Цементный завод будущего

Производство и сбыт цемента могут быть сильно зависимы от региональных и коньюктурных колебаний. Чтобы компенсировать последствия этих влияний машиностроительный завод HAVER NIAGARA поставил перед собой цель решить задачи по повышению эффективности использования ресурсов и их хранения, а также расширению ассортимента за счёт установки дополнительного обогатительного оборудования в границах или непосредственной близости от цементного завода. Для решения этих задач потребовался анализ пути преобразования исходного сырья известняка в цемент в процессе производства.

На Рис..1 исходный материал для производства цемента — смесь известняка (прим. 70…80 M.-%) и глины /мергеля (прим. 20…30 M.-%), которая присутствует во многих месторождениях цементного сырья в естественном состоянии. В зависимости от химического состава месторождений применяются корректирующие материалы (например, железная руда или песок). После горной добычи буровзрывным способом или с помощью экскаваторов следует транспортировка на щебеночный завод, где горная масса предварительно измельчается (например, ударно-отражательной или молотковой дробилкой) и подвергается шихтовке (приготовление равномерной смеси). Затем проводится тонкое измельчение смеси в валковых или шаровых мельницах до сырьевой муки. Сырьевая мука раскисляется (нейтрализуется) в клинкерной установке, CaCO₃ распадается на два компонента: CaO и CO₂.

div style="text-align: justify;">Производство и сбыт цемента могут быть сильно зависимы от региональных и коньюктурных колебаний. Чтобы компенсировать последствия этих влияний машиностроительный завод HAVER NIAGARA поставил перед собой цель решить задачи по повышению эффективности использования ресурсов и их хранения, а также расширению ассортимента за счёт установки дополнительного обогатительного оборудования в границах или непосредственной близости от цементного завода. Для решения этих задач потребовался анализ пути преобразования исходного сырья известняка в цемент в процессе производства.

На Рис..1 исходный материал для производства цемента — смесь известняка (прим. 70…80 M.-%) и глины /мергеля (прим. 20…30 M.-%), которая присутствует во многих месторождениях цементного сырья в естественном состоянии. В зависимости от химического состава месторождений применяются корректирующие материалы (например, железная руда или песок). После горной добычи буровзрывным способом или с помощью экскаваторов следует транспортировка на щебеночный завод, где горная масса предварительно измельчается (например, ударно-отражательной или молотковой дробилкой) и подвергается шихтовке (приготовление равномерной смеси). Затем проводится тонкое измельчение смеси в валковых или шаровых мельницах до сырьевой муки. Сырьевая мука раскисляется (нейтрализуется) в клинкерной установке, CaCO₃ распадается на два компонента: CaO и CO₂.

Затем происходит обжиг при температуре примерно 1450 °C во вращающейся печи для спекания. В результате цементный клинкер после охлаждения измельчают в цехе помола с добавлением носителей сульфата (например, гипса) на различную (качества цемента) степень измельчения. Главными потребителями цемента являются производители товарного бетона (примерно 52%) и бетонных элементов (примерно 26%). Таким образом, можно утверждать, что процесс производства цемента всегда связан с наличием соответствующего источника сырья.

Осадочные породы известняка считаются самым распространённым типом горных пород, которые необходимы в цементной промышленности, и являются важным сырьём в строительной индустрии, сельском хозяйстве, управления водными ресурсами, а также в производстве стали, стекла, удобрений и целлюлозно-бумажной промышленности.

В настоящее время известняк добывают и продают горные предприятия (например, щебёночные заводы).

Для улучшения эффективности разработки месторождений необходимо более интенсивно использовать минеральное сырьё цементных заводов. Особенно в фокусе внимания избыточные производственные мощности месторождений сырья цементных заводов, но также встречаются участки месторождения, которые из-за примесей или с сильным отклонением по химическому составу не подходят для производства цемента. В обоих случаях часть породы при первичной или вторичной стадии дробления могут быть использованы для производства различных продуктов крупного или мелкого щебня.(см. Рис 1, I).

В поисках решения предлагаем прибегнуть к опыту HAVER NIAGARA. Ниже приведены некоторые проекты, которые производитель реализовал в последние годы.

В период 2012/13 в карьере твёрдых горных пород местности Kleinhammer (Sauerland) спроектирован и построен новый дробильный комплекс с интегрированным производством блочного камня для гидротехнических сооружений. В комплект поставки наряду с первичным дроблением и производством камня для гидротехнических сооружений входит подъёмно-транспортная техника, промежуточный бункер, силос пылеудаления. Проводилось планирование капитальных сооружений и общая сборка.

Примером гибкого производства служит оборудование подготовки камня для гидротехнических сооружений. При необходимости на комплексе его можно одновременно или в отдельности сортировать по весовым классам 4...40 кг и 10...60 кг двумя тяжёлыми грохотами с эксцентриситетом приводного вала NIAGARA (их производительность — до 5000 т/ч). Эксцентриковые грохоты применяют для классификации трудно поддающихся грохочению материалов.

Другой большой областью применения осадочных пород известняка является производство негашёной извести. Негашёная известь (кальцинированный известняк, CaO) представляет собой порошок, который получается путём обжига известняка при температуре +800 °C. При добавлении воды кальцинированная известь вступает в химическую реакцию с выделением сильного тепла и переходит в гидратную известь (гашёная известь Ca(OH)2). Гашёная известь используется в различных отраслях промышленности. Так, например, в строительной отрасли в качестве добавки для изготовления сухих строительных смесей, производстве известковых удобрений (тук) или в качестве флюсовых добавок в сталелитейной промышленности для десульфуризации доменного чугуна. Гашёная известь может также быть использована как альтернатива известняку в десульфуризации дымовых газов тепловых электростанций.

В 2009/10 годах в области Graz был построен щебёночный завод Peggau, Wietersdorfer & Peggauer Zementwerke GmbH с приёмом в эксплуатацию износостойкой, энергоэффективной и ресурсоэкономичной промывочной системы высокого давления, обеспечивающей высококачественными фракциями известняка дальнейшие процессы обогащения. Для промывки загрязнённого сырья была применена установка высокого давления, которая потребляет только 1,5 м³ воды на тонну от загружаемого материала с хорошими результатами очистки.

Продолжительность подачи материала в промывочную камеру составляет приблизительно 3-8 сек. Вывод материала из моющей камеры происходит через регулируемую скорость протяжки ленты. При изменении скорости движения ленты изменяется время воздействия на прочность связей в материале (рассматривается: вид связи, тип и монолитность) между ценным материалом и нежелательной примесью, таким образом регулируется качество промывки. Это позволяет гибко реагировать на колебания физико-механических свойств сырья на различных участках месторождения и за время работы предприятия достигнуть равномерного эффекта очистки. В дополнение к обогатительной установке высокого давления применяется промывочный грохот мокрой классификации для получения фракций 0/5, 5/30 и 30/70. После промывки крупная фракция 30/70 загружается в известеообжигательную печь (обожжённая известь), а мелкая используется для изготовления сухих смесей. Использованную для процесса промывки воду просветляют в водоочистительной установке и подают снова в замкнутый цикл очистки материала. При этом прессованная глина в качестве корректирующего материала используется в производстве клинкера. В цементном производстве применение валково-тарельчатой мельницы получило в последние годы дальнейшее развитие в одном из важнейших аспектов. До сих пор для производства сырьевой муки применяются обычного типа валково-тарельчатые мельницы с интегрированным циклоном-сепаратором для готового продукта, где допустимое количество тонкой фракции может быть отрегулировано через изменение частоты вращения циклона-сепаратора. Современные валково-тарельчатые мельницы имеют специальную ВВ установку для транспортировки (выноса) крупной фракции (-0/2 мм) после сепаратора.

Известковая мелочь, например, с зерном 0,1/1,2 мм, является идеальным исходным материалом для дальнейшей обработки мелких фракций песка, как например для изготовления цемента с добавками или для приготовления штукатурки и сухих смесей.

На Рис. 2 показана схема оборудования для обогащения мелочи. После мельницы помола сырьевой муки мелочь известняка удаляется сепаратором (удаление тонких пылевидных частиц <0,09 мм из потока материала) и направляется на грохоты тонкой классификации для разделения на фракции. Зерна d <2 мм могут быть использованы для десульфуризации дымовых газов, например, в виде сухих смесей, добавок к цементу.

Практическое применение показало, что при использовании HAVER-FINE-LINE грохотов и рассева мелкой фракции известняка с высокой пропускной способностью достигается хорошее качество границ разделения для производства продуктов сухих смесей (см. Рис.1, II).

Одной из главных задач для эффективного цементного производства является разработка «Просеивание клинкера для раздельного измельчения» (см. Рис. 1, III). Отправной точкой размышлений была проблема образования мелкого клинкера из-за быстрого охлаждения раскаленных конкреций клинкера (1450 °C) после выхода из вращающейся трубчатой печи и выпуск в последовательно подключенный колосниковый холодильник (охлаждение примерно до +100 °C). Известно, что скорость охлаждения клинкера влияет на условия кристаллизации и стеклообразной фазы в клинкере и, следовательно, позже влияет на гидравлические свойства цемента к застыванию. Охлажденный клинкер перегружается транспортером в клинкерный склад. В процессе охлаждения и транспортировки получается доля мелкого клинкера <5 мм до 30%.

На протяжении многих лет для измельчения клинкера применялись хорошо зарекомендовавшие себя шаровые мельницы.

Высокую энергетическую потребность таких мельниц можно было бы снизить через комбинированное измельчение с валковыми прессами высокого давления.В 

Тем не менее, сегодня наметилась тенденция к одноступенчатому измельчению с вертикальными, горизонтальными мельницами и валковыми прессами высокого давления.

По сравнению с шаровыми мельницами экономия потребления энергии достигает примерно 40%. Эти мельницы подходят для изготовления стандартного цемента.

Специальные сорта цемента с оптимальной гранулометией получаются, как и прежде, в шаровых мельницах.

На основании этих и других рыночных специфических причин можно предположить, что и в дальнейшем будут применяться в равной мере шаровые и валковые мельницы для измельчения клинкера.

Поэтому, руководствуясь целями энергетической экономии, имеет смысл различные фракции клинкера раздельно измельчать в мельницах. Применением раздельного измельчения можно достигнуть экономии энергии до 10%.

Дальнейшие преимущества — это спокойная работа и низкий износ на валково-тарельчатой мельнице.

Новые иновационные решения открывают возможность и позволяют цементному заводу гибко реагировать на будущие изменения спроса на рынке стандартного, специального, с добавками и других сортов цемента, а также сухих смесей. В заключение следует добавить, что сильная связь между цементными и бетонными заводами взаимовыгодна. Организация производства бетона и переработка на прилегающей территории цементного завода может существенно снизить складские и транспортные затраты, а близость на местности цементного завода позволила бы за счет многообразия продуктов значительно увеличить региональный сбыт.