Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Технология бетона и строительные материалы» Л.Б. Дзабиева ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА Методическое пособие М и н с к Б Н Т У 2 0 1 0 Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Технология бетона и строительные материалы» Л.Б. Дзабиева ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА Методическое пособие по курсовому проектированию для студентов специальности 1-70 01 01«Производство строительных изделий и конструкций» М и н с к Б Н Т У 2 0 1 0 УДК 666.9:378.147.091.313(075.8) ББК 38.32я7 Д 43 Р е ц е н з е н т ы : А.А. Куприянчик, И.И. Тулупов Д 43 Дзабиева, Л.Б. Вяжущие вещества: методическое пособие по курсовому проек- тированию для студентов специальности 1-70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций» / Л.Б. Дзабиева. – Минск: БНТУ, 2010. – 53 с. ISBN 978-985-525-355-7. Методическое пособие по курсовому проектированию включа- ет требования к содержанию и оформлению пояснительной запис- ки и графической составляющей проекта, расчеты формовочных масс и расхода сырьевых материалов в производстве портландце- мента, строительной извести, изделий на основе автоклавных вяжущих. Методики расчетов основаны на современных техноло- гических инструкциях и согласуются с нормами технологического проектирования соответствующих предприятий. Приводятся примеры для иллюстрации рассмотренных методик расчета, что способствует приобретению студентами навыков тех- нологического проектирования. УДК 666.972.017:53 ББК 38.32я7 ISBN 978-985-525-355-7 © Дзабиева Л.Б., 2010 © БНТУ, 2010 3 ВВЕДЕНИЕ Производство строительных изделий и конструкций бази- руется на использовании вяжущих веществ воздушного, гидравлического и автоклавного условий твердения, гидрата- ционного, коагуляционного и полимеризационного типов структурообразования. Поэтому при подготовке инженеров специиальности 1-70 01 01 «Производство строительных изде- лий и конструкций» изучение дисциплины «Вяжущие вещества» предшествует циклу основных технологических дисциплин специализации. Задача дисциплины – формирование такого объема знаний, умений и навыков в области вяжущих веществ, который поз- волил бы будущему инженеру строительной индустрии про- фессионально использовать их в производстве строительных изделий и конструкций. В свою очередь, изучение базируется на теоретических положениях дисциплин общеепрофессио- нального цикла: неорганической, физической, коллоидной химии, минералогии и строительного материаловедения. Дисциплина «Вяжущие вещества» носит, в основном, ма- териаловедческий характер и только кратко касается техноло- гических проблем получения вяжущих, детально изучаемых при подготовке инженеров-технологов силикатной промыш- ленности. Поэтому в курсовом проектировании на первый план выдвигаются задачи оценки свойств вяжущих материалов согласно требованиям соответствующих нормативно- технических документов, умение прогнозировать их поведение в различных условиях эксплуатации, что позволит будущему специалисту принимать грамотные решения при разработке технологий получения новых строительных материалов и из- делий или совершенствовании технологических параметров производства традиционных. Однако, поскольку свойства вяжущих формируются в тех- нологических процессах их получения, при курсовом проек- тировании ставится также задача изучения основных параметров 4 технологии получения различных вяжущих веществ. При этом устанавливается связь основных технологических параметров (состава сырьевых смесей, температуры их обжига, тонкости помола сырьевых материалов и готового вяжущего и т.д.) с эксплуатационными показателями вяжущих конкретной обла- сти применения. Особое внимание должно уделяться ресурсо- сберегающим и экологически безопасным технологиям, соот- ветствующим современному уровню научно-технического прогресса в области вяжущих веществ. Курсовое проектиро- вание по «Вяжущим веществам» способствует выполнению поставленных задач. При работе над курсовым проектом следует руководство- ваться положениями стандарта СТП БНТУ 3.01-2003 «Курсовое проектирование. Общие требования и правила оформления». Образец оформления титульного листа курсового проекта приведен в приложении. 1. ТЕМЫ И ЗАДАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ 1.1. Тематика курсового проектирования Тематика курсового проектирования охватывает разнооб- разные виды вяжущих, выпускаемых предприятиями республики или используемых для производства строительных изделий и конструкций: – гипс строительный; – композиционные гипсовые вяжущие; – известь строительная воздушная; – вяжущие автоклавного твердения для производства изделий плотной и ячеистой структуры с различными кремнеземистыми компонентами; – портландцемент бездобавочный и с активными минераль- ными добавками; 5 – разновидности портландцемента: дорожный, сульфатостой- кий, пластифицированный, гидрофобный, белый, цветной, быст- ротвердеющий, высокопрочный, шиферный, песчанистый и др.; – тампонажные цементы; – пуццолановые портландцементы; – шлакопортландцементы нормально- и быстротвердеющие, сульфатостойкие; – расширяющиеся и напрягающие цементы. 1.2. Задание на курсовое проектирование Задание выдаваемое кафедрой, включает вид выпускаемой продукции, годовую производительность предприятия, харак- теристику основного сырья: все эти сведения студент обязан использовать при проектировании в точном соответствии с заданием. Если же в проектных расчетах необходимы допол- нительные данные, не приведенные в задании, студент само- стоятельно или по согласованию с руководителем проектиро- вания принимает их по справочникам, инструкциям, нормам проектирования и другой технической литературе со ссылкой на нее в тексте. В задании на проектирование кафедрой указываются даты выдачи задания и сдачи студентом готового проекта для про- верки руководителем, а также календарный график работы над проектом. Длительность проектирования составляет обычно пять недель. Дата защиты проекта назначается препо- давателем, руководившим проектированием. 2. СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ Курсовой проект состоит из пояснительной записки (ПЗ) и графической части. ПЗ (30–35 с.) содержит следующие разделы: – введение (1–2 с.); – характеристика продукции (3–4 с.); – технологическая часть (20–25 с.); 6 – техника безопасности и охрана труда (2–3 с.); – список использованной литературы (1 с.). Графическая часть проекта представляется на листе формата А1 с изображением технологической схемы получения вяжущего. 2.1. Введение Приводится краткий обзор развития производства заданного вида продукции, его перспективы, зарубежный опыт, основные достижения технологической науки и практики. 2.2. Характеристика продукции Приводятся сведения о физических, технологических, ме- ханических и других эксплуатационных свойствах продукции в соответствии с действующими стандартами, техническими условиями или другой нормативно-технической и справочной литературой, ссылки на которую указываются по тексту и полностью приводятся в библиографическом списке. Основ- ные характеристики желательно приводить в виде таблиц. 2.3. Технологическая часть 2.3.1. Структура раздела. Технологическая часть является главной составляющей ПЗ. Она включает не только технологиче- ские вопросы, но и элементы организации производства и состоит из следующих последовательно расположенных подразделов: – требования к сырьевым материалам и расчет состава сы- рьевой смеси; – принципиальная технологическая схема производства вяжущего (с указанием основных технологических парамет- ров производства) и описание технологического процесса, включая график тепловой обработки; – расчет материального баланса цеха по производству вя- жущего, включающий три этапа: 1) выбор режима работы, 2) расчет производственной программы цеха по заданной про- 7 изводительности, 3) расчет расхода сырья для выполнения про- изводственной программы с учетом производственных потерь; – описание работы основного технологического оборудования. 2.3.2. Требования к сырьевым материалам, используемым для производства вяжущего и расчет состава сырьевой смеси составляются на основе действующих технологических ин- струкций, норм технологического проектирования, техноло- гического кодекса установившейся практики, справочников и другой нормативно-технической и специальной литературы с обязательной ссылкой на них в тексте. Методики и примеры расчета составов сырьевых смесей для производства различных вяжущих приведены в разделе 3. 2.3.3. Принципиальная технологическая схема производства показывает, из каких сырьевых материалов, с помощью каких технологических операций может быть получен конечный про- дукт – вяжущее требуемых параметров. Последовательность опе- раций показывается стрелками, на схеме указываются основные технологические параметры процессов (температура, консистен- ция массы, текучесть, тонкость помола, диаметр частиц и т.п.). В скобках указывают оборудование, применяемое при осуществле- нии данного технологического процесса. В схему не включаются транспортные операции и накопительные процессы, кроме случа- ев, когда они необходимы для протекания технологически значи- мых изменений в материале при его вылеживании, например, ма- газинирование клинкера. На рис. 1 и 2 приведены примеры со- ставления принципиальных технологических схем для производства портландцемента и вяжущих автоклавного тверде- ния из конкретных сырьевых материалов. Если сырьевые матери- алы в задании на проектирование отличаются от них, в схему нужно внести соответствующие изменения. Принципиальная технологическая схема затем подробно комментируется в описании технологического процесса про- изводства, где дается обоснование принятым технологиче- ским решениям. 8 Известняк Глина Вода Гипсовый камень Доменный гранулирован. шлак (ДГШ) Дробление 1 ст. (Ø кусков, тип дробилки) Подготовка глины (тип оборудования) Дозирование Дробление (Ø кусков, тип дробилки) Сушка ДГШ (температура сушки, тип агрегата) Дробление 2 ст. (Ø кусков, тип дробилки) Получение глинистой суспензии (тип оборудования) Дозирование Дозирование Дозирование Дозирование Совместный помол (тонкость помола, тип мельницы) Корректирование шлама по химсоставу и текучести (влажности) (тип оборудования) Обжиг сырьевой смеси с получением клинкера (температура, тип агрегата) Охлаждение клинкера (температура, тип холодильника) Магазинирование клинкера (длительность, тип установки) Совместный помол клинкера, гипса, ДГШ (тонкость помола, тип мельницы) Охлаждение портландцемента (тип оборудования) Хранение цемента (тип оборудования) Упаковка портландцемента Отгрузка потребителю Рис. 1. Пример принципиальной технологической схемы получения портландцемента 9 Портланд- Гипсовый Известь Песок Вода Al ПАВ цемент камень комовая кварцевый пудра Дозиро- Дробление Дробление Грохочение Дозирова- Дозиро- Дозиро- вание (Ø частиц, (Ø частиц, (тип обору- ние вание вание тип дробилки) тип дробилки) дования) Дозирование Дозирование Сухой помол Приготовление (тонкость по- водноалюминиевой мола, тип суспензии мельницы (тип оборудования) Гомогени- Мокрый Дозирование зация помол известково- (тонкость песчаного помола, тип вяжущего мельницы) (Авяж, тип оборудования) Корректирование песчаного шлама Дозирование по плотности, гомогенизация и и подогрев (t, ρшл., тип оборудования) Дозирование Получение ячеистобетонной смеси перемешиванием компонентов (Асм, Кодн, тип смесителя, Кзап) Формование массива (тип виброплощадки, амплитуда, частота колебаний, время вибрирования) Предварительная выдержка массива до резки (Rпл) Снятие горбушки, продольная и поперечная резка массива на блоки заданных размеров (вид оборудования) Предварительная выдержка сырца до запаривания (Rпл) Тепловлажностная обработка насыщенным паром (давление, температура и длительность автоклавной обработки, тип автоклава) Упаковка готовой продукции (тип упаковки) Рис. 2. Пример принципиальной технологической схемы производства стеновых бло- ков на основе известково-кремнеземистых вяжущих автоклавного твердения 10 Например, пусть на принципиальной технологической схеме указана тонкость помола извести до удельной поверхности Sуд = = 6000 см2/г. Надо пояснить, что это решение соответствует технологической инструкции, дав ссылку на нее, и объяснить, почему требуется такая высокая дисперсность негашеной мо- лотой извести, какие последствия для качества продукции может иметь недостаточная степень ее измельчения. Другой пример. При разработке технологической схемы про- изводства белого портландцемента принимается температура обжига сырьевой смеси 1600 ºС, что значительно выше обычной (1450–1500 ºС). Требуется пояснить, чем вызывается такая осо- бенность технологии, базируясь на характеристике исходного сырья, в котором содержится пониженное количество плавней (соединений железа), особенностями минералогического со- става белого клинкера и т.д. Здесь же приводятся графики тепловой обработки сырьевых смесей и полуфабрикатов: для автоклавной обработки в коор- динатах давление, температура – длительность процесса (для каждой стадии); для цементного производства приводится график распределения температур по длине вращающейся печи, аналогично для производства извести и гипса. 2.3.4. Расчет материального баланса цеха включает выбор режима его работы, который является основой для расчета требуемой производительности, потоков сырья, оборудования. При этом задается количество рабочих дней в году, количество рабочих смен в сутки и рабочих часов в смене. Выбранный режим работы должен соответствовать требованиям норм технологического проектирования предприятий соответству- ющей подотрасли или назначаться по аналогии с действую- щими родственными заводами. В производстве вяжущих веществ тепловые процессы (об- жиг, автоклавная обработка и т.п.) обычно осуществляются по непрерывной рабочей неделе при трехсменной работе. Со- пряженные с ними цехи (массоподготовительные, помольные 11 и др.) могут работать тоже по непрерывному графику, либо, что чаще, по режиму прерывной недели с двумя выходными днями (262 рабочих дня в году) в две смены. Время, необходимое для ремонта и на вынужденные про- стои оборудования, учитывается коэффициентом его исполь- зования во времени Ки. Расчет производственной программы по готовой продук- ции выполняется в соответствии с принятым режимом работы цеха. При этом, исходя из заданной годовой производительно- сти Пг, рассчитываются и сводятся в табл. 1 суточная Пс, сменная Псм и часовая Пч производительности. Таблица 1 Результаты расчета производственной программы Продукция, единица измерения Производительность часовая Пч сменная Псм суточная Пс годовая Пг При расчете потребности в сырье и полуфабрикатах для выполнения производственной программы следует учитывать возможный брак продукции и производственные потери, до- пустимые величины которых принимаются по соответствующим нормам технологического проектирования. Исходными данными для расчета потребности в сырье яв- ляются результаты расчета состава сырьевой смеси и слож- ность технологической подготовки каждого из ее компонентов, которая выявляется при анализе принципиальной технологи- ческой схемы производства. При этом величина потерь при- нимается в следующих пределах: – дробление и последующее транспортирование – до 1 %; – сухой помол и пневмотранспорт – до 1 %; – сушка – соответствует влажности материала, %; – обжиг – потери при прокаливании (п.п.п.) по данным хи- мического анализа, %. 12 Расчет расхода Рм сырьевого материала в час, смену, сутки, год с учетом брака, отходов и потерь производится по формуле Б100 100 ПРР рм   , где Рр – расчетный расход сырьевого материала на единицу продукции; Б – брак, отходы, потери, %; П – производительность цеха в час, смену, сутки, год. Результаты расчета сводятся в табл. 2. Таблица 2 Потребность цеха в сырье для выполнения производственной программы Сырьевой материал, единица измерения Расход в час в смену в сутки в год 2.3.5. Описание работы основного технологического обо- рудования выполняется для установок и машин, поименован- ных в принципиальной технологической схеме, включая дро- бильное, помольное, смесительное оборудование, тепловые установки и т.п., но исключая транспортирующие и вспомога- тельные виды оборудования. Описывается принцип их действия, тип оборудования. 2.4. Техника безопасности и охрана труда Приводятся сведения о мероприятиях, предупреждающих производственный травматизм и обеспечивающих безопасное обслуживание и ремонт оборудования, надлежащие санитар- но-гигиенические и безопасные условия труда и охрану окру- жающей среды. 13 2.5. Список использованной литературы Приводится перечень использованной литературы с указа- нием фамилии и инициалов авторов, полного названия источ- ника, места издания, издательства, года издания и количества страниц в нем. Приводится также перечень всех нормативно- технических документов, использованных в проекте. 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СЫРЬЕВЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ 3.1. Расчет сырьевой смеси для получения портландцементного клинкера 3.1.1. Схема расчетов. Целью расчета является определение количественного соотношения составных частей сырьевой смеси. Число сырьевых компонентов должно быть на единицу больше числа заданных характеристик [13]. Если для характе- ристики сырьевой смеси используют два показателя – коэф- фициент насыщения и, например силикатный модуль, – то сырьевая смесь должна состоять из трех компонентов; если же задаются только величиной коэффициента насыщения КН, то сырьевая смесь составляется из двух компонентов – глинистого и карбонатного. Для удобства расчетов и возможности контроля правильности вычислений химический состав сырьевых материалов приводят к сумме, равной 100 %. Для этого умножают содержание каж- дого оксида на коэффициент К, определяемый путем деления 100 на сумму всех оксидов. Все вычисления при расчете сы- рьевой смеси ведут с точностью до 0,01. Исходными данными для расчета являются химический со- став карбонатного компонента шихты, химический состав глинистого компонента шихты и заданная величина КН. Коэффициент насыщения КН рассчитывается по формуле 14   2 3232 SiO8,2 OFe35,0OAl65,1СаО КH   и характеризует отношение того количества СаО в шихте, ко- торое остается после насыщения Аl2O3 до 3СаО·Аl2O3(С3А), Fe2O3 до СаО·Fe2O3 (СF), к тому количеству СаО, которое необходимо для полного насыщения SiO2 до 3СаО·SiO2 (алита С3S). Коэффициенты, входящие в выражение для КН, показы- вают массовую долю СаО, приходящуюся в указанных соедине- ниях на единицу массы соответствующего оксида (Аl2O3, Fe2O3, SiO2). В расчетных формулах приняты следующие со- кращенные обозначения: СаО – С, SiO2 –S, Аl2O3 – А, Fe2O3 – F, число молекул данного оксида в соединении обозначается ин- дексом справа внизу. Если принять за единицу долю глинистого компонента в сырьевой шихте, а отношение массовой доли карбонатного компонента к глинистому – за x, то, обозначая одним штрихом содержание оксидов в первом компоненте и двумя штрихами – во втором, можно записать следующее выражение для КН:        SS8,2 ]FFАА65,1[СС КH    x xхх . Решая полученное уравнение относительно x, получим рас- четную формулу для определения соотношения карбонатного и глинистого компонентов шихты, при котором будет обеспе- чиваться заданное значение коэффициента насыщения КН x = F35,0A65,1KHS8,2C CF35,0A65,1KH8,2  S . Величина КН задается исходя из требования к клинкеру для конкретного вида цемента по соответствующей норма- тивно-технической и учебной литературе. При этом в ПЗ кур- 15 сового проекта приводится соответствующее обоснование принятой величины КН, учитывая, что минимальная величина КН = 0,67 соответствует такому состоянию, когда все силика- ты клинкера представлены белитом С2S, а содержание алита С3S равно 0. Если же имеет место обратная картина, т.е. все силикаты клинкера представлены алитом С3S, а доля белита равна 0, то величина КН будет равна единице. Правильность выполненного расчета проверяется путем определения значения КН для клинкера, получаемого из рас- считанной сырьевой смеси, по методике, детально описанной в п.3.1.2. 3.1.2. Пример расчета состава двухкомпонентной ших- ты для получения портландцементного клинкера. Пусть для получения клинкера быстротвердеющего портландцемен- та необходимо рассчитать состав двухкомпонентной шихты, состоящей из мела и глины, химический состав которых при- веден в табл. 3. Таблица 3 Химический состав компонентов шихты Материал SiO2 Аl2O3 Fe2O3 СаО МgO SO3 п.п.п Σ Мел 3,49 1,84 0,92 51,52 0,33 0,43 41,06 99,59 Глина 53,65 17,44 6,86 6,54 2,30 0,43 9,43 96,63 Изучив свойства быстротвердеющего портландцемента, за- даемся величиной коэффициента насыщения КН = 0,92, исходя из того, что клинкер для быстротвердеющего портландцемента должен содержать повышенное количество трехкальциевого силиката (более 60 %), следовательно, надо принимать повы- шенное значение КН, обычно находящееся в пределах 0,86–0,96. Поскольку в справочных данных о химсоставе пород дан- ного месторождения сумма составляющих не равна 100 %, необходимо привести ее к 100 %, выполнив пересчет состава. 16 Для этого содержание оксидов в первом компоненте надо умножить на коэффициент К1 = 100/99,59 = 1,004, во втором – на К2 = 100/96,63 = 1,035. Химический состав исходных сырье- вых материалов после пересчета на 100 % представлен в табл. 4. Таблица 4 Химический состав компонентов шихты, приведенный к 100 % Материал SiO2 Аl2O3 Fe2O3 СаО МgO SO3 п.п.п. Σ Мел 3,50 1,85 0,92 51,74 0,33 0,43 41,23 100 Глина 55,51 18,05 7,10 6,67 2,38 0,43 9,76 100 Обозначим соотношение карбонатного компонента шихты (в нашем случае – мела) к глинистому через x и выразим его из уравнения для КН, положив значение последнего равным 0,92. Тогда имеем     1111 2222 F35,0A65,1КНS8,2C CF35,0A65,1КНS8,2 x 28,4 92,035,085,165,192,05,38,274,51 77,610,735,005,1865,192,051,558,2     . Следовательно, на одну весовую часть глины потребуется взять 4,28 частей мела, что соответствует следующему про- центному составу шихты: мела – 81,06 %, глины – 18,94 %. Подсчитаем, какое количество оксидов будет внесено в шихту каждым ее компонентом при рассчитанном процентном составе шихты, а также суммарное содержание оксидов в сырьевой сме- си. Для этого содержание оксидов в каждом компоненте умно- 17 жим на его процентную долю в шихте, а затем просуммируем. Результаты расчета в весовых частях (в.ч.) сведем в табл. 5. Таблица 5 Химический состав компонентов шихты и клинкера Компоненты SiO2 Аl2O3 Fe2O3 СаО МgO SO3 п.п.п. Σ 81,06 в. ч. мела 2,84 1,50 0,75 41,94 0,26 0,35 33,42 81,06 18,94 в.ч. глины 10,51 3,43 1,34 1,28 0,45 0,08 1,85 18,94 100 в.ч. сырьевой смеси 13,35 4,93 2,09 43,22 0,71 0,43 35,27 100,00 клинкер 20,62 7,62 3,23 66,77 1,10 0,66 – 100,00 Для проверки правильности произведенного расчета двух- компонентной сырьевой смеси нужно убедиться, что величина коэффициента насыщения КН, если ее рассчитать для клинкера, полученного из предлагаемой шихты, окажется равной задан- ной величине КН = 0,92. Для этого необходимо вначале рас- считать химический состав клинкера. Поскольку клинкер по- лучается спеканием сырьевых материалов, то п.п.п. в нем от- сутствуют. Тогда его химический состав рассчитаем из химического состава сырьевой смеси путем умножения про- центного содержания в ней каждого оксида на коэффициент: К = .п.п.п100 100  . В нашем случае К = 27,35100 100  = 1,54. Рассчитанный химический состав клинкера показываем в последней строке табл. 5 и рассчитываем для него величину КН   92,0 62,208,2 23,335,062.765,177,66 KH     . 18 Величина КН для клинкера оказалась равной заданной, следовательно, расчет выполнен правильно. 3.2. Расчеты сырьевых смесей в производстве изделий на основе автоклавных вяжущих 3.2.1. Общие сведения. Образование цементирующего сростка гидросиликатов кальция при автоклавной обработке известково-кремнеземистых вяжущих лежит в основе техно- логии таких широко распространенных в строительстве мате- риалов, как силикатный кирпич, плотные и ячеистые силикатные бетоны. Различие в функциональном назначении изделий из этих материалов обусловливает технологические особенности их производства на этапах подготовки сырьевых материалов, формования и термообработки. При составлении материаль- ного баланса производства необходимо учитывать следующие технологические особенности подготовки формовочных масс в производстве названных силикатных материалов. В производстве силикатного кирпича используются пески естественного гранулометрического состава, которые являются одновременно и заполнителем, и компонентом вяжущего, вступая тонким поверхностным слоем частиц в химическое взаимодействие с известью при автоклавной обработке. В плотном силикатном бетоне , предназначенном для изготовления несущих конструкций (панелей внутренних стен, перекрытий и др.), основная часть песка не размалывает- ся и выполняет роль заполнителя (в технологии изделий она именуется «песок-заполнитель»). Остальная часть песка разма- лывается совместно с известью и именуется «песок-компонент вяжущего». Именно этот молотый песок в условиях автоклавной обработки вступает в химическое взаимодействие с известью с образованием кристаллического сростка гидросиликатов кальция. Поскольку в технологии плотных силикатных бето- нов формование ведется из жестких формовочных смесей, а изделия имеют большую среднюю плотность, образующегося 19 количества гидросиликатов кальция оказывается достаточно для обеспечения надлежащей прочности изделий. В производстве наружных стеновых блоков и панелей, теп- лоизоляционных и других плит из ячеистых силикатных бе- тонов формование ведется из литых формовочных масс, по- этому, для обеспечения прочности таких изделий приходится размалывать весь песок (или другой кремнеземистый компонент: шлаки, золы и т.п.), чтобы гарантировать образование доста- точного количества гидросиликатов кальция, придающих из- делиям требуемую прочность и морозостойкость. Исключение составляют крупноразмерные изделия из ячеистых бетонов, в технологии которых для предотвращения значительных уса- дочных деформаций иногда предусматривается введение не- которого количества немолотого песка или использование песка более грубого помола. Возникающий при этом недобор прочности может быть компенсирован повышенным расходом портландцемента или удлинением изотермического периода автоклавной обработки изделий. В заводской практике ячеистых бетонов наиболее распро- странен помол кремнеземистого компонента в двух потоках: сухим способом совместно с известью размалывается часть его, составляющая обычно 20–50 % от расхода извести, остальная часть размалывается мокрым способом. Изложенное выше необходимо учитывать при составлении в курсовом проекте принципиальных технологических схем производства изделий на основе вяжущих автоклавного твер- дения. При этом рекомендуется пользоваться нормами техно- логического проектирования соответствующих предприятий [9, 10, 11]. Существенные различия в технологии получения изделий плотной и ячеистой структуры на основе автоклавных вяжу- щих отражаются также в методике составления материального баланса для их производства. 20 3.2.2. Расчет состава автоклавных ячеистобетонных изделий производится согласно «Инструкции по изготовле- нию изделий из ячеистого бетона СН-277-80» [10]. Исходные данные для расчета: – средняя плотность бетона в сухом состоянии ρб, кг/м3; – активность применяемой извести Аиз, %; – доля цемента в смешанном известково-цементном вяжу- щем п; – водотвердое отношение В/Т; – удельный (абсолютный) объем сухих материалов W, л/кг. Расход сырьевых материалов на 1 м3 ячеистого бетона рас- считывается по [10] в следующей последовательности. 1. В зависимости от вида применяемого автоклавного вя- жущего (от количества содержащегося в нем оксида кальция, способного связывать кремнезем в гидросиликаты кальция при автоклавной обработке) по табл. 4 [10] принимается соот- ношение С между расходом кремнеземистого компонента Ркр и расходом вяжущего Рвяж С = вяж кр Р P . Величина С колеблется в следующих пределах. Для автоклавных ячеистых бетонов на извести и на порт- ландцементе она составляет Си = 3 – 6 и Сц = 0,75 – 1,5 соот- ветственно. Для смешанных известково-цементных вяжущих с долей цемента n отношение кремнеземистого компонента к вяжу- щему Сс.в находится по формуле Сс.в.= Сц n+ Си (1 – n). 2. Если в исходных данных не приведено значение В/Т формовочной массы, его ориентировочное значение для про- ектных расчетов принимают по [9, 10] в зависимости от тех- нологии: 21 – В/Т = 0,5 для литьевой технологии изготовления изделий с использованием в качестве кремнеземистого компонента квар- цевого песка, В/Т = 0,6 – с использованием золы-уноса ТЭЦ; – В/Т = 0,4 для вибротехнологии изделий на песке, В/Т = 0,5 – на золе. 3. Рассчитывается общий расход Рсух сухих материалов c б сух K Р V   , кг, где V – заданный объем ячеистого бетона в м3, в расчете при- нимается равным 1 м3; Кc – коэффициент, учитывающий увеличение массы сухих материалов после автоклавной обработки вследствие гидрата- ционного присоединения воды, в проектных расчетах прини- мается равным 1,1. 4. Рассчитывается общий расход вяжущего Рвяж на 1 м3 из- делий С1 Р Р сух вяж   , кг. На практике для большинства ограждающих конструкций из ячеистых бетонов применяется смешанное вяжущее из из- вести и портландцемента, вводимого для обеспечения надле- жащей атмосферо- и морозостойкости в количестве от 0,1 до 0,5 от массы вяжущего. Обозначив долю цемента в вяжущем через n, его расход Рц можно вычислить как Рц = Рвяж n, кг, а расход извести Ри составит Ри = Рвяж (1 – n), кг. 22 Учитывая, что реальная активность извести всегда менее 100 % и составляет Аи, %, фактический расход ее Р ф и рассчи- тывается по формуле 100 А Р Р и иф и  , кг. 5. Расход Рк кремнеземистого компонента автоклавного вяжущего рассчитывается по формуле Рк = Рсух – (Рц + Р ф и ), кг. 6. Расход воды Рв составит Рв = Рсух В/Т, кг. 7. Для формирования ячеистой структуры материала вво- дится порообразователь, чаще всего алюминиевая пудра, рас- ход которой Рп рассчитывается по формуле К П Р гп    , где Пг – пористость, которую должен создать газообразова- тель, чтобы снизить среднюю плотность материала до задан- ного значения. Она рассчитывается по формуле  B/T К ρ 1П с г  W б , где W – удельный (абсолютный) объем сухих материалов в л/кг, принимается равным 0,34 в случае использования в качестве 23 кремнеземистого компонента кварцевого песка и 0,42–0,48 для золы-уноса ТЭЦ и шлаков; К– удельное газообразование, л/кг, рассчитывается из уравнения химической реакции газообразования, α – коэффициент использования порообразователя, в про- ектных расчетах принимается равным 0,85.  ОН6Са(ОН)3Al2 22  2232 H3OH6OAlСаО3 м.м.54 V = 3·22,4 л и составляет для нормальных условий (н.у) л/кг.1240л/г24,1 54 4,223 Кн.у    Поскольку реально газообразование (вспучивание) проходит не при нормальных условиях, а при температуре t ºС формовоч- ной массы, принимаемой по [14] и составляющей, в частности, для смешанного вяжущего 40 ºС, величина К пересчитывается по закону Гей-Люссака: л/г42,1) 273 40 1(24,1) 273 1(КК н.у  t . Кроме того, поскольку алюминиевая пудра покрыта пленкой парафина, для ее равномерного распределения по ячеистобе- тонной смеси и придания смачиваемости вводится поверх- ностно-активное вещество (ПАВ) из расчета 5 % от массы алюминия, а для приготовления водно-алюминиевой суспен- зии вводится вода из расчета 20 в.ч. на 1 в.ч. алюминия. Результаты расчета необходимо свести в таблицу расхода сырьевых материалов на 1 м3 ячеистого бетона. 3.2.3. Пример расчета состава автоклавных ячеистобетонных изделий 24 Исходные данные: – тип изделий – мелкие стеновые блоки; – средняя плотность бетона в сухом состоянии ρб = 650 кг/м3; – активность применяемой извести Аи = 85 %; – доля цемента в смешанном вяжущем п = 0,5; – кремнеземистый компонент – кварцевый песок. Порядок расчетов 1. По табл. 2 [10] принимаем соотношение между кремне- земистым компонентом и составными частями смешанного вяжущего: для портландцемента Сц = 1, для извести Си = 4. Соотношение между кремнеземистым компонентом и сме- шанным вяжущим Сc.в рассчитывается как Сc.в = Сц n + Си(1 – n). Для нашего случая С c.в = 1·0,5 + 4(1 – 0,5) = 2,5. 2. Задаемся значением В/Т формовочной смеси, принимая комплексную вибротехнологию формования. Исходя из [10,13,14], для вибротехнологии в случае использования в ка- честве кремнеземистого компонента кварцевого песка прини- маем В/Т = 0,4. 3. Рассчитываем общий расход сухих материалов на 1 м3 ячеистого бетона кг91,590 1,1 1650 К Р с сух      Vб . 4. Рассчитываем общий расход вяжущего кг83,168 5,21 91,590 С1 Р Р сух вяж      . 5. Рассчитываем расход портландцемента Рц = Рвяж · n = 168,83 · 0,5 = 84,42 кг. 6. Рассчитываем расход извести 25 Ри = Рвяж (1 – n) = 168,83 · (1 – 0,5) = 84,42 кг. Учитывая, что заданная активность извести составляет Аи = 85 %, рассчитываем фактический расход извести .кг32,99100 85 42,84 100 А Р Р и иф и  Для замедления скорости гашения извести предусматриваем введение 5 % двуводного гипса (от массы извести), что составляет .кг97,4 100 532,99 Рг    7. Рассчитываем расход кремнеземистого компонента Рк = Рсух – (Рц +  91,590)РР г ф и ( 84,42 + 99,32 + 4,97 ) = = 402,2 кг. 8. Рассчитываем расход воды Рв = Рсух· В/Т = 590,91·0,4 = 236,3 кг. 9. Расход Рп порообразователя – алюминиевой пудры – рас- считываем по формуле К П Р гп     V , где Пг – пористость, которую должен создать порообразова- тель – рассчитывается по приведенной ранее формуле     56,04,034,0 1,1 65,0 1B/T К ρ 1П с Г  W б ; К – удельное газообразование порообразователя, определя- емое по химическому уравнению реакции газообразования и при температуре формовочной смеси t = 40 ºС [10]. Как показано выше, величина К для 40 ºС составляет 1,42 л/г. Тогда 26 Рп = .г 466 42,185,0 100056,0    10. Рассчитываем расход материалов для приготовления водно-алюминиевой суспензии. Расход ПАВ: РПАВ = Рп · 0,05 = 466 · 0,05 = 23,3 г. Расход воды: Рв.al = 20Рп = 20 · 466·= 9320 г = 9,32 л. 11. Рассчитываем высоту h заполнения формы формовоч- ной массой h = 1,1 (1 – ПГ) = 1,l (1 – 0,56) = 0,48. Результаты расчета сводим в табл. 6. Таблица 6 Расход сырьевых материалов на 1 м3 ячеистого бетона Материал Расход Портландцемент 84,42 кг Известь строительная 99,32 кг Песок кварцевый 402,2 кг Гипс двуводный 4,97 кг Пудра алюминиевая 466 г Вода в т.ч. в составе водно-алюминиевой суспензии 236,36 л 9,32 л Поверхностно-активная добавка 23,3 г 3.2.4. Расчет состава автоклавных изделий из плотного силикатного бетона Исходные данные: – марка бетона M; – средняя плотность бетона ρб, кг/м3; – содержание активных СаО + MgO в бетонной смеси Асм, %; – активность применяемой извести Аи, %; – содержание тонкомолотого кварцевого песка Пм, %; – водотвердое отношение В/ Т; – равновесная влажность бетона Wб, %; – карьерная влажность песка Wп, %. 27 Порядок расчетов 1. Теоретический расход Иа извести (100 % активности ) для получения заданной активности бетонной смеси Асм, рас- считывается по формуле Иа кг., 100 Асмб   2. Фактический расход Иф извести (реальной активности Аи) определяется по формуле Иф кг., А А 100 А И и смб и а   3. Расход сухого молотого песка (кремнеземистого компо- нента aвтоклавного вяжущего) смР определяется по формуле .кг, 100 П Р мбсм    Значения Асм и Пм принимаются по [12] в зависимости от проектируемой марки бетона М. Соответствующая масса песка карьерной влажности влпР составит 100 )100(Р Р п с мвл м W  , кг. 4. Общая масса вяжущего Рвяж, расходуемого на 1 м3 бетона: Рвяж = ИФ + Р вл м , кг. 5. Расход воды на гидратацию извести Вг рассчитывается, исходя из уравнения гашения извести СаО + Н20 = Са(ОН)2 , м.м.40+16=56 м.м.=18 м.м.74 из которого следует, что 28 Вг = 32,0И 56 18 а  Иа, кг. 6. Расход гидратированного вяжущего гидрвяжР на 1 м 3 плотно- го силикатного бетона определяем по формуле доп г вл мф гидр вяж ВРИР  , кг, где  смвлмгдопг РРВВ  . 7. Расход сухП сухого немолотого песка-заполнителя опре- деляем по формуле   ,кг ,ВРП мехгидрвяжбсух   где Вмех – свободная влага, содержащаяся в бетоне, кг, рассчи- тывается по формуле 100 В ббмех W   , где Wб – остаточная влажность бетона через сутки после авто- клавной обработки, %. 8. Расход песка-заполнителя карьерной влажности влП определяется по формуле 100 )100(П П псух вл W  , кг. 9. Общий расход воды затворения общВ определяем как   В/Т,ПРВ сухгидрвяжобщ  л. 29 10. С учетом влаги карьерного песка-заполнителя карВ не- обходимая дозировка воды на 1 м3 плотного силикатного бетона составит доп гкаробщ ВВВВ  л. Если в исходных данных проекта не приведены параметры бетонной смеси и состав вяжущего, их можно назначать по [11], исходя из требуемой прочности плотного силикатного бетона по табл. 7. Таблица 7 Соответствие между параметрами бетонной смеси и маркой бетона Марка бетона, М Содержание в бетонной смеси, % активной СаО молотого песок 150 5–6 5–6 200 6,5–7 6–8 300 7–8 8–10 Минимальное содержание в бетонной смеси активных СаО + MgO при использовании воздушной извести и свобод- ной СаО в случае применения вяжущих известково-белито- вого типа составляет соответственно 4 и 2 %. Другими словами, если при подборе состава получается в эксперименте Асм = 3,5, необходимо принимать в проекте минимально допускаемое значение Асм = 4 %. Для бетонов, приготовленных по гидратному способу (на пушонке), минимальное содержание суммы оксидов кальция и магния должно быть 5 %, а свободной окиси кальция – 3 %. Результаты расчета необходимо свести в таблицу расхода сырьевых материалов на 1 м3 плотного силикатного бетона. 3.2.5. Пример расчета состава автоклавных изделий из плотного силикатного бетона 30 Исходные данные: – проектируемая марка бетона М = 200; – средняя плотность бетона ρб = 1950 кг/м3; – активность применяемой извести Аи = 75 %; – содержание в бетонной смеси активных СаО + MgO = = Асм=6,5 %; – содержание тонкомолотого песка Пм = 6 %; – равновесная влажность бетона Wб = 5 %; – карьерная влажность песка Wп = 3 %; – водотвердое отношение В/Т = 0,12. Порядок расчетов 1. Рассчитываем теоретический расход извести аИ (100 % активности) как .кг127 100 5,61950 100 А И сма      б  2. Фактический расход извести фИ получаем из выражения кг.169 75 5,61950 А А А 100И И и см и а ф        б  3. Расход сухого молотого песка смР на приготовление вя- жущего составит 100 61950 100 ПР Р мбсм     = 117 кг, что соответствует расходу песка карьерной влажности влмР в количестве 100 )3100(117 100 )100(Р Р п с мвл м     W = 121 кг. 31 4. Определяем массу вяжущего Рвяж, расходуемого на 1 м3 бетона Рвяж = Иф + вл мР = 169 + 121 = 290 кг. 5. Расход воды Вг на гидратацию извести определяем как Вг = 0,32 ·127 = 41 кг. Потребность в дополнительной воде допгВ на реакцию гид- ратации извести после введения влажного песка составит доп гВ = Вг –  смвлм РР  = 41 – (121 – 117) = 41 – 4 = 37 кг. 6. Расход количества гидратированного вяжущего гидрвяжР выполняется по формуле гидр вяжР = Рвяж + доп гВ =Иф + доп г вл м ВР  = 169 + 121 + 37 = 327 кг. 7. Количество сухого песка-заполнителя Псух найдем по формуле Псух = ρб – ( гидр вяжР + Вмех) = 1950 – (327 + 100 51950  ) = = 1950 – 424 = 1526 кг. 8. Расход песка-заполнителя карьерной влажности влП определяется из выражения 1572 100 )3100(1526 100 )100(П П псух вл      W кг. Масса воды в карьерном песке-заполнителе Вкар составляет величину Вкар = Пвл – Псух= 1572 – 1526 = 46 кг. 32 9. Общий расход воды затворения Вобщ примет значение Вобщ = Рсух·В/Т = ( гидр вяжР + Псух)·В/Т = ( 327 + 1526 )·0,12 = 222 л. 10. С учетом влажности карьерного песка-заполнителя не- обходимая дозировка воды на 1 м3 бетона составит В = Вобщ – Вкар + доп гВ =222 – 46 +37 = 213 л. Результаты расчета сводим в табл. 8. Таблица 8 Расход сырьевых материалов на 1 м3 плотного силикатного бетона марки 200 средней плотности 1950 кг/м3 Материал Расход Известь воздушная 169 кг Песок кварцевый карьерной влажности, в т.ч.: 1693 кг молотый песок 121 кг песок-заполнитель 1572 кг Вода 213 л 3.3. Расчет расхода карбонатной породы для получения строительной извести Исходными данными для расчета являются химический или минералогический состав применяемой породы, ее карь- ерная влажность и степень диссоциации карбонатной породы, достигаемая при конкретных условиях ее обжига, согласно ОНТП-10-85 в качестве сырья для производства извести должны применяться карбонатные породы классов А и Б с со- держанием карбонатов кальция и магния в сумме не менее 92 %. Порядок расчета проследим на следующем примере. Пусть необходимо рассчитать расход известняка для полу- чения 1 т негашеной комовой извести. Карьерная влажность 33 известняка W = 4 %, содержание СаСО3 = 87 %, MgCO3 = 5 %, глинистых примесей 4 %, песчаных примесей 4 %, степень диссоциации сырья при обжиге η = 0,97. Вначале решим обратную задачу. Рассчитаем выход изве- сти из единицы массы известняка, например, из 1 т. Порядок расчета следующий. Поскольку химический и минералогический состав пород всегда приводится в расчете на сухое вещество, необходимо начать с определения массы известняка cm после подсушива- ния (удаления механически связанной влаги). .кг960 4100 1001000 100 1001000 c        W m В процессе обжига известняка его составные части либо претерпевают химические превращения, либо остаются неиз- менными. Последнее относится к песчаным примесям, кото- рые в неизменном виде перейдут из известняка в известь. Массу песчаных примесей в извести определим как и пm = 0,04 · 960 = 38,4 кг. Состав глинистых примесей в процессе обжига изменяется, происходит их дегидратация - удаление химически связанной воды. Условно будем считать, что минералогический состав глины представлен каолинитом А12О3·2SiO2·2H2О. Чтобы определить, какая доля массы глинистых примесей потеряется за счет дегидратации, надо подсчитать молярную массу као- линита и молярную массу химически связанной воды в нем, что составит       14,0 258 36 162232282316272 1622    . Тогда массу глинистых примесей mг в извести рассчитаем как 34 mг =  14,01сг m , где сгm – масса глинистых примесей в сухом известняке. Подставляя исходные значения сгm = 0,04 · 960, получим mг = 0,04· 960 · (1 – 0,14 ) = 33 кг. В процессе обжига вначале произойдет декарбонизация магнезита по уравнению MgCO3 → MgO + CО2, а поскольку температура получения воздушной извести зна- чительно превышает температуру разложения магнезита, де- карбонизация его пройдет полностью, и количество оксида магния, перешедшего в известь, можно рассчитать из уравнения реакции его декарбонизации. Предварительно надо опреде- лить массу карбоната магния с мк.m в исходной сухой породе, которая составит для нашего примера с к.мm = 0,05 · 960 = 48 кг. Молярная масса магнезита составит 24 + 12 + 48 = 84, а ок- сида магния 24 + 16 = 40, тогда количество активного оксида магния в извести определится из пропорции 84 − 40 48 − тм 8,22 84 4048 м   m кг. При повышенных температурах (900–1000 ºС) протекает декарбонизация карбоната кальция – основного компонента карбонатного сырья. Исходное его количество с кк.m в породе составит в нашем случае с кк.m = 0,87 · 960 = 835,2 кг. 35 В процессе обжига произойдет его декарбонизация по уравнению CaCO3 → СаО + СО2↑. Молярная масса карбоната кальция составляет 40 + 12 + 48= = 100, а оксида магния 40 + 16 = 56, тогда количество оксида кальция mк, выделившегося при разложении с кк.m определится из пропорции 100 – 56 835,2 – тк кг7,467 100 2,83556 к   m . Поскольку степень диссоциации карбоната кальция для нашего примера составляет 0,97, масса активного СаО в изве- сти составит mк = 467,7 · 0,97 = 453,7 кг. Неразложившаяся часть карбоната кальция перейдет в из- весть в виде недожога, масса которого тн может быть рассчи- тана как тн = с кк.m · (1 – η) = 835,2 · 0,03 = 25,1 кг. Теперь можно рассчитать валовой выход И извести из 1 т карбонатной породы: И = mк + mм + т и п + mг + mн = = 453,7 + 22,8 + 38,4 + 33 + 25,1 = 573 кг. Активность полученной извести рассчитывается как про- центное содержание в ней оксидов кальция и магния     %83100 573 8,227,453 100 И А мки      mm , 36 т.е. полученная известь по активности может быть отнесена ко второму сорту. Зная выход извести из тонны сырья, определим расход из- вестняка Ри для получения 1 т извести как 75,1 573 1000 И 1000 Ри  т/т извести. Полученную в расчете величину Ри следует увеличить с учетом пылеуноса, который составляет в % от общего количе- ства загружаемого в печь известняка: – для шахтных печей: 0,5–1 %; – для вращающихся печей со слоевыми подогревателями сырья: 4–6 %; – для длинных вращающихся печей: 8–10 %. Удельный расход карбонатного сырья с учетом пылеуноса должен находиться в пределах, соответствующих требовани- ям ОНТП-10-85, приведенным в табл. 9. Таблица 9 Допустимые нормы расхода карбонатного сырья Вид сырья Норма расхода, т/т Известняк дробленый сортированный: при обжиге в шахтных печах при обжиге во вращающихся печах 1,6–1,8 1,8–2,0 Рыхлый известняк и мел с влажностью до 15 % 2,0–2,3 Мел с влажностью от 16 до 30 % 2,4–2,6 Удельный расход условного топлива q0 на получение извести с активностью Аи = 80 % принимается по ОНТП-10-85 и составляет в зависимости от вида печей значения, приведенные в табл. 10 Таблица 10 Нормы расхода условного топлива на получение извести с Аи = 80 37 Тип печей Расход условного топлива, кг/кг Шахтные пересыпные 0,148 Шахтные, работающие на природном газе 0,158 Короткие вращающиеся со слоевыми теплообмен- никами 0,210 Длинные вращающиеся, работающие по сухому способу 0,245 Длинные вращающиеся работающие по мокрому способу 0,280 Рассчитать удельный фактический расход топлива qф на производство извести фактической активности фиА можно по формуле 80 Aфи 0ф  qq , кг/кг. Для расчета потребности предприятия в сырье в час, смену, сутки, год по ОНТП принимается режим его работы как не- прерывный круглогодовой с числом рабочих дней в году 365. Режим работы сырьевых отделений, отделений дробления и помола извести допускается устанавливать 260 или 305 дней в году при наличии промежуточных емкостей, обеспечивающих необходимый запас материалов (не менее 10-часового). Годовой фонд чистого рабочего времени рассчитывается по формуле То = 8760 · Kи · Kг, где Kи – коэффициент использования, равный 0,92 независимо от типа печей (учитывает время простоев в ремонте); Kг – коэффициент готовности, учитывающий устранение случайных отказов работы оборудования, принимается рав- ным 0,98. 4. СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ 38 4.1. Постановка задачи При составлении материального баланса студент определяет поставки сырьевых материалов в единицу времени для обес- печения выполнения производственной программы предприя- тия, рассчитанной по заданной производительности. В качестве примера рассматривается составление материального баланса цементного завода, работающего по мокрому способу, по- скольку при сухом способе расчеты упрощаются из-за отсут- ствия расчетов шлама. Пусть заданы следующие исходные данные для расчета: – годовая производительность 1 350 000 т цемента. Состав портландцемента: клинкер 87 %, гипс 3 %, АМД – 10 %; – состав 3-х компонентной сырьевой смеси: известняк 82,79 %, глина 10,48 %, опоки 6,73 %; – естественная влажность сырьевых материалов: известняк 5 %, глина 15 %, АМД (трепел) 20 %, гипс 6 %, опоки 20 %; – потери при прокаливании сырьевой смеси 35,54 %; – производственные потери: сырьевых материалов 2,5 %, клинкера 0,5 %, добавок (каждой) 1 %, цемента 1 %. Коэффи- циент использования вращающихся печей 0,92. Режим работы основных подразделений в течение года: карьер и дробильное отделение 307 дней по 6 ч (4912 ч); отделение помола сырья 307 дней по 24 ч (7368 ч); цех обжига клинкера 337 дней по 24 ч (8088 ч); отделение помола цемента 307 дней по 24 ч (7368 ч); силосно-упаковочное отделение 365 дней по 24 ч (8760 ч). Годовая производительность завода по клинкеру составит 1 350 000 1174500 100 87  т/год, где 87 – содержание клинкера в цементе, % . При коэффициенте использования вращающихся печей 0,92, печи работают в течение года 365 · 0,92 = 337 сут или 8088 ч. Отсюда часовая производительность всех печей составит 39 22,145 8088 1174500  т/ч. В табл. 11 приведена производительность вращающихся печей при мокром способе производства в зависимости от диаметра и длины. Таблица 11 Характеристики вращающихся печей Диаметр Ø, м Длина l, м Производительность П, т/ч 4,5 170 50 5,0 185 75 7,0 230 125 При сухом способе производства принимают короткие печи длиной не более 75 м с установками для использования тепла отходящих газов или шахтные печи. В последних обжигают мергельные породы или искусственно приготовленную сырь- евую смесь в виде брикетов. В данном расчете принимаем решение об установке двух вращающихся печей Ø 5 м, l = 185 м, П = 75 т/ч, суммарная производительность которых составит: 75 · 2 = 150 т/ч, 150 · 24 = 3600 т/сут, 150 · 8088 = 1 213 200 т/год. 4.2. Расчет расхода сырьевых материалов Если в качестве топлива используется природный газ, расход сырьевых материалов рассчитывается на расчетную произво- дительность 150 т/ч. Если же печи работают на угольной пыли, после ее сгорания происходит присадка золы к сырьевой массе, что уменьшает расход сырьевых материалов. Пусть величина 40 такой присадки составляет 4 %. Тогда расход сырьевых мате- риалов надо считать не для производства 150 т/ч, а 144 100 4100 150    т/ч. Теоретический удельный расход сухого сырья для произ- водства клинкера определяют с учетом потерь при прокалива- нии сырьевой смеси: 55,1 4,35100 100 п.п.п.100 100     т/т клинкера. Для обеспыливания отходящих газов вращающихся печей устанавливаются электрофильтры, что позволяет считать по- тери с отходящими газами не более 1 %. Тогда расход сухого сырья при расчетной производительности составит 1,55 · 100 · (100 – 1) = 1,566 т/т клинкера, а потребность в сырье в единицу времени окажется равной 1,566 · 144 = 225,5 т/ч; 225,5 · 24 = 5412 т/сут.; 225,5 · 8088 = = 1 823 844 т/год. Далее, как показано в табл. 12, на основе общей потребности в сырье рассчитывается расход отдельных компонентов сухой сырьевой смеси. Аналогичным образом выполняется расчет расхода сырьевых материалов с учетом карьерной влажности W, результаты ко- торого представлены в табл. 13. 41 Таблица 12 Результаты расчета расхода отдельных компонентов Расход компонента Компонент Известняк Глина Опоки На тонну клинкера, т/т 296,1 100 79,82 566,1  164,0 100 48,10 566,1  106,0 100 73,6 566,1  За час, т/ч 1,296 · 144 = 183,92 0,164 · 144 = 23,62 0,106 · 144 = 15,26 За сутки, т/сут. 183,92 · 24 = 4414,08 23,62 · 24 = 566,88 18,32 · 24 = 439,60 За год, т/год 183,92 · 8088 = 1 487 544,96 23,62·8088 = 191 038,56 18,32 ·8088 = 148 172 Таблица 13 Расход отдельных компонентов с учетом карьерной влажности Расход компонента, т Компонент Известняк Глина Опоки На тонну клинкера, т/т      100 100 296,1 W = 361,1 100 105 296,1  188,0 100 115 164,0  1272,0 100 120 106,0  За час, т/ч 1,361 · 144 =195,95 0,188 · 144 = 27,15 0,1272· 144 = 18,32 За сутки, т/сут. 195,95 · 24 = 4702,92 27,15 · 24 = 651,6 18,32 · 24 = 439,60 За год, т/год 195,95 · 8088 = 1 584 843,6 27,15 · 8088 = 219 589,2 18,32 · 8088 = 148 172 4 1 42 4.3. Расчет расхода шлама Часовой расход шлама Аш рассчитывают по формуле   øø ñ ø ρ100 100À À W   , где Аш – расход шлама, м3/ч; Ас – расход сухого сырья, т/ч; Wш – влажность шлама, %; ρ ш – плотность шлама, т/м3. Плотность шлама определяют интерполяцией по данным, приведенным в табл. 14 [13]. Таблица 14 Зависимость плотности шлама от его влажности Влажность шлама, % 35 40 45 Плотность шлама, т/м3 1,650 1,600 1,550 Для рассматриваемого примера влажность шлама принята равной 36%, что при интерполяции дает ρ ш = 1,64 т/м3. Тогда на обе печи необходимо подавать шлам в объеме   84,214 64,136100 1005,225 Аш     м3/ч или 214,84 · 24 = 5156,16 м3/сут. или 214,84 · 8088 = 1 737 625,9 м3/год. Если принят сухой способ производства, то потребность в увлажненном сырье рассчитывается по формуле   , 100 100 AA мcш W  где Wм – карьерная влажность сырьевого материала. 43 4.4. Материальный баланс отделения помола сырья Из рассчитанной выше потребности в сухих сырьевых материалах 1 823 844 т/год при принятом режиме работы от- деления 307 суток в год по 3 смены следует, что сухого сырья должно быть размолото 1 823 844 : 307 = 5940,86 т/сут или 5940,86 : 24 = 247,54 т/ч. При этом помол отдельных компонентов составит следую- щие объемы (табл. 15). Таблица 15 Объемы помола отдельных компонентов Объем помола Компонент Известняк Глина Опоки За час, т/ч 94,204 100 79,82 54,247  247,54 100 48,10 = 25,9 247 100 73,6 = 16,66 За сутки, т/сут 5940,86· 100 79,82 = = 4918,44 5940,86 100 48,10 = = 622,6 5940 100 73,6 = =399,82 За год, т/т 1 823 844 100 79,82 = = 1 509 960,45 1 823 844 100 48,10 = = 1 911 38,85 1 823 844 · 100 73,6 = = 122 744 При мокром помоле сырья одновременно с сырьевыми ма- териалами в мельницы подается вода. Ее количество Вш рас- считывается по формуле Вш = Аш · ρ ш – (Ас + Wи + Wr + W0), где Вш – количество воды, необходимое для приготовления шлама, м3/г; ρ ш – плотность шлама, т/м3; Аш – потребность в готовом шламе, м3/г; 44 Ас – потребность в сухом сырье, т/ч; Wи , Wг, W0 – количество воды, поступающее соответственно с известняком, глиной и опокой естественной влажности, т/ч. Из приведенных выше расчетов имеем Аш = 214,84 м3/ч; ρ ш = 1,64 т/м3; Ас = 225,50 т/ч; Wи = 195,95 – 183,92 = 12,03 т/ч; Wг = 27,15 – 23,62 = 3,53 т/ч; W0 = 18,32 – 15,26 = 3,06 т/ч. Подставляя эти данные в в исходную формулу для Вш, находим расход воды на приготовление шлама: Вш = 214,84 · 1,64 – (225,50 + 12,03 + 3,53 + 3,06) = 108,22 т/ч; 108,22 · 24 = 2597,28 т/сут; 2597,28 · 307 = 797364,96 т/год. 4.5. Материальный баланс карьера и дробильного отделения Согласно исходным данным потери сырья составляют 2,5 %. Из них 1,5 % – потери в карьере при транспортировке и дроб- лении в дробильном отделении, 1 % – потери сырья с отходя- щими газами вращающихся печей. Карьер, как и дробильное отделение, работает с выходными днями – 307 суток в году по две смены в сутки или 307 · 16 = = 4912 ч в год. Для производства 1 213 200 т/год клинкера необходимое количество сырьевых материалов, как рассчитано выше, со- ставляет объемы: известняка – 1 588 645 т/год; глины – 224 766 т/год. Опока является привозным сырьем и в расчетах не учиты- вается, необходимые поставки известняка и глины определим с учетом потерь 1,5 %. Для известняка получаем объемы: 45 1 588 645 ·   1612475 100 5,1100   т/год; 1 612 475 : 307 = 5252, 36 т/сут; 5252, 36 : 16 = 328,27 т/ч; Объемы для глины: 224 766 ·   228137 100 5,1100   т/год; 228 137 : 307 = 743,12 т/сут; 743,12 : 16 = 46,45 т/ч. Таким образом, производительность карьера должна обес- печить добычу, а дробильное отделение подачу следующего количества дробленых материалов: в год – 1 612 475 т известняка, 228 137 т глины; в сутки – 5252, 36 т известняка, 743,12 т глины; в час – 328,27 т известняка, 46,45 т глины. 4.6. Материальный баланс клинкерного склада и отделения помола цемента На клинкерный склад поступают клинкер, гипс и гидравли- ческие добавки, в данном случае трепел. Из материального баланса цеха обжига следует, что на склад поступает клинке- ра: в час 150 т; в сутки 3600 т; в год 1 213 200 т. При этом неизбежны некоторые потери поступающих ма- териалов, величины которых приняты для клинкера 0,5 %, трепела 1 %, гипса 1 %. Тогда в отделение помола цемента за год клинкер поступит в количестве: 1 213 200 · (100 + 0,5)/100 = 1 207 134 т. 46 При работе отделения помола цемента 307 суток в году по 3 смены (7368 ч в год) необходимое количество клинкера: в сутки – 1 207 134 : 307 = 3932 т; в час – 1 207 134 : 7368 = 163,83 т. Определяем потребность отделения помола цемента в ком- понентах. Трепел: 1 207 134 · 10/87 = 138 751 т/год; 138751 : 307 = 452 т/сут; 13875 1: 7368 = 18,83 т/ч. Гипс : 1207134 · 3/87 = 41625 т/год; 41625: 307 = 135,60 т/сут; 41625: 7368 = 5,65 т/ч. Отсюда следует, что производительность отделения помола цемента составляет: 1 207 134 + 138 751 + 41 625 = 1 387 510 т/год цемента; 3932 + 452 + 135,6 = 4519,6 т/сут; 163,83 + 18,83 + 5,65 = 188 т/ч. При аспирации цементных мельниц потери цемента могут быть приняты порядка 0,5 %. Тогда действительная произво- дительность помольного отделения составит: 1 387 510 · (100 – 0,5)/100 = 1 380 572 т/год цемента; 4519,6 · (100 – 0,5)/100 = 4497 т/сут; 188,31 · (100 – 0,5)/100 = 187,36 т/ч. Если учесть, что трепел подается на помол после предвари- тельной сушки (Wнач = 20 %) и потери его на складе составля- ют примерно 1 %, то количество трепела, которое поступает на склад за год, должно быть 138 751·    1100100 10020100   = 168 183 т. Для гипса учитывается только 1 % его потерь, т.к. он по- ступает на помол без предварительной сушки и его поставка на склад составляет: 47 41625·  1100 100  = 42045 т/год. 4.7. Материальный баланс силосно-упаковочного отделения В соответствии с приведенными выше расчетами в си- лосно-упаковочное отделение поступает цемента: в год – 1 805 2 т; в сутки – 4497 т; в час – 187,36 т. Учитывая потери цемента при упаковке и отгрузке порядка 0,5 %, рассчитаем количество цемента, подлежащее отгрузке: в год 1 380 572·   100 5,0100  = 1 373 669 т; в среднем в сутки 1 373 669 : 365 = 3763,5 т. Часовая отгрузка не может быть рассчитана, поскольку за- висит от ритмичности поступления транспорта под погрузку цемента. 48 ЛИТЕРАТУРА 1. Волженский, А.В. Минеральные вяжущие вещества / А.В. Волженский. – М.: Стройиздат, 1986. – 409 с. 2. Рояк, С.М. Специальные цементы / С.М. Рояк, Г.С. Ро- як. – М.: Стройиздат, 1983. – 279 с. 3. Общесоюзные нормы технологического проектирова- ния предприятий по производству извести: ОНТП-10-85. – М.: Минстройматериалов СССР, 1986. – 76 с. 4. Ведомственные нормы технологического проектирова- ния цементных заводов, работающих по сухому способу про- изводства: ВНТП 06-86. – Л.: Минстройматериалов СССР, 1986. – 106 с. 5. Пособие к Ведомственным нормам (ВНТП 06-86) тех- нологического проектирования цементных заводов, работаю- щих по сухому способу производства. – М.;Л.: Минстройма- териалов СССР, 1987. – 297 с. 6. Общесоюзные нормы технологического проектирова- ния предприятий по производству гипсовых вяжущих и изде- лий: ОНТП-15-86. – М.: Минстройматериалов СССР, 1986. 7. Алексеев, Б.В. Производство цемента / Б.В. Алексеев, Г.К. Барбашев. – М.: Высшая школа, 1985. – 262 с. 8. Сулименко, Л.Г. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: учебник для вузов / Л.Г. Сулименко. – 3-е изд., пераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2000. – 303 с. 9. Общесоюзные нормы технологического проектирова- ния предприятий по производству изделий из ячеистого и плотного бетонов автоклавного твердения: ОНТП-09-81. – Таллинн: Минстройматериалов СССР, 1985. – 98 с. 10. Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бе- тона: СН 277-80. – М.: Стройиздат, 1981. – 47 с. 49 11. Инструкция по технологии изготовления конструкций и изделий из плотного силикатного бетона: СН 529-80. – М.: Стройиздат, 1981. – 47 с. 12. Дзабиева, Л.Б. Новые направления в технологии ячеи- стых бетонов. – Минск: БПИ, 1978. – 34 с. 13. Мельник, М.Т. Расчеты сырьевых смесей и материаль- ного баланса цементного завода / М.Т. Мельник, И.Д. Берхоер, Ю.С. Ковалев. – Киев, Вища школа, 1972. – 148 с. 14. Колбасов, В.М. Технология вяжущих материалов / В.М. Колбасов, И.И. Леонов, Л.М. Сулименко. – М.: Стройиз- дат, 1987. – 432 с. 15. Монастырев, А.В. Производство извести / А.В. Мона- стырев. – М.: Стройиздат, 1986. – 188 с. 16. Пащенко, А.А. Вяжущие материалы / А.А. Пащенко, В.П. Сербин, Е.А. Старчевская. – 2 изд. – Киев: Вища школа, 1985, – 440 с. 17. Зозуля, П.В. Проектирование цементных заводов / П.В. Зозуля, Ю.В. Никифоров. – М.: Синтез, 1995. – 439 с. 18. Кузьменков, М.И. Вяжущие вещества и технология производства изделий на их основе / М.И. Кузьменков, Т.С. Куницкая. – Минск: БГТУ, 2003. – 212 с. 19. Теория цемента / под ред. А.А. Пащенко. – Киев: Будiвельник, 1991. – 168 с. 20. Кузьменков, М.И. Химическая технология вяжущих веществ / М.И. Кузьменков, О.Е. Хотянович. – Минск: БГТУ, 2008. – 263 с. 21. Дзабиева, Л.Б. Технологические расчеты сырьевых смесей в производстве вяжущих веществ / Л.Б. Дзабиева. – Минск: БГПА, 1998. – 23 с. 22. Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия: ГОСТ 10178-85. 23. Портландцементы белые. Технические условия: ГОСТ 965-89. 50 24. Портландцемент для производства асбестоцементных изделий: СТБ 1239-2000. 25. Портландцементы тампонажные. Технические условия: ГОСТ 1581-96. 26. Панели из автоклавных ячеистых бетонов для наруж- ных стен зданий: СТБ 1185-99. 27. Блоки из ячеистого бетона стеновые: СТБ 1117-98. 28. Теплоизоляционные плиты из ячеистого бетона: СТБ 1034-96. 29. Блоки из ячеистого бетона для перегородок: ТУ-21- 00010257-380-92. 30. Бетоны ячеистые. Технические условия: СТБ 1570- 2005. 31. Зола-унос ТЭС для бетонов. ТУ: ГОСТ 25818-91. 32. Безусадочный портландцемент: СТБ 942-93. 33. Сульфатостойкий портландцемент: ГОСТ 22266-94. 34. Портландцемент песчанистый: ТУ 590118065.562-2008. 35. Цемент напрягающий. ТУ: СТБ 1335-2002. 36. Породы карбонатные для производства строительной извести: СТБ 1285-2001. 37. Известь строительная: СТБ ЕН 459-2-2002. 38. Цементы общестроительные. ТУ: ГОСТ 31108-2003. 39. Цементы. Ч. 1. Состав, спецификации и критерии соот- ветствия общих цементов: СТБ ЕН 197-1-2000. 40. Цементы. Общие ТУ: ГОСТ 30515-97. 41. Курсовое проектирование. Общие требования и правила оформления: СТП БНТУ 3.01-2003. 51 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1. ТЕМЫ И ЗАДАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕК- ТИРОВАНИЮ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1. Тематика курсового проектирования. . . . . . . . . 4 1.2. Задание на курсовое проектирование. . . . . . . . 5 2. СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ. . 5 2.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2. Характеристика продукции . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3. Технологическая часть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.4. Техника безопасности и охрана труда. . . . . . . . 12 2.5. Список использованной литературы. . . . . . . . . 13 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СЫРЬЕВЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.1. Расчет сырьевой смеси для получения портландцементного клинкера. . . . . . . . . . . . . 13 3.2. Расчеты сырьевых смесей в производстве изделий на основе автоклавных вяжущих. . . 18 3.3. Расчет расхода карбонатной породы для по- лучения строительной извести. . . . . . . . . . . . . 32 4 СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВЯЖУ- ЩИХ ВЕЩЕСТВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.1. Постановка задачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.2. Расчет расхода сырьевых материалов. . . . . . . 39 4.3. Расчет расхода шлама. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 52 4.4. Материальный баланс отделения помола сырья. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.5. Материальный баланс карьера и дробильно- го отделения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.6. Материальный баланс клинкерного склада и отделения помола цемента. . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.7. Материальный баланс силосно- упаковочного отделения. . . . . . . . . . . . . . . . . 47 ЛИТЕРАТУРА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 ПРИЛОЖЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 53 ПРИЛОЖЕНИЕ Образец оформления титульного листа курсового проекта Белорусский национальный технический университет Кафедра __________________________________________ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по дисциплине______________________________________ Тема ______________________________________________ Исполнитель ____________________ (Фамилия, инициалы) (подпись) Студент __________ курса ______________ группы Руководитель ____________________(Фамилия, инициалы) (подпись) 54 Минск 2010 Учебное издание ДЗАБИЕВА Людмила Батырбековна ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА Методическое пособие по курсовому проектированию для студентов специальности 1-70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций» Редактор Е.О. Коржуева Компьютерная верстка Л.А. Адамович Подписано в печать 04.05.2010. Формат 60841/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 3,14. Уч.-изд. л. 2,45. Тираж 200. Заказ 147. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Проспект Независимости, 65. 220013, Минск.