4.3 Технологиялық процестің өлшеу құралдарын таңдауын негіздеу.Цементті өндіру технологиясы
Цементті өндіру процесі келесі операциялардан тұрады: шикізат материалдарды қосу, шикізат қоспаны дайындау, ұсақтаудан тұратын, помолдан және оның құрамын орташаландыру, шикізат қоспасын күйдіру (клинкерді алу), ұнтақта клинкер помолы.
Шикізаттарды күйдіруге дайындауға байланысты цементті өндірудің сулы, құрғақ және біріктірілген әдістерін бөледі. Өндірудің сулы әдісінде шикізат материалдарды үгіту, оларды араластыру, шикізат қоспаларды корректілеу және орташаландыру, анықталған судың қосылуымен іске асырылады, ал құрғақ әдісте барлық аталған операциялар құрғақ материалдармен орындалады. Біріктірілген әдісте шикізат қоспасын сулы әдіс бойынша дайындайды, содан оны арнайы қондырғыда максималды түрде сусыздандырады және пеште күйдіреді. Әрбір аталған әдістердің өзінің артықшылықтары және кемшіліктері бар.
Цементті өндіру әдісін технологиялық және технико – экономикалық факторларға:шикізаттардың құрамына,оның біркелкілігі және ылғалдылығы- на байланысты таңдайды.
Өндірудің әдісі. Өндірудің әдісінде шикізат материалдарын және шикізат қоспаларды сумен араластырады. Алынған шикізат шлам құрамында 32-45 % су болады.
Бастапқы шикізат материалдардың физикалық құрамына байланысты цементті осы әдіспен алу кезінде әртүрлі өндіріс схемасы қолданылады, шикізат қоспаларын дайындау әдісіңің бір - бірімен ерекшелінеді.
Әдісті қолданатын цемент заводтарында, цемент клинкерді өндіру үшін шикізат материал ретінде көбінесе жұмсақ сазды және қатты әк тасты компоненттер қолданылады.Мұндай жағдайда цементті өндірудің технологиялық сызбасы келесідегідей.
Бастапқы технологиялық операция клинкерді алу - шикізат материалдарды үгіту. Әк тасты компонент ретінде борды қолдану кезінде аталада (болтушкада) немесе диірменде үгіттейді. Егер қатты әк тас қолданса, онда оны бір - екі стадиялы жақты ұсатқышта ұсақтайды. Балшықты шлам немесе басқа да агрегаттарда алынған шламда, шикізат диірменіне жібереді. Әк тас және балшықты шлам, клинкердің керекті химиялық құрамына сәйкес, белгілі - бір арақатынаста диірменге келіп түседі. Шикізат шламның тапсырылған химиялық құрамын алу үшін, оны бассейнде немесе ағында (потокта) корректілейді.
Диірменнен шыққан шикізат шлам түрде сорғышпен қосқұлаққа (бачок) пешті цехқа күйдіруге түседі. Қосқұлақтан шлам біркелкі түрде айналма пешіне төгіледі. Өндірістің сулы әдісінде клинкерді күйдіру үшін жылу алмастырғыш жабдықты ұзын айналма пешіне қолданылады[9].
Пештен кейін клинкер тоңазытқышқа түседі, салқын ауамен салқындатады. Салқындатылған клинкер қоймаға жіберіледі. Тоңазытқыштан клинкерді тікелей цемент диірменіне помолға жібереді. Помолдан бұрын клинкерді майдалайды. Клинкерді ұсақтауды гипспен, гидравликалық және басқа да қоспалармен бірге өңдеуді.
Цементті өндіру технологиялық сұлбасы 1-ші сіретте көрсетілген
Диірменнен цемент қоймаға тасымалданады. Цементті ыдысқа ( 50кг - нан қағаз қапқа ) жүктейді, немесе цемент тасығыш көлік немесе арнайы теміржол вогондарына жүктейді.
Цемент өндірісі үшін жарғақша шикізат қызметін дұрыс күйдіру үшін қажет шикізаттық қоспаның белгілі бір химиялық кұрамын қамтамасыз ету үшін қажетті пропорционалда алынған әк тасты және саз балшықты материалдар атқарады. Бұл кезде химиялық құрамның максималды түрде тұрақты болып қалуы өте маңызды, ал қоспаның негізгі компоненттерінің мөлшеріндегі тіпті азғана ауытқулар соңғы өнім - цемент қасиеттерін едәуір өзгертуі мүмкін.
Цемент өндірісі үшін әктасты материалдар ретінде: әктас түрлері, сілті өндірісінің қалдықтары қолданылады.Сазбалшықты материалдардан: сазбалшық, сазбалшықты тақтатас, домна шлагы, күл қолданылады.
Көптеген цемент зауыттарында әктас пен сазбалшықтың шикізаттық қоспасын (немесе сазбалшықты тақтатас) пайдаланады. Негізінен мұндай зауыттарды әктасты кен орындарында, сазбалшық немесе сланец кең орындарынан жақын жерде салады.
Кез келген әктің цемент өндірісі үшін жарамайтындығын білген жөн. Үлкен MgCC>3 қоспасын қамтитын әк кен орны негізінен қолданылмайды. Дәл осылай пирит немесе гипстік кіршелердің болуы цементтегі сульфат мөлшерін жоғарылатып, ол тиімсіз болуы мүмкін. Кремнийлі қоспаның үлкен мөлшерімен ластанған бар кен орындары да кездесіп, оларды цемент өндірісі үшін қолдану қиын болады.
Шикізаттық қоспаны құрау үшін жоғары әк мөлшері бар әкбасты қолданған жағдайларда, оны берілген қасиетті клинкердің алынуын қамтамасыз ететін химиялық құрамдағы сазбалшық құрамда материалдармен араластыру қажет.
Өндірістің ылғалды тәсілі құрғағынан ерте болып, АҚШ та цемент шығарғанға дейін Европа қолданылған болатын. Ылғалды тәсіл кезінде қоспа дайындау сызбасын таңдауды негізгі, әрі маңызды фактор болып шикізаттық материалдар сипаты табылады. Цементті шикізаттық қоспаны құру кезінде жекелеген бункер көмегімен салмақ бойынша әктасты, сазбалшықты (немесе сланецті), темір және құмды мөлшерлеп, кейін берілген ірілік бойынша оларды сумен ұсақтау қажет. Суда бату қасиетіне ие сазбалшық болтушкада күңгірттеніп, біріншілік немесе екіншілік ұсақтау үшін шикізаттық диірменге қоспаны беру алдында қалған компонентке сәйкес мөлшерде қосылады.
Ұсақталған қоспа шламбассейнге айдалып, онда ол екі сатылы сызба бойынша ары қарай араласу үшін сақталады. Осы бассейндерде қажет кезінде шламды түзеу жүргізіліп, содан соң ол пешке беріледі
Әктас көк сланецтен түратын шлам құрамында 32 - ден 40% - ға дейін су, ал әктас пен сазбалшықтан тұратын шлам құрасында - 55 % -ға дейін су болады. Осы күйде материалдарды араластыру құрғақ түрге қарағанда біршама жеңіл жүреді. Негізінен бұл кезде шикізаттық қоспаның максималды біртектілігін қамтамасыз ету үшін қатарынан бірнеше қоспалағыш шламбассейндері орнатылады. Зауыт химигі үшін шикізаттық қоспаны құру алдында материалдардың химиялық құрамын білу маңызды. Бұл оның минималды араласу мен түзетуді қамтамасыз ету үшін қоспа құрамын есептеуге мүмкіндік береді. Араластыру операциясы үлкен ыдыстарды қажет етеді, ал қоспаның біркелкілігінің қажетті дәрежесін қамтамасыз ету жағдайында емес қоспалағыш көбінесе шламға арналған қарапайым қоймаларға арналады.
Ұсақтау деп кен орнында өндіру мен жынысты сипаттаушы шикізаттық материалдардың мөлшерінің максималдыдан шикізаттық қоспа пешіне берілуі үшін қажетті минималдыға дейін кемуін айтады.
Бұл ұсақтау процесі екі сатыда жүзеге асады: алдымен негізінен біріншілік және екіншілікке бөлінетін шикізат бөлінуі, ал кейін – екі сатылық ұнтақталу жүреді. Кейбір жағдайларда кен орында шикізаттық материалды дайындауға және қолданылатын қондырғы сипатына байланысты біріншілік және екіншілік ұнтақтау немесе ұсақталудың екі сатысы бір операцияда болуы мүмкін.
Бөлшектеуге біріншілік және екіншілік жарылыстардан соң экскаватормен алынған жыныс жіберіледі. Жыныс кесектерінің өлшемі екіншілік жарылыс жұмыстарының сипатына тәуелді болып, өз кезеңінде экскаватор жауының көлемін анықтайды. Біріншілік бөлшектеу типі экскаватор берген кесектер өлшеміне белгілі бір дәрежеде , сонымен бірге материал сипаты мен қаттылығы, ылғал мөлшері мен үлгілі төмен кесектер мөлшері, екіншілік бөлшектеу үшін қажет берілген ұсақтау дәрежесіне , агрегаттың тиісті өнімділігі ретінде факторлар көбінесе тәуелді. Цемент өнеркәсібінде қолданылатын бөлшектеудің төрт негізгі типі бар: цехті, конусты, балғалы және вал калы.
Бөлшектеу (майдалау) тек алдын ала дайындық операциясын ғана қамтып, сол кезде ұнтақ (ұсақ) толығымен күйдіру мен шикізаттық қоспаның байланысуын қамтамасыз ету үшін қажет дәнді кұрам мен бөлшектер шамасына дейін материалды беру мүмкіндігін береді. Сондықтан цемент өндірісі процесінде ұнтаққа осынша мән беріледі.
Аталып өтілгендей, ұнтақтау екі сатылы болады бірінші саты - бұл біріншілік немесе алдын ала ұнтақтау, екінші саты - екіншлік немесе соңғы ұнтақтау камералық шарлы немесе конусты диірмендердің соңғы ұнтақтауына арналған агрегаттардың жұмыс жағдайларына сай келетін өлшемге дейінгі екіншілік бөлшектеуден түсетін материалды ұсақтауға арналған алдын- ала ұнтақтау диірмендерінің алуан типтері болады. Кейбір зауыттарда ұнтақтаудың екі сатысын бір уақытта араластыруға мүмкіндік беретін көпкамералы диірмендерге басымдық беріледі. Бұдан өзге, шикізаттық қоспаны дайындау бойынша екі операцияны да бір мезгілде жүргізетін сеператорлары бар оқшау циклде жұмыс істеуші арнайы диірмендер де бар. Ұсақтағыштан түскен материалдың ұсақтауыштың екі сатысын біріктіру үшін бұрын қолданылушы кейбір диірмендердің қазір тек алдын ала ұсақтау үшін ғана жарамды саналып, шикізаттық қоспаның ұсақталу дәлдігіне қойылатын заманауы талаптың біршама жоғарланғандығын атап өткен жөн[10,98,].
Цементтік шикізатты материалдарды екі сатылы ұсақтау үшін қолданылатын диірмендер екі типкте болады: шарлы және орталықтан тепкіш диірмендер. Ұсақтағыш денелер қызметін болат шарлар атқаратын шарлы диірмендер қысқа цилиндрлік барабандар түрінде болады. Оларға диаметрлері 2,5 - нан 12,5 см - ге дейінгі болат шарлар жүктеледі. Заманауи шарлы диірмендер - бұл бір сағат ішінде ұсақталушы шикізатты 100 және одан да көп есе ұнтақтаушы күшті ұнтақтайды. Орталықтан тепкіш роликті диірмен ішкі бетіне ортадан тепкіш керу әсерінен роликтер сығылатын дөңгелек плитадан тұрады. Ортадан тепкіш диірмен негізінен кішігірім өлшемде болып, материалды ұсақтау кезіндегі шарлы диірменнің өнімділігінің үштен бірін ғана береді. Екі диірмен де жеке орналасқан електі жіктемесі бар оқшау циклде жұмыс істеп, мұндағы ұсақ фракциялар (елек арқылы өткен материалдар) соңғы ұнтақталу үшін диірменге жіберіліп, ал елек үсті өнім екіншілік ұсақталу үшін алдын ала диірменге оралады. Кейде екіншілік ұсақтағыш материалының құрамында тікелей елекке берілетін ұсақ фракциялар мөлшері болып, ол жерден ұсақ фракциялар соңғы ұсақталуы диірменге беріледі. Алдын - ала ұсақтауға арналған диірмендер ірі бөлшектерді салыстырмалы ұсақтау кезіндегі максималды өнімділікке есептелген, мұнда ұсақ фракциялардың өте көп мөлшерінің болуы олардың өнімділігін төмендетеді. Бұның алдын алуы үшін екіншілік ұнтақталудан алынған материалдар жіктеу қажет.
Шикізатты ұсақтау жайлы жоғарыда айтылғандардың барлығы цемент өндірісінің құрғақ тәсіліне жатады. Цементті шикізаттық материалдарды ұтымды әрі икемді түрде құрғақ ұсақтау үшін оларды алдын ала кептіру қажет. Шикізат қызметіне әк тас немесе сазбалшық, сондай - ақ құрамында ылғал мөлшері жоғары немесе табиғаты бойынша ұсақ дисперсті материал атқарған жағдайларда оларды ұсақтау алдында кептіру өте қымбатқа түседі. Құрамында 35 - 40 % суы бар қоспа алуы үшін ұнтақтау кезінде су қосқан тиімді.
Ылғалды ұсақтау кезінде құрғақ тәсілдегідей қондырғы қолданылуы мүмкін. Ылғалды тәсіл бойынша ұсақтау тиімділігі жоғары болып, мұндағы су диірмендегі температураны төмендетіп, шарлардың майлануын қалпына келтіреді. Дегенмен шарлардың тозуы мен қондырғыны эксплуатациялау кезіндегі шығындар ылғалды тәсіл кезінде едәуір жоғары. Ылғалды ұсақтау кезіндегі жіктеме немесе сеперация құрғақ тәсілдіге қарағанда басқаша жүреді.
Ірі ұсақталған материалды жіктеу үшін құрғақ тәсіл кезінде қолданылатын вибрациялық елек орнына ылғалды тәсіл кезінде реечтік жіктегіш қолданылады. Негізінен реечтік жіктегіш алдын ала ұсақтауға арналған шарлы диірменді оқшау циклде жұмыс істейді. Бірақ ол соңғы ұнтақтау үшін шарлы диірменге жалғасып, бұл жағдайда қосымша түрде кеселік жіктегіш орнатылуы мүмкін. Соңғысы ылғалды ұсақтау жүйесінде құрғақ кездегі ауалы сеператор рөлін атқарып, мұнда суспенциялаушы орта ауа емес, су болумен ғана ерекшеленетіндей қағида бойынша жұмыс істейді. Кеселік жіктеменің ірі бөлшектері ауалы сеператордың елек үсті өнбесіне, ал кеселік жіктеме ағызбасы - ауалы сеператордың ұсақ фракцияларына немесе елек асты өніміне ұқсас.
Ылғалды ұсақталған материалдарды асқын - ұсақтай сеперациялау үшін кейде жылдам жүрісті центрифигураларды қолданады. Ылғалды ұсақтау кезінде тұйық циклге ашық циклдегіге қарағанда су көп қажет. Бұл қоюландырғыштар деп аталатын шламды сусыздандыру үшін үлкен және салыстырмалы түрде таяз бассейн қондырғыларының қажеттігіне алып келді. Ашық циклде ылғалды ұнтақтау кезінде қоюлатқыштар қажет емес, олардың орнына вакуум - сүзгілер қолданылады.
Шлам берілген тұтқырлығын сақтау үшін қажет су мөлшері шикізаттық материалдардың физикалы- химиялық қасиеттеріне тәуелді. Шикізаттық қоспаның кейбір компоненттері , мысалы сазбалшық немесе сазбалшық құрамдас материалдар 65 % - ға дейінгі су қоспаларын қажет етеді. Шламның жоғары тұтқырлығы көліктік коммуникацияларды эксплуатациялау кезіндегі диірмен жұмысы үшін бірқатар қиындықтар туындатуы мүмкін.
Пеште су шламнан бүкіл шикізаттық материалдардың бірігуі мен әктастың кальцийлерленуі жүргенге дейінгі жойылуы тиіс. Шламда су қаншалықты көп болса , басқа жағдайлар кезінде оның булануына отын да көп шығындалады. Осыған байланысты соңғы жылдары жеткілікті аққыштықты сақтау кезінде шлам ылғалдығын төмендету үшін түрлі сұйылтқыш түрлерін қолдану әрекеттері аз жасалған жоқ. Бұл бағытта негізгі жетістіктерге жеткізілгенімен, сұйылтқыш қосудың жекелей құны отын, ұсақтау үнемділігін төмендетіп жіберді. Бұдан өзге , сұйылтқышпен өңделген шламда көбінесе сақтаудың екі - үш тәулігінен соң тұтқырлық жоғарлауы байқалып, ол сұйытқыштарды қолдануға кедергі келтіреді. Осының нәтижесінде цемент өнеркәсібі үшін пештерді орнатуға көшті.
Қазіргі кезде цемент өнеркәсібінде жылудың максималды қоданысын қамтамасыз етуші түрлі механикалық қыздырғыштар қолданылады. Өндірістің ылғалды тәсілінің басты артықшылығы болып ұсақталған шикізат материалдарының жақсылап араласуы (гомагенделуі) табылады. Бұл әсіресе компонентті шикізат қоспалары күйдірілген жағдайларда маңызды: жақсылап араласу шламның максималды біркелкілігін, жақсы күйдіру мен жоғары клинкер сапасын қамтамасыз етеді. Өндірістің ылғалды тәсілінің кең мүмкіндіктерінің жақсы мысалы болып қажетсіз қоспалардан - шикізат материалдарын байыту үшін флотацияны қолдану болып табылады, бұл қарама - қарсы жағдайларда қолданылмай қалуы мүмкіндігінен орындарын жасау мүмкіндігін береді. Дегенмен өндірістің құрғақ тәсілі өзіндік артықшылықтарға ие, мысалы: отынды үнемдеу, қысқа, әрі едәуір арзан пештерді пайдалану мүмкіндігі және т.б. Сондықтан отыны аз, әрі қымбат Европада ылғалдыдан өндірістің құрғақ тәсіліне өту беталысы байқалады.
Цемент өндірісі процесінің ең маңызды, әрі жауапты сатысы болып бүкіл бағалы қасиеттерді сақтап, стандарт талаптарына сай цементтің жоғары сапасын қамтамасыз ету үшін қажет дұрыс салқындату мен айналмалы пеште қатты, сұйық немесе газ тектес отынды реттелмелі жағу жолымен клинкерде сәйкес химиялық құрамдағы мұқият дайындалып шикізаттық қоспаны айналдыру табылады.
Клинкер түзілу процесі футерленген отқа төзімді кірпіштері бар болат цилиндр түріндегі айналмалы пеште жүреді. Цилиндрге тіректік роликтерге сүйенуші бандаждар киілген. Пеш қозғалысқа сыпырғылық және сыпырғы асты тісті берілістер арқылы келеді. Айнымалы жылдамдықты жылдамдықты электр қозғалтқыш редуктор арқылы пешке айналмалы қозғалысты береді.Өндірістің құрғақ тәсілі пештері негізінен 30- дан 105 м - ге дейін, ал ылғалды тәсіл пештері типті 150 м ұзындыққы ие. Пештің диаметрі 2,1 - ден 3,6 м- ге дейін ауытқиды. Пештің көлбеулігі 2 - ден 8 %- ға дейін құрауы мүмкін. Пештің айналу жылдамдығы сағатына 30- дан 110 айналымға дейін болады. Осы факторлардың барлығы - пеш диаметрі, ұзындығы, көлбеуі мен айналымдар саны - клинкер сипаты мен сапасы ретінде анықталады. Пештер түрлі бақылау - өлшеу приборларымен жабдықталғандықтан, машанист пештен гөрі, басқару торабына көп қарайды. Заманауи пештерде мынадай бақылау -өлшеу приборлар қойылады:
-пештің айналу жылдамдығын тіркеуші тахометр;
-футеровка температурасын анықтауға арналған оптикалық пирометр;
-пеш басы мен түтіндік құбырдағы сиреуді анықтауға арналған өздігінен жаңғыш тягомерлер;
-отынның жану тиімділігін көрсетуші оттектік және газды талдағыштар;
-автоматты тягомерлер;
-арнайы қондырғыға ауа берілісін есептегіштер мен автоматты реттегіштер (мысалы, мультициклондар, электр сүзгілер);
-пештің салқын ұшының температурасын анықтауға арналған өздігінен терможұптар;
-мұздатқыштан қызған ауасының температурасын анықтауға арналған өздігінен жаңғыш термометлер;
-айналымдар санының есептегіштері;
-көмірге арналған есептегіштер;
-газды отынға арналған өздігінен жаңғыш есептеуіштер;
-газды отынға арналган өздігінен жаңғыш есептеуіштер[11, 87б].
