СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА МАРОК ПЦ500Д0 И ПЦ400Д20 Российский патент 2006 года по МПК C04B7/36 

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, пппSiO₂Al₂O₃Fe₂О₃CaOMgOSO₃суммавлагатитрИзвестняк40,972,840,950,5952,901,540,211007,493,75Зола-унос22,2246,4818,356,503, 681,51-10019, 898,86Отсев щебня железистого кварцита2,5533,930,7159, 10,842,430,251007,9-

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, %РазмерК_Нмодулип.п.ИзвестнякЗола-уносКорректирующая добавка - отсев щебня железистого кварцитачастиц, мм nР177,5020,252,250,01-0,50,851,891,24278,5019,352,150,01-0,50,901,901,26379,1418,772,090,01-0,50,931,921,24479,5018,452,050,01-0,50,951,891,28

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, ПЦ500Д0ОборудованиеЗонаТемпература обжига, °СДлина зоны, мВремя выдержки материала, минПроцессы, происходящие в режимеКонцентратор-700612Обезвоживание, комкование, гранулированиеПечь для обжига клинкераI. Подогрева90011,3030Повышение температуры. Удаление кристаллизационной воды. II. Декарбонизации (кальцинирования)100016,5024Разложение углекислого кальция III. Экзотермических реакций1200-130018,4424Образование 3СаО×А1₂O₃ Начало образования 2CaO×SiO₂ IV. Спекания1400-145015,5024Частичное плавление материала (спекание), уменьшение в объеме, переход двухкальциевого в трехкальциевый силикат V. Охлаждения800-10007,166Охлаждение со стабилизацией кристаллических фаз. Всего: 70,00 03,00120 Барабанный холодильник-150-20024,65 02,26815Охлаждение

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

КлинкерСодержание минералов, % С₃SC₂SС₃АС₄AF145,728,28,415,4256,418,28,214,8362,512,57,914,9466,58,98,114,3

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, М500Д0Вид портландцементаостаток на сите 008,%содержание SO₃, %Al₂O₃, %Активная минеральная добавка - доменный граншлак,%ПЦ400Д2011,0-13,01,0-3,5-20,0ПЦ500Д08,0-10,01,0-3,5--

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.ЦементS_уд. м²/кгВремя достижения тонкости помола, минПредел прочности при сжатии в возрасте (МПа)    3 суток28 суток1М400Д202904626,746,72М400Д203206029,650,03М500Д03005231,052,44М500Д03104833,455,2

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.

Изобретение относится к способу получения портландцемента марок ПЦ500Д0 и ПЦ400Д20 и может найти применение в промышленности строительных материалов. Технический результат - интенсификация процесса клинкерообразования, повышение качества портландцементного клинкера и, соответственно, портландцемента, снижение энергозатрат и материалоемкости производства. В способе получения портландцемента, включающем 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 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. %. 1 з.п. ф-лы, 6 табл.

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.%.