Cuprins: I. SCURT CURT ISTO ISTORI RIC C DE DESPRE PRODU RODUCE CERE REA A LIA LIANT NTII II MINER INERAL ALII I.1 GENERALITĂŢI DESPRE CIMENTULUI PORTLAND II. PRO PROCE CEDE DEE E PENT PENTRU RU FAB FABRI RICA CARE REA A CIME CIMENT NTUL ULUI UI POR PORTL TLAN AND D II. 1. PROCEDEUL USCAT II. 2. PROCEDEUL UMED II. 3. PROCEDEUL SEMIUSCAT II. 4. PROCEDEUL SEMIUMED III. DESCRIEREA FLUXULUI TEHNOLOGIC III. 1. Extragerea materiilor prime III. 2. Încărcarea şi transportul materialului derocat III. 3. Pregătirea şi depozitarea materiilor prime III. 4. Măcinarea şi omogenizarea materiilor prime III. 5. Arderea amestecului brut. Obţinerea clincherului III. 6. Depozitarea şi măcinarea clincherului III. 7. Ambalarea şi livrarea cimentului IV. ÎNCADRAREA FLUXULUI TEHNOLOGIC CU UTILAJE IV. 1. Excavator cu lopată mecanică IV. 2. Concasorul cu ciocane IV. 3. Uscătoare cu tambur rotativ IV. 4. Poduri rulante şi excavator cu rotor IV. 5. Mori cu bile IV. 6. Silozuri de omogenizare IV. 7. Cuptorul rotativ IV. 8. Răcitor grătar IV. 9. Mori de ciment IV. 10. Silozuri de ciment IV. 11. Maşini de însăcuit V. Caracterizarea materialelor prime V. 1. Calcarul V. 2. Argila V. 3. Marnele V. 4. Zgura V. 5. Ghipsul V. 6. Cenuşă de pirită V. 7. Clincher V. 8. Cimenturile cu adaos V. 8. 1. Adaosurile cimentoide V. 8. 2. Adaosurile puzzolanice V. 8. 3. Adaosurile inerte VI. Calcul reţetei pentru amestecul brut de clincher VII. Calcul compoziţiei oxidice a clincherului 1
1 1 2 3 3 3 3 5 6 6 6 7 7 8 8 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 14 15 15 15 15 15 16 18
VII. 1. Conţinutul procentual în CaO în amestecul brut VII. 2. Conţinutul procentual în SiO 2 în amestecul brut VII. 3. Conţinutul procentual în Al 2O3 în amestecul brut VII. 4. Conţinutul procentual în Fe 2O3 în amestecul brut VII. 5. Conţinutul procentual în MgO în amestecul brut VII. 6. 6. Co Conţinutul procentual în alcalii în amestecul brut VIII. Calculul modulilor clincherului şi reprezentarea grafică VIII. 1. Gradul de saturare în oxid de calciu VIII. 2. Modulul de silice VIII. 3. Modulul de alumină VIII. 4. Clasificarea modulară a cimenturilor Portland IX. Locul clincherului de ciment Portland în diagrama cuaternară X. Calculul compoziţiei mineralogice a clincherului X. 1. Conţinutul procentual de C 4 AF în clincher X. 2. Conţinutul procentual de C 3 A în clincher X. 3. Conţinutul procentual de C 3 S şi C 2 S în clincher XI. Calculul compoziţiei oxidice a cimentului XI. 1. Conţinutul procentual de CaO în ciment XI. 2. Conţinutul procentual de SiO2 în ciment XI. 3. Conţinutul procentual de Al 2 O3 în ciment XI. 4. Conţinutul procentual de Fe2 O3 în ciment XI. 5. Conţinutul procentual de MgO în ciment XI. 6. Conţinutul procentual de alcalii în ciment XII. Corectarea amestecului brut XIII. Calculul consumului specific de materii prime XIII.1.Consumul specific de calcar XIII.2.Consumul specific de argilă XIII.3.Consumul specific de cenuşă de pirită XIII.4.Consumul specific de ghips XIII.5.Consumul specific de zgură XIII.6. Consumul specific de apă XIV. Protecţia mediului ambiant. XV. Protecţia muncii XVI. Bibliografie
2
18 18 18 19 19 19 19 19 20 20 21 21 23 23 24 24 25 25 26 26 26 26 26 27 28 28 28 28 28 28 28 29 29 30
I Scurt istoric despre liantii minerali. Primul material liant care a fost folosit inca din antichitate de catre om a fost argila nearsa. Acest material se utilizeaza si in present pentru executarea celor mai simple cladiri, cind pentru constructia data nu este prevazuta o rezistenta inalta. Din 2500-3000 ani pina la e.n. au fost gasite diverse metode de obtinere a materialelor liante, in primul rind a ipsosului si varului. Ipsosul de constructie se folosea la constructia piramidelor in Egipt. Cu timpul s-au invatat sa atribuie proprietati hidraulice mortarelor de var cu ajutorul adaosurilor, cum ar fi argila arsa si diverse tipuri de minerale vulcanice (tuf, praf in forma maruntica). Asemenea mortare se utilizau in constructiile hidrotehnice. Prim Primul ul care care a desc descop oper erit it cime ciment ntul ul Port Portla land nd a fost fost un piet pietra rarr engl englez ez Djozef Aspdina. In anul 1822 in orasul Portland (Anglia) el a obtinut un material liant din amestec de var cu argila arsa pina la eliminarea completa a oxidului de carbon. In 1824 el a primit primit certif certifica icatul tul pentr pentruu obtine obtinerea rea primul primului ui materi material al liant liant care care mai tirziu tirziu a fost fost considerat o varietate a romancimentului. In Rusia primul producator a cimentului Portland a fost Egor Gherasimovici Celiev care a imbunatatit producerea cimentului Portland, datorita faptului ca a primit ciment Portland pe calea arderii materialelor dozate pina la coacere. In urmatorii ani diversi savanti au continuat cercetarile si studierea proprietatilor ciment cimentulu uluii Portla Portland. nd. Cu timpul timpul ciment cimentul ul Portla Portland nd s-a imbuna imbunatat tatit it calita calitativ tiv datori datorita ta introd introduce ucerii rii diferi diferitor tor adaosu adaosuri. ri. In acest acest mod au aparut aparut divers diversee tipuri tipuri a ciment cimentulu uluii Portland. In acelasi timp cu aparitia noilor varietati a cimentului, in toata lumea au aparut uzine producatoare de ciment. Cu cresterea necesitatii de intrebuintare a cimentului Portland numarul uzinelor a crescut considerabil. La sfir sfirsi situ tull anil anilor or 19 1900 00 ma majo jori rita tate teaa uzin uzinel elor or prod produc ucat atoa oare re de cime ciment nt se caracterizau prin producerea anuala de 1,5 mln tone si mai mult. In prezent lucreaza intreprinderi cu o producere anuala de la 2,5 – 4 mln tone folosind cuptor rotativ cu o productivitate productivitate de pina 3000 tone de clincher timp de 24 ore. In timpul actual exista un numar mare de uzine cu un complex de masini mecanizate si automatizate. La aceste intreprinderi productivitatea creste odata cu cresterea calitatii produselor finite. finite. De asemenea se imbunatatest imbunatatestee calitatea cimentulu cimentului,i, creste creste indicele indicele de rezistent rezistenta, a, se divers diversifi ifica ca asorti asortimen mentul tul,, se produc produc difer diferite ite tipur tipurii de ciment ciment pentru pentru divers diversee domen domenii ii ale constructiei.
I.1 GENERALITĂŢI DESPRE CIMENTUL PORTLAND Cimentul Portland este o pulbere fină obţinută prin măcinarea clincherului de ciment portland cu un adaos de 1-7% 1- 7% ghips pentru reglarea timpului de priză şi eventual cu alte adaosuri hidraulice sau inerte pentru a imprima acestuia proprietăţi speciale corespunzătoare destinaţiei. Clincherul de ciment portland este produsul obţinut prin arderea amestecului de materii prime până la topire parţială. Amestecul de materii prime se introduce în cuptor 3
fie sub formă de pastă fie sub formă de făină în raport cu produsul folosit. Operaţiile menţionate pot fi grupate în trei etape importante: 0 - pregătirea amestecului brut 1 - arderea 2 - obţinerea cimentului Compoziţia oxidică obişnuită a unui ciment portland variază în limitele următoare: I.1. TABEL: CaO 60 – 67% SiO2 19 – 24% Al2O3 4 – 7% Fe2O3 2 – 6% MgO 4 – 5% SO3 Max 3% Pentru a obţine compoziţia arătată, materia primă trebuie să conţină în jur de 75 – 80% CaCO3 şi 25 – 30% SiO 2, Al2O3, Fe2O3. Omogenizarea amestecului brut va fi cu atât mai bună, cu cât fineţea de măcinare va fi mai mare. Astfel concasarea trebuie să asigure obţinerea unui material ale cărui dimensiuni trebuie să facă posibilă alimentarea morilor şi funcţionarea lor cu un consum cât mai mic de energie. Materialul trebuie să se introducă în moară cât mai fin concasat, adică să nu depăşească 20-30 mm. La obţinerea clincherului de ciment Portland cel mai important proces este clincherizarea. Acest proces presupune topirea parţială a amestecului, apariţia fazei lichide ajută la desăvârşirea reacţiilor de formare a constituenţilor clincherului. Pentru clincherele de compoziţie obişnuită, temperatura maximă de clincherizare se obţine prin arderea combustibililor cu ajutorul unui arzător combinat pentru combustibil solid, gazos, lichid şi este de aproximativ 1450oC. Cimentul ca produs finit se prezintă sub forma unor pulberi de culoare gri-verzui închis culoare care se datorează compuşilor ferici. Dintre proprietăţile proprie tăţile sale fizice şi mecanice mai importante important e sunt: 3. 1)Densitatea: este cuprinsă între 3 şi 3,2 g/cm .Ease determină cu metoda pitrometrului, folosind ca lichid de lucru eter de petrol. 2)Timpul de priză: începutul de priză şi sfârşitul prizei sunt termeni care servesc la deosebirea cimenturilor din punct de vedere al vitezei de întărire. La cimenturile normale începutul de priză are loc după cca. 3 ore, iar la cimenturile cu priză înceată înainte de 5-7 ore. Cimenturile la care începutul prizei are loc înainte de o oră sunt considerate ca cimenturi cu priză rapidă. Sfârşitul prizei are loc după 7 ore, iar la cele cu priza înceată, după 10 ore. ore. 3)Apa de consistenţă normală: Apa adăugată cimentului în vederea pregătirii mortarelor sau a betoanelor trebuie să confere amestecului fluiditatea necesară. Adăugarea unor substanţe fluidificatoare determină folosirea unei cantităţi mai mici de apă. 4
4)Variaţia de volum: Piatra de ciment în curs de întărire prezintă fenomene de contracţie - umflare. Contracţia cimentului se dovedeşte mică în cazul unui conţinut ridicat de 3CaO.SiO 2 (C3S). 5)Rezistenţele mecanice : Rezistenţa la compresiune se determină standardizat pe un amestec de nisip poligranular şi ciment.
II. PROCEDEE PENTRU FABRICAREA CIMENTULUI CIMENTULUI PORTLAND În industria cimentului există mai multe procedee de fabricaţie şi anume: procedeul uscat, procedeul umed, procedeul semiuscat şi procedeul semiumed. II. 1. PROCEDEUL USCAT În cazul acestuia materiile prime înainte de a fi măcinate sunt uscate sau mau recent dacă umiditatea nu depăşeşte 15% uscarea se efectuează concomitent cu măcinarea. În acest caz cuptorul cu care se clincherizează amestecul de materii prime se alimentează cu făină. II. 2. PROCEDEUL UMED Materiile prime se macină umed obţinându-se amestecul brut sub forma unei paste cu un conţinut de apă de 30-50%. Cuptorul cu care se face clincherizarea este alimentată alimentată cu pasta obţinută la măcinare. II. 3. PROCEDEUL SEMIUSCAT SEMIUSCAT Materiile prime se pregătesc după tehnologie analoagă procedeului uscat. Făina brută se granulează cu 8-12% apă şi cuptorul se alimentează alimentează cu granulele formate. formate. II. 4. PROCEDEUL SEMIUMED Materiile prime se macină în mod analog ca şi în cazul procedeului umed. Pasta obţinută se filtrează pentru eliminarea excesului de apă. Turtele obţinute conţinând 1820% apă se granulează şi se s e introduc în cuptorul de clincherizare. Până la apariţia cuptoarelor rotative clincherul se obţinea prin procedeul uscat sau semiuscat, iar arderea se făcea în cuptoare verticale. Odată cu apariţia cuptorului rotativ s-a putut introduce şi procedeul umed de fabricaţie. Aceste două procedee principale de fabricaţie a clincherului s-au dezvoltat şi perfecţionat continuu în decursul anilor. Dezvoltarea preferenţială preferenţială a unuia din cele două procedee a fost influenţată o serie de factori şi anume: 3 - prop propri riet etăăţile ţile fizi fizicce ale mater teriilo iilorr prim primee 4 - consumul specific de materii prime 5 - consumul specific de căldură 6 - consum sumul spe specific de energie electrică 7 - consumul de metal Consumul specific de căldură ceea ce diferenţiază net procedeul umed de cel uscat este consumul de căldură, care este cu cca. 60% mai mare la procedeul umed la utilaje de capacităţi egale.
5
Proprietăţile fizice ale materiilor prime exercită o influenţă asupra alegerii procedeului de fabricaţie, fabricaţie, în special prin valoarea valoarea umidităţii naturale naturale a acestora peste peste 15% uscarea ridică probleme dificile şi în acest caz procedeul umed este cel mai indicat de folosit. Consumul specific de energie electrică. Din datele literaturii de specialitate reiese că pentru obţinerea unei tone de clincher sunt necesari 35-45 KW la procedeul umed şi cu cca. 10-20% mai mult pentru procedeul uscat. Tendinţa generală este micşorarea acestor cifre la ambele procedee. În cazul procedeului uscat acest lucru s-a putut realiza datorită progreselor realizate la la omogenizarea şi transportul transportul făinii precum şi la îmbunătăţirea îmbunătăţirea randamentului instalaţiilor de măcinare. Consumul specific de metal. Echipamentul mecanic al unei fabrici de ciment face parte din grupa utilajelor utilajelor grele, datorită condiţiilor condiţiilor specifice de lucru: lucru: volum mare al producţiei, solicitări mecanice mecanice mari şi variabile variabile în timpul exploatării, exploatării, uzură mare datorită datorită frecării şi temperaturii ridicate în cazul cuptoarelor. Analizând greutăţile utilajelor tehnologia de aceeaşi capacitate care funcţionează după cele două procedee rezultă că pentru procedeul uscat apare apare o importantă economie economie de metal 15%. Iniţial cimentul Portland s-a fabricat exclusiv după procedeul uscat. Odată cu introducerea cuptorului rotativ a apărut procedeul umed, care în scurt timp a căpătat o pondere predominată în producţia producţia de ciment, datorită datorită avantajului pe care care îl avea în comparaţie cu procedeul uscat şi anume: realizarea amestecului brut, măcinarea şi omogenizarea se realizează în bune condiţii cu cheltuieli mult mai reduse decât în cazul procedeului uscat. Creşterea masivă a producţiei de ciment a dus la mărirea continuă a dimensiunilor de gabarit în special a cuptoarelor rotative, ajungându-se la cuptoare cu w 7,62x232m şi capacitate de producţie de 3600 t/zi. Aceasta a determinat creşterea complexităţii utilajelor şi mai ales a dificultăţilor de exploatare. Ca urmare tehnologia de ardere a evoluat spre sisteme care aveau în vedere scoaterea în afara cuptorului a anumitor faze ale procesului de ardere. Aceasta a dus la micşorarea dimensiunilor de gabarit ale cuptorului dar şi la necesitatea renunţării la procedeul umed. Cel mai mare cuptor prezent în lume lume pentru acest procedeu procedeu a fost pus în funcţiune în anul 1972 în Japonia J aponia şi are o productivitate de 5100 t/zi clincher la dimensiuni ale cuptorului w 6,2x125 m. Toate aceste perfecţionări ale procesului tehnologic au produs mutaţii şi în ponderea proceselor de fabricaţie. Astfel că după perioada anilor 1955 ponderea pe plan mondial în producţia producţia de ciment o deţinea deţinea procedeul umed, cca. 80% în perioada anilor 1965, procedeul procedeul uscat deţinea deja deja 10% din producţia mondială de ciment. ciment.
III. DESCRIEREA FLUXULUI TEHNOLOGIC
6
Schema tehnologica de producere a cimentului portland
1- Uscător 2-Siloz 3-Moară cu bile 4-Compresor
5-Cuptor 6-Tobă de răcire 7-Turn ciclon 8-Dozator 9-Concasor cu ciocane
III. 1. Extragerea materiilor prime
7
Zăcămintele de calcar sunt constituite în ansamblu din calcar gresoase, marne calcaroase, calcare cretoase, gresii calcaroase, etc. Zăcământul se prezintă sub s ub formă de straturi sau pachete de straturi de calcar alternând într-o succesiune relativă cu straturi de argilă sau marnă. Din această cauză conţinutul în CaCO 3 prezintă variaţii mari ceea ce constituie principala dificultate în exploatare fiind necesară uneori o exploatare preferenţială a zăcământului zăcământului cu influenţe influenţe defavorabile asupra producţiei. producţiei. Înălţimea maximă a frontului nu depăşeşte 35m, astfel că exploatarea se realizează într-o singură treaptă. Vatra carierei este situată la cota +20m.Metoda de exploatare folosită cuprinde următoarele operaţii: descopertarea zăcământului • derocarea primară executată cu explozivi prin găuri de sondă realizată cu ajutorul • forezelor derocarea secundară a blocurilor negabaritice • încărcarea materialului derocat autobasculante cu ajutorul excavatorului cu lopată • mecanică. III. 2. Încărcarea şi transportul materialului derocat
Materialul derocat obţinut prin metodele descrise este încărcată autobasculante cu ajutorul excavatorului cu lopată mecanică. Gradul de ocupare ale excavatoarelor este între 50-60% din timpul efectiv de lucru datorită următoarelor cauze: 8 - cari carier erel elee fabr fabric icii ii sunt sunt disp disper ersa sate te şi vari variaţ aţia ia chim chimic icăă a calc calcar arul ului ui diferă de la carieră la carieră şi chiar în cadrul aceleiaşi cariere aceasta conducând la amplasarea excavatoarelor în fiecare carieră, nefiind nevoie zilnic să se aducă material calcaros sau cretos din fiecare punct de lucru.
III. 3. Pregătirea şi depozitarea materiilor prime Calcarul adus din cariere este basculat în buncărele a unui sau a mai multor concasoare, este concasat şi apoi transportat fie la buncărele morilor de făină fie la hala de materii prime. Concasarea calcarelor compacte se poate realizează cu diferite tipuri de concasoare, cel mai fregvent folosite sunt concasore cu fălci sau cu ciocane. Tot aici se află şi staţia de descărcare a marnei şi a cenuşii de pirită. Transportul este asigurat de benzi transportoare de cauciuc. Desprăfuirea este asigurată de filtru cu saci.
III. 4. Măcinarea şi omogenizarea materiilor prime De la concasoare sau hală calcarul, cenuşa de pirită şi argila sunt introduse în buncărele a 2 mori de făină. Măcinarea în în aceste mori cu bile se face combinat cu uscarea uscarea materiilor prime folosind în acest scop gazele arse de la cuptor sau în cazul în care cuptorul staţionează, de la focare auxiliare de ardere cu păcură.
8
Făina măcinată, trece apoi printr-un separator static care reintroduce în circuit fracţiunea grosieră numită „griş”. Apoi făina trece printr-o baterie de cicloane de unde cade pe rigole pneumatice care o transportă la buncărele pompelor de făină. Pompele asigură în continuare transportul făinii în 3 silozuri de omogenizare. Omogenizarea făinii se face prin barbotare pneumatică aducând masa de făină brută în stare fluidizată cu ajutorul unui curent de gaz. Acest mod de omogenizare este substanţial mai eficace decât folosirea metodelor mecanice. Din procesul de măcinare, amestecul brut nu iese omogen din punct de vedere chimic putând prezenta de asemenea unele abateri de la compoziţia calculată. Aceasta impune ca înainte de alimentarea cuptorului cu făină brută să se facă un control riguros al compoziţiei, urmat de corectarea acestuia în conformitate cu datele stabilite prin calcul pentru tipul de clincher care care se fabrică. Când s-a ajuns la compoziţia dorită făina este trecută în cele 3 silozuri de depozitare . De aici este extrasă, transportate cu rigole pneumatice şi elevatoare la buncherele pompelor ce vor transporta făina la cuptor. Dozarea cantităţii de făină ce va fi introdusă în cuptor este asigurată de benzi de cântărire automată. De la pompe făina intră în turnul de cicloane al cuptorului cuptorului - schimbător de căldură, de unde se încălzeşte până la o 700-800 C şi se decarb decarbona onatea tează ză parţi parţial. al. Turnul Turnul de ciclo cicloan anee are 4 trepte trepte,, circul circulaţi aţiaa materialelor făcându-se în echicurent cu gazele de ardere.
III. 5. Arderea amestecului brut. Obţinerea clincherului Proces Procesul ul de ardere ardere în cuptor cuptor compor comportă tă următo următoare arele le reacţi reacţii: i: decarb decarbona onata tarea rea,, combinare combinareaa CaO cu cu restul restul de oxizi (SiO2, Fe2O3, Al2O3) ce constituie clincherizarea. Răcirea clincherului obţinut se face cu răcitoare grătar. Clincherul răcit este preluat de transportoare cu racleţi şi benzi de cauciuc şi vărsat în hala de clincher. Desprăfuirea se realizează în proporţie de 90% în electrofiltre şi în cicloane. Arderea în cuptoare pentru realizarea unei temperaturi în zona de clincherizare de cca. 1500oC se face cu păcură injectată la o presiune de 20-30 atm. Datorită vâscozităţii ridicate la temperatură temperatură normală păcura trebuie preîncălzită preîncălzită la peste 100 oC. Răcirea clincherului se face în răcitoare grătar, iar transportul în hala de clincher sau bunchere se face cu transportoare cu racleţi şi benzi de cauciuc.
9
Schema unui cuptor de clincherizare Principalele caracteristici ale cuptorului de cliucherizare sunt: - luugime = 50 -150 m; - diametru = 3 - 4 m - viteza de rotare= 1.-.2 rotatii pe iniuut;
III. 6. Depozitarea şi măcinarea clincherului Clincherul din hală este preluat de podurile rulante prevăzute cu graifer şi introdus în buncherele morilor de ciment. Ca adaos la măcinare se introduce ghips ca moderator de priză. Se poate introduce pentru ciment cu zgură, zgură granulată de furnal în proporţie de 15,20,30%. Amestecul este preluat de elevatoare şi transportat la rigolele pneumatice care-l colectează de la toate morile şi-l transportă la buncherele pompelor pneumatice. Pompele pneumatice asigură în continuare transportul cimentului la silozurile de depozitare. Fiecare moară este dotată pentru desprăfuire cu filtre cu saci. Cimentul colectat de filtre este reintrodus în circuit. Cimentul e depozitat pe sortimente în silozuri. Cimentul staţionează în acestea cât este necesar pentru efectuarea analizelor fizico-chimice şi apoi este transportat la staţia de livrare.
III. 7. Ambalarea şi livrarea cimentului Livrarea se face la 3 rampe astfel : la rampa 1 numai în saci. Sacii de ciment sunt preluaţi de benzi transportoare şi apoi de către transportori pe cărucioare şi introduşi în vagoane. la rampa 2 există posibilitatea de încărcare încărcare în saci, utilizând utilizând maşina de însăcuit. La această rampă livrarea se face şi în vrac. Tot de aici prin instalaţii speciale se livrează ciment cu mijloace proprii ale beneficiarilor. la rampa 3 are posibilitatea de livrare a cime ciment ntul ului ui atât atât în saci cât cât şi în vrac, vrac, iar iar încă încărc rcar area ea în vagoan vagoanee se face cu benz benzii autoîncărcătoare tip Mőllers. Atât maşinile de însăcuit cât şi mijloacele de transport şi silozurile care asigurată desprăfuirea cu filtre cu saci, funcţionând în acelaşi regim cu cele de la mori ciment.
IV. ÎNCADRAREA FLUXULUI TEHNOLOGIC CU UTILAJE
10
IV. 1. Excavator cu lopată mecanică. Se foloseşte un excavator cu cupă dreaptă. Operaţiile de săpare şi umplerea cupei, transportul la locul de descărcare şi revenirea cupei în poziţia iniţială se execută ciclic. Elementele constructive ale unui excavator: 9 - braţ articulat 10 - cupă 11 - sistem de deplasare IV. 2. Concasoare cu ciocane Sunt utilaje folosite în fabrică pentru sfărâmarea rocilor de duritate medie. Aceste concasoare se folosesc la concasarea secundară a calcarului şi a marnei. Sfărâmarea materialului în aceste concasoare are loc prin: 12 - lovi lovire re cu cioc ciocan anee dire direct ct în bu bucă căţi ţile le de ma mate teri rial al 13 - lovi lovire re într întree cioc ciocan anee şi plac placaa exca excava vato toar aree - lovire între ciocane şi grătare. 14
IV. 3. Uscătoare cu tambur rotativ Întrucât zgura necesară pentru ciment soseşte în fabrică umed este necesară uscare uscareaa ei. Aceast Aceastaa este este asigur asigurată ată de uscăto uscătoare are rotati rotative ve cu capaci capacita tate te de 2-15 2-15 t/h. t/h. Desprăfuirea acestora e asigurată de cicloane.
IV. 4. Poduri Poduri rulante şi excavator cu rotor rotor Sunt utilaje ce asigură un proces discontinii cel mai des folosite în haldele de materi materiale ale în indust industria ria silic silicaţi aţilor lor.. Se caract caracteri erize zează ază prin prin aceea aceea că exerci exercită tă 3 mişcă mişcări ri perpendiculare între ele: ele: 15 - mişcarea de ridicare a sarcinii 16 - mişc mişcar area ea de tran transl slaţ aţie ie a căru căruci cior orul ului ui pe po podd rula rulant nt 17 - mişc mişcar area ea po podu dulu luii rula rulant nt de-a de-a lung lungul ul hale haleii .
IV. 5. Mori cu bile Mărunţirea materialului în morile cu bile se realizează prin efectul combinat de lovire şi frecare a unor corpuri de măcinare libere. Aceste mori se compun dintr-un tambur cilindric care se roteşte în jurul axului său orizontal. Tamburul este din tole de oţel şi este închis la ambele capete cu fundul in oţel turnat. Materialul este introdus la un capăt al morii prin fusul tubular şi evacuat prin fusul tubular din capătul opus. Tamburul e căptuşit în interior cu plăci de blindaj.
IV. 6. Silozuri de omogenizare
11
În orice orice fabric fabricii mod modern ernee de ciment ciment care care funcţi funcţione oneaz azăă dup dupăă proced procedeul eul uscat, uscat, omogenizarea se impune din ce în ce mai mult. Metoda de omogenizare folosită este metoda metoda sfertu sferturil rilor. or. Aceast Aceastăă metodă metodă presupu presupune ne constr construir uirea ea uno unorr compar compartim timent entee de omogenizare deasupra silozurilor de depozitare a făinii brute. La fiecare siloz sunt câte 2 bunchere de omogenizare. Silozurile de omogenizare se construiesc din tablă de oţel pentru capacităţi mici, sau din beton armat. La toate tipu tipuri rile le de siloz silozur urii de om omog ogen eniz izar aree pn pneu euma mati tică că,, fund fundul ul este este prev prevăz ăzut ut cu plăc plăcii de fluidizare, realizate dintr-un material ceramic sau metal sinterizat prin care este insuflat aer cu debit care să producă fluidizarea parţială a făinii. Procedeul Fũller (al sferturilor) se caracterizează prin aceea că fundul silozului este împărţit în 4 sectoare egale. După umplerea silozului se insuflă aer cu presiune. Făina brută capătă o mişcare de rotaţie atât pe verticală, cât şi pe orizontală, realizându-se astfel omogenizarea ei. Sectoarele active se schimbă pe rând după un anumit timp (10-15 minute). La sfârşitul acestui ciclu făina este omogenizată.
IV. 7. Cuptorul rotativ Cuptor Cuptorul ul cu tambur tambur rotati rotativv cu funcţi funcţiona onare re contin continuă uă este este format format dintrdintr-un un tub cilindric din tablă de oţel care se roteşte încet în jurul axei sale şi ş i este uşor înclinat faţă de planul orizontal.
IV. 8. Răcitor grătar Clincherul iese din cuptor la temperatura de aproximativ 1350 oC. Din această cauză se impune folosirea răcitorului grătar care reduce temperatura clincherului până la aproximativ 200oC. Răcirea clincherului se realizează în etape cu ajutorul mai multor curenţi de aer produşi de un ventilator. Răcitorul grătar format din plăci perforate din oţel refractar are un rând de plăci fVIIIe, urmat de un rând de plăci legate de o bară metalică acţionată de un mecanism bielă-manivelă cu 4-18 rotaţii/minut.
IV. 9. Mori de ciment Măcinarea clincherului şi a ghipsului, pentru obţinerea cimentului, se realizează în mori tubulare cu bile. Această moară este prevăzută cu 3 camere. Peretele dintre camerele I-II este dublu, în camera I segmenţii sunt perforaţi, camera II care sunt prinşi de un disc de oţel pe care sunt sudate palete de preluare a cimentului. Peretele dintre camerele II-III este format din segmenţi perforaţi.
IV. 10. Silozuri de ciment
12
După măcinare cimentul se transportă pentru depozitare în silozuri. Aici are loc păstrarea acestuia până la momentul livrării, sau până la transportul la maşini de însăcuit. În timpul însilozării cimentul se răceşte şi are loc stingerea calcei libere care mai există necombinată. Pentru a evita hidratarea cimentului silozurile trebuie să fie ermetic închise şi bine izolate. Pentru a împiedica aglomerarea şi pentru o evacuare normală este necesară să se efectueze o afânare în partea inferioare a silozurile ceea ce se realizează prin insuflare de aer prin plăcile poroase de la bază. Cimentul este depozitat în silozuri pe sortimente.
IV. 11. Maşini de însăcuit Masinile de insacuit circulare pot functiona cu 4,5,6,10,12,14 guri de insacuire ; o masina cu 12 guri de insacuire impacheteaza 90 t ciment/ora, una cu 14 guri de insacuire, impacheteaza pina la 120 t ciment/ora. Capacitatea unui sac este de 50 kg. livrarea in saci este mai putin economica, ca urmare a costului sacilor, a manoperei si instalatiilor afe ctate acestei operatii. Costul sacilor, de exemplu, reprezinta in tara noastra 5 – 6% din costul total ( in alte tari acest scop ajunge pina la 20% ). Livrarea in vrac este mai economica si este indicate sa se faca pentru marii consumatori. Se folosesc pe scara din ce in ce mai mare conteinere de diverse tipuri si recipient pneumatic montate pe vagoane sau autocamioane. In schema nr.2 se reprezinta schematic un recipient pneumatic. Utilizarea sa se bazeaza pe aceea ca, prin admisia aerului sub presiune, cimentul este adus intr-o stare asemanatoare unui lichid si , ca urmare, poate curge prin conducte, golind cu usurinta recipientul. In acest mod, operatia poate avea un inalt grad de mecanizare. Pe plan mondial se extinde folosirea conteinerelor din material plastic, care se pliaza si rezista la ploaie, ploaie, caldura, insecte. insecte. Aceste Aceste metode modern modern conduc la o ieftinire ieftinire a costului costului de livrare livrare – in raport raport cu livrarea in saci – cu 35 – 50%. Economiile realizate se explica prin elimenarea folosirii saci sacilo lorr si a ma masi sini nilo lorr de insa insacu cuit it cu ma mano nope pera ra core corespu spunz nzat atoa oare re,, prin prin elim elimen enar area ea pierderilor de ciment ( de la 15% la livrarea obisnuita obisnuita in vagoane si 4% la livrarea in saci, se ajunge ajunge la aproxi aproximat mativ iv 0,5% 0,5% in cazul cazul utiliz utilizari ariii contei conteiner nerelo elorr ), prin prin posibil posibilita itatea tea realizarii transportului rutier rutier cu garniture special ( se reduc cheltuielile cheltuielile effectuate effectuate in acest sens cu aproximativ 35% ), prin mecanizarea complete a operatiei.
V. Caracterizarea materilor prime:
13
Materiile prime utilizate în scopul obţinerii cimentului sunt: calcarul, argila, marnele, zgura, ghipsul şi cenuşa de pirită. carbonatată, de V. 1. Calcarul: sau piatra de var este o rocă monominerală, carbonatată, culoare albă, cenuşie sau galbenă, alcătuită predominant din carbonat de calciu, ajungând până la 99%, conţinutul minim minim fiind de 70%. Mineralele Mineralele componente, calcitul calcitul şi aragonitul, ambele au formula chimică CaCO 3. Calcarele sunt roci sedimentare organogene, de precipitaţie chimică sau biochimică. Mineralele care mai pot să fie prezente în proporţii foarte foarte variabile sunt argilele, argilele, dolomitul, cuarţul, cuarţul, ghipsul şi alte minerale. Calcarul care conţine un procent ridicat de argile este numit mergel. La un anumit conţinut de argilă se poate folosi pentru obţinerea cimenturilor. Pentru fabricarea acestuia cele mai nedorite impurităţi sunt cuarţul şi feldspatul. Calcarul compact cu granule fine este principala principala materie primă pentru obţinerea lianţilor, lianţilor, dar se utilizează şi calcarul olitic, creta şi tuful calcaros. Calcarele, în funcţie de impurităţi, au densitatea cuprinsă între 2,40-2,80 g/m 3. Rezistenţa calcarelor este cuprinsă între 50-1500 N/cm 2. Datorită compactităţii lor, calcarele nu reţin mai mult de 5% apă, ca urmare, prin uscare şi umezire, calcarele nu îşi schimbă volumul şi deci nu apar nici tensiuni interne în timpul uscării. Calcarul prezintă rezistenţa la îngheţ-dezgheţ, iar dacă conţine mai mult de 3% argilă, stabilitatea la ger şi apă scade puternic.
.
s uprafata V. 2. Argila :sunt unele dintre cele mai răspândite roci de pe suprafata pamantului, fiind roci sedimentare sedimentare cu structura foarte foarte fina, cu granule mai mici de 0.002 mm, alcatuite dintr-un amestec complex de minerale argiloase: caolinit, illit, 14
montmorillonit, etc. Acestea sunt silicati de aluminiu sau de magneziu hidratati, realizati din alterarea feldspatilor si a altor silicati. Acestora li se adauga muscovit, feldspati, minerale grele (zircon, ilmenit, rutil, magnetit, granati, etc), fragmente de cochilii precum si alte minerale diagenetice ca sulfuri, glauconit, calcit, apoi particule foarte fine de minerale nealterate provenite din roca initiala, din complexe coloidale silicatate, hidratate, precum si din resturi de substante organice. Argilele sunt roci sedimentare cu plasticitate ridicată, porozitate şi capacitate de absorţie mare, de obicei impermeabile. Argilele sunt masive sau stratificate şi în funcţie de compoziţie, foarte divers colorate: alb cenusiu, negru, roşcat, brun etc.. Argilele se clasifică după criterii mineralogice (argile oligomictice monominerale; caolin, argile smectitice etc. sau argile polimictice), structurale şi texturale, industriale (argile reziduale, argile sedimentare, argile de neoformaţie).
V. 3. Marnele: sunt roci tranziţie între argilă şi calcar , conţinând carbonat de calciu şi hidrosilicaţi de aluminiu în diferite proporţii. Au structuri variabile de la compactă şi dură până la friabilă. Umiditatea variază de la câteva procente până la 20% în funcţie de compoziţie. Fiind roci argilocalcaroase argilocalcaroase se utilizează în fabricarea cimenturilor Portland de diferite tipuri. V. 4. Zgura: este un subprodus industrial rezultat din procesul tehnologic de obţinerea a fontei în combinatele siderurgice. Este un reziduu, amestec de silicaţi, aluminaţi, şi aluminosilicaţi rezultat în procesul de extragere a metalelor din mindereuri sau la topirea metalelor. Zgurile se caracterizează printr-o compoziţieoxidică complexă, 15
alături de oxizii principali, CaO, MgO, Al 2O3, SiO2, conţinând cantităţi mici de MnO, Ti2O, P2O5, etc. Topiturile de zguri de furnal constă dintr-un amestec de silicaţi, aluminaţi şi silico-aluminaţi de calciu, magneziu şi în cantităţi mici, de fier, mangan, titan, dar şi sulfuri, fosfaţi şi fosfosilicaţi. Zgura răcită brusc poate fi granulată, expandată şi ca vată minerală, conţinând o cantitate importantă de fază vitroasă chiar când sunt bazice, măcinându-se relativ uşor. Zgura granulată şi expandată este folosită ca adaos la producerea cimentului, cimentului, pentru a reduce consumul de clincher clincher portland a cărui cărui producţie este mare consumatoare de energie.
V. 5. Ghipsul: utilizat în scopul reglării timpului de priză, este un mineral incolor, cu forme intermediare de culoare, până la alb, având formula chimică: CaSO4.2H2O. Această rocă sedimentară de precipitaţie, sulfat natural hidratat de calciu conţine 32,5% oxid de calciu, 46,6% oxid de siliciu şi 20,9% apă. Se găseşte în natură sub formă de ghips zaharoid, foarte curat, dar de cele mai multe ori amestecat cu diferite impurităţi: argilă, nisip cuarţos, calcar, materii organice, etc. Prin calcinare pierde apa de cristalizare; pulberea obţinută absoarbe din nou apă, solidificându-se. Prin încălzirea, pierde o parte din apa de cristalizare cristalizare formându-se formându-se un semihidrat cu formula chimică: chimică: CaSO4.1/2H2O. Prin pierderea în continuare a apei de cristalizare se formează sulfatul anhidru de calciu, CaSO 4. Reţeau cristalină a CaSO 4.2H2O este format din straturi de anioni SO42- şi cationi Ca 2+,constituind pachete legate între ele prin molecule de apă. Ca materie primă pentru obţinerea unor lianţi, ca adaosuri mineralizatoare sau activatoare a întăririi se foloseşte şi anhidritul natural.
V. 6. Cenuşă de pirită: este un adaos de corecţie, utilizat în scopul corecţiei conţinutului în Fe2O3 şi este un reziduu la arderea piritelor în industria acidului sulfuric. Având un conţinut ridicat de Fe 2O3 realizează o corecţie eficientă a amestecului brut pentru obţinerea clincherului. clincherului. Un exemplu de compoziţie compoziţie chimică de cenuşă cenuşă de pirită ar fi: Fe2O3 67-68%, Al2O3 4-5%, SiO2 15-16%, CaO 2,5-3%, în cantităţi mai mici sulf, alcalii, MgO şi pierderi la calcinare. V. 7 . Clinche Cl incher: r: Produs intermediar obţinut la fabricarea cimenturilor prin încălzirea materiei prime până aproape de temperatura de vitrifiere şi prin transformarea ei într-o masă compactă şi dură.
16
prin măcinarea măcinarea clincherului cu ghips, V. 8. Cimenturi Cimen turile le cu adaos ad aos se obţin prin adaosuri cimentoide, puzzolanice sau inerte, in cantităţi de 6 - 65% şi ş i eventual aditivi. Adaosurile utilizate pot fi roci sau produse secundare industriale, influenţa acestor adaosuri asupra proprietăţilor cimentuiui, creşte cu mărirea conţinutului de adaos. V. 8. 1. Adaosurile cimentoide sunt materiale care în stare fin măcinată se intăresc lent în prezenţa apei; întărirea lor este accelerată de prezenţa hidroxidului de calciu. Din această categorie fac parte: zgura granulată de furnal şi unele cenuşi bazice de termocentrală. Adaosurile cimentoide: •
măresc necesarul de apă pentru prepararea pastei de consistenţă standard;
•
măresc tendinţa de separare a apei;
•
reduc rata de creştere a rezistenţelor mecanice;
•
micşorează rezistenţa la îngheţ-dezgheţ repetat;
cresc rezistenţa la acţiuni corozive. V. 8. 2. Adaosurile puzzolanice sunt materiale care în stare fin măcinată nu se întăresc decât în prezenţa apei şi a hidroxidului de calciu. Din această categorie fac parte tufurile vulcanice pulverulente (puzzolane) sau măcinate (trass), diatomitele, bauxita calcinată, argila calcinată, cenuşile de termocentrală. În general îmbunătăţesc rezistenţa la coroziune, dar reduc rezistenţa la ingheţdezgheţ repetat. V. 8. 3. Adaosu Ada osurile rile inerte in erte sunt materiale care, în principiu, nu modifică procesele de hidratare-hidrolfză hidratare-hidrolfză ale cimentului; cimentului; sunt utilizate pentru pentru reducerea oreţului de de cost al cimentului sau pentru îmbunătăţirea unor proprietăţi ale acestuia. Ca adaosuri inerte sunt utilizate nisipul, calcarul sau calcarul dolomitic. VI. Calcul reţetei pentru amestecul brut de clincher. •
Amestecul brut se calculează din trei compuşi. Se ia în consideraţie valoarea gradului de saturare S k şi valoarea modulului de silice M Si. 17
CaO%
S k =
M Si
2,8 ⋅ SiO2 % + 1,18 ⋅ Al 2O3 % + 0,65 ⋅ Fe2O3 % ; S k = 0,98 =
M Al =
% SiO2 % Al 2O3 + % Fe2O3 ; M Si
=
2,2
% Al 2O3 % Fe2O3
1 p calcar................................x părţi argilă....................................y părţi cenuşă de pirită C 0
=
C 1 + xC 2 + yC 3
1 + x + y
S 0
=
S 1 + xS 2 + yS 3
A0
1 + x + y
=
A1 + xA2 + yA3
1 + x + y
F 0
=
F 1 + xF 2 + yF 3
1 + x + y
Tabel.VI. Tabel.VI. 1. Compoziţia procentuală a materiilor prime: Materii Calcar Argilă Cenuşă de pirită Zgură Ghips
CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 55,5 0,41 0,35 0,07 7,29 57,12 15,9 5,58 2,80 3,24 5,04 86,22 43,5 40,5 5,25 3,86 31,68 2,22 0,41 0,07
MgO alcalii SO 3 PC 0,01 0,11 43,5 2,00 0,21 1,20 10,50 0,80 1,85 2,10 5,3 44,76 20,86
W 3 12 2 0,5 5
Σ 99,95 101,20 102,05 98,41 1 00
Tabel VI. 2. Compoziţia procentuală în oxizi a materiilor prime: Materii Calcar Argilă Cenuşă de pirită Zgură Ghips
C aO 98,32 8,27 2,80 44,20 92,15
SiO2 0,72 64,84 3,24 41,15 6,46
Al2O3 0,62 18,05 5,04 5,34 1,19
Fe2O3 0,12 6,33 86,26 3,92 0,20
MgO 0,02 2,27 0,80 5,39 -
alcalii 0,20 0,24 1,85 -
C0= conţinutul % în CaO în amestecul brut C1= conţinutul % în CaO al calcarului C2= conţinutul % în CaO al argilei C3= conţinutul % în CaO al cenuşii Pentru Al0, S0, Fe0 avem. 0,98 =
C 1 + xC 2 + yC 3
2,8S 1 + 2,8 xS 2 + 2,8 yS 3 + 1,8 A1 + 1,8 xA2 + 1,8 yA3 + 0,65 F 1 + 0,65 xF 2 + 0,65 yF 3 18
Σ 10 0 10 0 1 00 1 00 100
2,2 =
S 1 + xS 2 + yS 3 A1 + xA2 + yA3 + F 1 + xF 2 + yF 3
C 1 + xC 2 + yC 3
=
S 1 + xS 2 + yS 3
2,744 S 1 + 2,744 xS 2 + 2,744 yS 3 + 1,156 A1 + 1,156 xA2 + 1,156 yA3 + 0,637 F 1 + 0,637 xF 2 + 0,637 yF 3
=
2,2 A1 + 2,2 xA2 + 2,2 yA3 + 2,2 F 1 + 2,2 xF 2 + 2,2 yF 3
x (2,744 S 2 + 1,156 A2 + 0,637 F 2 − C 2 ) + y ( 2,744 S 3 + 1,156 A3 + 0,637 F 3 − C 3 ) = C 1 − 2,744 S 1 − 1,156 A1 − 0,637 F 1
x (2,2 A2 + 2,2 F 2 − S 2 ) + y ( 2,2 A3 + 2,2 F 3 − S 3 ) = S 1 − 2,2 A1 − 2,2F 1 x( 2,744 ⋅ 64,84 + 1,156 ⋅18,05 + 0,637 ⋅ 6,33 − 8,27) + y ( 2,744 ⋅ 3,24 + 1,156 ⋅ 5,04 + 0,637 ⋅ 86,26 − 2,80) = 98,32 − 2,744 ⋅ 0,72 − 1,156 ⋅ 0,62 − 0,637 ⋅ 0,12
x (2,2 ⋅18,05 + 2,2 ⋅ 6,33 − 64,84) + y ( 2,2 ⋅ 5,04 + 2,2 ⋅ 86,26 − 3,24) =
0,72 − 2,2 ⋅ 0,62 − 2,2 ⋅ 0,12 194,549 x + 66,864 y = 95,551 − 11, 204 x + 197,62 y = −0,908 2,036 x + 0,7 y = 1 12,34 x − 217,64 y = 1 x =
1 − 0,7 y 2,036
12,34 − 8,638 y =1 2,036 − 217,64 y 12,34 − 8,638 y − 443,115 y = 2,036
y=0,0228 → x=0,4833 1,5061 părţi am....................1 calcar...................0,4833 argilă..................0,0228 cenuşă 100%....................................k..............................l.....................................m k = 66,40% calcar l = 32,09% argilă m = 1,51% cenuşă de pirită
19
VII. Calcul compoziţiei oxidice a clincherului VII. 1. Conţinutul procentual procentual în CaO în amestecul brut C 1 + xC 2
+
yC 3
C 0
=
C 0
=
98,32 + 8,27 x + 2,80 y 1 + x + y
C 0
=
67,97%CaO
1 + x + y =
98,32 + 8,27 ⋅ 0,4833 + 2,80 ⋅ 0,0228 1,5061
=
67,97
=
21,33
=
6,28
VII. 2. Conţinutul procentual procentual în SiO 2 în amestecul brut brut S 1 + xS 2
+
yS 3
S 0
=
S 0
=
0,72 + 64,84 x + 3,24 y 1 + x + y
S 0
=
21,33%SiO2
1 + x + y =
0,72 + 64,84 ⋅ 0,4833 + 3,24 ⋅ 0,0228 1,5061
VII. 3. Conţinutul procentual în Al 2O3 în amestecul brut brut A1 + xA2
+
yA3
A0
=
A0
=
0,62 + 18,05 x + 5,04 y 1 + x + y
A0
=
6,28% Al 2 O3
1 + x + y =
0,62 + 18,05 ⋅ 0,4833 + 5,04 ⋅ 0,0228 1,5061
VII. 4. Conţinutul procentual în Fe 2O3 în amestecul brut brut F 0
=
F 1 + xF 2
+
yF 3
1 + x + y
20
F 0
=
0,12 + 6,33 x + 86,26 y 1 + x + y
F 0
=
3,42% Fe2 O3
=
0,12 + 6,33 ⋅ 0,4833 + 86,26 ⋅ 0,0228 = 3, 42 1,5061
VII. 5. Conţinutul procentual procentual în MgO în amestecul brut M 1 + xM 2
+
yM 3
M 0
=
M 0
=
0,02 + 2,27 x + 0,80 y 1 + x + y
M 0
=
0,75% MgO
1 + x + y =
0,02 + 2,27 ⋅ 0,4833 + 0,80 ⋅ 0,0228 1,5061
=
0,75
VII. 6. Conţinutul procentual procentual în alcalii în amestecul brut 0,20 + 0,24 ⋅ 0,4833 + 1,85 ⋅ 0,0228 1,5061
=
0,24%
Tabel. VII. 1. Compoziţia oxidică a clincherului: Oxid %
CaO 67,97
SiO2 21,33
Al2O3 6,28
Fe2O3 3,42
MgO 0,75
alcalii 0,24
Σ 1 00
VIII. Calculul modulilor clincherului şi reprezentarea reprezentarea grafică: Exprimarea modulară a compoziţiei oxodice determină avantaje în generalizarea rezultatelor cercetărilor, în calculul compoziţiei amestecului brut. Modularea este strâns legată de compoziţia mineralogică a clincherului de sistemele de echilibru termic. Sistemul de modulare este cel care ia în considerare gradul de saturare în oxid de calciu, modulul de silice si modulul de alumina . VIII. 1. Gradul de saturare în oxid de calciu : reprezintă raportul dintre oxidul de
calciu existent în sistem şi cantitatea maximă de oxid de calciu necesar saturării oxizilor acizi. Pentru a nu prezenta inconstanţă de volum, clincherele tehnice au, de obicei, un conţinut de CaO mai mic decât cel necesar saturării oxizilor acizi. S k
=
%CaO 2,8%SiO2 + 1,18% Al 2 O3 + 0,65% Fe2 O3
S k
21
=
0,98
Calcea standard: K=98% VIII. 2. Modulul de silice: M Si
=
%Si 2 O % Al 2 O3 + % Fe2 O3
M Si
=
2,2
VIII. 3. Modulul de alumină: reprezintă raportul dintre alumina si oxidul feric. % Al 2 O3 M Al = % Fe2 O3
Daca raportul dintre alumina si oxidul feric este echimolar atunci: MAl=102/160=0.64 M Al
=
1,83
Se observă că modulul de alumină este mai mare decât 0.64 ceea ce înseamnă că clincherele fac parte din subsistemul subs istemul de cristalizare: 3CaO.SiO2 – 2CaO.SiO2 – 4CaO.Al2O3.Fe2O3 – 3CaO.Al2O3
VIII. 4. Clasificarea modulară a cimenturilor Portland:
22
MSi
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0
1
2
3
4
5
6 MAl
Portland normal
Alumino portland
Silico portland
Fero portland
IX. Locul clincherului de ciment Portland în diagrama cuaternară: O primă delimitare a zonei caracteristice clincherului de ciment Portland din sistemul cuaternar CaO – Al2O3 – Fe2O3 – SiO2 este dată de sistemul CaO-2CaO·SiO2-12CaO·7Al2O3-2CaO·Fe2O3 care cuprinde toţi compuşi mineralogici corespunzători clincherului. Un interes particular pentru chimia cimentului portland îl prezintă sistemele sistemele binare: CaO – SiO SiO 2, CaO – Al2O3, CaO – Fe2O3 şi sitemul ternar CaO – Al2O3 – SiO2. Sistemul CaO – SiO 2: În acest sistem binar se formează 4 componenţi: meta-silicatul de calciu (wollastonitul)- CS, pirosilicatul de calciu (rankinit)-C 3S2 ,orto-silicatul de calciu –C 2S, silicatul tricalcic –C 3S. Doi dintre aceşti aceşti compuşi se topesc incongruent - C3S2 şi C3S. Sistemul CaO – Al2O3: Se caracterizează prin existenţa unui număr mare de componenţi, ceea ce imprimă un caracter complex. Se cunosc 5 compuşi: aluminatul tricalcic (C 3A), trialuminatul pentacalcic (C5A3 sau C12A7), aluminatul monocalcic (CA), dialuminatul monocalcic 23
(CA2) şi hexaaluminatul monocalcic (CA 6); ultimul compus, ca şi C 3A se topeşte incongruent. Sistemul CaO – Fe 2O3: În acest sistem se cunosc trei compuşi binari: feritul bicalcic (C 2F)- caracteristic clincherelor de ciment Portland, feritul monocalcic (CF) şi diferitul monocalcic (CF 2). Existenţa acestuia din urmă este mai greu de pus în evidenţă deoarece, în acest domeniu, au loc schimbări de valenţă ale fierului, ceea ce determină modificări în relaţiile de echilibru termic ce se stabilesc. Sistemul CaO – Al2O3 – SiO2: Prezintă cel mai mare interes pentru chimia cimentului Portland, lianţ al cărui conţinut în silicaţi şi aluminaţi de calciu depăşeşte de obicei 85-90%, pentru cimenturile albe, la 97-98%. În sistemul SiO 2 – Al2O3 – CaO, în afara silicaţilor şi aluminaţilor de calciu despre care s-a vorbit în paragrafele anterioare se remarcă compusul binar incongruent A 3S2 (mulit), cum şi compuşii ternari: CAS 2 (anortitul) care cristalizează în sistemul triclinic şi se topeşte incongruent la 1550˚C; C 2AS (ghehlenitul), compus congruent cu punct de topire 1590˚C, care cristalizează în forme cristaline pătratice; C 2AS2 (granatul), incongruent în stare solidă, cristalizează cubic; C 3AS (aluminosilicatul tricalcic), incongruent în stare solidă, cristalizează sub forme de fibre. Locul cimenturilor Portland tehnice este delimitat de planul caracterizat de M SI=4 care dă limita cimenturilor normal vitrifiabile şi planul M SI=1.5 (pentru cimenturi feroportland MSI poate fi egal cu 1), care separă cimenturile cu priza normală de cele cu priza rapidă. Ţinand seama seama şi de faptul că gradul de saturare trebuie sa fie mai mai mic decât 1, pentru a evita existenta calciei libere se ajung la circumscrierea relativ exacta a domeniului clincherului Portland normal vitrifiabil.
C2F 24
C4AF C2S C3S
C aO
C5A3
C3A
Fig.X.1. Subsistemul cuaternar
C 3 S − C 2 S − C 3 A − C 4 AF
.
X. Calculul compoziţiei mineralogice a clincherului clincherului Presupunem clincherul plasat în subsistemul de echilibru termic C 3 S − C 2 S − C 3 A − C 4 AF , vom avea următoarea compoziţie mineralogică:
X. 1. Conţinutul procentual de
C 4 AF în
clincher:
C 4 AF conţine întreaga cantitate de Fe2 O3 .
1 parte Fe2 O3 leagă………..0,64 părţi Al O ……………1,4 părţi 2
Al 2O3 Fe2O3
=
102 = 0,64 159
4CaO Fe2 O3
=
3
4 ⋅ 56 = 1, 4 159 25
CaO
Se poate exprima cantitatea de
C 4 AF în funcţie de Fe2 O3
%C 4 AF = 3,04 ⋅ % Fe2 O3 %C 4 AF = 3,04 ⋅ 3,42 = 10,39
C 4 AF = 10,39%
X. 2. Conţinutul procentual de C 3 A
C 3 A
conţine restul de alumină nelegată în dată de % Al O - 0,64 % Fe2 O3 . 2
prin:
în clincher:
C 4 AF . Cantitatea de alumină din C 3 A
este
3
% Al O - 0,64 % Fe2 O3 leagă………………………1,65 părţi CaO 2
3CaO Al 2 O3
3
=
3 ⋅ 56 = 1,65 102
3CaO Fe2 O3
=
3 ⋅ 56 = 1,05 159
%C 3 A = % Al 2 O3 − 0,64% Fe2 O3 + 1,65% Al 2 O3 − 1,05% Fe2 O3 %C 3 A = 2,65% Al 2 O3 − 1,69% Fe2 O3 %C 3 A = 2,65 ⋅ 6,28 − 1,69 ⋅ 3,42 = 10,86
C 3 A = 10,86%
X. 3. Conţinutul procentual de C 3 S şi C 2 S conţin tot Si2 O
în
C 3 A
şi
%CaOrőőma
şi restul de
C 3 S
şi
CaO
C 2 S
nelegat în
C 3 A
)(% Al 2 O3
0,64% Fe2 O3 )
C 4 AF . Pentru CaO nelegat
putem scrie: 4 ⋅ 56
%CaOrőőma
=
%CaO − (1,65% Al 2 O3
%CaOrőőma
=
67,97 − (1,65 ⋅ 6,28 + 0,35 ⋅ 3,42) = 56,41
159
)% Fe2 O3
−
(
3 ⋅ 56
%CaO − (
102
sau
=
şi
C 4 AF
=
%SiO2
în clincher:
+
0,35% Fe2 O3 )
60 60 ⋅ %C 3 S + ⋅ %C 2 S 228 172
26
−
%CaO − (1,65% Al 2 O3 + 0,35% Fe2 O3 ) =
168 112 ⋅ %C 3 S + ⋅ %C 2 S 228 172
21,33 = 0,26%C 3 S + 0,35%C 2 S 56,41 = 0,73%C 3 S + 0,65%C 2 S %C 3 S = 4,07%CaO − 7,60% SiO2 − 6,72% Al 2 O3 − 1,42% Fe2 O3 %C 2 S = 8,60% SiO2 + 5,06% Al 2 O3 + 1,07% Fe2 O3 − 3,05%CaO %C 3 S = 4,07 ⋅ 67,98 − 7,60 ⋅ 21,33 − 6,72 ⋅ 6,28 − 1,42 ⋅ 3,42 = 67,51 %C 2 S = 8,60 ⋅ 21,33 + 5,06 ⋅ 6,28 + 1,07 ⋅ 3,42 − 3,05 ⋅ 67,98 = 11,53 C 3 S = 67,51% C 2 S = 11,53%
Tabel.X.1. Compoziţia mineralogică a clincherului după adusă la 100: mineral %
C 3 S
C 2 S
C 3 A
C 4 AF
67,31
11,50
10,83
10,36
XI. Calculul compoziţiei oxidice a cimentului cimentului Compoziţia oxidică a cimentului se calculează prin adăugarea de oxizi aduşi de zgură şi de ghips la cantităţile de oxizi din clincher, ştiind că cimentul conţine 13% zgură, 5%ghips, respectiv 82% clincher.
XI. 1. Conţinutul procentual de
CaO
în ciment:
SiO2
în ciment:
0,82 ⋅ 67,97 = 55,73% CaO zgurő = 0,13 ⋅ 44,20 = 5,746% CaO ghips = 0,05 ⋅ 92,15 = 4,61% CaOclincher
CaOcim
=
=
66,0914%CaO
XI. 2. Conţinutul procentual de
27
0,82 ⋅ 21,33 = 17,4906% SiO2 zgurő = 0,13 ⋅ 41,15 = 5,35% SiO2 clincher SiO2 ghips SiO2 cim
=
0,05 ⋅ 6,46 = 0,32%
=
23,1606%SiO2
=
XI. 3. Conţinutul procentual de
Al 2 O3
în ciment:
0,82 ⋅ 6,28 = 5,1496% Al 2 O3 zgurő = 0,13 ⋅ 5,34 = 0,69% Al 2 O3 clincher Al 2 O3 ghips Al 2 O3 cim
=
=
0,05 ⋅ 1,19 = 0,06%
5,8996% Al 2 O3
=
XI. 4. Conţinutul procentual de Fe2 O3 în ciment: 0,82 ⋅ 3,42 = 2,8044% Fe2 O3 zgurő = 0,13 ⋅ 3,92 = 0,51% Fe2 O3 clincher Fe2 O3 ghips Fe2 O3 cim
=
=
=
0,05 ⋅ 0,20 = 0,01%
3,3244% Fe2 O3
XI. 5. Conţinutul procentual de MgO în ciment: 0,82 ⋅ 0,75 = 0,615% MgO zgurő = 0,13 ⋅ 5,39 = 0,7% MgOclincher
MgOcim
=
=
1,315% MgO
XI. 6. Conţinutul procentual de alcalii în ciment: 0,82 ⋅ 0,24 = 0,1968% alcalii din clincher
Tabel.XI.1. Compoziţia oxidică a cimentului: cimentului:
28
oxid % %
CaO
SiO2
Al 2 O3
Fe2 O3
MgO
66,0914 66,1
23,1606 23,16
5,8996 5,9
3,324 3,324
1,315 1,315
alcalii 0,1968 0,1968
Σ 99,98 1 00
XII. Corectarea amestecului brut: Amestecul brut, aşa cum iese din moară, nu are o compoziţie chimică constantă datorită faptului că materiile prime au o compoziţie chimică variabilă, rezultata din neuniformităţile din frontul de exploatare al carierei. De aceea se impune că înainte de a fi introdus în cuptor, amestecul brut să fie supus următoarelor operaţii: depozitare, omogenizare, controlul calităţii, corectare, omogenizare si controlul calităţii. Verificare omogenităţii se face prin determinarea titrului sau a analizei chimice. Prin titru se inţelege conţinutul procentual de CaCO 3. Corectarea după titru (T) presupune determinarea raportului în care trebuie să se amestece două fluxuri de făină brută, cunoscându-se titrul pentru ambele fluxuri.[5] Pentru a obţine un amestec cu un titru impus se scriu două ecuaţii de bilanţ: A+B=C aA +bB =cC aA+bB=c(A+B) aA+bB=cA+cB A(a-c)=B(c-b) A/B=(c-b)/(a-c) A= masa amestecului brut (1) cu titrul T 1; B= masa amestecului brut (2) cu titrul T 2; C= masa amestecului brut final (3) cu titrul T 3 pe care dorim să-l obţinem; a,b,c= titrurile celor trei amestecuri Corectarea după moduli (M): impune cunoaşterea compoziţiei oxidice a amestecurilor cu care se lucrează. Se notează cu A, B amestecurile brute care se amestecă; a 1, a2 conţinutul in Al 2O3 al amestecului A,B; f 1, f 2 conţinutul in Fe 2O3 al amestecului A,B; s1, s2 conţinutul in SiO 2 al amestecului A,B. Dacă se cunoaşte MAl: MAl=%Al2O3 / %Fe2O3 MAl=[(a1A+a2B)/(f 1A+f 2B)]:B MAl=(a1A/B+a2)/(f 1A/B+f 2) => MAl ∙f 1A/B + MAl ∙f 2 = a1A/B+a2 A/B = (a2-MAl∙f 2)/( MAl∙f 1-a1) Dacă se cunoaşte MSi: MSi= (s1A+s2B)/(a1A+a2B+f 1A+f 2B) =>A/B= [(MSi(a2+f 2)-a2] / [s1-MSi(a1+f 1)]
XIII. Calculul consumului specific de materii prime
29
XIII.1. XIII.1. Consumul Consumul specific specific de calcar: calcar: Csc= 63,224/66,66= 0,948
XIII.2. XIII.2. Consumul Consumul specific specific de argilă: argilă: Csa= 30,702/66,66= 0,46
XIII.3. Consumul specific de cenuşă de pirită: pirită: Cscp= 1,42 ,423/66,66= 0,0 0,0213
XIII.4. Consumul specific de ghips: Csg= 3,3735/66,66= 0,0506
XIII.5. Consumul specific de zgură: Csz= 9,9045/66,66= 0,14858
XIII.6. XIII.6. Consum Consumul ul speci specific fic de de apă: apă: Csa= 62,53/66,66= 0,9286
XIV. Protecţia mediului ambiant
30
Producerea cimentului implică riscuri de mediu, sociale s ociale si economice.
XV. Protecţia muncii La majoritatea uzinelor de ciment, echipate cu mecanizme grele si utilaje pentru extrag extragere ereaa si preluc prelucrar rarea ea materi materiei ei prime, prime, ardere ardereaa ameste amestecur curilo ilorr de materi materiii prime prime si macinarea clincherului, transportarea, depozitarea si descarcarea unui volum mare de material, numarul mare de motoare electrice o importanta mare la proiectarea uzinei si expluatar expluatarea ea ei, se acorda acorda masurilor masurilor de securitate securitate si conditiilor conditiilor bune de lucru. Tehnica securitatii trebuie sa corespunda normei respective: “ Regulile pentru tehnica securitatii si respectarea curateniei in cadrul uzinei de ciment “. Muncitorii care se angajeaza la uzina, inainte de a fi introdusi in cimpul de munca trebuie sa fie instruiti cu regulile de securitate. In fiecare simestru este necesar sa se petreaca instruirea si in fiecare an sa se repete instruirea cu regulile securitatii la locul de munca. La uzina de producere este foarte important de a ingradi partile miscatoare a mecanizmelor si motoarelor, de asemenea a utilajelor electrice, gropilor de descarcare, chepenguri etc. Motoarele si aparatele electrice trebuie de legat la pamint. Utilajele pentru producerea pulberelor de carbune trebuie sa lucreze in regim de descarcare. Temperature amestecului de aero-pulbere la iesirea din malaxoare nu trebuie sa depaseasca pentru carbune slab - 100 0C, pentru carbune din din regiunea sub Moscovei 0 0 80 C, sfredeliti – 70 C.
XIV. Bibliografie
31
Georgeta Cuculeanu, Virginia Ciobotaru–Tehnologii industriale şi de construcţii (biblioteca digitală) Literat,L. Gagea,F. Goga – Principii de calcul şi proiectare Teoreanu, D. Radu – Calcule de operaţii, Utilaje şi instalaţii termotehnologice termotehnologice din industria silicaţilor – probleme şi exemple de proiectare G.Gorciacov, I.Bajenov “ Materiale de constructie “ : Moscova 1986 A.Voljenschii “ Lianti minerali “ : Moscova 1986 “ Normele Normele tehnologice tehnologice de proiectare proiectare a uzinei de producere producere a cimentului prin metoda umeda “ , Ministerul materialelor de constructie : Leningrad 1986 C.Stanciu, C.Bocsan, V.Maximciuc “ Dictionar de constructii Rus-Roman”: redactia principal a enciclopediei, Chisinau 1991 http://facultate.regielive.ro/proiec http://facultate .regielive.ro/proiecte/stiinta_material te/stiinta_materialelor/linia_tehnologi elor/linia_tehnologica_de_fabr ca_de_fabr icare_a_cimentului_portland-68249.html http://www.twirpx.com/about/search/?searchid=139800&text= %D1%86%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82&rand=3325308 http://www.biblioteca-digitala.ase.ro/bibli http://www.biblioteca-di gitala.ase.ro/biblioteca/carte2.asp?id=45& oteca/carte2.asp?id=45&idb idb= =
32