Выбор исходных материалов их характеристика

Исходным материалам являются портланд цемент, суперпластификатор и пемза.

К природным минеральным добавкам вулканическо-происхождения относят вулканические пеплы, туфы, пемзы, трассы и др. При извержении вулканов из их кратеров, кроме изливающейся лавы, выбрасывается огромное количество раскаленных обломков горных пород разной величины и мельчайших пылевидных частиц лавы. Более крупные обломки выпадают на склонах вулканов, мельчайшие же частицы охлаждаются воздухом осаждаются на землю в виде вулканического пепла. если вулканический пепел сохраняет при этом землис-то-рыхлое строение, то его часто называют пуццоланом, если же он в результате вторичных процессов превращается в пористую камневидную породу, — то вулканиче­ским туфом. Сильно метаморфизованные разновидности вулканических туфов, характеризующиеся значительной 'плотностью и прочностью, называют трассами, а застыв­шую, сильно поризованную выделившимися при охлаж­дении газами лаву — пемзой. Витрофиры представляют собой плотную каменную породу порфировой структуры, состоящую в основном из темного вулканического стекла. Большие количества вулканических пород встречаются в Армении и некоторых других районах СССР.

По химическому составу добавки вулканического происхождения состоит в основном из кремнезема и гли­нозема (70—90 %), в них присутствует небольшое коли­чество СаО и МgО (2—4 %), щелочей Na и К₂0 (3— 8%) и гидратной воды, удаляемой при прокаливании (5—10%). По фазовому составу они представляют со­бой смесь частично аморфизованного стекла (50—80%) и некоторых силикатов и алюмосиликатов, а также их гидратов в кристаллическом состоянии. Обычно в них со­держатся и различные примеси.

Вулканические пеплы встречаются часто в виде сме­си пылеватых частиц (меньше 0,15 мм) в количестве 60—65 % и более, а также пемзовидных частиц песка и вдебня (0,15—70 мм) средней твердости. Туфы по размалываемости относятся к породам средней твердости, а трасы — к твердым.

Истинная плотность вулканических пород колеблется в пределах 2,3—2,6 г/см³. Средняя плотность туфов (в куске) равна 1200 — 1500, трассов—1800—2000 и пем­зы— около 500 кг/м³.

Водопотребность равно-подвижных свежих растворных и бетонных сме­сей на ЦНВ на 25-40% ниже, чем смесей на ОП.

Водосодержание, основных гидратных фаз ЦНВ по­нижено примерно в том же отношении, что и водопотребность, за исключением портландита, коли-честно которого в затвер­девшем ЦНВ-тесте ниже на 25-40% по сравнению ,с портландцементом аналогичного типа, хотя

аморфная известь, включающая, очевидно, некоторое количество кремнезема и оценеваемая по дотермическому эффекту при 440-480 С, в камне ЦНВ представлена в достаточном количестве, хотя и меньшем, чем в ОП.

Прочность как чистоклинкерного ЦНВ, так и ЦНВс минеральными добавками (табл.2,) в целом вьше |чем ОП тех же классов, на 30 МПа и более. ^ позволяет беспрецедентным образом повысить Важнейший показатель любого вяжущего заполнителеемкость, т.е. удельный расход суммы заполнителей на единицу массы цемента в бетоне.. Для обычного портландцемента этот показатель в бетоне «классического^ состава Ц;П:Щ=1:2:4 составляет 6 и может доходить до 11-13 для лучших цементов класса 42,5 (марки «600»). Для ЦНВ он находится в пределах от 15 до 27, что в максимальном диапозоне соответствует лучшим органическим вяжущ: в бетонполимерах, достигающим по заполнителеемкости уровня 25-30. Однако у последних несравненно более узкая сырьевая база. ЦНВ превосходит ОП также по экономии клинкерной части на 1 бетона и на 1 МПа прочности бетона при сжатии. В настоящее время подготовлен к утверждению новый российский стандарт на ЦНВ, по которому испытания цемента осуществляют при переменном значении водоцементного отношения с учетом не кой водопотребности этого вида цемента,

Модуль упругости ЦНВ в бетонах ниже на 5-15% по сравнению с контрольным цементом того же минералогического и вещественного состава, исключая модификатор.

Морозостойкость (выражаемая числом циклов замораживания-оттаивания бетона без существеннь 5 потерь прочности образцов) повышается примерно вдвое-втрое.

Повышенная сульфатастойкость выражаете в частности, в том, что ЦНВ, изготовленный на клинкере, содержащем 9% СзА, не уступает и показателям сульфате стойкости сульфато стойкой портландцементу по ГОСТу 22266, вообще не содержащему СзА.

Для помола клинкера с добавками при­меняют почти исключительно шаровые мельницы произ­водительностью до 50—100 т/ч и более. Клинкер разма­лывают по открытому или замкнутому циклу с примене­нием одностадийного, а иногда и двухстадийного измель­чения.

Длина шаровых мельниц, работающих по открытому циклу и называемых трубными, в несколько раз превы­шает их диаметр (в 4—5 раз). На заводах применяют мельницы размерами 4X13,5, 3,2X15, 2,6X13 м и др.(А.В. Волженский) Их производительность при помоле клинкера до остатка 8—10 % на сите № 008 достигает соответственно 90, 50, 25 т/ч. Первые две мельницы могут переключаться так­же на работу в замкнутом цикле с сепаратором. Приво­дятся они во вращение двигателями мощностью соответ­ственно 3200, 2000 и 1000 кВт, Трубные мельницы раз­деляют по длине дырчатыми перегородками на две, три и более камер.

В многокамерные мельницы загружают шары не­скольких размеров и цильпебс (цилиндрики) одного или двух размеров. При этом необходимо соответствие меж­ду удельной поверхностью мелющих тел и размалывае­мого материала во всех камерах. В первую камеру, где дробятся крупные зерна, помещают обычно более круп­ные стальные шары диаметром 60—120 мм (в зависимо­сти от размера зерен поступающего клинкера). Вторую камеру заполняют шарами размером 40—60 мм, а третью — мелкими шарами 20—30 мм или цильпебсом размером 20—25 мм.

Большое влияние на производительность мельниц ока­зывает степень заполнения камер мелющими телами. Обычно камеру грубого измельчения заполняют на 26— 32, среднего — на 26—30 и тонкого — на 24—30 %. Одна­ко правильность подбора мелющих тел и степень напол­нения при помоле тех или иных материалов должны про­веряться по эффективности работы мельницы. Рациональность ас­сортимента мелющих тел и степени заполнения контро­лируют по диаграммам помола, которые стро­ят по результатам просеивания проб, отобранных вдоль камер мельницы, через сита № 008, 021, 05, а также бо­лее крупные. Расход мелющих тел при помоле известняка и клинкера вращающихся печей составляет ориенти­ровочно 0,8 кг на 1 т продукта.

Более крупные шары скапливаются обычно у выходного конца той или иной камеры. Чтобы предотвратить это, мельницы футе­руют сортирующими броневыми плитами. В этом случае барабан делят обычно на две камеры, причем камеры грубого и среднего измельчения объединяют в одну и загружают ее шарами различного диаметра. Сортирую­щие броневые плиты имеют ступенчатый профиль, бла­годаря чему внутри мельницы образуются конические кольца с углом подъема в сторону разгрузки материала, зависящим от диаметра шаров. Сортирующая конусно-ступенчатая футеровка обеспечивает непрерывную клас­сификацию мелющих тел по длине мельницы, а также необходимую пропорциональность между размером ме­лющих тел и частицами измельчаемого материала. Для этой же цели используют бронефутеровку так называе­мого спирального типа.

Расход обычной марганцовистой стали при глад­кой футеровке достигает 100 г/т при сроке службы до 8—9 мес. Применение рациональных видов бронефутеровки позволяет увеличить производительность мельниц на 15—20%.

При помоле материалов наблюдается значительное выделение теплоты, вызывающее нагревание мелющих тел и материала до 120 — 150 °С и более, что резко отри­цательно сказывается на производительности помольных установок. На измельчение клинкера до удельной поверхности 2500 см²/г при температуре 40 °С затрачивается около 24, при 120 °С — 34 и при 150° — 39 кВт- ч/т. При тон­кости помола до 3300 см²/г с увеличением температуры материала расход электроэнергии еще более повышается (до 130 кВт -ч/т при 150°С). Это объясняется значитель­ной агрегацией наиболее тонких частиц при повышен­ных температурах вследствие испарения воды, адсорби­рованной частицами и препятствовавшей их слипанию. В связи с этим размалывать следует только холодный клинкер. Кроме того, большое значение приобретают приемы, способствующие уменьшению температуры ма­териала при его измельчении.

целесо­образно направлять на помол материал с влажностью около 1—1,5%. Более высокое содержание влаги умень­шает подвижность цемента, замедляет процесс измель­чения, а иногда приводит к замазыванию решеток. Повы­шение температуры материала в мельнице до 100°С и более способствует испарению из него воды и увеличе­нию склонности сухих частичек к агрегации.

Различные добавки вводят в цемент количестве 0,02—0,5 % массы цемента.

Их вводят в первую камеру мельницы в количестве 0,01—0,03 % в виде топкораспылешюго водного раствора, что способ­ствует увеличению производительности мельницы в сред­нем на 15 %.

Добавка при помоле адипината натрия (отхода капролактамового производства) в количестве 0,1— 0,2 % дает прирост удельной поверхности на 25—30 % и повышает морозостойкость цемента.

Оптимальное количество вводимого в мельницу интенсификатора зависит от свойств его и измельчаемого материала, а также от условий введения его в камеру. Устанавливают его опытным путем,

Трубные мельницы с открытым циклом измельчения применяют для помола сырьевых материалов, а также клинкера. При помоле до удельной поверхности 2800— 3000 см²Д расход электроэнергии достигает 25—30 кВт продукта. схема помольной установки с двухкамерной шаровой мельницей, работаю­щей по открытому циклу при помоле клинкера вместе с опокой и гипсом.

Для получения цемента с удельной поверхностью 3000—3500 см²/г и выше применяют обычно более эко­номичные мельницы, работающие в замкнутом цикле с воздушными сепараторами, одно- и двухкамерные. Ча­ще используют помольные установки с двухкамерными мельницами.

Измельченный в мельнице материал поступает в се­паратор, где из него выделяются фракции тех размеров, какие требуются для готового продукта, а более круп­ные частицы направляются снова в мельницу на допол­нительное измельчение. Таким образом, из материала непрерывно извлекаются наиболее дисперсные частич­ки, которым особенно присуще свойство агрегироваться и прилипать к мелющим телам и стенкам мельницы поверхности 800—1000 см²/г. Из нее материал направляет­ся в сепаратор, где выделяется до 25—30 % тонких фрак­ций в виде готового продукта. Крупные же фракции из сепаратора поступают на окончательное измельчение во вторую мельницу, работающую в замкнутом цикле со своим сепаратором.

Более совершенна установка с одной мельницей, име­ющей две камеры, работающие независимо друг от друга и снабженные каждая своей группой сепараторов. Мате­риал после начального измельчения в первой камере по­дают в сепаратор, где выделяются частички крупнее 80—90 мкм. Их направляют обратно в первую камеру. Частички мельче 80—90 мкм направляют во второй се­паратор, где выделяются фракции крупнее 30 мкм, по­ступающие на дополнительное измельчение во вторую камеру мельницы. После этого материал из второй каме­ры идет также во второй сепаратор. Фракции 0—30 мкм из этого сепаратора направляют в третий сепаратор, в котором выделяется готовый продукт, а более крупные фракции возвращают во второй сепаратор. Такая доста­точно сложная схема сепарирования измельчаемого ма­териала создает возможность получать цементы с удель­ной поверхностью 3500—5000 см²/г при расходах элек­троэнергии в 1,5—2 раза меньше по сравнению с расхо­дами при обычных сепараторных мельницах.

Современные помольные установки оснащают систе­мами автоматического регулирования, обеспечивающими непрерывную их работу и получение продукта с задан­ной степенью измельчения без участия человека. Приме­няются системы автоматического регулирования работы мельниц, основанные па измерении удельной поверхно­сти получаемого продукта или на зависимости частоты акустического спектра шума у первой камеры мельницы от ее загрузки материалом. При использовании этих си­стем производительность мельниц возрастает, а расход электроэнергии уменьшается на 10%. Качество цемента при этом улучшается.

Эффективность работы помольной установки можно оценивать и по полученной удельной поверхности порош­ка в расчете на 1 кВт-ч, затраченной на измельчение электроэнергии. Полагают, что при помоле клинкеров (до 3000 см²/г) при затрате 1 кВт-ч электроэнергии необхо­димо получать продукт с удельной поверхностью не ме­нее 100-10^е см²/г. При получении цементов марок 300— 400 удельный расход электроэнергии равен 21—32 кВт ч/т, а цемента марок 600 и 500—соответственно 52 и 43 кВт-ч/т.

Измельчение клинкера и других материалов в шаро­вых мельницах связано со значительным расходом метал­ла в результате износа мелющих тел, бронеплпт и меж­камерных перегородок. При производстве цемента этот расход в среднем достигает 1—1,2 кг на 1 т цемента (из них около 150 г приходится на бронеплиты). Применение сталей высокой твердости позволяет снизить этот расход в 5—10 раз, что дает значительный экономический эф­фект.

Убыль мелющих тел вследствие износа восполняется их догрузкой через определенные промежутки времени (через 150—200 ч работы мельницы). Через 1500— 2000 ч мелющие тела полностью выгружают из мельни­цы, затем ее загружают вновь шарами и цильпебсом, по­добранными по размерам в требуемом количестве.

При грубом и тонком измельчении куски и зерна ма­териалов в различных механизмах подвергаются преиму­щественно действию сжимающих сил с двух сторон (в щековых, молотковых и других подобных дробилках, ша­ровых и других мельницах) или с одной стороны (в ударно-отражательных дробилках). В результате воздей­ствия сжимающих сил в кусках и зернах материала воз­никают растягивающие напряжения, приводящие при до­стижении предельных значений к разрыву с образованием более мелких частиц. Но так как материалы, измель­чаемые при производстве вяжущих веществ, характери­зуются обычно прочностью на сжатие, в 6—12 раз пре­восходящей прочность при растяжении, то при их из­мельчении в перечисленных механизмах расходуется энергии во много раз больше, чем необходимо по теоре­тическим расчетам. В частности, в шаровых мельницах на полезную работу измельчения расходуется не более 1,5—10 % энергии, практически затрачиваемой при по­моле. Остальная часть энергии переходит в безвозвратно теряемую теплоту. Это вызывает необходимость разра­ботки улучшенных конструкций шаровых и подобных мельниц, а также изыскания новых способов и аппара­тов для измельчения. К этой же области относится и соз­дание вибрационных и струйных мельниц.

Сушильная произ­водительность агрегата определяется количеством испаряе­мой влаги, а помольная — количеством материала, из­мельчаемого до определенной тонкости в единицу времени.

Помол сырья в замкнутом цикле с воздушно-проход­ным сепаратором, где сушильным агентом являются от­ходящие газы вращающейся печи. В этом случае измельченные частицы потоком газов выно­сятся из мельницы и, проходя через сепаратор.

Дополнительно устанавли­вается специальная топка, работающая на мазуте или газе. При остановке мельняцы печные газы по обводному газоходу направляются в электрофильтр на очистку, минуя мельницу.

Технологическая схема помола с сушкой сырьевых материалов в замкнутом цикле с центробежными сепараторами. Она принята для типового проекта с использованием мельниц 0 3,2X8,5 м. По этой схеме из материала после помола в первой и второй каме­рах при помощи двух сепараторов выделяют готовый про­дукт. Крупные фракции возвращаются на домол во вто­рую и частично первую камеры мельницы. Пыль, улов­ленная в циклонах первой ступени, может направляться на домол во вторую камеру или в готовый продукт.

Помол клинкера может проектироваться как по откры­тому, так и по-замкнутому циклу с применением центро­бежных сепараторе:

Помол по замкнутому циклу в сравнении с помолом по открытому циклу эффективнее в тех случаях, когда необходимо получить цемент с высокой удельной поверх­ностью или цементы различной тонкости помола, а также когда измельчаемые компоненты сильно отличаются по размолоспособности.

Запас производительности мельниц по помолу клин­кера определяется для каждого завода отдельно в зави­симости от его мощности, ассортимента выпускаемой продукции и количества добавок, вводимых при помоле.

В цементной промышленности применены для бесшарового,помола сырьевых материалов. оснащены мельницами типов Аэрофол и Каскад соот­ветственно для сухого и мокрого помола.

Эти мельницы представляют собой барабаны диаметром 5—8 м при длине до 1,5—2,5 м, футерованные изнутри.

Цементы с более высокой удельной поверхностью в большинстве случаев получают помолом по замкнутому циклу с центробежными сепараторами. Цементы с удельной поверхностью выше 3500 см²/г получать помолом по открытому циклу неэффективно.

При получении цемента с удельной поверхностью порядка 3200 см²/г кратность,циркуляции составляет 2—4, при помоле до величины 3500 см²/г она равна ~5, а при помоле до 4500 см^/г —7.

Для мельниц размером 3,2Х 15 м с промежуточной выгрузкой принята схема с одним элеватором и двумя сепараторами . По этой схеме материал из обеих камер транспортируется к сепараторам одним элеватором. Крупные фракции возвращаются на домол во вторую и частично в первую камеру. Мелкие фракции из сепараторов и уловленная пыль представляют готовый цемент. Преду­сматривается также возможность работы мельницы и по открытому циклу.

Помол в мельницах размером 4Х 13,5 м без промежу­точной выгрузки проектируется по схеме с одним элева­тором и двумя сепараторами Крупные фракции после сепараторов возвращаются на домол в первую ка­меру, а мелкие — к пневматическому насосу.Используются в проек­те.

Счистка аспиращюнного воздуха в приведенных схе­мах проектируется в две ступени: первая — циклоны, вторая — рукавные или электрические фильтры.

Для повышения эффективности очистки аспирационного воздуха за мельницей устанавливается аспирационная шахта.

На основе типовых проектов цементных заводов про­изводительностью 2,4 млн. т цемента в год (мокрый спо­соб) и 1,2 млн. т цемента в год (сухой способ) приводятся характерные примеры проектных решений помольных отделений. Примеры включают рассмотрение отделений с использованием мельниц диаметрами 3,2, 3,7 и 4,0 м.

Проектные решения отделений помола сырьевых ма­териалов различаются в зависимости от способа произ­водства и вида используемого сырья. Отделение помола клинкера находится в блоке с силосным складом клинкера, гипса и добавок и преимущественно с отделением мельниц для помола сырья, компрессорной, складом для сырья и сушильным отделением для добавок.