способ получения портландцемента марок пц500д0 и пц400д20

Формула изобретения

1. Способ получения портландцемента, включающий сушку и грануляцию сырьевого шлама с коэффициентом насыщения К_Н - 0,85-0,95, глиноземным модулем р - 1,24-1,28, силикатным модулем n - 1,89-1,92 в концентраторе диаметром 4,5 м, с гирляндной цепной завесой с последующим обжигом полученных гранул при температуре 1400-1450°С в короткой вращающейся печи длиной 70 м и диаметром 3,0×3,6 м, охлаждением полученного клинкера и совместным помолом его и гипса в количестве 2,5-3,5 мас. % в пересчете на SO₃ , отличающийся тем, что используют указанный сырьевой шлам с влажностью 31,0-35,0% и растекаемостью 50-70 мм, концентратор длиной 6 м, осуществляют сушку при температуре 700-900°С до влажности 5-6%, полученные гранулы имеют размер 10-20 мм, совместный помол ведут до тонкости помола 8,0-13,0% на сите 008.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при совместном помоле дополнительно вводят активные минеральные добавки в количестве 20 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов. Предлагаемое изобретение относится к получению портландцементного клинкера.

Известен способ получения портландцементного клинкера во вращающейся печи путем подачи цементного сырьевого шлама с ее холодного конца против и по направлению движения отходящих газов /Авторское свидетельство SU № 1193140 А, С 04 В 7/44; 23.11.85 г. Бюл. №43; заявка от 27.07.84 г. /Авторы Вин.В.Монтвила и Вит.В.Монтвила/.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является способ получения портландцемента, включающий сушку и грануляцию сырьевого шлама с влажностью 34-36%, коэффициентом насыщения К_н - 0,85-0,95, глиноземным модулем р - 1,24-1,28, n - 1,89-1,92 в концентраторе с гирляндной цепной завесой с последующим обжигом полученных гранул при температуре 1400-1500°С в короткой вращающейся печи длиной 70 м, диаметром 3,0×3,6 м, охлаждением полученного клинкера и совместным помолом его и гипса в количестве 2,5-3,5 мас. % в пересчете на SO₃ (см., например, Бутт Ю.М. Технология вяжущих веществ, Москва, 1965, с.174, 230, 331-332).

Целью предлагаемого изобретения является интенсификация процесса клинкерообразования, повышение качества портландцементного клинкера и портландцемента на его основе, снижение энергозатрат и материалоемкости производства.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе получения портландцемента, включающем сушку и грануляцию сырьевого шлама с коэффициентом насыщения К_H - 0,85-0,95, глиноземным модулем р - 1,24-1,28, силикатным модулем n - 1,89-1,92 в концентраторе диаметром 4,5 м с гирляндной цепной завесой с последующим обжигом полученных гранул при температуре 1400-1450°С в короткой вращающейся печи длиной 70 м и диаметром 3,0×3,6 м, охлаждением полученного клинкера и совместным помолом его и гипса в количестве 2,5-3,5 мас. % в пересчете на SO₃, используют указанный сырьевой шлам с влажностью 31,0-35,0% и растекаемостью 50-70 мм, концентратор длиной 6 м, осуществляют сушку при температуре 700-900°С до влажности 5-6%, полученные гранулы имеют размер 10-20 мм, совместный помол ведут до тонкости помола 8,0-13,0% на сите 008.

При совместном помоле дополнительно могут быть введены активные минеральные добавки в количестве 20 мас. %.

Для приготовления сырьевого шлама используются следующие исходные материалы:

- Известняк Рязанского месторождения; Пятовского каръероуправления и/или Тульского месторождения;

- Зола-унос Люберецкой ТЭЦ;

- Отсев щебня железистого кварцита - ОАО "Михайловский ГОК" - Курского месторождения.

Химический состав исходных материалов для производства портландцемента марок ПЦ400Д20 и ПЦ500Д0 приведен в таблице 1.

Таблица 1
	Химический состав,
	ппп	SiO2	Al 2O3	Fe 2О3	CaO	MgO	SO3	сумма	влага	титр
Известняк	40,97	2,84	0,95	0,59	52,90	1,54	0,21	100	7,4	93,75
Зола-унос	22,22	46,48	18,35	6,50	3, 68	1,51	-	100	19, 8	98,86
Отсев щебня железистого кварцита	2,55	33,93	0,71	59, 1	0,84	2,43	0,25	100	7,9	-

Исходные материалы подбирают таким образом, чтобы сырьевой шлам при влажности 31,0-35,0% имел растекаемость 50-70 мм.

В таблице 2 приведен вещественный и дисперсный состав компонентов сырьевого шлама для получения портландцементного клинкера для портландцемента марок ПЦ400Д20 и ПЦ500Д0.

Таблица 2

№	Содержание компонентов, %			Размер	КН	модули
п.п.	Известняк	Зола-унос	Корректирующая добавка - отсев щебня железистого кварцита	частиц, мм		n	Р
1	77,50	20,25	2,25	0,01-0,5	0,85	1,89	1,24
2	78,50	19,35	2,15	0,01-0,5	0,90	1,90	1,26
3	79,14	18,77	2,09	0,01-0,5	0,93	1,92	1,24
4	79,50	18,45	2,05	0,01-0,5	0,95	1,89	1,28

Сырьевой шлам с влажностью 31-35% и растекаемостью 50-70 мм предварительно обрабатывают в запечном теплообменном устройстве-концентраторе шлама длиной 6 м и диаметром 4,5 м. В указанном концентраторе сырьевой шлам высушивается до влажности 5-6%, гранулируется до размера гранул 10-20 мм. Затем производят обжиг сырьевой смеси во вращающейся печи в течение 2-х часов, максимальная температура - 1450°С.

Далее производят помол полученного портландцементного клинкера в соотношении 75 мас. % клинкера и 5 мас. % природного гипса (3,5% в пересчете на SO₃). В этом случае получают портландцемент марки ПЦ500Д0. В том случае, если при помоле дополнительно вводят активные минеральные добавки в количестве 20%, получают портландцемент марки ПЦ400Д20. Полученный портландцемент без минеральной добавки марки ПЦ500Д0 удовлетворяет требованиям ГОСТа 10178-85. Портландцемент с минеральными добавками марки ПЦ400Д20 удовлетворяет требованиям ГОСТа 10178-85.

Способ осуществляют следующим образом.

В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ:

- известняк Рязанского месторождения - ЗАО "Горенка Неруд" ТУ-400-1-196-80 и ОАО "Пятовское к/у" и/или известняк из карьеров Тульского месторождения;

- зола-унос - ОАО "Люберецкая ТЭЦ-22" ТУ-34-70-10347-92;

- отсев щебня железистого кварцита - ОАО "Михайловский ГОК" ТУ-14-401209-97 - Курского месторождения;

В КАЧЕСТВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК:

- гипсовый камень Тульского месторождения - ООО "Гипс-Кнауф-Маркетинг" г. Новомосковск ГОСТ 4444013-32;

- активная минеральная добавка - доменный граншлак - ОАО "Северсталь" ГОСТ 3476-74;

- технологическое топливо - природный газ - Магистральный газопровод - Московское кольцо с калорийностью 7950 ккал/м³;

- используется артезианская вода и/или собственный водозабор на реке Пахре;

- Для футеровки вращающейся печи используют огнеупоры:

- периклазошпинельные - ПШГТ 28,29 - НПО "Уралбетон" ГОСТ 21436-75;

- алюмосиликатные ИЩУ 3, 4 - ОАО "Подольскогнеупор" ГОСТ 21436-75;

В качестве мелющих тел в шаровой мельнице используют:

- шары - ОАО ПСП "Катавмаш" ГОСТ 7524-83;

- цильпебсы - ЗАО "Пашийский металлургическо-цементный завод" ТУ 21-32-317-92.

Топливо при получении портландцементного клинкера - природный газ - Газопровод-Московское.

- электроэнергия - Мосэнерго.

Приготовленный в трубной двухкамерной сырьевой мельнице 2,6×13 сырьевой шлам из известняка, золы-уноса с тонкостью помола (остаток на сите 02) 3% откорректирован железосодержащей добавкой - отсев щебня железистого кварцита в вертикальных шламовых бассейнах. Сырьевой шлам с коэффициентом насыщения 0,95, глиноземным модулем 1,28 и силикатным модулем 1,89, имеющий влажность 35,0% и растекаемость 70 мм, насосами подают во вращающуюся печь через концентратор шлама, где шлам подвергается резкому удару о цепную завесу при температуре 900°C, при этом материал обезвоживается и комкуется до размеров частиц 10-20 мм, и в зону обжига вращающейся печи подают указанные гранулы с влажностью 5%. Обжигу при температуре 1400°С подвергают гранулы - во вращающейся печи длиной 70 м и диаметром 3,0×3,6 м, производительностью 14,5 т/час, число оборотов печи на полном ходу 1,11 об/мин, число скоростей - 3, угол наклона печи - 5%.

Режимы обжига клинкеров для ПЦ400Д20, ПЦ500Д0 представлены в таблице 3.

Таблица 3 Режимы обжига сырьевых смесей (шлама) клинкеров ПЦ400Д20, ПЦ500Д0
Оборудование	Зона	Температура обжига, °С	Длина зоны, м	Время выдержки материала, мин	Процессы, происходящие в режиме
Концентратор	-	700	6	12	Обезвоживание, комкование, гранулирование
Печь для обжига клинкера	I. Подогрева	900	11,30	30	Повышение температуры. Удаление кристаллизационной воды.
	II. Декарбонизации (кальцинирования)	1000	16,50	24	Разложение углекислого кальция
	III. Экзотермических реакций	1200-1300	18,44	24	Образование 3СаО×А12O 3 Начало образования 2CaO×SiO2
	IV. Спекания	1400-1450	15,50	24	Частичное плавление материала (спекание), уменьшение в объеме, переход двухкальциевого в трехкальциевый силикат
	V. Охлаждения	800-1000	7,16	6	Охлаждение со стабилизацией кристаллических фаз.
	Всего:		70,00 03,00	120
Барабанный холодильник	-	150-200	24,65 02,268	15	Охлаждение

Общее время пребывания обрабатываемого материала в печи - 2 часа максимум. В связи с вышеуказанными реологическими свойствами сырьевого шлама процессы клинкерообразования ускоряются, т.к. подготовка идет еще в концентраторе. Низкий силикатный модуль - 1,89 способствует понижению температуры обжига.

Полученный портландцементный клинкер характеризуется полным завершением процессов минералообразования, имеет отчетливую крупнозернистую кристаллизацию минералов алита и белита, фазовый состав которых приведен в таблице 4.

Таблица 4

Клинкер	Содержание минералов, %
	С3S	C 2S	С3А	С4AF
1	45,7	28,2	8,4	15,4
2	56,4	18,2	8,2	14,8
3	62,5	12,5	7,9	14,9
4	66,5	8,9	8,1	14,3

Обожженный клинкер имеет плотность 1650-1700 г/л. Клинкер охлаждают до температуры 150-200°C в непрерывном барабанном холодильнике открытого типа:

завод-изготовитель фирмы "Полизиус" - производство ГДР;

диаметр - 2,268 м;

длина - 24,65 м;

угол наклона - 5%;

число оборотов - 2,56 об/мин, подавался по транспортеру на склад для "магазинирования".

За вращающейся печью установлены два пылеулавливающих аппарата - электрофильтр типа ДГПН-42-2.

Производство по газу - 46000 м³/час;

площадь активного аппарата - 84 м²;

количество секций в электрофильтре - 2 шт.;

количество полей в каждой секции - 2;

степень очистки - 98-99%;

завод-изготовитель - г. Семибратово: п/я 6735. Температура на входе - 135°С, на выходе - 120°С;

разрежение перед фильтрами - 150 мм водного столба, разрежение после фильтра - 170 мм водного столба.

перерабатываемый материал - пылегазовая смесь;

производительность по газу - 150-200 т.м³/час;

температура газов на входе в электрофильтр - не более 330°С;

концентрация пыли в очищаемом газе, г/м, не более 60%;

допустимое разрежение - 50-65 мм водного столба;

степень очистки газа - 99,5;

сопротивление электрофильтра - 15.

Отходящие газы от охлаждения портландцементного клинкера в холодильном барабане используют одновременно для сушки активной минеральной техногенной добавки (доменный гранулированный шлак) или трепела. Минеральные добавки подают по транспортерной ленте на совместный помол с портландцементным клинкером в трубную 2-камерную цементную мельницу размером 3×2×15 м.

Помол ведут до тонкости помола, характеризуемой остатком на сите № 008 8,0-13,0% (удельной поверхностью в пределах 280-400 м²/кг)

Завод-изготовитель трубной мельницы - "Волгоцеммаш".

Характеристики мельницы:

число оборотов - 18,08 об/мин;

производительность - 50 т/час;

электродвигатель СДЖС - 2-22-41-60 УХЛ-4;

мощность - 2000 кВт;

напряжение - 10000 В.

Размер камер:

I камера - 6,9 м, коэффициент заполнения - 0,25;

II камера - 7,65 м, коэффициент заполнения - 0,31.

Ассортимент загрузки:

I камера - диаметр 100-4,5 т - 450;

диаметр 90-6,0 т - 540;

диаметр 80-8,0 т - 640;

диаметр 70-13,0 т - 910;

диаметр 60-15,0 т - 900;

диаметр 50-10,0 т - 500;

II камера - цильпебс - 80 т.

Тип бронефутеровки:

I камера - конусно-волнистые;

II камера - гребенчатые.

За цементной мельницей №6 с размерами 3,2×15 м установлен

пылеулавливающий аппарат - рукавный фильтр ФРКИ-360:

3 циклона - диаметр 8,0 м;

площадь фильтрующей поверхности - 360 м³ ;

дымосос типа ДН-17;

производительность - 40000 м³/час;

напор - 400 мм водного столба;

перерабатываемый материал - пылевоздушная смесь;

температура на входе - 70°С, на выходе - 55°С;

разрежение на входе - 320 мм водного столба;

разрежение на выходе - 586 мм водного столба.

Таблица 5 Состав цементов М400Д20, М500Д0
Вид портландцемента	остаток на сите 008,%	содержание SO3, %	Al 2O3, %	Активная минеральная добавка - доменный граншлак,%
ПЦ400Д20	11,0-13,0	1,0-3,5	-	20,0
ПЦ500Д0	8,0-10,0	1,0-3,5	-	-

Приготовленные портландцементы испытывали по ГОСТ 310.1-310.4-85. Прочностные показатели цементов М400Д20, М500Д0 представлены в таблице 6.

Таблица 6 прочностные свойства портландцементов М400Д20, М500ДО
№ п.п.	Цемент	S уд. м2/кг	Время достижения тонкости помола, мин	Предел прочности при сжатии в возрасте (МПа)
				3 суток	28 суток
1	М400Д20	290	46	26,7	46,7
2	М400Д20	320	60	29,6	50,0
3	М500Д0	300	52	31,0	52,4
4	М500Д0	310	48	33,4	55,2

Готовые портландцементы (цементы) упаковывают на упаковочной машине ПРМ-8-3 (Производство Чехия):

число наполняющих вентилей - 8 шт.;

число наполненных мешков - 2200-2400 шт.;

масса мешка - 50 кг;

скорость транспортера мешков - 0,8-1 м/с;

средняя наполняющего вентиля - 50 мм;

общая масса наполнителя - 11500 кг;

минимальная температура рабочей среды - +2°С;

максимальная температура рабочей среды - +40°С;

регулируемые обороты - 2,3-5,625 мин.

Таким образом, предлагаемый способ получения портландцемента марок ПЦ500Д0 и ПЦ400Д20 позволяет значительно интенсифицировать процесс клинкерообразования за счет особого состава и способа приготовления сырьевого шлама, обеспечивает получение портландцементного клинкера и портландцемента на его основе высокого качества, снижает энергозатраты, ускоряет процесс получения клинкера за счет использования концентратора сырьевого шлама, ускоряющего подготовку и усреднение сырья, и исключения зоны сушки во вращающейся печи.