無機非金屬材料工藝設計課程設計報告

1、-. z.合 肥 學 院HefeiUniversity無機非金屬材料工藝課程設計題 目：無機非金屬材料配料計算及制備工藝系 別：化學與材料工程系專 業(yè)：無機非金屬材料工程學 號：姓 名： 導 師： 2015年 1 月-. z.TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc24527 摘要 PAGEREF _Toc24527 1 HYPERLINK l _Toc11657 英文摘要 PAGEREF _Toc11657 3 HYPERLINK l _Toc4481 1、關于水泥 PAGEREF _Toc4481 4 HYPERLINK l _Toc8343 1.1中國水泥行業(yè)現狀 P

2、AGEREF _Toc8343 4 HYPERLINK l _Toc6920 1.1.1水泥產業(yè)在國民經濟中的地位 PAGEREF _Toc6920 4 HYPERLINK l _Toc27271 1.1.2水泥行業(yè)中的特點 PAGEREF _Toc27271 4 HYPERLINK l _Toc24006 1.1.3我國水泥行業(yè)的技術水平以及國內水泥工業(yè)概況與國外的差距 PAGEREF _Toc24006 5 HYPERLINK l _Toc17481 1.1.4水泥生態(tài)化與可持續(xù)開展 PAGEREF _Toc17481 6 HYPERLINK l _Toc24494 1.1.5過程控制自動

3、化及網絡技術方面 PAGEREF _Toc24494 6 HYPERLINK l _Toc12705 2、水泥類型 PAGEREF _Toc12705 7 HYPERLINK l _Toc23698 2.1水泥分類 PAGEREF _Toc23698 7 HYPERLINK l _Toc4558 2.1.1水泥按其主要水硬性物質名稱分為 PAGEREF _Toc4558 7 HYPERLINK l _Toc18079 2.1.2水泥按主要技術特性分為 PAGEREF _Toc18079 7 HYPERLINK l _Toc1675 2.1.3水泥按用途及性能分為 PAGEREF _Toc167

4、5 7 HYPERLINK l _Toc22495 2.2硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 PAGEREF _Toc22495 8 HYPERLINK l _Toc27657 3、參數確實定 PAGEREF _Toc27657 8 HYPERLINK l _Toc9413 3.1熟料率值確實定 PAGEREF _Toc9413 8 HYPERLINK l _Toc12758 3.2、進展配料計算； PAGEREF _Toc12758 8 HYPERLINK l _Toc24580 4全廠水泥工藝流程確實定 PAGEREF _Toc24580 12 HYPERLINK l _Toc9158 4.1石灰石

5、、煤的預均化措施 PAGEREF _Toc9158 12 HYPERLINK l _Toc16968 4.2生料制備系統 PAGEREF _Toc16968 12 HYPERLINK l _Toc274844.3水泥制備方式確實定 PAGEREF _Toc27484 13 HYPERLINK l _Toc23687 4.4石灰石破碎使用設備 PAGEREF _Toc23687 13 HYPERLINK l _Toc5443 4.5石灰石預均化場的選擇 PAGEREF _Toc5443 14 HYPERLINK l _Toc4610 4.6粉磨物料設備的選擇 PAGEREF _Toc4610 1

6、4 HYPERLINK l _Toc989 4.7熟料燒成窯的選擇 PAGEREF _Toc989 14 HYPERLINK l _Toc7987 5.水泥工藝流程圖 PAGEREF _Toc7987 15 HYPERLINK l _Toc16111 6、總結 PAGEREF _Toc16111 17 HYPERLINK l _Toc32052 參考文獻 PAGEREF _Toc32052 17摘要：用怎么樣的工藝流程生產可以使水泥質量穩(wěn)定性好，早期強度到達普通水泥指標，后期強度增進適中，水化熱低，保水性好，抗?jié)B性好，收縮小，和易性好，安定性好？能表達出混合材具有的特性，低堿，并且耗能較低，污

7、染較少？用什么設備更有優(yōu)勢？如何造出質量合格的水泥，水泥的質量對于工程的質量起著決定性的作用，也與人們的生活、平安等息息相關，我們應該采用什么流程來制造水泥，使其合格高，生產效率也高。資料的主要來源是網上的書籍，其次是圖書館的書籍和報刊以及自己結合平時所學摸索出的流程。流程的設計采用國際比擬先進的設備，參考了國際大型水泥工廠的流程和設備以及選擇的緣由。本設計的意義及成果是可以讓大家多了解一點國際化設備的先進之處，多項選擇擇性。也讓自己對水泥生產流程和設備的選擇有了一定的了解，形成了一個整體的生產線概念。闡述了大量采用新工藝、新技術、新設備、全線生產自動化、標準化并且到達國家標準的水泥的制備流程

8、以及設備的選用和原因。英文摘要：What kind of production process can make the cement quality stability is good, the early strength of cement to achieve mon indicators, the later strength increase is moderate, low hydration heat, good water, good performance of anti permeability, small shrinkage, good workability, go

9、od stability To reflect the characteristics of mi*ed materials, with low alkali, and low energy consumption, less pollution What equipment to use more advantages How to build the quality qualified cement, cement quality plays a decisive role in the quality of the project, but also closely linked wit

10、h peoples life, safety, we should adopt what processes to manufacture of cement, the qualified high, the production efficiency is also high. The main source of data is the online books, followed by the library books and newspapers and their binding usually learn a fumble process. Process design usin

11、g international advanced equipment, with reference to the international large-scale cement plant process and equipment as well as the choice of the reason. The significance and the results of the design is to be able to let everybody know more advanced place a bit international equipment, multi choi

12、ce. I let myself in the production process and equipment of cement to choose a certain understanding, has formed a whole production line concept. Describes the selection and cause large amount of adoption of new technology, new technology, new equipment, all the production automation, standardizatio

13、n and reached the national standard of the cement production process and equipment.1、關于水泥水泥，粉狀水硬性無機膠凝材料。加水攪拌后成漿體，能在空氣中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料結實地膠結在一起。cement一詞由拉丁文caementum開展而來，是碎石及片石的意思。水泥的歷史最早可追溯到5000年前的中國秦安大地灣人，他們鋪設了類似現代水泥的地面。后來古羅馬人在建筑中使用的石灰與火山灰的混合物，這種混合物與現代的石灰火山灰水泥很相似。用它膠結碎石制成的混凝土，硬化后不但強度較高，而且還能抵抗

14、淡水或含鹽水的侵蝕。長期以來，它作為一種重要的膠凝材料，廣泛應用于土木建筑、水利、國防等工程。1.1中國水泥行業(yè)現狀1.1.1水泥產業(yè)在國民經濟中的地位水泥是國民經濟建立的重要根底原材料，目前國內外尚無一種材料可以替代它的地位。作為國民經濟的重要根底產業(yè)，水泥工業(yè)已經成為國民經濟社會開展水平和綜合實力的重要標志。隨著我國經濟的高速開展，水泥在國民經濟中的作用越來越大。據統計，1978年我國水泥產量為6524萬噸，經過近二十年的開展，2006年我國水泥產量達12.4億噸，占世界水泥產量的45.23左右。自1985年起我國水泥產量已連續(xù) 21年位居世界第一位，現如今已占世界水泥總產量的48左右。在

15、高速開展的同時，我國水泥行業(yè)的供求 矛盾不斷加劇，產業(yè)構造不合理，技術落后，特別是落后生產能力比重仍占60左右。據業(yè)內人士預測2007年我國水泥產量將到達13.94億噸。1.1.2水泥行業(yè)中的特點全國規(guī)模以上500萬企業(yè)5200多家，2006年企業(yè)平均規(guī)模僅23.7萬噸，規(guī)模很小。2006年10家企 業(yè)集團的生產集中度僅為16.19%,產量大于300萬噸的43家企業(yè)生產集中度僅占25%。我國水泥行業(yè)利潤水 平偏低，波動性大，主要是由我國水泥行業(yè)集中度低，企業(yè)規(guī)模偏小，局部區(qū)域產能嚴重過剩，市場過度 競爭，以及落后生產力所占比重大，科技含量低，能耗高等諸多因素造成的。隨著政策導向鼓勵重點企業(yè) 提

16、高規(guī)模和利潤率傾斜，未來行業(yè)集中度將明顯提高，加大產業(yè)構造調整，新干法工藝產量將明顯提升，節(jié)能環(huán)保將到達新水平。另外水泥由于產品的特殊性,其銷售受區(qū)域銷售半徑的影響,對企業(yè)的規(guī)模化生產了很大的影響，影響 水泥銷售半徑的因素很多，企業(yè)生產本錢的上下、地域內的交通條件、產品采用的運輸方式和運輸裝備、 地域內石灰石資源的分布狀況、當地國民經濟開展水平和居民消費水平等因素均可能影響水泥的合理銷售半徑。在我國東部沿海一帶，比方華東平原、華北平原地區(qū)，水泥產品的銷售半徑可以到達500公里以上；而在中、西部以山地為主的地區(qū)，水泥產品的銷售半徑一般在250300公里左右鐵路可達500公里，最正確半徑應在200

17、公里以內的區(qū)域市場。我國水泥行業(yè)的技術水平以及國內水泥工業(yè)概況與國外的差距一、我國水泥行業(yè)的技術水平水泥生產技術主要分為立窯生產及旋窯生產。立窯生產技術含量低，設計、建造簡單，生產效率低，一般用于生產低標號水泥，難以生產高品質的熟料；旋窯則采用較先進的技術，生產效率高，易控制，適合生產高品質的熟料。而旋窯技術依據先進程度又可分為干法新型干法、普通干法、半干法、濕法等不同的生產工藝。我國水泥生產的整體技術水平相對落后。目前我國有各種水泥窯9,366臺，其中旋窯1,127臺，僅占12%。旋窯工廠500個，占6%，其余均為立窯水泥廠。立窯水泥廠產能和實際產量分別為6.53億噸和4.45億噸，占國內水

18、泥總產能和總產量的82%和72%，因此，我國水泥總產量絕大多數為低標號水泥。在旋窯產能中，全國投產的2,000噸及以上規(guī)模的新型干法旋窯有57條，產能合計5,000萬噸；2,000噸以下的新型干法旋窯有44條，產能合計為1,500萬噸，使用新型干法技術的只占旋窯產能的45%，其余55%為半干法和濕法生產線。水泥產品適用于各種類型的建筑工程，是建筑施工的理想材料，目前尚未有替代產品的研制和開發(fā)。二、國內水泥工業(yè)概況及與國外的差距經過九五和十五前幾年的開展，我國水泥工業(yè)經濟運行質量明顯提高，科技進步加快，構造調正取得很大進展，特別是新型干法水泥工藝技術與裝備的開發(fā)，通過優(yōu)化設計已形成1000500

19、0t/d高質量生產線系列，10000t/d國產化生產線的開發(fā)正在加緊進展，2003年全國水泥產量8.62億t，其中新型干法為1.98億t，占總量的23%。但我國新型干法水泥的綜合指標與國際相比，還有一定差距。在大型節(jié)能粉磨設備、大型減速機、計量裝備等方面，國內還需要加強開發(fā)和研究的力度。1.1.4水泥生態(tài)化與可持續(xù)開展從20世紀90年代中期開場，我國水泥工業(yè)提高了對環(huán)保問題的重視，由于我國水泥工業(yè)存在著嚴重的產業(yè)構造問題，故在環(huán)境保護與可持續(xù)開展方面進展緩慢，一些技經指標與國外相比差距較大，進入21世紀之后我國加強了力度，已在如下方面取得進展。采用低品位石灰石，使用替代粘土原料和采用工業(yè)廢渣配

20、料，無煙煤和低揮發(fā)份煤煅燒技術都已成熟，對細摻合料如超細礦渣與水泥強度的關系、水泥顆粒級配、顆粒形狀與水泥砂漿強度的關系作了較多的實驗室研究；用回轉窯燃燒可燃廢棄物和有毒有害物、下水污泥配料等工業(yè)實驗已在幾家水泥廠進展，水泥廠的燃燒有毒有害廢棄物示*工程即將完成；對新型干法水泥廠窯尾NO*排出量的調查已完成，正在深入研究降低NO*生成量的方法。過程控制自動化及網絡技術方面國內在水泥生產過程檢測與控制技術、以及水泥廠信息管理系統、上下壓供配電綜合自動化系統方面都取得了較大成績，國內開發(fā)的DCS控制系統應用軟件，得到了客戶好評，但國內在工業(yè)控制用計算機硬件和一些操作軟件應用軟件方面，與國外比還有一

21、定差距，如水泥廠生產管理信息系統、水泥廠電子商務平臺系統等。2、水泥類型2.1水泥分類水泥按其主要水硬性物質名稱分為1硅酸鹽水泥，即國外通稱的波特蘭水泥；2鋁酸鹽水泥；3硫鋁酸鹽水泥；4鐵鋁酸鹽水泥；5氟鋁酸鹽水泥；6磷酸鹽水泥7 以火山灰或潛在水硬性材料及其他活性材料為主要組分的水泥。水泥按主要技術特性分為1 快硬性水硬性：分為快硬和特快硬兩類；2水化熱：分為中熱和低熱兩類；硅酸鹽水泥3 抗硫酸鹽性：分中抗硫酸鹽腐蝕和高抗硫酸鹽腐蝕兩類；4 膨脹性：分為膨脹和自應力兩類；5 耐高溫性：鋁酸鹽水泥的耐高溫性以水泥中氧化鋁含量分級。水泥按用途及性能分為1通用水泥: 一般土木建筑工程通常采用的水泥

22、。通用水泥主要是指：GB1752007規(guī)定的六大類水泥，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥。2專用水泥：專門用途的水泥。如：G級油井水泥，道路硅酸鹽水泥。水泥原態(tài)3特性水泥：*種性能比擬突出的水泥。如：快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、磷鋁酸鹽水泥和磷酸鹽水泥。2.2硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥熟料的礦物主要由硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣組成。3、參數確實定3.1熟料率值確實定熟料要求率值、熟料熱耗及煤灰工業(yè)分析數據和原料化學成分 原料與煤灰的化學成分%原料2名稱SiO2Al2O3Fe2O3C

23、aOMgO燒失量石灰石7.261.761.0549.061.8838.2899.29粘土66.3215.865.081.091.406.8496.59鐵粉14.538.7165.422.262.015.5098.43煤灰53.8430.425.164.521.3094.973.2、進展配料計算；由上面的數據計算出其他量，得下表名稱SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO燒失量其他石灰石7.261.761.0549.061.8838.2899.290.71粘土66.3215.865.081.091.406.8496.593.41鐵粉14.538.7165.422.262.015.5098.431

24、.57煤灰53.8430.425.164.521.3094.975.03解：1計算煤灰摻入量1000t熟料中煤灰摻入量可按下式近似計算：Ga=Ga熟料中煤灰摻入量,%; q單位熟料熱耗，4186kJ/kg熟料Qnet,ad煤的熱置，20930kJ/kgAad煤的空氣枯燥基灰分含量，28.56% S煤灰沉落率，% P煤耗，kJ/kg熟料2根據熱熟料率值，估算熟料化學成分KH=0.89，SM=2.1，IM=1.3，由和CaO=-(SiO2+Al2O3+Fe2O3)計算得：=4.56%Al2O3=IM(Fe2O3)=5.93%SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=22.03%CaO=-(SiO2

25、+Al2O3+Fe2O3)=64.98%據上表可求得煅燒100Kg熟料所需各種原料用量為: 干石灰石=132-0.35=131.75Kg 干粘土=15.53Kg 干鐵粉=3.39Kg換算成1000t熟料所需各種原料用量為: 干石灰石=1317.5t 干粘土=153.5t 干鐵粉=33.9t累加試湊過程計算步驟SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他設計熟料成分22.035.934.5664.9897.50煤灰+5.372.4461.6150.2040.5120.0540.032石灰石+1322.9520.3780.23264.8190.6950.878粘土+2416.1853.3861.2

26、600.3240.2120.449鐵粉+8.471.9960.6692.8000.2050.0050.125累計熟料成分23.5526.0484.49665.5670.9961.484102.2粘土+2.61.8270.3830.4130.0370.0240.051累計熟料成分21.7325.6524.32565.5300.9851.42399.56鐵粉0.1030.0350.1450.0110.0000.006累計熟料成分21.9625.7804.46865.6340.9521.56299.97(64.98-0.512)/0.5313=132 (22.03-2.446-2.952)/0.70

27、25=24(4.56-0.204-0.232-1.26)/0.48278=8.474計算熟料熱耗由表可得，配置1000t熟料所需的干原料即熟料熱耗如下： 干石灰石=12/99.97*1000=1317.5t 干粘土=(24-8.47)/99.97*1000=155.3t 干鐵粉=(5.93-2.6)/99.97*1000=33.9t (5)計算生料配比石灰石=1316.5/1505.7*100%=87.44%粘土=155.3/1505.7*100%=10.31%鐵粉=33.9/1505.7*100%=2.25%4全廠水泥工藝流程確實定4.1石灰石、煤的預均化措施水泥生料化學成分的均齊性，不僅直

28、接影響熟料質量，而且對窯的產量、熱耗、運轉周期及窯用耐火材料的消耗都有很大影響。這種影響對新型干法水泥生產尤為突出，因此新型干法水泥生產都采用預均化措施。原料預均化的意義主要表現在以下幾個方面：有利于穩(wěn)定入窯生料成分的穩(wěn)定。保證均衡穩(wěn)定生產，對于提高產品質量及生產率，降低能耗，長期平安運轉起著重要作用。我國是一個產煤大國，水泥生產幾乎全部以煤為燃料，而煤質差異大、波動大，如果不采用預均化措施，很難穩(wěn)定生產。有利于擴大資源利用*圍。對石灰石礦產資源采用上下品位搭配使用，有利于擴大資源利用*圍。有利于利用礦山夾層廢石，擴大礦山使用年限，提高經濟效益。滿足礦山儲存及均化雙重要求，節(jié)約建立投資。現代大

29、型水泥廠大多采用矩形預均化堆場，而且矩形堆場有利于工廠擴建，綜合以上考慮，本設計采用矩形預均化堆場。4.2生料制備系統生料制備系統目前按設備分為立磨和球磨。立磨與球磨相比，具有以下優(yōu)點：1由于立磨屬厚床粉磨，粉磨方式合理，并且磨內氣流可將磨細的物料及時帶出，防止了過粉碎現象，故粉磨效率高，能耗較低。整個粉磨系統電耗可降低10%30%，其降低值隨原料的水分增加而增加，而且它將破碎、粉磨、烘干、分級等工序集中為一體，大大簡化了生產流程和設備臺數。2允許入磨物料粒度較大，一般可達磨輥直徑的5%，大型磨入磨物料粒度可高達100150mm，因而可省略第二段破碎，節(jié)約投資。3入磨熱風從環(huán)縫中進入，風速可高

30、達80m/s以上，磨內通風截面也大，阻力小，通風能力強，烘干效率高。利用窯尾低溫廢氣可烘干8%水分的物料，如采用熱風爐烘干可烘干15%20%水分的物料。4物料在磨內停留時間短，僅24min球磨1520min，故生產調節(jié)反響快，易于對生料成分及細度調節(jié)控制，也便于實現操作自動化。5金屬消耗省，檢修時間少，不需要清球，設備運轉率可高達95%以上。6磨機構造合理，整體密閉好漏風可降到10%以內，揚塵少，噪音低，有利于環(huán)境保護。設備布置緊湊，建筑空間小，且可以露天布置，投資低。所以本設計采用立磨。4.3水泥制備方式確實定根據所希望制造的水泥種類、耗能、環(huán)境污染度等方面考慮水泥每個階段應該用什么方式和設

31、備最優(yōu)。下面我來說一下我自己對設備以及方式的選擇和原因。采用新型干法生產工藝。中國水泥工業(yè)經過60年的開展，總產量6.4億噸，位居世界第一位。但中國水泥工業(yè)呈現以下三個特點：生產集中度太低，低標號水泥比重過大，技術裝備落后。這些特點必將為我國水泥環(huán)保裝備產業(yè)的開展提供巨大的空間。在生產技術裝備方面既有我國自行研發(fā)開發(fā)的技術成果，又有引進國外多項水泥生產專有技術及裝備。其中，新型干法水泥生產以節(jié)能、降耗、環(huán)保、經濟效益好、自動化和集約化程度高等優(yōu)勢，成為國內水泥工業(yè)建立市場的主流生產線。新型干法水泥工藝以懸浮預熱和預分解技術為核心，并把現代科學技術如礦山計算機控制網絡化開采，原料預均化，生料均化

32、，高效多功能擠壓粉磨技術，新型機械粉體輸送裝置，新型耐熱、耐磨、耐隔熱材料以及IT技術等廣泛應用于水泥干法生產全過程，使水泥生產具有高效、優(yōu)質、節(jié)約資源、清潔生產、符合環(huán)保要求等有點。因此，新型干法生產是我國以后最主要的開展方向。本設計主要采用新型干法生產線工藝流程：破碎及預均化生料制備生料均化預熱分解水泥熟料的燒成水泥粉磨水泥包裝4.4石灰石破碎使用設備石灰石破碎站露天布置。石灰石采用新型旋回式破碎機和單轉子錘式破碎機，破碎能力600t/h，允許破碎進料粒度01200mm，出料粒度75mm，破碎后石灰石由皮帶輸送進廠。經過破碎的石灰石既可貯存于條件貯庫中，也可貯存在圓筒庫中。這此貯庫均設有頂

33、蓋，用于保證物料的質量，并可以通過卸料設備將貯庫放空。4.5石灰石預均化場的選擇所謂預均化是指在原料配料前，通過對原料增大儲存量，采取均化措施，使原料在儲存與取用過程中得到均化。目前用于均化石灰石的主要是預均化堆場和矩形均化庫，效果較好。根據資料介紹，矩形均化庫的占地面積、均化電耗、設備投資等均優(yōu)于預均化堆場，且除塵易處理，操作維護也較簡便，但隨著建立規(guī)模的增大，其土建投資所占的比重明顯增大。對規(guī)模較小的矩形均化庫，盡管土建投資較大，但其總投資遠遠低于預均化堆場。原煤設置圓形預均化堆。4.6粉磨物料設備的選擇水泥生產過程中，每生產1噸硅酸鹽水泥至少要粉磨3噸物料包括各種原料、燃料、熟料、混合料、石膏，據統計，傳統干法水泥生產線粉磨作業(yè)需要消耗的動力約占全廠動力的60%以上，其中生料粉磨占30%以上，煤磨占約3%，水泥粉磨約占40%。因此，合理選擇粉磨設備和工藝流程，優(yōu)化工藝參數正確操作，控制作業(yè)制度，對保證產品質量、降低能耗具有重大意義。生料粉磨采用PFEIFFER公司帶外循環(huán)系統MPS4750B立磨系統。入磨物料粒度95%80mm，