 м 3/ч). Добыча рыхлых пород (мел, глина и д. р. )- экскавацией. Роторный экскаватор (до 1000 м 3/ч), самоходный агрегат в комплексе с ним (400 м/ч). Недостатки: не работает в зимнее время, невозможно для добычи пород с твердыми включениями. Добыча сырья с высокой влажностью Гидромеханизированным способом. Гидромонитор, скорость до 90 м/с под напором 1, 1 Мпа. Недостатки: высокий расход электроэнергии и необходимость наличия значительных объемов воды.

2. 2 Экскаватор

Слайд 2 Доставка сырья на завод: -ж/д транспорт (г. Асбест, г. Казань) - если расстояние более 3 км и потребность более 2 млн. т/год, -автомобильный транспорт (Березники) - сложный рельеф до 6 км. , -воздушно-канатные дороги (г. Стерлитамак) - пересеченная местность, -ленточные конвейеры (г. Сатка) – небольшие расстояния (ширина ленты 300 -2000 мм, скорость 2 -3 м/с), -гидротранспорт (продукты по трубам), -водный транспорт (п. Аракчино)- гипс Камско-Устьинского месторождения – при наличии водной артерии. Объем перевозок: Ж/д-53%; автомобили-42, 5%; воздушно-канатный- 2, 3%; гидравлическим-1, 7%; конвейерным-0, 5%. . Перспективы: приготовление сырьевых смесей будет организовано в карьерах. 2. Дробление Измельчение - разрушение твердых тел для технических и других целей до частиц требуемых размеров. Дроблениегрубое (300 -100 мм), среднее (100 -25 мм), мелкое (25 -1 мм). Помол - грубый (1000 -500 мкм), средний (500 -100 мкм), тонкий (100 -40 мкм), сверхтонкий (менее 40 мкм). 3 основные группы пород: -высокой твердости (предел прочности при сжатии более 120 Мпа, влажность - менее 2%) - известняки, мрамор, мергель. -средней твердости (Р<120 Мпа, влажность 5 -10%), некоторые известняки, плотные глинистые сланцы, мергели. -мягкие породы (влажность 10 -30%, способны размачиваться в воде), мел, глины. Размер кусков породы, поступающей на дробление: -глинистые 50 -500 мм -гипсовые 100 -500 мм -карбонатные 100 -1000 мм Степень измельчения I=D/d, D – диаметр исходных кусков, d - диаметр наиболее крупных кусков после дробления. Оптимальная степень дробления - это минимум суммарной стоимости процессов дробления и помола.

Уравнение П. А. Ребиндера: -полная работа внешних сил при дроблении W = Wg + Wn = k. V +S Где, Wg- работа упругого деформирования объема разрушаемого куска; Wn- работа образования новых поверхностей; S- величина вновь образованной поверхности k- коэффициенты. При больших размерах тела пренебрегают работой образования новых поверхностей: W = k. V = k 1 d 3 Способы измельчения: -раздавливание - когда напряжения превысят предел прочности при сжатии -раскалывание - в результате разрыва материала под действием растягивающих напряжений -ударное дробление - результат динамических нагрузок с возникновением в материале сжимающих сил, растягивающих, изгибающих и сдвиговых напряжений -излом- результат изгиба -истирание – поверхностные слои куска подвергаются деформации сдвига и срезаются скользящими поверхностями измельчителя.

Степень измельчения I = D / d, D – диаметр исходных кусков, d - диаметр наиболее крупных кусков после дробления. Оптимальная степень дробления - это минимум суммарной стоимости процессов дробления и помола. D, мм d, мм i крупное 1500 -300 300 -100 2 -6 среднее 300 -100 50 -10 5 -10 Мелкое 50 -20 10 -2 10 -50 Тонкое 10 -2 2 -0, 075 50 -100 Сверхтонкое 2 -0, 075 -0, 0001 Более 100 Материал Способ измельчения 1. Прочный и хрупкий Раздавливание, 2. Прочный и вязкий Раздавливание, истирание 3. Хрупкий, средней прочности Удар, раскалывание, истирание 4. Вязкий, средней прочности То же удар

2. 6 Схема дробления известняка

Типы дробилок (щековые, конусные, валковые и молотковые) Щековые дробилки – способы раздавливания, раскалывания и частичного истирания. Материал раздавливается между неподвижной и подвижной щеками в результате периодического нажатия последней. Конусные дробилки – измельчают материал раздавливанием за счет излома между двумя усеченными конусами, один из которых (внешний) неподвижен, а другой (внутренний) вращается эксцентрично по отношению к внешнему конусу. Валковые дробилки – материал измельчают способом раздавливания между валками, вращающимися навстречу другу. Молотковые дробилки – измельчение производят ударом и частично истиранием. Достоинства и недостатки дробилок Тип дробилки D, мм Щековая 900 х1200 (180 т/ч) 1200 х1500 (280 т/ч) 1500 х2100 (500 т/ч) 700 -1200 конусные Молотковые роторные d, мм i Преимущества Недостатки -простота -надежность -возможность переработки достаточно влажных материалов Низкая степень измельчения Большой расход материала Большая степень вибрации И т. д. 3 -5 Большая производительность (до 2400 т/ч) -высокие капит. затраты -сложность конструкции -трудности эксплуатации 40 -50 -высокая степень измельчения -малый расход э/э -небольшая масса -простота конструкции -легкость обслуживания Быстрый износ 5 -6 До 1500 До 1000 20

Дробилка – сушилка Назначение: для измельчения пластичных налипающих пород (с влажностью до 25 -30%). Дробилки-сушилки (ударного действия), приспособлены для приема горячих газов (Т=350 -400 о. С), поступающих обычно из теплообменника-подогревателя печи. Наиболее крупные куски материала измельчаются молотками и отбрасываются на отражательную плиту, дополнительно подсушиваясь в потоке горячих газов. Измельченные частицы материала выносятся потоком газов из камеры, а крупные снова падают вниз и измельчаются за счет повторного соударения с молотками. Дробилки- сушилки можно использовать сразу для непосредственного получения гипсовых вяжущих.

3. Сушка Максимальная влажность размалываемого материала должна быть не более 1 -2% (исходная естественная влажность обычно 5 -20 %). Режим сушки зависит от : 1 -физических свойств, 2 -гранулометрического состава, 3 -начальной и конечной влажности и некоторых др. Важно: cушить до помола, либо одновременно с помолом в мельнице (при W<8 -12%). Сушильные барабаны (противоточные и прямоточные): d=2, 2 -3, 5 м; l=14 -30 м; t горячего воздуха=500 -900 о. С, температура отходящих газов 100 -120 о. С. Глину сушат в прямоточной сушилке (т. к горячие газы предотвращают налипание глины на помольные агрегаты). Основные показатели сушильных барабанов: Степень заполнения материалом - 12 -15% (барабаны с ячейковыми устройствами – 25 -30%) производительность - 8 -70 т/ч, расход теплоты на сушку - 4, 6 -5 МДж/кг. Теоретический расход теплоты на испарение 1 кг воды 2, 69 МДж (рассчитать на лекции самостоятельно!!!. Цена -3 балла!!! Недостаток сушильных барабанов: низкий коэффициент использования тепла, высокая металлоемкость. Аэрофонтанные сушилки Принцип действия: сушка материалов осуществляется в кипящем слое. Материал высушивают в вертикальном реакторе, в котором напор потока газов должен быть достаточен для создания псевдожжиженного слоя толщиной 500 -600 мм. Достоинства: -высокая температура сушильного агента (1300 -1500 о. С); -увеличение поверхности теплообмена; -высокая производительность - 50 -70 т/ч (при удельном расходе теплоты на сушку 4, 2 МДж/кг); -простота конструкции; -низкая металлоемкость (50 раз ниже барабанных); Сушильные установки с русловым кипящим слоем - для сушки шлака слоем до 300 мм.

2. 8 Вихревая сушилка Просушивание осуществляется во взвешенном состоянии. Принцип действия: в стальном корпусе вращаются 2 вала с лопастями. Высушиваемый материал подается на быстро вращающиеся лопасти и разбрасывается по всему внутреннему пространству. Горячий воздух (600 о. С) высушивают зерна во взвешенном состоянии. Отработанные газы удаляются в пылеулавливающее оборудование. Достоинства: экономичность, компактность, производительность выше 2 -3 раза. Недостатки: малая мощность, большой вынос пыли, быстрый износ металлических узлов, возможность сушки только невязких

4. Тонкое измельчение (помол) Следствие тонкого измельчения: увеличение растворимости, увеличение химической активности; ускорение процессов твердения вяжущих. Причина: разрыв химических связей с образованием на поверхности свободных атомных групп и радикалов. (пример, в тонкомолотых портландцементных сырьевых смесях процесс клинкерообразования завершается при температуре на 50 о. С ниже, чем у грубоизмельченных). Цемент ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА - если содержание частиц размером 3 -30 мкм должна быть не менее 70%!!!. Измельчение происходит, если внешние силы преодолевают силы взаимного сцепления частиц материала. При измельчении выделяется свободная энергия, пропорциональная поверхности d. E = d. S При помоле отличают 3 участка: 1 -участок грубого помола, 2 -участок среднего, 3 -участок тонкого помола. Расход энергии при помоле выше, чем при дроблении в 3 -4 раза (теоретически) или 15 -20 раз (практически). Причина: -“упрочнение” частиц по мере уменьшения их размера, -тормозящее действие переизмельченного материала (тонкие частицы агрегируются и налипают на рабочие поверхности). На 3 -м участке, по мере измельчения энергетические потенциалы частиц возрастают настолько, что происходит самопроизвольное их агрегирование (с уменьшением удельной поверхности). При этом значительная часть энергии затрачивается не на измельчение исходного материала, а на разрушение вновь образующихся агломераторов. Для анализа тонкого измельчения (при малых размерах тела) можно пренебречь работой упругого деформирования куска. Тогда уравнение Ребиндера преобразуется: W=Wg+Wn ; Wn=k 2 d 2

2. 10 Схема Д-П-С

2. 15 Мельница сухого самоизмельчения

2. 17 Шахтная мельница

2. 18 Центробежная мельница

2. 19 Валковая мельница 2. 20 Струйная мельница

2. 21 Болтушка

2. 22 Вертикальный шламобассейн

2. 25 Силосы для гомогенизации сырьевой смеси