RU2012108308A - Способ изготовления высокопрочного и быстротвердеющего алитового портландцемента и технологическая линия для его реализации - Google Patents

Abstract

1. Способ изготовления высокопрочного и быстротвердеющего алитового портландцемента, включающий подачу природного сырья: известняка или мела и содержащей кремнезем глины с карьера с помощью экскаватора и автотранспорта, их дробление с сушкой, совместный помол с сушкой в мельнице, гомогенизацию в смесительных силосах (складах), декарбонизацию смеси известняка и кремнезема из глины, обжиг во вращающейся печи, охлаждение клинкера, его помол, складирование, упаковку и отправку цемента в мешках, вагонах, автотранспортом потребителю, отличающийся тем, что осуществляют подачу с карьера с помощью экскаватора и автотранспорта наиболее кальцинированного природного мела или известняка с высоким содержанием (92-98%) углекислого кальция (CaCO), а вместо глины с значительным содержанием в кремнеземе примесей обычного цемента - чистый кварцевый песок с высоким содержанием кремнезема (SiO) 92-98% на утепленные склады, при этом каждая из указанных смесей поступает на свою линию обработки, включающую расположенные в технологической последовательности отдельно для известняка или мела - грохот для разделения известняка или мела на крупные (до 600 мм) и мелкие (до 25 мм) куски для уменьшения массы на дробление, предпочтительно молотковая двухроторная дробилка повышенной производительности, меньшей массы и потребляемой мощности и с высокой степенью измельчения (15-20), емкость с мелкой фракцией (до 25 мм) известняка или мела с предварительной их сушкой за счет приточно-вытяжной вентиляции; аналогично для кварцевого песка - вибрационный грохот для отделения примесей от кварцевого песка, емкость для кварцевого песка; далее в каждой линии для �

Claims (2)

1. Способ изготовления высокопрочного и быстротвердеющего алитового портландцемента, включающий подачу природного сырья: известняка или мела и содержащей кремнезем глины с карьера с помощью экскаватора и автотранспорта, их дробление с сушкой, совместный помол с сушкой в мельнице, гомогенизацию в смесительных силосах (складах), декарбонизацию смеси известняка и кремнезема из глины, обжиг во вращающейся печи, охлаждение клинкера, его помол, складирование, упаковку и отправку цемента в мешках, вагонах, автотранспортом потребителю, отличающийся тем, что осуществляют подачу с карьера с помощью экскаватора и автотранспорта наиболее кальцинированного природного мела или известняка с высоким содержанием (92-98%) углекислого кальция (CaCO₃), а вместо глины с значительным содержанием в кремнеземе примесей обычного цемента - чистый кварцевый песок с высоким содержанием кремнезема (SiO₂) 92-98% на утепленные склады, при этом каждая из указанных смесей поступает на свою линию обработки, включающую расположенные в технологической последовательности отдельно для известняка или мела - грохот для разделения известняка или мела на крупные (до 600 мм) и мелкие (до 25 мм) куски для уменьшения массы на дробление, предпочтительно молотковая двухроторная дробилка повышенной производительности, меньшей массы и потребляемой мощности и с высокой степенью измельчения (15-20), емкость с мелкой фракцией (до 25 мм) известняка или мела с предварительной их сушкой за счет приточно-вытяжной вентиляции; аналогично для кварцевого песка - вибрационный грохот для отделения примесей от кварцевого песка, емкость для кварцевого песка; далее в каждой линии для известняка или мела и кварцевого песка установлены соответственно: два сушильных барабана путем подачи в них отходящих рекупированных газов из обжиговых печей, система рекупирации газов из обжиговых печей соответственно углекислого кальция и кварцевого песка, соответственно две шаровые мельницы грубого помола до крупности 0,01 мм для каждой линии с одновременной их сушкой до 0,5% влажности, две мельницы тонкого помола до размера частиц до 1 мкм, два расходных бункера, далее шихта известняка или мела и шихта кварцевого песка из расходных бункеров через приводные дозаторы обжигаются отдельно друг от друга в своих обжиговых каналах с последующим их смешением в общем вихревом канале; при этом обжиг шихты известняка или мела осуществляется в две стадии: на первой стадии решается задача декарбонизации углекислого кальция в вертикальном обжиговом канале высотой до 3 м, путем движения шихты сверху вниз под действием собственного веса по наклонным зигзагообразным плоским направляющим; при этом внизу вертикального обжигового канала углекислого кальция установлена эжекционная многосопловая газовая горелка с индивидуальным смесителем природного газа и обогащенного кислорода (до 92-95%), подаваемого из установки разделения воздуха на кислород и азот; в результате при сгорании природного газа в практически чистом кислороде значительно повышается температура пламени (до 2200°C) и уменьшается объем газового потока сгорания (в 3-4 раза), что в значительной мере влияет на снижение размеров обжигового канала, снижение вредных выбросов NO_X и в целом на улучшение экологии производства цемента; движение газов снизу вверх противоположно движению шихты сверху вниз и осуществляется с невысокой скоростью в пределах 0,5-1,0 м/с. В результате гравитационного падения шихты по наклонным зигзагообразно установленным каналам в течение 3-6 с происходит нагрев шихты до температуры декарбонизации углекислого кальция в пределах 700-1000°C; за это время при движении шихты сверху вниз происходят следующие физико-химические процессы: удаляется остаточная физическая влага (100-150°C), затем при 200-250°C освобождается химически связанная вода, а при 500°C происходит выгорание органических примесей, при температуре 500-700°C происходит декарбонизация примеси углекислого магния (MgCO₃→MgO+СО₂), при температуре 700-1000°C осуществляется основной процесс декарбонизации углекислого кальция (CaCO₃→СаО+CO₂), полученные при декарбонизации и сгорании природного газа в кислороде углекислый газ и пары воды, проходя через расходный бункер, нагревают шихту в нем и направляются дымососом в теплообменник для подогрева воздуха для вентиляции, а с выхода теплообменника - в гидрозатвор для очистки газов от пыли и паров воды и далее углекислый газ направляется в газгольдер на реализацию; внизу на выходе вертикальной обжиговой печи шихта, имея постоянный химический состав в виде окиси кальция CaO, захватывается горячим газовым потоком с выхода второй многосопловой эжекционной горелки, образованным при сгорании природного газа с обогащенным кислородом воздуха (92-98%) с температурой 2200°C, движется по спирали этого горизонтального канала длиной до 3 м со скоростью 2-3 м/с, нагреваясь до температуры 1600°C в конце канала. Кроме того, в конце горизонтального канала обжиговой печи осуществляется сужение сечения канала с целью обеспечения увеличения скорости газового потока совместно с окисью кальция CaO до скорости 5-7 м/с; обжиг шихты кварцевого песка проводится во втором вертикальном обжиговом канале длиной до 3 м путем подачи ее приводным дозатором из расходного бункера кварцевого песка тонкого помола (до 1 мкм); во втором обжиговом канале шихта кварцевого песка тонкого помола движется сверху вниз под действием собственного веса также по наклонным зигзагообразным плоским каналам; внизу второго обжигового канала кварцевого песка (SiO₂) установлена эжекционная многосопловая газовая горелка с индивидуальным смесителем природного газа и обогащенного кислорода (92-98%) из установки разделения воздуха на кислород и азот; здесь также при сгорании природного газа в практически чистом кислороде достигается температура пламени до 2200°C, уменьшается объем газового потока сгорания природного газа в кислороде (в 3-4 раза), что обеспечивает значительное снижение размера обжигового канала, снижение вредных выбросов NO_X и в целом значительное улучшение экологии производства цемента; в месте меняющегося сечения горизонтального вихревого газового канала печи обжига окиси кальция до температуры 1600°C сверху подходит вертикальный обжиговый канал кремневого песка, который непрерывно из своей нижней части подает обожженную шихту кремневого тонко помолотого песка (кремнезем - SiO₂) с температурой 1300°C; а в результате вихревого движения газового потока шихты с окисью кальция происходит равномерное смешение этой шихты с обоженной шихтой кремниевого песка, падающей сверху с меньшей скоростью на данный газовый поток с окисью кальция, что и обеспечивает требуемое для образования алита (3CaO·SiO₂) соотношение массы окиси кальция к массе кремнезема (SiO₂) как 3:1; полученная в вертикальном обжиговом канале и нагретая в горизонтальном обжиговом канале до температуры 1600°C смесь шихты окиси кальция после смешения с шихтой кремнезема (SiO₂) с температурой 1300°C и соотношением массы окиси кальция к массе кремнезема как 3:1 имеет температуру 1450-1480°C и скорость движения 2,5-3 м/с, а в результате активного перемешивания в общем вихревом канале длиной до 3 м в конце канала получается однородная смесь окиси кальция (CaO) и кремнезема (SiO₂) в соотношении 3:1; основными особенностями переработки кварцевого песка и его обжига являются: отсутствие такого оборудования, как грохот и дробилки, значительно меньший объем углекислого газа и окончательная температура обжига в вертикальном канале до 1300°C; далее однородная смесь окиси кальция и кремнезема в соотношении 3:1 и с температурой 1450-1480°C поступает в пресс горячего прессования для получения цементного клинкера; при этом конструкция пресса по горячему прессованию однородной смеси окиси кальция и кремнезема позволяет осуществлять непрерывную ее приемку и прессование в цементный клинкер за счет двухсекционной конструкции пресса, которая позволяет за время цикла прессования в 20 с в одной секции пресса, во второй секции пресса происходит накопление однородной смеси, и наоборот; цементный клинкер прессуется в форме гранулированных пластин толщиной 25-30 мм и диаметром 400-500 мм с прессовым усилием 0,1-0,25 кг/см² при температуре 1450-1480°C и коэффициентом прессования 5-10; все внутренние поверхности пресс-формы находятся под постоянным индукционным нагревом с обязательным автоматическим контролем процесса прессовки, в том числе температуры 1450-1480°C; прессование осуществляется сверху вниз, а вышеуказанные температурные и механические режимы являются благоприятными для образования клинкера «алита» (3CaO·SiO₂), который сохраняется и укрепляется в процессе прессования за счет дополнительной энергии эвтектической смеси окиси кальция и кремнезема, сохранения энергетических связей в кристалле «алита» (3CaO·SiO₂); обжиговые газы (CO₂ и H₂O) удаляются из камеры прессования через керамические фильтры и теплообменники, далее очищаются от пыли в гидрозатворах с последующей их утилизацией: осадок пыли после сушки возвращается в процесс, а углекислый газ направляется в газгольдер для последующего применения и продажи; за каждый цикл прессования (20 с) получается гранулированная пластина толщиной до 30 мм и диаметром до 500 мм цементного клинкера (3CaO·SiO₂), которая сдвигается по подовой поверхности пресса на рольганг холодильной камеры длиной до 20 м, в которую подается охлажденный инертный газ азот, полученный из установки разделения воздуха на кислород и азот; быстрое охлаждение «алита» в нейтральной азотной среде исключает переход алита (3CaO·SiO₂) в белит (2CaO·SiO₂), в том числе и за счет отсутствия кислорода воздуха и паров воды; в конце холодильной камеры клинкерная пластина при температуре 50°C сбрасывается в молотковую дробилку, откуда клинкерная масса «алита» поступает на помол в мельницы грубого помола до размера 0,01 мм и струйную мельницу тонкого помола до оптимального размера 30-0 мкм, в результате чего получается алитовый портландцемент с содержанием алита до 70-90%, а при размерах частиц 30-0 мкм алитовый портландцемент имеет максимальную удельную поверхность от 5300 до 7000 см²/г, что и обеспечивает максимальную прочность алитового портландцемента марки 800-1000, а размеры частиц в 30-0 мкм обеспечивают высокую скорость твердения; с выхода мельницы тонкого помола алитовый портландцемент поступает в установку расфасовки в герметичные мешки и далее по конвейеру на склад готовой продукции.

2. Технологическая линия для изготовления высокопрочного и быстротвердеющего портландцемента, включающая автоматизированную систему управления и контроля параметров технологических процессов, обеспечивающая управление оборудованием линии: карьеры для добычи известняка или мела, глины, содержащей кремнезем соответственно, экскаваторы для погрузки сырья, автотранспорт для доставки сырья на утепленные склады соответственно, дробилки для известняка или мела и глины, сушильные барабаны, дозаторы, мельницы совместного помола с сушкой, расходный бункер, дозатор, декарбонизатор, обжиг в печи, холодильник, клинкерный склад, дозатор, дробилку, мельницы помола клинкера, склад цемента, упаковку и отправку цемента в мешках согласно предлагаемому изобретению дополнительно вводятся раздельные технологические линии соответственно для или известняка или мела, кварцевого песка повышенного качества (92-98%), отдельно для технологической линии углекислого кальция (известняка или мела) устанавливается грохот для разделения углекислого кальция на крупные (до 600 мм) и мелкие (до 25 мм) куски с последующим дроблением крупных кусков в молотковых двухроторных дробилках высокой производительности, меньшей потребляемой мощности, меньшей массы и высокой степенью измельчения (15-20) по сравнению с другими типами дробилок, склад для мелких фракций с выхода грохота и дробилки, где сырье подвергается предварительной сушке за счет приточно-вытяжной вентиляции, как и на складе кварцевого песка, два сушильных барабана соответственно для углекислого кальция и кварцевого песка, система рекуперации газов из обжиговых печей соответственно углекислого кальция и кварцевого песка, соответственно две шаровые мельницы до крупности 0,01 мм для каждого канала, с одновременной их сушкой до 0,5% влажности, две мельницы для помола до размера частиц до 1 мкм, два расходных бункера соответственно для углекислого кальция и кварцевого песка, два дозатора, две обжиговые печи для каждого канала, при этом обжиговая печь углекислого кальция состоит из вертикального обжигового канала длиной до 3 м, где осуществляется декарбонизация углекислого кальция, и горизонтального спирального газового канала длиной до 3 м для нагрева шихты окиси кальция до 1600°C, соответственно вертикальный газовый канал нагрева шихты кварцевого песка до температуры 1300°C; система разделения воздуха на кислород и азот для подачи кислорода в эжекционные многосопловые газовые горелки совместно с природным газом и подачи азота в холодильник быстрого нейтрального охлаждения алитового клинкера, общий спиральный канал смешения шихт окиси кальция CaO и двуокиси кремния SiO₂ в соотношении 3:1, двухсекционный пресс для прессования смеси окиси кальция и двуокиси кремния в соотношении 3:1 в виде пластин толщиной до 30 мм и диаметром до 500 мм, рольганг холодильной камеры для быстрого охлаждения алитового клинкера, молотковая двухроторная дробилка, мельницы грубого помола до 0,01 мм, струйная мельница тонкого помола до размера 30-0 мкм, дозированная упаковка алитового цемента в герметичные мешки, склад готовой продукции, теплообменники для утилизации тепловой энергии, гидрозатворы для обеспыливания пыли соответственно от мельниц грубого и тонкого помола углекислого кальция, от мельницы грубого и тонкого помола кварцевого песка, от мельниц грубого и тонкого помола алитового клинкера, для утилизации паров воды газовой смеси, отделения углекислого газа, газгольдеры для его сбора, установки для сбора пыли, ее отделения, сушки и возврата в процесс, система автоматики, управления и контроля на всех этапах технологического процесса изготовления быстротвердеющего высокопрочного портландцемента (алита 3CaO·SiO₂).