Расчет состава сырьевой шихты

Характеристика сырьевых материалов

Цементная промышленность – одна из наиболее материалоемких отраслей народного хозяйства. Рост выпуска цемента связан с увеличением расхода сырья, а, следовательно, и затрат на его добычу. Поэтому необходимо обеспечить максимальную отдачу от каждой тонны сырья, материалов и топлива, бережно относиться к природным богатствам. [3]

Общим требованием ко всем компонентам сырьевой смеси является постоянство состава и содержание минимального количества нежелательных примесей, в частности гипса и других сульфатов, соединений магния (магнезит, доломит), щелочесодержащих соединений (полевые шпаты и т.п.).

 

Известняк

Порода осадочного происхождения, состоящая главным образом из кальцита обычно с примесью глинистого материала, доломита, кремнезема, окислов железа и др. 

По величине зерен известняки подразделяют на грубозернистые, крупнозернистые, среднезернистые, мелкозернистые, тонкозернистые. Размеры их зерен составляют соответственно: 2 – 1; 1 – 0,5; 0,5 – 0,25; 0,25 – 0,1; 0,1 – 0,01 мм.

Плотные известняки имеют низкую карьерную влажность (до 5-6 %). Средняя плотность известняков 2400 – 2700 кг/м³.

Естественная влажность – 1,7 %.

 

Таблица 2.1 – Химический состав известняка Косогорского месторождения

Материал	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие
Известняк	42,51	1,44	0,38	0,42	54,22	1,01

Шлак

Доменные шлаки имеют наибольшее значение.

Наиболее благоприятным составом является расплав, содержа­щий      42—52 % основных (СаО + MgO + МnО) и 46—55 % кислых оксидов (Si0₂ + А1₂0₃). Чем больше в коксе серы, тем больше должно быть в расплаве СаО. Четыре оксида: СаО, Si0₂, А1₂0₃ и MgO состав­ляют около 95 % валового состава шлака, МnО содержится от 2 до 4 %, оксидов железа не более 1 %. Различные оксиды, входящие в состав шлака, по-разному влияют на его свойства. СаО в количестве от 30 до 50 % повышает гидравлическую активность шлаков и снижает вязкость расплава. Но если количество СаО превышает 49—50 %, шлаки рассыпаются из-за перехода β-C₂S в γ-C₂S при охлаждении. А1₂0₃ содержится в количестве 6—15 %, он также способствует повышению активности шлаков, особенно в присутствии СаО. MgO входит в те же соединения, что и СаО. При увеличении содержания МgO до 18 % заметно снижается активность шлака. Повышение содержания MgO свыше 18 % может вызвать неравномерность изменения объема цемента. Si0₂ (28—38 %) — компонент шлака, необходимый для образования силикатных и алюмосиликатных соединений. Если содержится много Si0₂, гидравлические свойства шлака резко ухудшаются, а вязкость расплава повышается. МnО снижает вязкость расплава и повышает его кристаллизационную способность. В небольшом количестве (до 2—3 %) он почти не влияет на гидравлическую активность шлака. Железо обычно присутствует в виде FeO в количестве        1—3 %, на гидравлические свойства шлаков не влияет, но снижает темпераратуру появления расплава и его вязкость. Сера, как правило, находится в виде сульфидов кальция, железа, марганца. Присутствие сульфида кальция положительно влияет на гидравлические свойства. Ti0₂ обычно содержится в незначительных количествах и на свойства шлаков не влияет. [6]  

 

Таблица 2.2 – Химический состав шлака

 

Материал	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие
Шлак	-	36,9	8,91	0,58	44,83	7,17

Колошниковая пыль

Мелкозернистый материал, выносимый из доменной печи через колошники с отходящими газами. Состоит в основном из пылевидной руды, флюса и части несгоревшего топлива. Содержание железа в колошниковой пыли 47 – 73 %. Применяют при производстве портландцементного клинкера как корректирующую добавку для снижения глиноземистого и силикатного модулей.

 

Таблица 2.3 – Химический состав колошниковой пыли

 

Материал	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие
Колошниковая пыль	10,1	14,34	3,01	59,31	6,7	1,3

 

Гипс

Горная порода осадочного происхождения, состоящая в основном из минерала гипса.

Гипс добавляется в количестве 3 – 5 % при помоле клинкера для регулирования сроков схватывания цемента.

 

Топливо

Топливо в цементной промышленности играет большую роль, т.к. основным технологическим процессом в изготовлении цементного клинкера является его обжиг. Стоимость топлива составляет до 40 % стоимости клинкера и до 25 % стоимости цемента.

В качестве газообразного топлива применяем природный газ Косогорского месторождения. Газ на завод подают из магистральных газопроводов, где поддерживается давление 0,6 МПа. В заводском газораспределительном пункте давление газа снижают до 0,25 – 0,30 МПа.  С таким давлением газ транспортируют к местам его потребления. Для сжигания газа используют газовые горелки различных конструкций.

Теплотворная способность природного газа Косогорского месторождения 8100 Вт/кг.

 

 

Расчет состава сырьевой шихты

Соотношение между сырьевыми материалами при производстве портландцемента рассчитывают исходя из состава этих материалов и заданной характеристикой клинкера. На проектируемом заводе в г. Косогорске используем трехкомпонентную сырьевую смесь без учета присадки золы топлива. Расчет производим по КН и одному из модулей. При использовании железистой добавки (колошниковая пыль) применяем глиноземный модуль (р). Расчет сырьевой шихты производим по методике С.Д. Окорокова.  

ПЦ -400, г. Косогорск, КН = 1,03; р = 1,5.

Таблица 3.1-Химический состав исходных сырьевых материалов:

 

Материал	П.п.п	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	Сумма
Известняк (вл. 6,9 %)	42,51	1,44	0,38	0,42	54,22	1,01	99,98
Шлак (вл. 13 %)	-	36,9	8,91	0,58	44,83	7,17	98,39
Колошниковая пыль	10,1	14,34	3,01	59,31	6,7	1,3	94,76
после пересчета на 100 %:
Известняк (вл. 6,9 %)	42,51	1,44	0,38	0,42	54,22	1,03	100
Шлак (вл. 13 %)	-	36,9	8,91	0,58	44,83	8,78	100
Колошниковая пыль	10,1	14,34	3,01	59,31	6,7	6,54	100

 

1) Обозначаем соотношение компонентов в шихте как  Х : У : 1 и определим Х и У по КН и р:

 

a₁ = (2,8КНS₁ + 1,65А₁ + 0,35F₁) – C₁;                                            (3.1.1)   

a₁ = (2,8ּ1,03ּ1,44 + 1,65ּ0,38 + 0,35ּ0,42) – 54,22 = -49,293

 

b₁ = (2,8КНS₂ + 1,65А₂ + 0,35F₂) – C₂;                                           (3.1.2)    

b₁ = (2,8ּ1,03ּ36,9+ 1,65ּ8,91 + 0,35ּ0,58) – 44,83 = 76,495

 

с₁ = С₃ - (2,8КНS₃ + 1,65А₃ + 0,35F₃);                                             (3.1.3)    

с₁ = 6,7 - (2,8ּ1,03ּ14,34+ 1,65ּ3,01+ 0,35ּ59,31) = - 60,383

 

а₂ = р(A₁ + F₁) – S₁;                                                                         (3.1.4)    

а₂ = 1,5(0,38 + 0,42) – 1,44 = -0,24

 

b₂ = р(A₂ + F₂) – S₂;                                                                         (3.1.5)   

b₂ = 1,5(8,91 + 0,58) – 36,9 = - 22,665

 

с₂  = S₃ - р(A₃ + F₃).                                                                           (3.1.6)  

с₂  = 14,34 – 1,5(3,01 + 59,31) = -79,14

   

  с₁b₂  - с₂b₁                    а₁с₂  - а₂с₁

х = -------------- ;      у = --------------.                                             (3.1.7)

  a₁b₂ - а₂b₁                    a₁b₂ - а₂b₁

 

  (-60,383) ּ (-22,665) – (- 79,14) ּ (76,495)    7422,394

х = ------------------------------------------------------ = ------------- = 6,536

(-49,293)ּ (-22,665) – (-0,24) ּ (76,495)        1135,585

 

 

    (-49,293) ּ (-79,14) – (-0,24) ּ (-60,383)   3886,548

у = ---------------------------------------------------- = -------------- = 3,423

    (-49,293)ּ (-22,665) – (-0,24) ּ (76,495)       1135,585

2) Состав сырьевой шихты в процентах рассчитывается по формулам:

 

                                 100х    100 ּ 6,536    653,6

первого компонента =---------- = ------------------- = ---------- =59,64 % (3.1.8) 

                              х+у+1 6,536+3,423+1 10,959

 

                                 100у        100ּ3,423

   второго компонента =  ------------ = -------------- = 31,24 %             (3.1.9)                 

                              х + у + 1  10,959

 

                                100     100

  третьего компонента = ----------- = --------- = 9,12 %                       (3.1.10)                    

                           х + у + 1 10,959

 

Таблица 3.2 - Химический состав сырьевой шихты и клинкера

 

Компоненты	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	Прочие	П.п.п	Сумма
59,64 % известняка	0,86	0,23	0,25	32,34	0,61	25,35	59,64
31,24 % шлака	11,53	2,78	0,18	14	2,75	-	31,24
9,12 % колошниковая пыль	1,308	0,275	5,409	0,611	0,596	0,921	9,12
100 % сырьевой шихты	13,698	3,285	5,839	46,951	3,956	26,271	100
После пересчета на клинкер	18,579	4,455	7,919	63,68	5,367	-	100

 

3) Определяем коэффициент пересчета на прокаленное вещество:

 

         100        100

К= -------------- = --------- = 1,3563

    100- п.п.п. 73,73

 

4) Определяем расход сухого сырья на 1 т сухой сырьевой смеси:

Известняк                   59,64 ^. 10 = 596,4 кг

Шлак                       31,24 ^. 10 = 312,4 кг

Колошниковая пыль 9,12 ^. 10 = 91,2 кг

                               ---------------------------

                                  Итого: 1000 кг

5) Определяем расход сырья с естественной влажностью на 1 т сырьевой смеси :

 

Известняк                    596,4/(1-0,069) = 596,4/0,931 = 641 кг

Шлак                            312,4/(1-0,13) = 312,4/0,87 = 359 кг

Колошниковая пыль     91кг

 

6) Определяем расход сырья на 1 т клинкера:

 

а) расход сухого сырья:

 

(100/(100 - п.п.п.)) ^. 1000 = 1,3563ּ1000 = 1356,3 кг, из них

 

Известняк                    1356,3ּ0,5964 = 808,9 кг

Шлак                        1356,3ּ0,3124 = 423,7 кг

Колошниковая пыль  1356,3ּ0,0912 = 123,7 кг

                               -----------------------------------

                                Итого:      1356,3 кг

 

б) расход сырья с естественной влажностью:

 

Известняк                        808,9/0,931 = 868,9 кг

Шлак                              423,7/087 = 487 кг

Колошниковая пыль     123,7 кг

                                ---------------------------------

                                   Итого: 1479,6 кг.

 

7) Определение коэффициента насыщения (КН), силикатного (n) и глиноземистого (р) модулей для сырьевой смеси:

 

Определяем (КН), который должен быть равен заданному:

 

 

     C - 1,65Al₂O₃  - 0,35Fe₂O₃   46,951 – 1,65ּ3,285 – 0,35ּ5,839

КН = -------------------------------- = ------------------------------------------ = 1,03

                   2,8 SiO₂                               2,8 ּ 13,698

 

 

определяем силикатный и глиноземистый модули:

 

        SiO₂                    13,698                            

n = ------------------- = ------------------ = 1,53                       

Al₂O₃  + Fe₂O₃      3,285+5,839                       

 

       Al₂O₃     3,285

р = ------------ = ---------- = 0,563

       Fe₂O₃     5,839

 

8) Сопоставляем модули клинкера и сырьевой смеси

 

Материал	Значения
	КН	n	p
Клинкер	1,03	1,5	2,2
Сырьевая шихта	1,03	0,5	0,6

 

Вывод: В результате расчета сырьевой шихты получилось, что оба модуля (n и p) меньше заданных. в этом случае для корректирования необходимо ввести кремнеземистую добавку.

 

 

Технологическая часть