生產實習報告
學院:材料科學與工程學院
班級:材料0201
姓名:魏永傑
學號:20號
指導老師:侯新凱 宋強
實習地點:陝西堯柏特種水泥股份有限公司
目 錄
前 言
0.1實習目標
赴水泥廠生產實習是材料工程專業本科生必修課程之一,通過生產實習,掌握水泥材料的具體生產工程,掌握水泥熟料的形成工程,掌握各種生產設備的工作原理和作用,為學好專業課程打下良好的基礎.
本次生產實習由侯新凱和宋強兩位老師帶隊,材料科學與工程專業材料工程模塊共48人蔘加實習.整個實習共兩週,實習地方是陝西堯柏特種水泥股份有限公司.
0.2公司簡介
陝西堯柏特種水泥股份有限公司是集水泥和商品硅酸鹽生產於一體的股份制企業,是經陝西省人民政府批准成立的股份有限公司.公司所屬子公司包括:陝西堯柏水泥蒲城分公司,陝西堯柏水泥藍田分公司(籌),陝西堯柏水泥銷售公司.企業法定代表人張繼民,註冊資本6000萬元,企業總資產3.8億元.
蒲城分公司擁有2500t/d,500t/d,400t/d熟料新型幹法水泥生產線各一條,年產水泥120萬噸.主要產品有"堯柏"牌32.5r,42.5r粉煤灰水泥,32.5r,42.5r普通硅酸鹽水泥及32.5低熱礦渣水泥,42.5低熱水泥,42.5中熱水泥以及道路水泥等特種水泥年企業通過iso9000產品質量和質量體系雙認證."堯柏"牌水泥被授予"國家免檢產品"稱號,廣泛應用於高速公路,鐵路,橋樑,隧道,機場,水利工程和民用建築等重點工程建設.
公司連續多年被省政府命名為"重合同,守信用"單位,"省十大水泥明星企業","省環保先進單位",是省水利廳指定的唯一特種水泥定點生產廠家;被省銀行同業協會評為"誠信企業";被渭南市政府列為"市水泥骨幹企業".公司連續四年被省農行評為"aaa"級信用企業和"黃金客户".
0.2.1企業文化
經營理念:以人為本鑄造精品不斷創新趕超一流
企業核心價值觀:共同致富實現雙贏體現人生服務社會
企業核心競爭力:誠信經營質優價廉至誠服務行業領先
企業精神:自強自立勵精圖治開拓創新超越自我
0.2.2產品介紹
(1)32.5低熱礦渣硅酸鹽水泥
"堯柏"牌32.5低熱礦渣硅酸水泥具有強度高,水化熱低,抗凍,收縮小等技術特性.經國家水泥質量監督檢驗中心檢驗,符合gb200-XX國家標準32.5低熱礦渣水泥的技術要求,產品適用於各種大體積硅酸鹽工程.
(2)32.5r普通硅酸鹽水泥
"堯柏"牌32.5r等級普通硅酸鹽水泥是按照國家新標準gb175-1999組織生產的,它具有早強,28天富裕強度高,凝結時間正常,和易性好的特點.在全省質量評比中名列前茅.該產品廣泛用於工業以及民用建築.
(3)42.5低熱硅酸鹽水泥
"堯柏"牌42.5#低熱硅酸鹽水泥具有水化熱低,抗蝕,抗裂,耐磨等技術特性.符合gb200-XX國家標準42.5低熱硅酸鹽水泥技術要求.該產品特別適用於水工,大壩,大體積硅酸鹽工程.
(4)42.5中熱硅酸鹽水泥
"堯柏"牌42.5中熱硅酸鹽水泥是我公司1992年研製生產的特種水泥,經國家水泥質量監督檢驗中心檢驗,符合gb200-XX國家標準42.5中熱硅酸鹽水泥.具有強度高,抗凍,抗酸鹼腐蝕,耐磨抗裂性好,水化熱較低,顏色純正等特點.主要應用於水工,大壩,底下及隧涵等工程.
(5)42.5r普通硅酸鹽水泥
"堯柏"牌42.5等級普通硅酸水泥是按照國家新標準gb175-1999組織生產的,它具有早強,28天富裕強度高,凝結時間正常和易性好的特點.在全省質量評比中名列前茅.該產品廣泛用於工業及民用建築.
最後再次感謝陝西堯柏特種水泥股份有限公司為這次生產實習提供了實習基地並給與了大力支持.此外感謝侯新凱教授,宋強老師在這次實習中給與指導.
1水泥廠生產流程
1.1水泥生產工藝及其發展
水泥的生產工藝簡單講便是兩磨一燒,即原料要經過採掘,破碎,磨細和混勻製成生料,生料經1450℃的高温燒成熟料,熟料再經破碎,與石膏或其他混合材一起磨細成為水泥.由於生料製備有乾濕之別,所以將生產方法分為濕法,半乾法或半濕法,幹法3種.
(1)濕法生產的特點將生料製成含水32%～36%的料漿,在迴轉窯內將生料漿烘乾並燒成熟料.濕法制備料漿,粉磨能耗較低,約低30%,料漿容易混勻,生料成分穩定,有利於燒出高質量的熟料.但球磨機易磨件的鋼材消耗大,迴轉窯的熟料單位熱耗比干法窯高2093～2931kj/kg(500～700kcal/kg),熟料出窯温度較低,不宜燒高硅酸率和高鋁氧率的熟料.
(2)半乾法生產的特點將幹生料粉加10%～15%水製成料球入窯煅燒稱半乾法,帶爐篦子加熱機的迴轉窯又稱立波爾窯和立窯都是用半乾法生產.國外還有一種將濕法制備的料漿用機械方法壓濾脱水,製成含水19%左右的泥段再入立波爾窯煅燒,稱為半濕法生產.半乾法入窯物料的含水率降低了,窯的熟料單位熱耗也可比濕法降低837～1675kj/kg(200～400kcal/kg).由於用爐篦子加熱機代替部分迴轉窯烘乾料球,效率較高,迴轉窯可以縮短,如按窯的單位容積產量計算可以提高2～3倍.但半乾法要求生料應有一定的塑性,以便成球,使它的應用受到一定限制,加熱機機械故障多,在我國一般煅燒温度較低,不宜燒高質量的熟料.
(3)立窯生產的特點立窯屬半乾法生產,它是水泥工業應用最早的煅燒窯,從19世紀中期開始由石灰立窯演變而來,到1912年發展成為機械化立窯.立窯生產規模小,設備簡單,投資相對較低,對水泥市場需求比較小的,交通不方便,工業技術水平相對較低的地區最為適用.用立窯生產水泥熱耗與電耗都比較低,我國是世界上立窯最多的國家,立窯生產技術水平較高.但是,立窯由於其自身的工藝特點,熟料煅燒不均勻,不宜燒高硅酸率和高飽和比的熟料,窯的生產能力太小,日產熟料量很難超過300噸,從目前的技術水平來看也難以實現高水平的現代化.
(4)幹法生產的特點幹法是將生料粉直接送入窯內煅燒,入窯生料的含水率一般僅1%～2%,省去了烘乾生料所需的大量熱量.以前的幹法生產使用的是中空迴轉窯,窯內傳熱效率較低,尤其在耗熱量大的分解帶內,熱能得不到充分利用,以致幹法中空窯的熱效率並沒有多少改善.幹法制備的生料粉不易混合均勻,影響熟料質量,因此40～50年代濕法生產曾占主導地位.50年代出現了生料粉空氣攪拌技術和懸浮預熱技術, 0年代初誕生了預分解技術,原料預均化及生料質量控制技術.現在幹法生產完全可以製備出質量均勻的生料,新型的預分解窯已將生料粉的預熱和碳酸鹽分解都移到窯外在懸浮狀態下進行,熱效率高,減輕了迴轉窯的負荷,不僅熱耗低使迴轉窯的熱效率由濕法窯的30%左右提高到60%以上,又使窯的生產能力得以擴大,目前的標準窯型為3000t/d,最大的10000t/d.我國現在有700t/d,1000t/d,XXt/d,4000t/d的幾種規格,逐步向大型方向發展.預分解窯生料預燒得好,窯內温度較高,熟料冷卻速度快,可以燒高硅酸率,高飽和比以及高鋁氧率的熟料,熟料強度高,因此現在將懸浮預熱和預分解窯統稱為新型幹法窯,或新型幹法生產線,新型幹法生產是今後的發展方向.新型幹法窯規模大,投資相對較高,對技術水平和工業配套能力要求也比較高,如條件不具備則難以正常發展.
1.2全場平面佈置及規模
1.2.1堯柏水泥廠(一廠)的平面佈置
附:
圖1.1堯柏水泥廠(一廠)的平面佈置
圖1.2堯柏水泥廠(一廠)的工藝流程簡圖
1.2.2堯柏水泥廠規模
堯柏水泥廠成立於1989年,當時有年產2萬噸的中空窯.其前身是罕井水泥廠,94-95年兼併了蒲城縣國辦水泥一廠、二廠.建了日產4萬噸的機立窯,XX年建成一條日產2500噸的幹法水泥生產線.是陝西第一家能生產低鹼水泥,第二家生產低温水泥.目前年產水泥125噸,總資產3.8億,職工1000多人年,堯柏集團通過了iso9000產品質量和質量管理體系雙認證;XX年初,國家質量監督檢驗檢疫總局給"堯柏"牌水泥頒發了"產品質量免檢證書",XX年獲得國家水泥免檢稱號.
1.3全廠主機設備與存儲設備
表1.1全廠主機設備與存儲設備列表
生料磨
迴轉窯
水泥磨
煤磨
冷卻機
儲存設備
一廠
mls3626立磨o-sepa高效選粉機
φ4×60m五級旋風預熱器(帶分解爐)
φ4×13m2台
mpf1713
lbt32216
堆料場,配料站,均化庫,熟料庫,水泥庫
二廠
φ1.83×7mφ1.2×4.5m串聯o-sepa250選粉機
φ2.7×42m五級旋風預熱器
φ2.2×7.5m"aaa"三倉磨
φ1.7×2.5m球磨機
φ2.8×28m
堆料場,配料站,均化庫,熟料庫,水泥庫
三廠
φ2.2×6.5m
o-sepa500選粉機
φ2.8/φ2.5×40m四級旋風預熱器
φ2.2×6.5mφ1.83×7m串聯
φ1.7×2.5m球磨機
φ2.5/φ3.0/φ2.5
堆料場,配料站,均化庫,熟料庫,水泥庫
(1)pc-2018反擊錘式破碎機
轉子尺寸:φ2020×1802mm轉子轉速:300r/min
錘頭數量:36個電機電壓:10000v
進了粒度:≤1000mm電機功率:710kw
出料粒度:80%≤25mm生產能力:350～450t/h
(2)板式喂料機
型號: z180-9.8鏈板規格:1800×9800mm
鏈板速度:0.01～0.07m/s最大給料尺寸:1200mm
重量(不包括電機):6800kg電機功率:37kw
電機轉速:740r/min給料能力:65～650t/h,40～400m3/h
(3)mls3626立式輥磨機
給料粒度:≤90mm生產能力:185t/h
調速型液力偶和器
型號:yotg1000b額定功率:1400kw
額定輸入轉速:1000r/min轉差率:≤3%
調速範圍:(0.20-0.97)×輸入轉速
(4)ls型螺旋輸送機
型號規格:ls500×6輸送能力:25m3/h
驅動裝置:n/25-30轉速:40y.p.m
(5)鏈鬥輸送機
型號:scd630減速機型號:ynf-880
輸送能力:1XXkg/h設備總重:18000kg
電機功率:45kw
(6)o-sepa選粉機
型號:n-XX總重:19183kg
風量:XXm3/min喂料量:400t/h
電機功率:132kw水泥生產能力:72～120t/h
(7)羅茨鼓風機
型號:wl41-40/0.50介質名稱:空氣
流量:40m3/min介質密度:1.2kg/m3
(8)水泥窯尾引風機
流量:145000m3/min壓力:10000pa
功率:400kw工作温度:250℃
工作轉速:148r/min
(9)調速型液力偶合器
型號:yoto850b功率:750kw
轉速:1500r/min滑差:≤0.03
調速範圍:0.2～0.97n電
(10)陝西壓強設備廠調速機
型號:zs125生產編號:48
速比:46輸入轉速:1000r/min
輪廓尺寸:211511551306
重量:2910kg
(11)離心通風機
型號:9-19-1100編號:201202
流量:9047-1538m3/h轉速:1450r/min
全壓:7364-7236pa
2原材料和燃料的種類及要求
2.1原材料的種類
製造硅酸鹽水泥的主要原料是:石灰石原料(主要提供氧化鈣)和粘土質原料(主要提供氧化硅和氧化鋁,還提供部分氧化鐵),我國粘土質原料及煤炭灰分一般含氧化鋁較高,含氧化鐵不足,需用鐵質校正原料,即採用石灰石原料,粘土質原料和鐵質校正原料進行配料.
2.2原材料及燃料的要求
2.2.1原材料的要求
表2.1原材料的要求
序號
控制
對象
項目
控制
指標
合格率
取樣點
檢測頻次
取樣方式
1
石灰石
cao
≥48%
≥80%
配料站
1次/4h
瞬時
2
石灰石
cao
mgo
全分析
≥48%
≤3%
≥80%
堆場
1次/7天
綜合
3
粘土
全分析
水分
≤15%
≥80%
堆場
1次/7天
綜合
4
鐵粉
全分析
水分
fe2o3
≥10%
≥45%
≥80%
堆場
1次/7天
綜合
2.2.2燃料的要求
水泥工業所用的燃料為煙煤,其基本要求是:每千克煙煤的熱值在21000kj以上,揮發分含量應為20～30%,灰分小於25%,細度在80um六孔篩上的篩餘量應小於10%.
表2.2燃料的要求
序號
控制
對象
項目
控制
指標
合格率
取樣點
檢測頻次
取樣方式
1
原煤
工業
分析
ar≤25%
vr≤25%
qdw≥23027kj/kg
≥80%
堆場
1次/20h
綜合
2
入窯
煤粉
水分
細度
≤1%
≤10%
≥90%
≥80%
煤粉
倉口
1次/8h
1次/2h
綜合
3生料製備
3.1礦山的開採方式及設施
3.1.1開採方式
礦山的開採方式主要有露天開採和洞採兩種,露天開採又分為斜坡開採和凹陷開採.技術要求最低開採標高(不低於最低基準面,能保證礦山自由排水);合適的剝採比(剝取廢石量與開採礦石重量之比,一般大於0.2～0.5);最低可採厚度;夾石剔除厚度;礦山開採最終邊坡角.
3.1.2礦山開採的工藝流程
礦山開採的工藝流程:採礦工作面的整平→佈置爆孔→鑽孔→裝藥爆破→集礦→裝車
3.2原料的破碎,預均化和生料粉磨
從礦山開採的礦石用卡車運到水泥廠,由板式喂料機送入單段錘式破碎機,再用皮帶送到預均化堆場,採用橫堆豎取的方式取料,料經皮帶送到石灰石倉.再加上從鐵粉倉和粘土倉及粉煤灰倉經電子皮帶稱定量取料混合後送入生料磨(立磨).經立磨粉磨後粗細料被選粉機分離,粗料返回立磨繼續粉磨,細料送入兩個錐型倉暫時儲存.
3.3生料儲存,均化和輸送
由立磨出來的細粉經氣力輸送管道和皮帶提升機送到均化庫頂部,經四嘴下料機進入均化庫.均化庫既有均化的作用也有儲存生料的作用.
3.4水泥廠生料工段工藝流程圖
石灰石→板式喂料機→單段錘式破碎機→皮帶→堆料機→取料機→皮帶→配料站→立磨→o-sepa選粉機→氣力輸送管道和皮帶提升機→生料均化庫
附:圖3.1生料工段工藝流程圖(堯柏水泥一廠)
圖3.2生料工段工藝流程圖(堯柏水泥三廠)
3.5生料工段主要設備,設備工作原理
(1)板式喂料機
型號:bz180-9.8鏈板規格:1800×9800mm
鏈板速度:0.01～0.07m/s最大給料尺寸:1200mm
重量(不包括電機):6800kg電機功率:37kw
電機轉速:740r/min給料能力:65-650t/h40-400m3/h
板式喂料機能承受較大的料壓和衝擊,適應大塊礦石的喂料,該機給料均衡運轉可靠,但設備較重,價格高.板式喂料機分輕型,中型和重型三種.立窯水泥廠石灰石破碎的喂料機一般選用中型的佔多.
(2)pc-2018反擊錘式破碎機
轉子尺寸:φ2020×1802mm轉子轉速:300r/min
錘頭數量:36個電機電壓:10000v
進了粒度:≤1000mm電機功率:710kw
出料粒度:80%≤25mm生產能力:350-450t/h
工作原理:物料進入錘破中受到高速回轉的錘頭衝擊而被破碎,物料從錘頭處獲得動能以高速衝向打擊板而被第二次破碎,粒徑合格的物料通過蓖條排出,較大粒徑在蓖條上再經錘頭附加衝擊,研磨而被破碎,直至合格後通過蓖條排出.
(3)袋收塵——脈衝袋收塵器
是一種新型高效袋式收沉器,利用脈衝閥使壓縮空氣定時地對濾袋進行噴吹清灰,濾袋壽命長,收塵效率高.
工作原理:
含塵氣體由進風口進入箱體,氣體由濾袋外進入濾袋內,經文氏管進入上箱體,從出風口排出,粉塵能截留在濾袋外表面.為了保持收塵器的阻力在一定的範圍內(一般為1176～1470pa)必須定期清灰.清灰時由脈衝控制儀按程序開啟控制閥使氣滄內的壓縮空氣由噴嘴管的孔眼高速噴出,每個孔眼對準一個濾袋中心,通過文氏管的誘導在高速氣體周圍引入相當於噴嘴空氣5—7倍的二次空氣衝進濾袋,使濾袋急劇膨脹,引起衝擊震動.同時產生由袋內向袋外的逆向氣流,是黏附在濾袋外表面的積灰被吹落.此時濾布空隙中的粉塵也被吹落,吹掃下來的積灰落入灰鬥經排灰系統排出.
(4)堆料機和取料機
堆料機是:車式懸臂膠帶堆料機.(一側兩軌)
取料機是:橋式刮板取料機.(兩側兩軌)
(5)立磨mls3626
給料粒度:≤90mm生產能力:185t/h
工作原理:
物料由三道鎖風閥門下料溜子進入磨內,堆積在磨盤中間.由於磨盤的旋轉帶動磨輥轉動物料受離心力的作用想磨盤邊緣移動,並被齒入磨輥底部而粉磨.磨輥有液力系統增壓以滿足粉末需要.磨盤的轉速比較高,比相同直徑的球蘑機要快大約80%.物料不僅在輥下被壓碎,而且被推向外緣,越過擋料圈落入風環,被高速氣流入分離器,在迴轉風葉的作用下進行分選,粗粉重新返回磨盤再粉磨.合格的成品隨氣流帶出機外被收集作為產品,由於風環外氣流速度很高因此轉熱速率很快,小顆粒瞬時得到乾燥,大顆粒表面被烘乾,再折回重新粉碎過程中得到進一步乾燥.
(6)o～sepa選粉機
型號:n-XX總重:19183kg
風量:XXm3/min喂料量:400t/h
電機功率:132kw水泥生產能力:72～120t/h
工作原理:
待選物料由上部的兩個喂料管喂入選粉機,通過撒料盤緩衝板充分分散,落如選粉區,選粉氣流大部分來自磨機,通過切向一次風進口.來自收塵設備的收塵風通過二次風進口進入,經導向葉片水平進入選粉區.在選粉機內由垂直葉片和水平葉片組成籠式轉子,迴轉時使內外壓差在整個高度內上下保持一定,從而使氣流穩定均勻,為精確選粉創造了條件,物料自上而下為每個顆粒提供了多次重複分選的機會,而且每次分選都在精確的離心力和水平風力的平衡條件下進行.細粉從外向內克服了邊壁效應的不利影響.
(7)電收塵
工作原理:
電收塵利用高壓靜電場的作用,使通過的含塵氣體中的塵粒荷電,在電場的作用下,使塵粒沉積於電極上,將塵粒從氣體中分離出來.電收塵器具有運行可靠,維護簡單,電耗低,除塵效率高等優點,在合適條件下使用,其除塵效率可達99%以上.
(8)cp均化庫
工作原理:
該庫直徑較大,生料先送至頂生料分配器,再經放射狀佈置的空氣輸送斜槽入庫,庫頂還設有收塵器,倉滿指示器等裝置,在大庫的下部中心建有一圈錐型混合室,當輪流向大庫的環型庫底衝氣時生料呈流態化並經混合室周圍的8—12個進料孔流入混合庫中,同時大庫內的生料呈旋渦狀踏落,在生料下移的過程中產生重力混合,進入混合庫的生料則按扁型四分區進行激烈的空氣攪拌,即進行氣力均化.混合室的另一作用是靠室內所存一定數量成分均勻的生料起緩衝作用,使進入混合室時略有成分波動的生料縮小其波動.
(9)氣力輸送斜槽
以高壓離心通風機為動力源,使密閉輸送斜槽中的粉狀物料保持流態化向斜槽的一端緩慢流動,這種斜槽的主體部分無主動部件,結構簡單,輸送能力大,易改變輸送方向.
3.6保證生料質量的幾個控制環節
3.6.1生料粉磨系統的調節控制
為實現最優控制,使粉磨作業經常處於良好狀態,在烘乾粉磨系統生產中,越來越廣泛的採用電子計算機和自動化儀表,實行生產過程的自動調節控制.生料粉磨系統是水泥廠生產中實行自動化最為成功,並且得到普遍應用的一個工序.自動控制主要有以下五個方面的主要內容:①調節入磨原料配比,保證磨機產品達到規定的化學成分;②調節喂入磨物料總量,使粉磨過程經常處於最佳的穩定狀態,提高粉磨效率;③調節磨機系統温度,保證良好的烘乾及粉磨作業條件,並使產品達到規定的水分;④調節磨機系統壓力,保證磨機系統的正常通風,滿足烘乾及粉磨作業需要;⑤控制磨機系統的開車喂料程序,實行磨機系統生產全過程的自動控制.
3.6.2原料配料控制
採用電子稱-x熒光分析儀-電子計算機自動調節生料磨系統的喂料配比,是20世紀60年代取得的成果.40多年來,國外許多現代化水泥廠幾乎全部實現了原料配比的自動控制.這個自動控制系統的應用成功,主要在於對生料化學成分可以進行在線快速分析和建立了一套數學模型及控制算法.
控制系統的目標是調節入磨原料配比,保證規定的生料化學成分.控制系統分為兩段,首先對待用的各種物料進行取樣和分析,再由東西得到的化學成分計算出各種原料的要求配比.計算公式是線形的,很容易由計算機計算出.在某些情況下即使不可能取得最理想的配比,也可以求出近乎理想的配比.
計算機取得的各種原料的成放是取樣值的平均數.原料成分的波動會導致生料成分的波動.近年來,很多工廠採用了自動取樣裝置及x熒光分析儀,-射線儀分析生料成分,將測定的結果輸入計算機,以便及時得到各種原料配比,並調整其流量.
樣品的抽取一般有兩種方式,即磨入口取樣和磨出口取樣.前一種取樣方式雖然可以縮短控制的滯後時間,但由於進入磨機前的物料均勻性差,故一般採用後一種取樣方式.
採用電子計算機進行配料計算和控制的指導思想及基本原則如下:
(1)對取樣器採集的樣品,一般是間隔測量分析,同時考慮到原料在喂料機上的輸送時間,在磨機內的粉磨時間以及制樣,分析所需的時間,故計算一次配料的時間週期大約為30-60min.生料配料控制程序也是按此時間定期啟動.
(2)配料計算中所用的生料目標率值,一般是應用熟料的率值,以便考慮煤灰摻入的影響.
(3)採用修正控制加積分控制的方法.對原料成分數據之所以進行修正計算,是由於給定的原料成分是某一段時間的平均值,而實際上從礦山開採的原料資源在質量上是有所波動的,雖經過預均化,入磨原料的成分仍然時刻波動,故原料成分的實際值與給定值之間有偏離.對於產生偏差的主要原因進行理論分析,可有兩種考慮方法:一是假定偏差是由於原料中所含比例最大的那種氧化物的波動引起的,例如,石灰石中的cao,砂巖中的sio2,頁巖中的al2o3和鐵粉中的fe2o3等,即修正的要素是選用這些原料中含量最多的氧化物;另一種假設是認為生料成分的波動是由於幾種原料中配合比例最大的那種原料化學成分波動,或者是由化學成分波動最大的那種原料的化學成分波動而引起的.這樣,在四種原料配料中假定三種原料化學成分沒有變,或假定四種原料中的三種含量較小的氧化物的成分未變,就可以根據兩次取樣間的原料配比及出磨生料中四種氧化物的含量計算下一週期所需的原料新配比(當然計算中也要考慮煤灰的影響).
(4)對原料成分進行修正計算後實際上每一次生料值率的瞬間值與目標值仍會產生微小的偏差.為消除這些偏差,在每次新配比計算中都要考慮前幾個週期進入均化庫的生料率值,以便消除或減小累計偏差,使在均化庫中的這幾個週期的生料的平均成分值與設定的目標值趨於一致.
3.6.3磨機系統壓力控制
磨機系統壓力控制的目的,是為了檢測各部通風情況,及時調節,滿足烘乾及粉磨作業要求.磨機出,入口負壓差,表徵磨內通風的阻力大小,壓差增大表示磨內可能負荷過大或隔倉板篦縫可能發生堵塞;其他任何兩點之間的壓差有較大變動,都表明兩點間阻力的變.一般在生產情況基本正常,壓差變動不大時,可適當調節排風機的風門;壓差變動過大時,則需及時檢查設備狀況,及時消除故障.
3.6.4磨機開車喂料程序控制
對磨機啟動時的喂料程序控制的目的,是為了避免磨機啟動時,由於外了喂料不當時發生磨滿堵塞.該程序控制可以保證對磨機的喂料量進行均勻地,按一定程序的逐步加大,實現最優操作.控制辦法是在磨機啟動後,檢測出它的負荷值,用計算機按一定數學模型運算處理,向喂料調節器送出喂料量的目標值,使之逐步增大喂料量,直至磨機進入正常負荷狀態為止.
3.6.5輥式磨的自動調節控制系統
輥式磨自動控制系統的設置基本與上述方法相同,由於磨機結構與烘乾兼粉磨的鋼球蘑機不同,故自動控制系統亦有區別,一般裝設五個自動調節迴路.
3.6.6磨機系統温度控制
磨機系統温度控制的目的,是為了保持良好的烘乾及粉磨作業,保證成品水分達到規定要求.烘乾粉磨系統的温度控制,大多采用單迴路自動調節系統.對磨機成品水分的控制可有兩種方法:一是根據原料及成品水分,通過調節系統排風機風門,改變入磨熱風量,控制烘乾作業;另一種是通過改變熱風入口管道上的冷風門,調節入磨熱風温度,控制烘乾作業.兩種方法相比,後一種方法有利於保持磨機系統的生產穩定.在帶有預烘乾設備的烘乾粉磨系統及利用選粉機等設備同時進行原料烘乾時,亦需通過調節各種設備系統的排風機風門或冷風摻入量的辦法,調節熱風進入量或改變熱風温度,以控制這些設備的出口氣温,達到控制烘乾過程的目的.
4熟料的煅燒
4.1生料的預熱和預分解系統
堯柏水泥一廠的預熱與分解系統為五級旋風預熱器和分解爐,從窯頭來的三次風入分解爐,分解爐上有兩個噴煤管來完成煤粉的供給.相關參數如下
分解爐的尺寸為:φ5.1×30m
五級預熱器的尺寸分別為:
c12—φ4600mm;c21—φ6500mm;c31—φ6800mm;c41—φ6800mm;c51—φ6800mm.
堯柏水泥三廠的預分解系統為四級旋風帶分解爐.物料從預熱器的頂端加入,從一級旋風筒依次向下再經過分解爐最後入迴轉窯;從窯頭來的高温氣體先入分解爐,然後依次向上最後進入增濕塔,一句話概括就是料往下走,氣往上流.
預分解系統不但合理利用了來自於窯頭的廢氣,節約了能源,而且使物料預先進行了預熱和分解,從而為物料的煅燒提供了前提,提高了熟料的質量和生產效率.
4.2煅燒設備
在預分解窯系統中,迴轉窯具有燃燒燃料功能,熱交換功能,化學反應功能,物料輸送功能,降解利用廢氣物五大功能.迴轉窯中分為乾燥帶,預熱帶,分解帶,固相反應帶,燒成帶和冷卻帶,在堯柏水泥廠主要是採用ф4.0×60m的迴轉窯,其放置的傾斜度為4%,傳動裝置採用的是直流電機單傳動,窯體轉速為0.41～0.42r/min.
在迴轉窯的斜度和轉速不變的情況下,物料在窯內各帶的化學變化和物理狀態不同,使得物料以不同的速度通過窯的各帶.在燒成帶硅酸二鈣吸收氧化鈣形成硅酸三鈣微吸熱,只是在熟料形成過程中生成液相時需極少量的熔融淨熱,在分解窯內,碳酸鈣分解需要吸收大量的熱量.
4.3熟料冷卻
水泥熟料出窯温度大約為1100～1300攝氏度,充分回收熟料帶走的熱量以預熱二次要氣,對提高燃燒速度和燃料温度以及窯和冷卻機的熱效率,都有主要意義,冷卻熟料對於改善熟料的質量和易磨性有良好的效果,冷卻良好的熟料可保證設備的安全運轉.
熟料冷卻主要有三種類型:一是:筒式(包括單筒和多筒);二是:篦式(包括震動,迴轉推動篦式);三是:其他形式(包括立式及"g"式)
堯柏水泥廠,一廠使用的是篦冷機,通過風機進行冷卻.三廠使用的是單筒冷卻機,單筒冷卻機與窯相似,不同的是筒內裝有揚料板用以加速熟料冷卻.
4.4燒成工段工藝流程
附:圖4.1燒成工段工藝流程(堯柏水泥一廠)
圖4.2燒成工段工藝流程(堯柏水泥三廠)
4.5燒成工段主要設備及其工作原理
(1)旋風預熱器
旋風預熱器由上下排列的五級旋風筒組成,為了提高收塵效率最上一級旋風筒通常為雙級旋風筒之間由氣體管通連接;每個旋風筒和相連的管道形成預熱器的一個級.通常預熱器由上向下順序編號為ⅰ至ⅳ(或ⅴ,ⅵ)旋風筒的卸料口用生料管道與下一級的氣體管道連接.生料首先喂入i級旋風筒的入口的上升管道內,熟料在管道內進行充分熱交換,然後由i級旋風筒把氣體和生料顆粒分離,收下的生料經卸料管進入ⅱ級旋風筒的上升管道內進行第二次熱交換,再經ⅱ級旋風筒分離,如此,依次經ⅴ級旋風預熱器進入迴轉窯內進行煅燒,而預熱器排出的廢氣經增濕塔,電收塵器由排風機進入大氣.窯尾排出的1100℃煙氣經預熱器熱交換後温度降至330℃左右,50℃左右的生料經多級預熱器預熱到750～820℃進入迴轉窯,熟料熱耗均為750/kg熟料左右.
(2)預熱預分解系統:(原理)懸浮預熱技術是指低温粉體物料均勻分散在高温氣流之中,在懸浮狀態下進行熱交換,使物料得到迅速加熱升温的技術.其優越性在於使物料懸浮在熱氣流中,與氣流的接觸面積大幅度增加,傳熱速度極快,效率極高.同時,生料粉與燃料在懸浮下均勻混合,燃料燃燒熱及時傳給物料,使之迅速分解.而預分解(或窯外分解)技術是指將已經過懸浮預熱後的水泥生料,在達到分解温度前,進入到分解爐內與進入到爐內的燃料混合,在懸浮狀態下迅速吸收燃料燃燒熱,使生料中的碳酸鈣迅速分解成氧化鈣的技術.
這樣不僅減少了窯內燃燒帶的熱負荷,並且入窯生料的碳酸鈣分解率達到了95%左右,從而大幅度提高了窯系統的生產效率.
(3)懸浮預熱預分解窯:其的特點是在長度較短的迴轉窯後裝設了懸浮預熱器和分解爐,使原來在窯內以堆積狀態進行的物料預熱及碳酸鈣分解過程,移到懸浮預熱器和分解爐內以懸浮狀態下進行,不僅可以減輕窯內煅燒帶的熱負荷,有利於縮小窯的規格及生產大型化,並且可以節約單位建設投資,延長襯料壽命,減少大氣污染.
(4)五級旋風預熱器:主要是旋風筒和各級旋風筒之間的聯接管道,(亦稱換熱管道)旋風筒的主要任務在於氣固分離,聯結管道主要起的是換熱作用.
旋風筒:採用大直徑四圓心漸擴蝸殼結構,旋風筒阻力低,下部偏錐結構,下料管粗(c1φ710mm),能有效防堵;合理的旋風筒整體高度;有效防止物料因二次飛揚而導致的分離效率下降.
內筒:內筒插入深度低,內徑大,c1--c2級筒設置整流器,阻力明顯下降,c3--c5級筒採用掛片,方便安裝和更換,內筒材質為耐熱鋼,使用壽命較長.
nc型2500t/d旋風筒規格:c1:c2—ф4600mm,出口氣壓約-6100pa左右,筒內温度約330攝氏度左右.c2:c1—ф6500mm,筒內氣壓約-4400pa左右温度約510℃左右.c3:c1—ф6800mm,筒內氣壓約-3600pa左右,筒內温度約660℃左右.c4:c1—ф6800mm,筒內氣壓約-2500pa左右,筒內温度約800℃左右.c5:c1—ф6800mm,筒內氣壓約-XXpa左右,筒內温度約780℃左右.
導流板:導流板的作用是防止進氣口氣流與筒內旋轉氣流碰撞,降低進口湍流阻力.本系統投料175t/h時,系統阻力僅4200pa.
翻板閥:下料管翻板閥位於上一級旋風筒下料管與下一級旋風筒上升管道之間,要求保持下料流暢的同時,封閉物料不能填充下料管.南京院設計的下料管杆輕錘小,材質為耐熱鋼,實用小巧.
撒料箱:它會影響氣固換熱的效率,本系統採用的擴散式撒料箱為凸弧多孔分佈板結構,這種撒料箱強化了物料在氣流中的分散性,提高了氣固換熱的效率,降低了物料短路的可能.
(5)分解爐:採用在線旋噴結合式管道分解爐.以噴騰分解爐為基礎,"渦旋"結合.分解爐直接與窯尾煙室相接,避免了結皮和堵塞,三次風單側切向進入,佈局簡單.分解爐出口在本體頂部縮徑,氣流獲得二次加速,有效地加強了後期的混合,煤粉經過噴嘴從三次風端口切向向下傾斜,儘管爐用煤管為單通道,但也能確保預燃充分.生料經c4級筒收集由爐側加入,受三次風的擾動,改善了其分佈狀態,減少了塌料的危險.操作中由於受配料的影響,生料易燒性差,將爐出口温度控制在910℃左右,c5級筒下料管890℃,從而保持一切正常.
4.6生料在各個反應帶的物理和化學變化
生料在煅燒過程中,經歷乾燥,預熱,分解,燒成,冷卻階段,發生了一系列物理化學變化;100～200℃左右,生料被加熱,水分被蒸發而乾燥;300～500℃左右,生料被預熱;500～800℃左右,粘土質礦物中的高嶺石脱水分解為無定形的sio2,al2o3等,有機物燃盡;800～1300℃左右,碳酸鈣分解為cao,並開始與粘土分解出的sio2,al2o3,fe2o3發生固相反應.隨着温度的繼續升高,固相反應加速進行,並逐步形成硅酸二鈣2cao·sio2,鋁酸三鈣及鐵鋁酸四鈣.當温度達到1300℃時固相反應完成,物種僅剩一部分cao未與其它氧化物化合.當温度從1300℃升到1450℃再降到1300℃,即燒成階段.這時3cao al2o3及4cao al2o3 fe2o3燒製部分熔融狀態,液相出現,將所剩cao和2cao io2溶解,2cao io2在液相中吸收cao形成硅酸鹽水泥的最重要礦物硅酸三鈣3ca io2.這一過程是煅燒水泥的關鍵,必須達到足夠的温度並停留適當長的時間,使充分形成3cao io2.
4.6.1理論熱耗
a.每公斤熟料所需原料:碳酸鈣約1.22kg,粘土約0.20kg,sio2,0.10kg,fe2o3,0.03kg,合計:約1.55kg.
b.每公斤熟料所需的熱量(kca):
(1)將粘土從20℃加熱到430℃過程中
碳酸鈣:1.22×0.248×430=130.1kca,粘土:0.20×0.248×430=21.3kca,
二氧化硅:0.10×0.239×430=10.3kca,fe2o3:0.30×0.190×430=2.5kca.
(2)粘土脱水0.20×223=44.6kca.
(3)從450℃加熱至900℃過程中
碳酸鈣:1.22(0.266×900-0.248×430)=156kca;粘土:0.17(0.258×900-0.238×430)kca;二氧化硅:0.10(0.263×900-0.19×430)kca;
fe2o3:0.03(0.218×900-0.19×430)-3.3kca;
總計:193.5kca
(4)caco3加熱分解成氧化鈣和二氧化碳:1.22×396=483kca.
(5)將物料從900℃加熱到1400℃
氧化鈣:77.5kca;粘土:24.8kca;二氧化硅:14.1kca;氧化鐵:4.1kca.合計:120.5kca.
(6)按熟料和硅酸三鈣比熱的差值來酸洗熱量:
1×1450(0.265-0.247)=26.1kca
總計:1032kca/kg熟料
c.可回收的熱量(kca/kg)
(1)熟料在1400℃形成的放熱效應103.0kca;
(2)熟料從1400℃冷卻至20℃1380x0.261=360.2kca;
(3)放出的二氧化碳從900℃冷卻至20℃0.537x880x0.257=124.2kca;
(4)水蒸氣冷卻熱(450℃～100℃)0.03(3.50x0.375)=4.0kca;
(5)水蒸氣冷凝0.03x539=16kca,水從100℃冷卻至20℃0.03x80=2.4kca.
總計:609.8kca約為610kca.
所以熟料形成熱為:1032-610=422kca/kg熟料.
4.6.2迴轉窯系統個反應帶內物料的物理化學反應進程
窯系統的在不同温度場的各個反應帶內生料的物理,化學反應過程如下.但是由於温度及反應速率的不同,其中許多反應帶在邊緣地區有相當一部分是交叉的.
1,乾燥帶
承擔生料中水分的蒸發任務.反應温度100℃,實際上物料的温度在大約20～50℃進入窯系統,超過露點温度後,大約在75～150℃水分蒸發,反應吸熱約2675kj/kg,反應式:h2o→h2o↑.
2,預熱帶
承擔粘土質等原料中化學水的分解脱水任務.反應温度450℃,反應熱很小.反應式:
al2o3 2sio2 h2o→al2o3 2sio2 h2o↑.
3,碳酸鹽分解帶
主要承擔碳酸鎂及碳酸鈣的分解任務.耗熱量:碳酸鎂為815kj/kg mgco3.碳酸鈣為:1656kj/kg caco3.由於生料中碳酸鈣的含量多,故本帶熱量是很大的.同時,在分解帶中還伴有ca,cf,c2f,c5a3等過渡礦物形成(一般在濕法及傳統幹法窯內形成較多,而在懸浮預熱和預分解系統內形成較少).反應温度及反應式:
mgco3→mgo co2↑(600～700℃)
caco3→cao co2↑(650～900℃)
cao al2o3→cao al2o3(800℃)
cao fe2o3→cao fe2o3(800℃)
cao cao fe2o3→2cao fe2o3(800℃)
3(cao fe2o3) 2cao→5cao 3al2o3(900～950℃)
4,放熱反應帶(或稱過渡帶)
主要承擔固相反應任務,為放熱反應.放熱量:c2s形成放熱602kj/kg c2s,c4af形成放熱38kj/kg c4af,c3a形成放熱109kj/kg c3a(20℃時值).本帶上部為熾熱火焰,下部物料反應放熱,故物料升温很快.反應温度及反應式如下:
2cao sio2→2cao io2(1000℃)
3(2cao fe2o3) 5cao 3al2o3 cao→3(4cao al2o3 fe2o3)(1200～1300℃)
5cao 3al2o3 4cao→3(3cao al2o3)(1200～1300℃)
5,燒成帶
主要承擔燃料中的主要礦物c3s的形成,fcao的吸收,完成燃料的最後燒成任務.在本帶中的有1280℃開始出現液相,直到1450℃c3s大量形成,fcao最後基本吸收,完成燃料的最後燒結過程,離開火焰高温區逐漸降温到1300℃左右進入冷卻帶.在該帶1350℃～1450℃時液相量可達20%～30%,al2o3,fe2o3及其他組分進入液相.c3s形成為放熱反應,放熱量為447kj/kg c3s.反應温度及反應式如下:
2cao io2 cao→3cao io2(1280～1450℃)
6,冷卻帶
主要任務有三項,一是使熟料中的c3a,c4af極少量c5a3重新結晶;二是使部分液相形成玻璃體;三是回收熟料中的熱焓加熱燃燒用空氣.本帶反應温度為1350℃～1200℃以下.由於新型篦冷機的出現,在預分解窯系統中,孰料的主要冷卻任務已移到冷卻機內進行.
4.7熟料的主要質量指標
表4.1熟料的主要質量指標
項目
控制指標
合格率
檢測次數
升重
1375±75
≥85%
1次/小時
f-cao
90%
羊湖水:温度:±2℃水質一般用飲用自來水
(3)安定性—試餅法
步驟:a.一個樣品需準備兩塊約100×100的玻璃板,每個試樣成行兩塊試餅.
b.在玻璃板上稍稍塗一層油.
c.稱取500克水泥以標準稠度用水量加水拌製成標準稠度淨漿.
d.將制好的淨漿取出一部分分成兩等份,使之稱球形,放在預先準備好的玻璃板上,並輕輕振動玻璃板,並用濕布擦過的小刀由邊沿向中間抹動,做成直徑70—80毫米,中心厚度約為10毫米,表面光滑的試樣,編號後將試餅放入濕氣養護箱,養護24±2h.士兵的形狀應呈球體的切片狀而不應為畸形.
e.養護一天後,取出試餅,脱去玻璃板,檢查試餅是否完整,在試餅無缺陷的情況下將試餅放入已調好水位的沸煮箱中,然後在30±5min內加熱直恆沸3h±5min.沸煮結束後,放掉箱中熱水,打開箱蓋,待箱體冷直室温取出試餅.
d.①目測未發現裂縫,用直尺檢查也沒發現彎曲的試餅為安定性合格,反之為不合格.②當兩塊試餅判別結果有矛盾時則判斷該水泥安定性不合格.
(4)遊離cao
步驟:a.稱0.5克水泥式樣放入錐形瓶(150ml).
b.加入15無水乾油酒精.
c.放在帶有石棉網的鐵架台上.
d.加熱煮沸保持微沸狀態15分鐘,取出冷卻立即用苯甲酸無水乙醇溶液滴直紅色消失.
e.在加熱直微沸狀態10分鐘,取下滴定直紅色消失,如此反覆滴定直紅色不再出現.
(5)水泥細度
細度也成為分散度,是指物料顆粒粗細的程度.水泥細度通常有三種表示方法:篩餘,比表面積,顆粒級配.堯柏水泥廠採用比表面積法.
(6)水泥水化熱
水泥水化時發生温度變化的主要來源是由於幾種無水化合物組分的熔解熱和幾種水化物在溶解中的沉澱熱,這些熱值的代數和就是水泥在任何時期下的水化熱.
6.2檢測儀器
(1)一廠所用的檢測儀器主要有:
a) 淨漿攪拌機sj--160型
b) 標準恆温養護箱gb/t17671--1999型號温度20±1℃
c) 沸煮箱
d) 水泥細度負壓篩析儀fsy—150d型
e) 紅外線乾燥器
f) 自動比表面積測定儀正的sib--j
g) jj--5水泥膠砂攪拌機
h) 水泥水化熱測定儀shr--650ⅱ型
i) 水泥自動抗折試驗機kij5000--ⅰ型
j) 水泥自動抗壓試驗機hy—200型
k) 熒光分析儀
(2)三廠所用的檢測儀器主要有:
(1)dbt-127型勃氏透氣比表面積儀,無錫建築儀器廠
(2)hby-40b型水泥恆温恆濕標準養護箱
(3)sj-160水泥淨攪拌機
(4)kzj5000-1型水泥電動抗折實驗機,最大負荷:5000n,示指相對誤差<1%,山東榮城市石島儀器廠
6.3水泥性能檢測原理
測試原理:直接測定法是在熱量計周圍温度不變條件下,直接測量熱量計內水泥膠砂的温度變化,計算熱量計內積量和三是熱量的總和,從而得出水泥水化七天內的水化熱.
實驗步驟:1.試驗前準備工作;2.熱量計散熱常數的測定,熱量計熱定量的計算和散熱常數的計算;3.水泥水化熱的測定.
西安建築科技大學
圖5.1水泥製成系統