Исследования производства цемента: ГОСТ 5382-91 Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа

Анализ цемента в лаборатории

Процесс производства цемента начинается с добычи известняка и глины. Затем ингредиенты смешиваются, измельчаются и подаются в печь. После обжига клинкер охлаждается и проходит процедуру окончательного измельчения. Портландцемент, наиболее распространённый тип, имеет различные свойства в зависимости от предполагаемого использования.

Характеристики этого вяжущего вещества зависят от многих факторов. Для подтверждения заявленного качества проводится анализ цемента по ГОСТ 5382-91,310.3-76. Потребительская проверка в месте использования строится на органолептических тестах, является приблизительной.

Истинная проверка – анализ цемента в лаборатории, которая имеет соответствующую аккредитацию, условия и оборудование. При поставке вяжущего по EN 197-1 или его сертификации по международному стандарту для испытаний используется только полифракционный песок.

Виды проверок

Исследованию подлежат основные свойства, совокупность которых гарантирует качественный бетон и другие строительные смеси. Вот некоторые из них.

• Активность.
• Густота.
• Сроки схватывания.
• Химический состав.

Действующими стандартами, в дополнение к указанным, предусмотрены проверки по некоторым показателям, которые проводятся производителями.

Основной инструмент, на котором происходит исследование цемента – прибор Вика.

Активность

Этот показатель – марка материала. Исследуются образцы, созданные в лабораторных условиях – точность этого прямого метода не подвергается сомнению. Срок такой проверки основан на твердении образцов и занимает достаточно много времени.

Фактически это испытание цемента на прочность по двум параметрам: сопротивлению изгибу и разрыву.

Косвенные методы – контракция и электропроводность – применяются для оперативных проверок, дают приблизительные результаты.

Густота

Определяется в гидратированном состоянии, свидетельствует о количестве воды затворения. Измеряется в % от веса вяжущего. Ориентировочный показатель 22-28%, зависит от состава клинкера, добавок, удельной поверхности.

Метод основан на глубине погружения пестика прибора Вика за определённое время. Нормальная густота – важное свойство для одного из ключевых свойств.

Срок схватывания

Это первая стадия процесса твердения. Исследование цемента по этому показателю основано на получении двух результатов: начала и конца схватывания. Теоретически это 45 мин. и 12 часов с момента затворения.

Учитывая время, необходимое для доставки, разгрузки, укладки бетона, оптимальными сроками начала процесса являются 60-120 мин., окончания – 6-8 час. Метод заключается в следующем.

Цементным тестом нормальной густоты заполняют кольцо прибора и несколько раз с промежутком 10 мин. погружают иглу. Началом процесса считается время, за которое она – после серии погружений – не доходит до пластины на 4 мм. Окончание – когда игла с кольцом не оставляет отпечатка на поверхности.

Химический состав

В процессе обжига шлама образуются сложные химические соединения – клинкерные минералы. Они формируют химический состав. Количественное содержание каждого из них влияет на его свойства, поэтому химический анализ цемента в лаборатории – единственный способ определить истинный состав конкретной партии материала. Проводится по сложным методикам, определяемым нормативами.

Заключение

Наш исследовательский центр – https://ooolic.ru/ – обладает полномочиями, оборудованием и персоналом для комплексного испытания цемента на прочность, определения всех его значимых свойств, влияющих на будущее зданий, сооружений любого назначения.

Возврат к списку

Обзор цементной промышленности — FIRA.RU

Цементная промышленность является одной из старейших в России, первый завод по производству портландцемента был построен еще в 1839 году. В настоящее время цемент и изготовляемые из него бетон и железобетон являются основными строительными материалами, которые используются в самых разнообразных областях строительства. При этом цемент остается относительно простым, универсальным и дешевым материалом, для изготовления которого требуются довольно доступное сырье — известняк, мергель, глины, мел, гипс, а также вода.

В настоящее время существуют следующие основные способы производства цемента: мокрый, сухой, комбинированный, а также их вариации. Преимуществом сухого метода производства по сравнению с мокрым является более высокий съем клинкера с 1 кв. метра печного агрегата, а также более низкий расход топлива. Так, производство портландцементного клинкера сухим способом требует в два раза меньше расхода топлива, чем мокрым. Глобальными тенденциями в производственном процессе цементных заводов являются отказ от мокрого способа производства и постепенный переход на сухой.

Основными факторами размещения предприятий цементной промышленности являются потребительский и сырьевой. Первый выражается в концентрации производства вблизи потенциальных потребителей — крупнейших городов и промышленных центров. Второй обусловлен наличием доступной и недорогой сырьевой базы.

На сегодняшний день в России насчитывается 58 цементных заводов с суммарной производственной мощностью порядка 106 млн. тонн цемента в год (Для получения детального анализа отрасли производств цемента, можно обратиться к сотрудикам — fira.ru). Производителей цемента на российском рынке условно можно разделить на три группы: российские холдинги, объединяющие несколько заводов; российские заводы, не входящие в состав промышленных групп; зарубежные холдинги, осуществляющие свою деятельность на территории России.

К крупнейшим российским холдингам относятся «Евроцемент груп», «Сибирский цемент»; ведущие зарубежные производители представлены на российском рынке компаниями LafargeHolcim, Heidelberg. Российские заводы, не входящие в состав промышленных групп, выпускают, как правило, небольшие объемы цементной продукции.

Крупнейшим производителем цемента в России является АО «Евроцемент Груп», которое представляет собой международный вертикально интегрированный промышленный холдинг по производству строительных материалов и объединяет 19 цементных заводов, 16 из которых расположены  в России, остальные — в Украине и Узбекистане. Суммарная производственная мощность российских цементных заводов, входящих в состав АО «Евроцемент груп», составляет свыше 50 млн. тонн цемента в год. Также в состав холдинга входят заводы по производству бетона, ЖБИ, холдинг располагает богатейшей сырьевой базой — запасы нерудных материалов составляют более 5,5 млрд. тонн. По данным союза производителей цемента, на долю заводов АО «Евроцемент Груп» пришлось около 30% произведенного в 2016 году цемента.

технологические отличия и показатели. Какой метод получения цемента выбрать?

Существует несколько методов изготовления цемента: мокрый, полусухой, комбинированный и сухой. Основными способами, которые применяются на ведущих заводах, являются сухой и мокрый.

Мокрый способ производства цемента

Схема изготовления цемента мокрым методом представлена на рисунке ниже.

Производство начинается с извлечения из карьеров твердого известняка, который впоследствии дробится на куски различного размера. Затем куски измельчаются в дробильных агрегатах, пока размеры частей известняка не будут превышать 8-10 мм.

Затем на мини-завод транспортируют глину из карьера и обрабатывают ее в вальцевых дробилках до той степени, пока размер кусочков будет достигать от 0 до 100 мм.

Далее измельченную смесь отмачивают в болтушках. В результате получается шлам из глины, влажность которого составляет до 70 %.

Затем он поступает в мельницу, где происходит процесс смешивания и размалывания с известняковой массой.

После этого шлам влажностью около 40 % направляется в вертикальный бассейн, в котором выполняется окончательный процесс корректировки. Эта операция имеет исключительное значение, так как на этом этапе обеспечивается химическая формула состава произведенного шлама.

Только после того как шлам пройдет контроль качества, он допускается к последующим этапам. Далее цементная масса транспортируется из вертикального оборудования (бассейна) в горизонтальный, в котором происходит хранение смеси перед поступлением в печь обжига. В горизонтальном бассейне сырьевая масса постоянно помешивается механическим путем с применением сжатого воздуха. Благодаря этому шлам не выпадает в осадок и полностью гомогенизируется. Если в процессе изготовления цемента применяются сырьевые компоненты, что имеют неизменный химический состав, то корректировка химического состава шлама осуществляется в горизонтальном бассейне.

Затем шлам направляется в печь для обжига, в которой он превращается в клинкер. Полученная клинкерная основа цемента поступает в промышленный холодильник для охлаждения. После этого клинкер подвергается дроблению и подается в бункеры мельниц. Там клинкерная масса повторно измельчается.

Если для процесса обжига шлама используется твердое топливо, то возникает необходимость в строительстве дополнительного помещения для хранения и подготовки угля. Когда в производственном процессе применяется жидкое или газообразное топливо, то схема обжига клинкерной смеси имеет упрощенный вид.

В завершение цемент перенаправляется из бункеров мельниц в специальные помещения для хранения. На этом производственном этапе лаборанты осуществляют контроль качества продукции и определяют марку цемента. Только после этого продукция направляется в упаковочные аппараты.

Сухой способ производства цемента

Схема изготовления цемента сухим методом представлена на рисунке ниже.

Во время производства цемента сухим методом используется другая технологическая схема. Глина и известняк, добытые из карьера, после дробления направляются в сепараторную мельницу, где осуществляется помол, смешивание и сушка сырьевых компонентов. Полученная смесь направляется к смесительным аппаратам, где выполняется окончательное смешивание с применением сжатого воздуха. На данном этапе осуществляется корректировка химического состава цементной смеси.

Если применяется глинистый компонент, то сырьевая смесь подается для смешивания в шнеки, в которых происходит частичное увлажнение водой. На этом этапе образуются прочные гранулы, что имеют влажность не более 14 % — далее они поступают в печь для обжига.

При сухом методе производства процесс обжига сырья может выполняться в различных печах, здесь особое внимание уделяется приготовлению сырьевой массы. Дальнейшие этапы технологического процесса осуществляются так же, как и при мокром методе производства.

Особенности полусухого способа производства

Схема изготовления цемента полусухим методом представлена на следующем рисунке.

Полусухой метод производства цемента очень похож на сухой, но отличия все же есть.

Размер муки, что проходит стадию гранулирования, составляет 10-20 мм, а влажность 11-16 %. Сырье обжигается в печах Леполь и после этого образовавшиеся гранулы направляются на конвейерный кальцинатор.

Из печки выделяются газы, что проходят сквозь гранулы на решетке. В результате этого происходит их нагрев до 900 ºС и они полностью высушиваются. Во время такой термообработки выполняется декарбонизация смеси на 22-30 %, что важно для производства. По завершению этих процессов сырье направляется в печь, где и завершается процесс изготовления цемента. Обжиг гранулированного цемента может происходить в шахтных печах. При этом гранулирование выполняется с частицами угля, после этого цемент направляется на хранение.

Комбинированный метод производства цемента

Схема изготовления цемента комбинированным методом отображена на рисунке ниже.

Этот метод основывается на подготовке сырьевых компонентов по мокрому способу, а их обжиге – по схеме полусухого способа. Полученный в сырьевой мельнице шлам влажностью 30-45 % поступает в специальный фильтр, в котором он обезвоживается до влажности 15-20 %. Далее сырьевая смесь смешивается с пылью, что снижает влажность до 12-14 %.

Затем смесь поступает на обжиг, который выполняется в печах полусухого метода изготовления цемента. Остальные операции комбинированного метода не отличаются от этапов мокрого способа производства.

Методы производства выбирают исходя из технико-экономических и технологических факторов: свойств сырьевых компонентов, однородности и влажности смеси, наличия мощной топливной базы и других.

Полезное и важное по теме:

Поделитесь статьей с друзьями:

nii-cement.com | ОАО НИИЦемент

Научно-исследовательский институт цементной промышленности «НИИЦемент» занимается интеллектуальными разработками в сфере цементной промышленности и связанной с этим научной деятельностью. Заказать интересующие услуги вы можете, обратившись к нашим специалистам.

У нас работают профессионалы высокого уровня, заботящиеся о защите природы и экологичном использовании ресурсов окружающей среды. Уже более 60 лет мы реализуем уникальные проекты, направленные на увеличение качества цемента, улучшение его характеристик, а следовательно, и на развитие экономики страны.

За это время мы достигли следующих целей:

• Было разработано несколько видов специальных цементов, которые использовались в строительстве таких сооружений, как ГЭС, метро, покрытия для аэродромов, каналов и прочих специальных сооружений.
• Разработана совершенно новая технология изготовления клинкера. В результате новейших исследований появилась возможность сократить расходную часть топлива, увеличить долговечность оборудования, снизить количество влаги в шламе и объем пылевыноса. Эти революционные разработки были использованы на отечественных цементных заводах и в странах ближнего и дальнего зарубежья.
• Создано более 900 изобретений. Научно-исследовательский институт цементной промышленности «НИИЦемент» – активный участник международных выставок и конгрессов.
• Мы принимаем участие в различных государственных программах и получаем гранты.
• Институт и его сотрудники неоднократно получали государственные награды и премии.
• Мы постоянно ведем научную деятельность, направленную на создание более эффективных и экологичных составов цемента, с целью увеличить производство сырья и в то же время сохранить окружающую среду.

Одним из направлений нашей деятельности является аудит предприятия по различным вопросам, в числе которых – эффективная организация производства цемента, возобновление деятельности в этой области, выявление необходимости модернизации имеющегося оборудования, либо полного перепрофилирования.

Чтобы заказать услуги в научно-исследовательском институте цементной промышленности «НИИЦемент», просто позвоните нам по телефонам +7 (495) 580-27-00, +7 (495) 580-27-13, +7 (4967) 58-71-80, +7 (495) 502-79-04.

Дисперсионный анализ пыли выбросов в системах аспирации производства цемента с использованием усовершенствованной экспериментальной установки Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Дисперсионный анализ пыли выбросов в системах аспирации производства цемента с использованием усовершенствованной экспериментальной установки.

С.А. Кошкарев, Л. Я.Соломахина, А. Редван

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет,

Волгоград

Аннотация: В статье представлены данные промышленного обследования систем аспирации и результаты дисперсионного анализа пыли производства цемента, выделяющейся от оборудования. Представлены краткое описание, и результаты испытания предложенной конструкции устройства для дисперсионного анализа пыли. На основе результатов дисперсионного анализа некоторых видов пыли (песка, цемента и т.п.) предложен подход к определению функциональной зависимости интегрального распределения в зависимости от эквивалентного размера частиц. В работе приведены функциональные зависимости интегрального распределения по эквивалентному размеру частиц пыли по результатам статистической обработки дисперсионного анализа регрессивного вида.

Ключевые слова: Пыль, частица, цемент, песок, дисперсионный анализ, мокрая очистка, проскок, выброс, атмосфера, система, обеспыливание.

Производство цемента является одним из важных и в наибольшей степени развивающихся отраслей строительной индустрии. Бетоны, железобетонные конструкции и т.п. невозможно получать без связующих компонентов, — цементов различных типов и марок. При этом в технологическом процессе производства цементов в качестве сырья, а также бетонов, как заполнителя, применяется ряд сыпучих материалов: известняк, глина, шамот, песок, мергель.

Известняк и глину предварительно дробят, затем высушивают до влажности примерно 1% и измельчают в сырьевую муку. Сушат известняк и глину либо раздельно (используя для этой цели сушильные барабаны или другие тепловые аппараты), либо совместно в сырьевых сепараторных мельницах, в которых одновременно осуществляются помол и сушка материалов [1 — 5].

Для получения сырьевой муки определенного химического состава из мельниц ее направляют в корректирующие силосы, куда дополнительно подается сырьевая мука. В силосах мука тщательно перемешивается сжатым воздухом.

Обжиг сырьевой муки производится в виде гранул (зерен) размером до 25 мм. Грануляция смеси осуществляется в грануляторах барабанного или тарельчатого типа. Для обжига клинкера при сухом способе применяют вращающиеся печи, а также автоматические шахтные печи или другие более эффективные обжигательные аппараты — вращающиеся печи с конвейерным кальцинатором, аппараты для обжига клинкера во взвешенном состоянии (последние находятся еще в стадии практического освоения [1 — 5]).

Сушку и обжиг производят либо в шахтных или вращающихся печах. При проведении данных процессов в шахтных печах топливо в виде раздробленного материала запрессовывается в гранулы; для этого в сырьевую смесь при ее измельчении в определенном количестве добавляют уголь, и он измельчается совместно с сырьевыми материалами. Данный способ обеспечивает более равномерное распределение топлива в смеси и является одним из основных на заводах страны [3 — 5]. При этом улучшаются процессы обжига и качество получаемого.

Шахтная печь представляет собой шахту, футерованную внутри огнеупорным кирпичом, в средней части которой происходит горение топлива (зона обжига). Проходя через слой обожженного раскаленного клинкера, холодный воздух охлаждает его, а сам подогревается и в подогретом виде поступает в зону обжига. Образующиеся в зоне обжига дымовые газы удаляются через верхнюю часть шахты, проходя, таким образом, через слой загружаемого холодного материала, подогревая и высушивая его.

Противоточное движение газов и обжигаемого материала создает наилучшие условия использования тепла от сгорания топлива и отличает шахтные печи от вращающихся печей как более эффективные тепловые аппараты. Однако по качеству клинкера, производительности и трудоемкости они все же уступают вращающимся печам. Несколько худшие условия Обжиг клинкера в шахтных печах приводят к повышенному содержанию в клинкере свободной негашеной извести (СаО) по сравнению с обжигом во вращающихся печах. Шахтные печи применяют на заводах относительно небольшой мощности — до 200- 400 тыс. т. цемента в год. Клинкер шахтных печей, как правило, магазинируют, выдерживая на складе до четырех недель, чтобы предупредить неравномерность изменения объема цемента [3 — 5].

Дальнейшие технологические операции при производстве портландцемента — подготовка гидравлических добавок и гипса, помол цемента, его хранение и отправка потребителю.

В части производства цементов можно выделить следующие наиболее негативных и в экологическом отношении технологические процессы: транспортирование и разгрузка в склад сырьевых сыпучих материалов (известняка, шамота, песка, мергеля) в склад; сортировки, перегрузка и транспортировка, как конвейерами, так и пневмотранспортом для последующей подачи его через бункера — силосах в грануляторы с загрузкой в печь обжига клинкера цемента для получения целевого продукта дальнейшей его обработки. При этом сушка сыпучих материалов, обжиг клинкера в печах, дробление и измельчения (помол в мельницах), фасовка в мешки, и отгрузка потребителю являются стадиями, где выделяется и значительное количество пыли. Локализация и отвод от источников выделений осуществляется системами аспирации (местными вытяжными вентиляционными системами), которые, как правило, оборудованы пылеуловителями различных типов и конструкций. В большинстве данных

установок используется инерционный механизм отделения пыли из очищаемого газопылевого потока. Как показывает практика проведенного обследования систем аспирации на предприятиях по производству цемента, значительное остаточное количество пылевых ингредиентов высокой степени дисперсности выбрасывается в атмосферу.

Определение размеров частиц пыли, функциональной зависимости распределения диаметров (размеров) частиц находит все большее применение в различных теоретических исследованиях и практических разработках высокоэффективных пылеуловителей систем обеспыливания. Решению данной актуальной задаче посвящено значительное количество трудов, например, [6-9]. Описание методик проведения дисперсионного анализа пыли также широко представлены в литературе [7, 8, 10].

Так в работах [11 -15] указаны некоторые пути и рекомендованы схемотехнические решения, обеспечивающие снижение выбросов пыли в атмосферу при использовании разнообразных пылеуловителей в системах обеспыливания стройиндустрии с использованием результатов дисперсионного анализа пыли (аппаратов центробежно-инерционных типа, например, ВЗП и устройств мокрой очистки).

В последние годы и настоящее время проводятся исследования дисперсионного состава частиц пыли, в том числе, с использованием микроскопического метода с различными целями [16-18]. В работе [16] для оценки и сравнения качества дисперсии, распределения навесок -проб наночастиц в различных средах использовались электронная и световая микроскопия. В исследовании, результаты которого приведены в статье [17], определялся дисперсный состав и элементный состав уличной пыли и почвы в районе расположения среднего размера европейского города Авилес (Испания), где проживает около восьмидесяти тысяч жителей. Отбор проб осуществлялся также на почве и в атмосферном воздухе города, где имеется

металлургическая промышленность и имеет место интенсивное движение автотранспорта. Было установлено наличие высоких концентраций цинка (4892 мкг/г), кадмия (22,3 мкг/г), и ртути (2,56 мкг/ г) в пробах уличной пыли в жилой застройке, расположенной вблизи промышленных районов. В работе [18] проводилось исследование дисперсионного состава частиц для оценки взрывоопасности пыли с помощью известной специальной камеры Siwek 20-Ь. С этой целью проведен комплекс исследований пространственной однородности при диспергировании пылевого облака внутри камеры в различных местах. Измерение проводилось посредством оптического датчика. Было установлено влияние сопла распыления в камере Siwek 20-Ь, приводившее к уменьшению средневзвешенной эквивалентной величины диаметра частиц угля на 20% по сравнению с исходным образом пыли.

Следует также особо отметить новое издание [19], которое посвящено исследованию и систематизации широкого круга вопросов фундаментального характера, связанных, с дисперсионным анализом и дисперсным составом частиц пылей с использованием микроскопического метода. В работе уделяется значительное место свойствам, и характеристикам пылей, интегральным распределениям и их описанием в виде ряда функциональных зависимостей.

Таким образом, проведенный обзор небольшой части научно-технической литературы, показал, что дальнейшее совершенствование методик и устройств проведения дисперсионного анализа пыли, получение новых, ряду других параметров (распределения по массе и

гидравлической крупности Э(ёре)) для новых групп веществ материалов и применяющихся в процессах производства стройматериалов остаются актуальными. При этом одним из необходимых условий при совершенствовании и разработке новых эффективных конструкций

N

центробежно-инерционных пылеуловителей (ВЗП, мокрой очистки и т.п. пылеуловителей) является использование результатов дисперсионного анализа пыли. Это важно для получения требуемых низких значений проскока частиц пыли в разрабатываемых новых конструкциях при последующем практическом внедрении данных пылеуловителей.

Проведенные исследования ряда источников выбросов в атмосферу на предприятиях стройиндустрии, показывают, что одним из наиболее существенных вкладов в загрязнение воздушного бассейна городских и урбанизированных территорий и застройки вносят выбросы различных видов пыли. В производстве цемента, как было отмечено выше, выделяется ряд пылевых ингредиентов, основная масса которых составляет пыль цемента и пыли с содержанием ЗЮ2 от 20 до 70% (например, пыль песка). При обследовании ряда предприятий по производству цемента и изучении пылевой обстановки проведено определение удельных пылевыделений и концентраций пыли на участках приема и выгрузки песка и известняка. Результаты и показали, например, что на постах погрузки песка выделяется пыль с удельным выделением Сп= 2 кг/м . Проведено исследование принятой выборки систем аспирации отрасли. Запыленность пылевоздушного потока, поступающего из технологических объемов (бункеры -силосы, бункеры -смесители, грануляторы и вращающиеся печи), транспортирующих механизмов (конвейеров, мест перегрузки, течек в бункеры-силосы) в системы аспирации, может достигать на начальных участках до 18-22 г/м3 [11, 20]. При этом в некоторых участках аспирационных систем максимально-разовые значения пыли могут достигать величины Ммр=20,0-35,0 г/с.

В рамках проведенного промышленного обследования был проведен отбор проб пыли песка, известняка (пыль с содержанием ЗЮ2 от 20 до 70%), в системах аспирации транспортеров, силосов, бункеров и грануляторов.

Выполненный по результатам данного исследования анализ показал, например, что мелкодисперсные фракции с размером частиц пыли песка (пыль с содержанием SiO2 от 20 до 70%), 8ч=5 мкм и менее составляют около 95% от общей массы пыли, выбрасываемой в атмосферу. Анализ показал, что мелкодисперсные фракции с размером частиц пыли известняка (пыль с содержанием SiO2 от 20 до 70%), 8ч=5 мкм и менее составляют около 80% от общей массы пыли, выбрасываемой в атмосферу. Значение среднемедианного диаметра частиц песка пыли изменяется в зависимости от места обора проб и выпускаемой продукции (производства цемента) от 2 до 10 мкм.

Для улавливания частиц мелких фракций пыли, «проскакивающих» через аппараты инерционного типа в системах очистки выбросов, следует особенно учитывать функциональные зависимости по интегральным функциям распределения, например, по эквивалентным размерам частиц пыли Б(^е), величину среднемедианного диаметра частиц 850 и ряда других параметров [14].

Известным подходом к определению эффективных диаметров, или эквивалентных размеров частиц пыли ^е является экспериментальное изучение дисперсного состава пыли стройматериалов с использованием новой модификации лабораторной установки [21], разработанной в Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете. Новая модификация устройства была исследована и использована для проведения комплексного дисперсионного анализа пыли. В проведенном нами исследовании использовалась также методика, подробно изложенная в работе [10], с применением компьютера.

Получаемые при экспериментальном исследовании результаты эффективных диаметров йр„ или эквивалентных диаметров частицы пыли йре на установке [21] в полней мере не исключает влияния таких явлений как

скольжение и случайного зацепления, временного отложения частиц пыли на поверхности стенок седиметрической трубки установки [21]. В модификации устройства [21], была проведена замена седиметрической трубки на диффузор. Совокупность ряда элементов модификации устройства [21] описанных в заявке на патент, на которую было получено положительное решение Роспатента, позволяет существенно снизить временное отложение и налипание на поверхности стенок диффузора частиц пыли, что в вполне определенной степени повышает достоверность результатов дисперсионного анализа пыли. Это объясняется распределением на исследуемой поверхности собственно в зависимости скорости осаждения и, в газе, или скорости витания ир. На скорость осаждения и,, частицы пыли (отличается незначительно от скорости витания ир), измеряемые на модификации устройства [21], в меньшей степени влияли стенки седиметрического элемента — диффузора.

На рисунках 1 — 5 приведены графики интегрального распределение частиц пыли кварцевого песка до и после системы обеспыливания систем аспираций производства цемента по сухому способу, на которых проводились экспериментальные исследования.

Рекомендации литературы [6, 14] позволили применить следующие виды зависимостей для определения В^ре) как функции их эквивалентных размеров ^е в виде

0(аре)=Ас1ре+ В

где , например, А — Ьд{а) .

Аналитически угол а определяется из соотношения [6, 14]

(2)

ьд^сс) =

(3)

Рис. 1. — График интегрального Рис. 2. — График интегрального распределения частиц пыли В по распределения В по размерам йре для размерам йре на участке перегрузки частиц пыли кварцевого песка на кварцевого песка начальном участке в системе

аспирации оборудования (бункер, транспортер)

Рис.3. — График интегрального распределения В по размерам йре для частиц многокомпонентной пыли с содержанием SiO2 от 20 до 70%, известняка и кварцевого песка (перед системами обеспыливания системы аспирации)

Рис. 4. — График интегрального распределения В по размерам йре для частиц пыли кварцевого песка (после системы обеспыливания с

использованием ВЗП)

N

Рис. 5. — График интегрального распределения В по размерам йре для частиц пыли многокомпонентной пыли с содержанием ЗЮ2 от 20 до 70%, и кварцевого песка (после систем обеспыливания с использованием ВЗП — 1 и пылеуловителя мокрой очистки — 2, 3)

ТЗГ-2

где р2 = (й — й) — среднеквадратическое отклонение, или дисперсия величины эквивалентных размер частиц йре от диаметра й. Постоянные величины А и В были определены при статистической обработке результатов экспериментальных данных дисперсионного анализа пыли и графиков интегрального распределения В^ре) по размерам частиц пыли dpe , приведенных на рисунках 1 — 5.

В физическом смысле угол а является показателем, или степенью дисперсности пыли Д^ Аналитически получаемое численное значение величины Ьд(а) характеризует степень мелкодисперсности пыли Да. Чем больше Ьд{а) (угол а), тем пыль имеет состав более высокой степени мелкодисперсности Да.

Кроме того, следует отметить, что из исследованных образцов видов пыли, — пыль песка белее мелкодисперсная (Д^), и имеет более высокую вероятность степени «проскока» в системах обеспыливания, чем пыль известняка и с содержанием ЗЮ2 от 20 до 70% (ДЙ2), ДЙ1 > ДЙ2 .

1

Возможна также более точная аппроксимация результатов экспериментальных данных дисперсионного анализа пыли при статистической обработке полиномом, например, второго порядка

0(йре) = Сс1^е+Ес1ре + F (4)

где С, Е и ^ постоянные величины для исследуемого образца.

Выводы.

1. Совершенствование систем очистки выбросов промышленности и стройиндустрии может быть реализовано на основе применения предложенной модификации лабораторной установки проведения комплексного дисперсионного анализа пыли. Новая модификация устройства в значительной степени повышает достоверность результатов дисперсионного анализа пыли.

2. На основе литературных и экспериментальных данных результатов дисперсионного анализа некоторых видов пыли (песка, цемента и т.п.) предложены некоторые виды определения функциональной зависимости интегрального распределения в зависимости от эквивалентного размера частиц пыли в аналитическом виде. В работе приведены функциональные зависимости интегрального распределения по эквивалентному размеру частиц пыли по результатам статистической обработки дисперсионного анализа в виде регрессий и проведен их анализ.

Литература

1. Волконский, Б.В., Лойко, Л.М. Производство цемента по сухому способу. М.: Издательство литературы по строительству, 1971. 106 с.

2. Дуда, В. Цемент. М.: Стройиздат, 1981. 463 с.

3. Лоскутов, Ю.А., Максимов, В.И., Веселовский, В.В. Механическое оборудование для производства вяжущих строительных материалов. М.: Стройиздат, 1986. 278 с.

4. Технология производства цемента // URL: base.safework.ru.

5. Новый справочник химика технолога. Технология производства цемента// URL: chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_ khimika_i_tekhnologa/10_protsessy_i_apparaty_khimicheskikh_tekhnologiy_chas t_II/7192.

6. Фукс, Н.А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 352 с.

7. Коузов, П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельчённых материалов. Л.: Химия, 1987. 264 с.

8. Коузов, П. А. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. Л.: Химия. 1983. 138 с.

9. Азаров, В. Н. Комплексная оценка пылевой обстановки и разработка мер по снижению запыленности воздушной среды промышленных предприятий: автореф. дис. … д-р техн. наук наук: 05.26.01. Ростов-на-Дону, 2004, 48 с.

10. Азаров В.Н., Сергина Н.М. Методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли с применением персонального компьютера (ПК) / В.Н. Азаров, Н.М. Сергина: Волгогр. гос. арх.-строит. акад. Волгоград, 2002. Деп. в ВИНИТИ 15.07.2002 №1332-80002. 7 с.

11. Сергина, Н. М., Семенова, Е. А., Кисленко, Т. А. Система обеспыливания для производства керамзита // Инженерный вестник Дона,

2013. URL: ivdon.ru/ru/magazine/ archive/n4y2013/2013.

12. Сергина, Н. М. Пути снижения пыли извести в атмосферу при производстве строительных материалов // Альтернативная энергетика и экология. 2013. №11. С. 53-55.

13. Азаров, В.Н. Кошкарев, С.А., Соломахина, Л. Я. К экспериментальной оценке эффективности аппарата мокрой очистки в системах обеспыливания выбросов от печей обжига керамзита // Инженерный вестник Дона 2014, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2572.

14. Азаров, В.Н., Кошкарев, С.А., Николенко, М. А. Снижение выбросов систем обеспыливания с использованием дисперсионного анализа пыли в стройиндустрии // Инженерный вестник Дона 2014, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1 y201 5/2838.

15. Маринин, Н.А. Исследование дисперсного состава пыли в инженерно-экологических системах и выбросах в атмосферу предприятий стройиндустрии: автореф. дис. … канд. техн. наук наук: 05.23.19. Волгоград,

2014. 20 с.

16. Sager T. M. et al. Improved method to disperse nanoparticles for in vitro and in vivo investigation of toxicity //Nanotoxicology. 2007. V. 1. №. 2. pp. 118-129.

17. Ordonez A. et al. Distribution of heavy metals in the street dusts and soils of an industrial city in Northern Spain //Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 2003. V. 44. №. 2. pp. 0160-0170.

18. Kalejaiye O. et al. Effectiveness of dust dispersion in the 20-L Siwek chamber //Journal of loss prevention in the process industries. 2010. V. 23. №. 1. pp. 46-59.

19. Allen T. Particle size measurement. Springer, 2013. URL:books.google.ru/books?hl=ru&lr=&id=7dsFCAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PR17 &dq=analysis+of+variance+dispersed+dust+particle&ots=SkkjTLlsXk&sig=5NC9 ebZSmyRUxn4VlHzn79pQE08&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false.

20. Сергина, Н. М. Боровков, Д.П., Семенова, Е.А. Совершенствование методов очистки воздуха рабочей зоны от пыли известкового щебня, выделяющейся при разгрузке железнодорожных вагонов // Инженерный вестник Дона, 2012, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine /archive/n4p2y2012/1471.

21. Патент №135806, Россия, U1 МПК G01N 15/00. Устройство для определения дисперсного состава пыли. Кошкарев, С.А., Азаров, В. Н. [и др.]. Заявка №2013121082/28. Заявлено 07.05.2013. Опубл. бюллетень № 35 20.12.2013.

References

1. Volkonskij, B.V., Lojko, L.M. Proizvodstvo cementa po suhomu sposobu [Cement production by dry method]. M.: Izdatel’stvo literatury po stroitel’stvu, 1971. 106 p.

2. Duda, V. Cement [Cement]. M.: Strojizdat, 1981. 463 p.

3. Loskutov, Ju.A., Maksimov, V.I., Veselovskij, V.V. Mehanicheskoe oborudovanie dlja proizvodstva vjazhushhih stroitel’nyh materialov [Mechanical equipment for the production of cementitious building materials]. M.: Strojizdat, 1986. 278 p.

4. Tehnologija proizvodstva cementa [The technology of cement production]. URL: base.safework.ru.

5. Novyj spravochnik himika tehnologa. Tehnologija proizvodstva cementa [The new directory chemist technologist. The technology of cement production]. URL : chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/ 10_protsessy_i_apparaty_khimicheskikh_tekhnologiy_chast_II/7192.

6. Fuks, N.A. Mehanika ajerozolej [Mechanics of aerosols], M.: Izd-vo AN SSSR, 1955. 352 p.

7. Kouzov, P. A. Osnovy analiza dispersnogo sostava promyshlennyh pylej i izmel’chjonnyh materialov [Fundamentals of dispersed composition’ analysis of industrial dust and crushed materials]. L.: Himija [Chemistry], 1987. 264 p.

8. Kouzov, P. A. Metody opredelenija fiziko-himicheskih svojstv promyshlennyh pylej [Methods for determination of physical and chemical properties of industrial dusts]. L.: Himija [Chemistry]. 1983. 138 p.

9. Azarov V. N. Kompleksnaja ocenka pylevoj obstanovki i razrabotka mer po snizheniju zapylennosti vozdushnoj sredy promyshlennyh predprijatij [Comprehensive assessment of dusty conditions and measures to reduce the dust content of the working air area and environment of the industrial enterprises]: avtoref. dis. … d-r tehn. nauk nauk: 05.26.01. Rostov-na-Donu, 2004. 48 p.

10. Azarov V.N., Sergina N.M. Deponirovannaja rukopis’. Deponirovano VINITI 15.07.2002 №1332-80002. 7 p.

11. Sergina, N. M., Semenova, E. A., Kislenko, T. A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2013.

12. Sergina, N. M. Al’ternativnaja jenergetika i jekologija. 2013. №11. pp. 53-55.

13. Azarov, V.N. Koshkarev, S.A., Solomahina, L. Ja. Inzenernyj vestnik Dona (Rus) 2014, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2572.

14. Azarov, V.N., Koshkarev, S.A., Nikolenko, M. A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus) 2015, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2015/2838.

15. Marinin, N.A. Issledovanie dispersnogo sostava pyli v inzhenerno-jekologicheskih sistemah i vybrosah v atmosferu predprijatij strojindustrii [Dispersed dust composition’s research within the engineering and environmental systems and emissions into the atmosphere of construction enterprises]: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk nauk: 05.23.19. Volgograd, 2014. 20 p.

16. Sager T. M. et al. Improved method to disperse nanoparticles for in vitro and in vivo investigation of toxicity. Nanotoxicology. 2007. V. 1. №. 2. pp. 118-129.

17. Ordonez A. et al. Distribution of heavy metals in the street dusts and soils of an industrial city in Northern Spain. Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 2003. V. 44. №. 2. pp. 0160-0170.

18. Kalejaiye O. et al. Effectiveness of dust dispersion in the 20-L Siwek chamber. Journal of loss prevention in the process industries. 2010. V. 23. №. 1. pp. 46-59.

19. Allen T. Particle size measurement. Springer, 2013. URL:books.google.ru/books?hl=ru&lr=&id=7dsFCAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PR17 &dq=analysis+of+variance+dispersed+dust+particle&ots=SkkjTLlsXk&sig=5NC9 ebZSmyRUxn4VlHzn79pQE08&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false.

20. Sergina, N. M. Borovkov, D.P., Semenova, E.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine /archive/n4p2y2012/1471.

21. Patent №135806, Rossija, U1 MPK G01N 15. Ustrojstvo dlja opredelenija dispersnogo sostava pyli [Device for determining the composition of particulate dust]. Koshkarev, S.A., Azarov, V. N. et al. Zajavka №2013121082/28. Zajavleno 07.05.2013. Publ. bulletin № 35. 20.12.2013. (rus).

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ТЕКУЧЕСТЬ ЦЕМЕНТОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

DOI:10.34031/2071-7318-2019-4-11-8-16 гШахова Л.Д., 2′ *Черноситова Е.С., 2Щелокова Л.С., 2Денисова Ю.В.

1ООО «Полипласт Новомосковск» Россия, 301661, Тульская обл., г. Новомосковск, Комсомольское шоссе, 72 2Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова Россия, 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46 *E-mail: [email protected]

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ТЕКУЧЕСТЬ ЦЕМЕНТОВ

Аннотация. Текучесть цементного порошка оказывает существенное влияние на продолжительность и трудозатраты в процессе транспортирования и отгрузки цемента. Это обусловливает актуальность задачи поиска механизмов управления этим параметром.

В процессе производства текучесть цементного порошка формируется в зависимости от свойств исходной цементной шихты, требований по тонкости помола к готовой продукции, аппаратурного дизайна и условий проведения процесса. В свою очередь, текучесть цемента оказывает влияние на процесс измельчения, и, следовательно, на производительность мельницы. Реологические характеристики цементного вяжущего со временем изменяются в зависимости от физических свойств материала, условий окружающей среды и оборудования, используемого для его хранения. Причины ухудшения текучести цементного порошка до сих пор полностью не изучены.

Статья посвящена исследованию основных факторов, влияющих на текучесть цемента. Приведены результаты статистического анализа текучести цемента в зависимости от тонкости помола цемента (по остатку на сите №008 и удельной поверхности по Блейну), влажности, насыпного веса и веса в максимально уплотненном состоянии, а также рассмотрена детально взаимосвязь производственных факторов и текучести цемента. Корреляционно-регрессионным методом анализа установлено, что на текучесть влияет переменный фактор, который пока не оценивается количественно.

Ключевые слова: цемент, текучесть цементного порошка, подвижность, слеживаемость, корреляционно-регрессионный анализ.

Введение. Снижение текучести (подвижности) цемента при массовых отгрузках большими объемами автомобильным, железнодорожным транспортом «навалом» или в тарированном виде создают большие проблемы, увеличивая время и трудозатраты при погрузочно-разгрузочных работах. Эти задержки могут быть достаточно существенными.

Текучесть порошков является сочетанием физических свойств материала, условий окружающей среды и оборудования, используемого для переработки и хранения эти материалов [1]. Поведение потока порошкообразного материала носит многомерный характер и зависит от многих физических характеристик [2-5].

Причины ухудшения текучести цементного порошка до сих пор полностью не поняты. Основной причиной, к которой склоняются многие исследования, является сложные отношения между поверхностной энергией отдельных зерен цемента и потоком тех же частиц [6, 7]. Поверхностная энергия зависит от многих факторов в процессе производства цемента: тонкость помола, тип помольного оборудования, тип вращающихся печей и способ производства (мокрый или сухой), температуры обжига и охлаждения, скорости охлаждения и т.д. [8-10].

Перечисленные факторы играют важную роль при формировании других свойств цемента, таких как насыпная плотность, угол естественного откоса, слеживаемость при хранении в сило-сах, время погрузочно-разгрузочных работ из емкостей хранения и транспортирования. Даже небольшое изменение количественных значений указанных факторов может привести к значительным изменениям подвижности порошков: снижение размера частиц ведет к снижению текучести данного порошка [11-13]. Для эффективного управления и возможности прогнозирования текучести важно понимать ее роль в технологических процессах получения и хранения цемента, а также механизмы управления этим параметром.

Основываясь на наших многолетних результатах практики применения технологических добавок, была выдвинута гипотеза о влиянии текучести цементного порошка на процессы измельчения и транспортирования. Взаимосвязь факторов, определяющих производительность мельницы и эффективность работы сепарирующих аппаратов, а также изменение характеристик готовой продукции показана на рис. 1.

Транспортирование и хранение

Расход и Темпера

вла госодер тура

жание

воздуха

Время упаковки и погрузочно-разгрузочных работ

Рис. 1. Взаимосвязь производственных факторов и текучести цемента

Из приведенной схемы следует, что текучесть цемента зависит от свойств исходной цементной шихты, требований по тонкости помола к готовой продукции, аппаратурного дизайна и условий проведения процесса. Кроме этого, имеется обратная связь — влияние текучести цемента на процесс измельчения, таким образом, на производительность мельницы.

Существует несколько эмпирических закономерностей: гидрофобные порошки текут лучше, чем гидрофильные; монодисперсные порошки текут лучше полидисперсных [14, 15]. Согласно этим эмпирическим закономерностям, цементы, изготовленные на мельницах замкнутого цикла с сепараторами при равной удельной поверхности, должны иметь выше текучесть, чем цементы, изготовленные по открытому циклу [16]. Как показывает практика, цемент, произведенный по открытому циклу, начинает агрегироваться раньше. Это связано с тем, что мелкие частицы не выводятся из зоны воздействия мелющих тел, частицы начинают налипать на мелющие тела и бронефутеровку, тем самым снижая эффективность удара. Подводящая энергия расходуется не только на измельчение, но и на разрушение образующихся агрегатов. По этой причине в мельнице открытого цикла невозможно получить цементы с удельной поверхностью выше 400 м2/кг [17].

Трудности оценки влияния множества факторов на текучесть цемента заключается в невозможности количественного определения текучести в конкретных технологических условиях [18]. Поэтому в данных экспериментах текучесть готового продукта определялась в лаборатории

цементного предприятия с учетом параметров, которые могли быть оценены количество.

Методы, оборудование, материалы. При проведении эксперимента были отобраны 92 пробы цемента ЦЕМ И/А-Ш 32.5Б при отгрузке партий из силосов. Цементы были получены помолом в мельнице 3.2*14м открытого цикла. В качестве исследуемых факторов рассматривались: тонкость помола цемента (по остатку на сите №008 и удельной поверхности по Блейну), влажность порошка, насыпной вес и вес в максимально уплотненном состоянии.

Насыпной вес определялся взвешиванием разрыхленного порошка в мерной емкости. Затем емкость с цементом устанавливалась на встряхивающий стол Хагерманна и производилось встряхивание 50 раз. В емкость добавлялся цемент, верхний излишек порошка удалялся и емкость опять встряхивалась 50 раз. Так продолжается до тех пор, пока порошок максимально не уплотнится. Степень слеживаемости определялся как отношение веса в рыхлом состоянии к весу в уплотненом состоянии. Степень слеживаемости косвенно отражает склонность порошка к уплотнению при механических воздействиях.

Влажность порошка, удельная поверхность по Блейну определялись по ГОСТ 30744.

Статистическая обработка результатов испытаний проводилась по классическим методам, рекомендуемым ГОСТ Р ИСО/ТО 10017 для использования в системах менеджмента качества по ИСО 9001, в пакете анализа данных STATIS-Т1СА [19].

Результаты испытаний, использованные для статистической обработки, проверялись на наличие грубой погрешности по критерию Райта с использованием программного продукта [20].

На начальном этапе статистического исследования методами описательной статистики и проверки гипотез были оценены параметры и вид

Описательная стати

распределения исходных данных с целью их дальнейшего использования для корреляционно-регрессионного анализа.

Статистические показатели выходного параметра — текучести цемента и влияющих факторов, рассчитанные по экспериментальным данным, приведены в табл. 1.

Таблица 1

ка исходных данных

Значения Выходной параметр Y1 — текучесть це-мента,% Факторные признаки

х1 — остаток на сите №008, мас.%; х2 — удельная поверхность цемента по Блейну, см2/г х3 -влажность цемента, %; х4- массовая доля шлака,%; х5 — насыпной вес в рыхлом состоянии, г/л; х6 — насыпной вес в максимально уплотненном состоянии, г/л; х7 — отношение насыпного веса и в уплотненном состоянии (степень слеживаемости

Среднее 25,70 8,420 292,080 0,028 10,658 1133,773 1591,955 0,714

Минимальное 19 5,5 267 0,01 2,1 1046 1327 0,63

Максимальное 31 13,3 324 0,05 19,7 1237 1788 0,85

Стандартное отклонение 2,55 1,647 13,165 0,008 3,554 49,503 91,776 0,038

Коэффициент вариации, % 9,94 19,56 4,51 28,54 33,34 4,37 5,77 5,28

Значение коэффициента парной корреляции между х! и у -0,097 -0,184 0,007 -0,084 -0,114 -0,008 -0,110

Коэффициент вариации значений массовой доли шлака превышает 33 %, что свидетельствует о неоднородности данных и распределении исследуемого параметра, отличном от нормального. Однако гистограмма распределения, представленная на рисунке 2, и результаты расчета D-статистики Колмогорова-Смирнова, вы-

полненные в программе STATISTICA, позволяют принять гипотезу о нормальности распределения. Следовательно, все факторные признаки могут быть использованы для проведения регрессионного анализа с целью изучения взаимосвязей текучести цемента от множества факторов, приведенных в табл. 1.

Histogram of х4- массовая доля шлака,% х4- массовая доля шлака,% = 88*2*normal(x; 10,658; 3,5538)

х4- массовая доля шлака,%: Р = 0,0982; р < п^.; иЩеЮге-р < 0,051

Рис. 2. Гистограмма распределения массовой доли шлака

Корреляционно-регрессионный анализ позволяет исследовать взаимосвязи показателей, когда зависимость между ними не является строго функциональной и искажена влиянием посторонних, случайных факторов. Для его реализации использовался модуль Descriptive statistics программы STATISTICA [19].

Программой рассчитываются коэффициенты уравнения регрессии в кодированном и натуральном виде b* и b соответственно, ошибки определения этих коэффициентов и значения критерия Стьюдента (t).

Уровень надежности (доверительная вероятность) задавался а=95 %. Значимость коэффициентов множественной корреляции R в уравнении проверялась по ^-критерию Фишера путем расчета его фактического значения и сравнения с табличными данными.

Для оценки добротности выполненного регрессионного анализа использовали величины:

— стандартной ошибки которая дает представление о приблизительной величине ошибки прогнозирования;

— коэффициентом детерминации Я2, указывающим, какой процент вариации функции у объясняется воздействием факторов х^.

Значимость коэффициентов уравнения регрессии оценивается с помощью табличных значений критерия Стьюдента.

Результаты и обсуждение. Рассчитанные в программе STATISTICA коэффициенты уравнения регрессии, полученные на основе экспериментальных данных, представлены на рис. 3.

N=88 Regression Summary for Dependent Variable: Y -текучесть [Spreadsheet»!) R= .40291284- R?= ,15233875 Adjusted R?= ,08904340 F(7,80)=2,2149 p<.04143 Std.Error of estimate: 2,4382

b* Std.Err of b* b Std.Err of b 1(80) p-value

Intercept 216.664 62.92862 3,44302 0.000918

х1 — остаток на сите №008, мас.% -0.09858 0,125793 -0,153 0.19515 -0,78365 0,435558

х2 — удельная поверхность цемента по Блейну. см2/г -0.27963 0.108833 -0.054 0.02112 -2.56938 0.012045

хЗ -влажность цемента, % 0.13037 0.114861 42,278 37,24830 1,13503 0,259753

х4- массовая доля шлака, % -0,14502 2.78708 -3.863S7 -3.42825 0,120292 -0,104 0.08647 -1,20559 0,231528

х5 — насыпной вес н рыхлом состоянии, г/л 1.098535 0,144 0.05669 2,53709 0.013121

хБ — насыпной вес в максимально уплотненном состоянии, г/л 1.459642 -0.108 0.04063 -2,64720 0.009772

х7 — степень слеживаемости 1,267774 -232,229 85.87883 -2.70415 0.008363

Рис. 3. Результаты регрессионного анализа в программе Statistica

Статистически значимые коэффициенты уравнения регрессии (выделены красным): удельная поверхность и показатели, характеризующие плотность цемента в разных состояниях. Коэффициент детерминации R2 = 0,16, что свидетельствует о том, что достаточно небольшая доля вариации зависимой переменной обусловлена вариацией рассмотренных факторных признаков.

Для дальнейшего анализа были приняты факторы Х2 — показатель качества готового цемента, насыпной вес Х5 и степень слеживаемости, характеризующая степень уплотнения материала в процессе хранения, Х7.

Графически зависимость текучести цемента от выявленных значимых факторов Х2-Х7, Х2-Х5, полученная с помощью метода наименьших квадратов (МНК), представлена на рисунке 4. Очевидно, что поверхности, полученные в качестве прогнозируемой поверхности отклика, и реальные данные, полученные в результате испытаний, существенно отличаются.

Коэффициент детерминации R2 для выбранной в программе модели составляет всего 0,071, что можно проиллюстрировать графически в виде зависисмости между наблюдаемыми и прогнозируемыми значениями параметра (рис. 5).

Для автоматизации процесса выбора модели регрессии, наиболее информативной с точки зрения обьясненной дисперсии, была применена опция «Пошаговая или гребневая регрессия». Результаты ее использования приведены ниже.

Выбранная с его помощью модель регрессии как наиболее информативная с точки зрения доли объясненной дисперсии включает всего один факторный признак — Х2 (удельная поверхность цементного порошка:

Y = 47,69 — 0,045X2

Прогнозируемые с использованием этой модели значения текучести цемента в зависимости от его удельной поверхности приведены на рис 6.

1 > 25

| < 22

О 1 = ,7

□ | < 12

1 1

|=2

а)

б)

Рис. 3. Результаты построения поверхностей отклика в программе STATISTICA: а) зависимость текучести цемента от удельной поверхности и степени слеживаемости; б) зависимость текучести цемента от удельной

поверхности и насыпного веса

N=88 Regression Summary for Dependent Variable: Y -текучесть R= 0,26582461 R2= 0.0711Э537 Adjusted R2= ,03802378 F(3,84)=2,1463 p<,10048 Std.Error of estimate: 2,5056

b* Std.Err of b* Ь Std.Err. of Ь t[84) p-value

Intercept 47,69116 9,210279 5.17804 0.000002

х2 — удельная поверхность цемента по Блейну, см2/г -0.231 968? 0 10Э541 -0.04501 0.021256 -2.11764 0.037162

х1 — остаток на сите №008, мас.% -0.156852 0.10Э564 -0.24333 0.169969 -1,43159 0.155970

х5 — насыпной вес в рыхлом состоянии, г/л -0.116155 0.105269 -0.00599 0.005432 -1,10342 0.272997

Рис. 4. Результаты выбора регрессионной модели с помощью пошаговой или гребневой регрессии в программе

STATISTICA

Прогнозируемые vs наблюдаемые значения Dependent variable: Y -текучесть

32

30

0 х

1 28

u er ш с

g 26 X

ш т го

1 24 .0

s ш го

CI

2 22 с;

ю го X

20

18

23,5 24,0 24,5 25,0 25,5 26,0 26,5 27,0 27,5

Прогнозируемые значения переменной 10,95 Conf.Int.

Рис. 5. Соотношение прогнозируемых по регрессионной модели и наблюдаемых значений текучести

Raw Predicted Values vs. Х2 (Уд.пов.) Прогнозируемые математически неисправленные значения текучести = 38,218 — ,0432 * Х2

Correlation: r = -,6376

Х2 (Уд.пов.) 10,95 Conf.Int. |

Рис. 6. Прогнозируемые математически неисправленные значения текучести

Выводы. Полученная при реализации метода регрессионного анализа оценка коэффициента детерминации R2 (0,071), свидетельствует о

том, чгоизеен/етеуши цеет-сгопо рейка полостю сбуслненэ вэдесеем пcкаhеу■те■ньхвм5qеиc|акп:рcвитреí:бег гровеенияцагнейиикисгесоваий!

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Prescott J.K., Barnum R.A. On Powder Flowability // Pharm. Techonology. 2000. Pp. 60-84.

2. Shahova L.D., Chernositova E.S., Denisova J.V. Flowability and durability of cement containing technological additives during grinding process // 2017 AIME. AER-Advances in Engineering Research. 2017. Vol. 133. Pp. 162-167.

3. Shahova L.D., Chernositova E.S., Denisova J.V. Flowability of cement powder // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 327.032049.

4. Шахова Л.Д., Черноситова Е.С., Денисова Ю.В. Исследование влияния технологических добавок на реологические свойства цементного порошка // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. №10. С. 123-128.

5. Флейшер А.Ю. Оценка эффективности активаторов помола на физико-механические характеристики цемента // Сб. тр. Междунар. конф. CemEnergy. 2013. С. 61-65.

6. Fitzpatrick J.J., Barringer S.A., Iqbal T.J. Flow property measurement of food powders and sensitivity of Jenike’s hopper design methodology to the measured values // Food Engineering. 2004. Vol. 61(3). Pp. 399-405.

7. Fitzpatrick J.J., Ahrne L. Food powder

handling and processing Industry problems, khowledge barriers and research opportunities // Chem. Engineering Proc. 2005. Vol. 44(2). Pp. 209214.

8. Шахова Л.Д., Черноситова Е.С., Березина Н.М., Данилин А.А. Композиционные разжижи-тели сырьевых шламов цементного производства // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2016. №10. С. 191-196.

9. Poluektova V.A., Shapovalov N.A. Fundamental patterns of influence of the structure and composition of the oxyphenol oligomers on the plastification of cement mixtures // International Journal of Pharmacy & Technology. 2016. Vol. 8. Issue 4. Pp.22716-22725.

10. Marinelli J., Carson J.W. Solve solids flow problems in bins, hoppers and feeders // Chem. Engineering Proc. 1992. Vol. 88(5). Pp 22-28.

11. Sprung C. Effect of storage conditions on the properties of cement // ZKG INTERNATIONAL. 1978. Vol. 6. Pp 305-309.

12. Dubina E., Wadso L., Plank J. A sorption balance study of water vapour sorption on anhydrous cement minerals and cement constituents // Cement and Concrete Research. 2011. Vol. 41. Issue 11. Pp. 1196-1204.

13. Kamath S., Puri V., Manbeck H., Hogg R. Flow properties of powders using four testers-measurement, comparison and assessemen // PowderTechnol. 1993. Vol. 76. Pp. 277-289.

14. Черноситова Е.С., Куприянов А.Н. К вопросу о снижении потерь и повышении производительности при изготовлении блоков из ячеистого бетона автоклавного твердения // Управление качеством на этапах жизненного цикла технических и технологических систем: 7-я

Международная научно-техническая конф. / Юго-Западный государственный университет (Курск, 30-31 мая 2019 г.), Курск. Том 1, Изд-во Юго-Западный государственный университет, 2019. С. 411-414.

15. Lebedev M.S., Chulkova I.L. Study of structure formation in bitumen-mineral compositions based on fly ash under water saturation // Advances in Engineering Reeseach (Actual Issues of Mechanical Engineering AIME 2017). 2017. Vol. 133. Pp. 403-408.

16. Bulanov P.E., Vdovin E.A., Mavliev L.F., Kuznetsov D.A. Development of road soil cement compositions modified with complex additive based on polycarboxylic ether // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol.327. 032014.

17. Poluektova V.A., Shapovalov N.A.,

Информация об авторах

Шахова Любовь Дмитриевна, доктор технических наук, профессор, директор научно-технического центра небетонного направления. E-mail: [email protected]. ООО «Полипласт Новомосковск». Россия, 301661, Тульская обл., г. Новомосковск, Комсомольское шоссе, 72.

Черноситова Елена Сергеевна, кандидат технических наук, доцент кафедры стандартизации и управления качеством. E-mail: [email protected]. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.

Щелокова Лариса Станиславовна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии цемента и композиционных материалов. E-mail: [email protected]. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.

Денисова Юлия Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры архитектурных конструкций. E-mail: [email protected]. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.

Поступила в сентябре 2019 г. © Шахова Л.Д., Черноситова Е.С., Щелокова Л.С., Денисова Ю.В., 2019

1Shakhova L.D., 2,*Chernositova E.S., 2Schelokova L.S., 2Denisova J.V.

1LLC «Polyplast Novomoskovsk» Russia, 301661, Tulskaya obl., Novomoskovsk, Komsomolskaya highway 72.

2Belgorod State Technological University named after V.G. Shuhova Russia, 308012, Belgorod, Kostyukov, 46 *E-mail: [email protected]

A STUDY OF FACTORS AFFECTING THE FLUIDITY OF CEMENT

Abstract. The fluidity of cement powder has a significant impact on the duration and labor costs in the process of transportation and shipment of cement. This determines the relevance of the task offinding mechanisms to control this parameter.

During the production process, the fluidity of the cement powder is formed depending on the properties of the initial cement charge, the requirements for the thinness of the grinding to the finished product, the hardware design and the conditions of the process. In turn, the fluidity of cement affects the grinding process and the productivity of the mill. The rheological characteristics of the cement binder change over time depending on the physical properties of the material, environmental conditions and the equipment used for its storage. The reasons for the deterioration of the flow of cement powder is still not fully studied.

The article is devoted to the study of the main factors affecting the fluidity of cement. The results of the statistical analysis of cement fluidity depending on the thinness of cement grinding (on the residue on the sieve №008 and the specific surface area by Blaine method) humidity, bulk weight and weight in the most compacted

Evtushenko E.I. Nano-modified polymer solution for additive technologies // International Journal of Pharmacy & Technology. 2016. Vol. 8. Issue 4. Pp. 24930-24937.

18. Schwedes J. Flow Properties of Bulk Solids // Granular Matter Review on Testers for Measuring. 2003. Vol. 5. Pp 1-43.

19. Боровиков В.П. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере. Санкт-Петербург: Питер, 2003. 688 с.

20. Программа отбраковки результатов эксперимента, содержащих грубую погрешность: Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ / Денисова Ю.В., Черноситова Е.С., Куприянов А Н. №2018616041: дата регистрации 21.05.2018 г.

state. In addition, the relationship of production factors and cement fluidity is considered. Correlation and regression analysis shows that the fluidity is affected by a variable factor, which is not yet quantified. Keywords: cement, cement powder fluidity, mobility, caking, correlation and regression analysis.

REFERENCES

1. Prescott J.K., Bamum R.A. On Powder Flowability. Pharm. Techonology. 2000. Pp. 60-84.

2. Shahova L.D., Chernositova E.S., Denisova J.V. Flowability and durability of cement containing technological additives during grinding process. 2017 AIME. AER-Advances in Engineering Research. 2017. Vol. 133. Pp. 162-167.

3. Shahova L.D., Chernositova E.S., Denisova J.V. Flowability of cement powder. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 327. 032049.

4. Shakhova L.D., Chernositova E.S., Denisova J.V. Research of influence of technological additives on the rheological properties of cement powder [Issledovanie vliyaniya tekhnologicheskih dobavok na reologicheskie svojstva cementnogo poroshka]. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2017. No. 10. Pp. 123-128. (rus)

5. Fleischer A.J. Evaluation of the effectiveness of activators of grinding on physico-mechanical characteristics of cement [Ocenka effektivnosti aktivatorov pomola na fiziko-mekhanicheskie harakteristiki cementa]. Proceedings of the international conference CemEnergy. 2013. Pp. 6165. (rus)

6. Fitzpatrick J.J., Barringer S.A., Iqbal T.J. Flow property measurement of food powders and sensitivity of Jenike’s hopper design methodology to the measured values. Food Engineering. 2004. Vol. 61(3). Pp. 399-405.

7. Fitzpatrick J.J., Ahrne L. Food powder handling and processing Industry problems, khowledge barriers and research opportunities. Chem. Engineering Proc. 2005. Vol. 44(2). Pp. 209-214.

8. Shahova L.D., Chernositova E.S., Berezin N.M., Danilin A.A. Composite thinners raw sludge in cement production [Kompozicionnye razzhizhiteli syr’evyh shlamov cementnogo proizvodstva]. Bulletin of BSTU named after V. G. Shukhov. 2016.No.10. Pp. 191-196. (rus)

9. Poluektova V.A., Shapovalov N.A. Fundamental patterns of influence of the structure and composition of the oxyphenol oligomers on the plastification of cement mixtures. International Journal of Pharmacy & Technology. 2016. Vol. 8. Issue No. 4. Pp.22716-22725.

10.Marinelli J., Carson J.W. Solve solids flow problems in bins, hoppers and feeders. Chem. Engineering Proc. 1992. Vol. 88(5). Pp 22-28.

11. Sprung C. Effect of storage conditions on the properties of cement. ZKG INTERNATIONAL. 1978.

Vol. 6. Pp 305-309.

12. Dubina E., Wadso L., Plank J. A sorption balance study of water vapour sorption on anhydrous cement minerals and cement constituents. Cement and Concrete Research. 2011. Vol. 41. Issue No. 11. Pp. 1196-1204.

13. Kamath S., Puri V., Manbeck H., Hogg R. Flow properties of powders using four testers-measurement, comparison and assessemen. PowderTechnol. 1993. Vol. 76. Pp. 277-289.

14. Chernositova E.S., Kupriyanov A.N. The issue of reducing losses and increasing productivity in the manufacture of cellular concrete blocks of autoclaved hardening [K voprosu o snizhenii poter’ i povyshenii proizvoditel’nosti pri izgotovlenii blokov iz yacheistogo betona avtoklavnogo tverdeniya]. Upravlenie kachestvom na etapah zhiznennogo cikla tekhnicheskih i tekhnologicheskih sistem: 7-ya Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konf. Sbornik dokladov v 2-h tomah. Yugo-Zapadnyj gosudarstvennyj universitet (Kursk, 30-31 may, 2019). 2019. Vol. 1. Pp. 411-414. (rus)

15. Lebedev M.S., Chulkova I.L. Study of structure formation in bitumen-mineral compositions based on fly ash under water saturation. Advances in Engineering Reeseach (Actual Issues of Mechanical Engineering AIME 2017). 2017. Vol. 133. Pp. 403408.

16. Bulanov P.E., Vdovin E.A., Mavliev L.F., Kuznetsov D.A. Development of road soil cement compositions modified with complex additive based on polycarboxylic ether. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 327. 032014.

17. Poluektova V.A., Shapovalov N.A., Evtushenko E.I. Nano-modified polymer solution for additive technologies. International Journal of Pharmacy & Technology. 2016. Vol. 8. Issue 4. Pp. 24930-24937.

18. Schwedes J. Flow Properties of Bulk Solids. Granular Matter Review on Testers for Measuring. 2003. Vol. 5. Pp 1-43.

19. Borovikov V P. STATISTICA. The art of data analysis on the computer [STATISTICA. Iskusstvo analiza dannyh na komp’yutere]. Saint-Petersburg: Peter, 2003. 688 p. (rus)

20. The program rejection of the results of the experiment, containing a gross error [Programma otbrakovki rezul’tatov eksperimenta, soderzhashchih grubuyu pogreshnost’]: The certificate of state registration of program for computer / Denisova, J.V, Chernositov E.S., Kupriyanov A.N. — №2018616041: date of registration 21.05.2018. (rus)

Information about the authors

Shakhova, Lyubov D. DSc, Professor. E-mail: [email protected]. Director of the scientific-technical center of not a concrete direction. LLC «Polyplast Novomoskovsk», Russia, 301609, Tula region, Novomoskovsk, Komso-molskoye Rte., 72.

Chernositova, Elena S. PhD, Assistant professor. E-mail: [email protected]. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.

Schelokova, Larisa S. PhD, Assistant professor. E-mail: [email protected]. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.

Denisova, Julia V. PhD, Assistant professor. E-mail: [email protected]. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.

Received in September 2019 Для цитирования:

Шахова Л.Д., Черноситова Е.С., Щелокова Л.С., Денисова Ю.В. Исследование факторов, влияющих на текучесть цементов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2019. № 11. С. 8-16. DOI: 10.34031/2071-73182019-4-11-8-16

For citation:

Shakhova L.D., Chernositova E.S., Schelokova L.S., Denisova J.V. A study of factors affecting the fluidity of cement. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2019. No. 11. Pp. 8-16. D0I:10.34031/2071-7318-2019-4-11-8-16

Параметрические исследования процессов производства цемента

Цементная промышленность является одним из наиболее интенсивных потребителей энергии в промышленных секторах. Потребление энергии составляет от 40% до 60% стоимости производства. Кроме того, на долю цементной промышленности приходится от 5% до 8% всех антропогенных выбросов CO ₂ . Физиохимические и термохимические реакции, происходящие в цементных печах, все еще недостаточно изучены из-за их сложности. Реакции имеют решающее влияние на потребление энергии, ухудшение состояния окружающей среды и стоимость производства цемента.Существуют технические трудности в достижении прямых измерений критических параметров процесса в печных системах. Кроме того, моделирование процесса используется для проектирования, разработки, анализа и оптимизации процессов, когда экспериментальные испытания трудно провести. Кроме того, существует несколько моделей для изучения использования альтернативных видов топлива, процесса обжига цементного клинкера, химического состава фаз и физических параметров. Тем не менее, в большинстве из них не рассматривается реальная неэффективность процессов, оборудования и системы в целом.В данной статье представлены результаты параметрических исследований четырехступенчатой ​​системы сухой вращающейся печи с подогревателем (RKS) с планетарным охладителем. RKS компании Mbeya Cement Company (MCC) в Танзании используется в качестве примера. В исследовании изучалось влияние изменения параметров RKS на поведение системы, технологические операции, окружающую среду и потребление энергии. Необходимые данные для моделирования RKS на заводе MCC были получены либо путем ежедневных эксплуатационных измерений, либо путем лабораторных анализов. Стационарная имитационная модель RKS была выполнена с помощью программного обеспечения Aspen Plus.Результаты моделирования были успешно подтверждены с использованием реальных рабочих данных. Прогнозы параметрических исследований показывают, что мониторинг и регулирование выхлопных газов может улучшить эффективность сгорания, что, в свою очередь, приведет к экономии топлива и снижению производственных затрат. Состав выхлопных газов также зависит как от типа используемого топлива, так и от количества воздуха для горения. Объем отходящих дымовых газов зависит от количества воздуха для горения и проникающего воздуха в RKS. Результаты, полученные в результате исследования, предполагают потенциальную экономию угля как минимум около

.

Производство цемента | Центр и сеть климатических технологий

Цемент — это глобальный товар, производимый на тысячах заводов. Отрасль консолидируется во всем мире, но на крупные международные компании приходится лишь 30% мирового рынка. Основным и наиболее заметным рынком цемента является строительная промышленность, где он используется в различных областях, где он смешивается с водой для изготовления бетона. В большинстве современных проектов гражданского строительства, офисных зданий, квартир и жилых домов используется бетон, часто в сочетании с системами стальной арматуры.По данным UNEPTIE, во многих развитых странах рост рынка очень медленный, и цемент в больших объемах используется в основном для строительства инфраструктуры. На рынках развивающихся стран (например, Китая) темпы роста более высокие. Поскольку цементная промышленность носит одновременно глобальный и локальный характер, она сталкивается с уникальным набором проблем, которые привлекают внимание как на местном, так и на международном уровне.

На цемент приходится 83% общего объема энергии, потребляемой при производстве неметаллических полезных ископаемых, и 94% выбросов CO2. Энергия составляет от 20% до 40% общих затрат на производство цемента.Производство цементного клинкера из известняка и мела путем нагревания известняка до температур выше 950 ° C является основным энергоемким процессом. Портландцемент, наиболее широко используемый тип цемента, содержит 95% цементного клинкера. Большое количество электроэнергии используется для измельчения сырья и готового цемента.

В процессе производства клинкера также выделяется CO2 в качестве побочного продукта при кальцинировании известняка. Эти технологические выбросы не связаны с использованием энергии и составляют около 3,5% выбросов CO2 во всем мире и 57% от общих выбросов CO2 от производства цемента.Выбросы при кальцинировании известняка нельзя уменьшить за счет мер по повышению энергоэффективности или замены топлива, но их можно уменьшить за счет производства смешанного цемента и выбора сырья.

Введение

Цемент — это глобальный товар, который производится на тысячах заводов. Промышленность консолидируется во всем мире, но на крупные международные фирмы приходится лишь 30% мирового рынка (Европейская комиссия, 1997). Основным и наиболее заметным рынком цемента является строительная промышленность, где он используется в различных областях, где он смешивается с водой для изготовления бетона.На обрабатывающую промышленность в целом приходится треть мирового потребления энергии. Прямые выбросы промышленной энергии и технологического СО2 составляют 6,7 гигатонн (Гт), что составляет около 25% от общих мировых выбросов, из которых 30% приходится на металлургическую промышленность, 27% — на неметаллические минералы (в основном цемент) и 16% — на производство химикатов и нефтехимии (IEA, 2008). Производство цемента включает нагрев, кальцинирование и спекание смешанных и измельченных материалов для образования кликера. В результате производство цемента является третьей по величине причиной антропогенных выбросов CO2 из-за производства извести, ключевого ингредиента цемента.Следовательно, экономия энергии при производстве цемента может снизить воздействие на окружающую среду. В цементно-бетонной промышленности повышение энергоэффективности и сокращение выбросов CO2 может быть достигнуто в основном с помощью двух процедур: (i) путем изменения производственных процессов и (ii) путем корректировки химического состава цемента. Производство и производственные процессы можно улучшить, изменив управление энергопотреблением и вложив средства в новое оборудование и / или модернизацию. Было продемонстрировано, что изменения в химическом составе цемента способствуют экономии энергии и сокращению выбросов CO2, но их широкому распространению пока препятствует тот факт, что разработка нового промышленного стандарта сложна и требует времени.Это, в частности, относится к цементной промышленности, которая является высоко капиталоемким и конкурентоспособным сектором с длительным экономическим сроком службы существующих мощностей, так что изменения в существующем основном капитале не могут быть легко внесены.

Наибольшие возможности для повышения энергоэффективности и сокращения выбросов CO2 могут быть достигнуты за счет улучшения процесса производства цемента. В цементной промышленности пиропроцессинг (переработка сырья в цемент при высокой температуре, например, выше 8000C) является очень распространенной технологической процедурой, на которую приходится 74% энергопотребления в мировой цементной / бетонной промышленности. Поскольку термический КПД при использовании этой традиционной технологии пиропереработки в среднем немного превышает 30% (Mersmann, 2007), можно ожидать значительных улучшений. На измельчение и помол приходится 5,8% энергопотребления цемента / бетона (Choate, 2003). Эти операции имеют энергоэффективность от 6 до 25%, а также предлагают большие возможности для экономии энергии.На следующем рисунке представлен процесс производства цемента.

Потенциальные возможности для повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2 при производстве сырья и производстве бетона меньше, чем при производстве цемента. Например, выбросы CO2 во время транспортировки можно снизить, заменив дизельное топливо биодизелем. Обычно повышение энергоэффективности пропорционально сокращает выбросы CO2, образующегося при сжигании ископаемого топлива и производстве электроэнергии.Однако следует отметить, что сокращение выбросов CO2 от производства цемента на процент, пропорциональный повышению энергоэффективности, невозможно. Более половины выбросов CO2, связанных с цементом / бетоном, являются результатом химических реакций, необходимых для преобразования сырья, а не результатом энергии, необходимой для этих реакций. Например, если топливо с почти нулевым выбросом CO2 (например, ядерная энергия, биомасса) использовалось для всех потребностей в энергии пиропроцессинга, то выбросы CO2 можно было бы сократить на 54%.

.

Производство портландцемента — материалы и процессы

При производстве цемента используются различные сырьевые материалы и различные процессы. Каждый процесс объясняется химическими реакциями при производстве портландцемента.

Цемент представляет собой порошок зеленовато-серого цвета, изготовленный из кальцинированной смеси глины и известняка. При смешивании с водой становится твердым и прочным строительным материалом.

История цемента восходит к Римской Империи. Современный цемент. То есть портландцемент впервые был произведен британским каменщиком Джозефом Аспдином в 1824 году, который варил цемент на своей кухне.Он нагрел смесь известняка и глиняного порошка у себя на кухне и измельчил смесь в порошок, создав цемент, который затвердевает при смешивании с водой. Название Портленд было дано изобретателем, так как он напоминает камень, добытый на острове Портленд.

Впервые современный портландцемент был использован при строительстве туннеля в Темзе в 1828 году.

Процесс производства цемента

Процесс производства портландцемента описан ниже.

1. Смешивание сырья
2. Горение
3. Шлифовальный
4. Хранение и упаковка

1. Смешивание сырья

Основным сырьем, используемым при производстве цемента, являются кальций, кремний, железо и алюминий. Эти минералы используются в различных формах в зависимости от наличия минералов.

В таблице показано сырье для производства портландцемента

Процесс смешивания при производстве цемента осуществляется 2 способами,

a) Сухой процесс

Известковое и глинистое сырье сначала измельчается в гирационных дробилках, чтобы получить отдельные куски размером 2-5 см.Измельченный материал снова измельчают, чтобы получить мелкие частицы в шаровой или трубчатой ​​мельнице.

Каждый мелко измельченный материал после просеивания хранится в бункере. Теперь эти порошкообразные минералы смешиваются в требуемой пропорции, чтобы получить сухую сырьевую смесь, которая затем хранится в силосах и готовится к отправке во вращающуюся печь. Теперь сырье смешивается в определенных пропорциях, так что средний состав конечного продукта сохраняется должным образом.

Рис. Производство цемента сухим способом

б) Мокрый процесс

Сырье сначала измельчается, превращается в порошок и хранится в силосах.Затем глину промывают в стиральных мельницах, чтобы удалить приставшие органические вещества, содержащиеся в глине.

Порошкообразный известняк и промытая водой глина направляются в каналы и поступают в мельницы, где они полностью смешиваются и образуется паста, известная как суспензия.

Процесс измельчения может осуществляться в шаровой или трубчатой ​​мельнице, или даже в том и другом. Затем суспензия направляется в сборный резервуар, где можно регулировать состав. Суспензия содержит около 38-40% воды, которая хранится в резервуарах для хранения и хранится в готовности для вращающейся печи.

Рис. Производство цемента мокрым способом

Сравнение сухого процесса и мокрого процесса производства цемента

2.Сжигание сырья

Процесс обжига осуществляется во вращающейся печи, при этом сырье вращается со скоростью 1-2 об / мин на ее продольной оси. Вращающаяся печь состоит из стальных труб диаметром 2,5-3,0 метра и длиной от 90 до 120 метров. Внутренняя сторона печи облицована огнеупорным кирпичом.

Печь опирается на колонны из кирпичной кладки или бетона и опирается на роликовый подшипник в слегка наклонном положении с уклоном от 1: 25 до 1: 30.Сырьевая смесь сухого процесса или скорректированного шлама мокрого процесса вводится в печь с верхнего конца. Печь нагревается с помощью порошкообразного угля, масла или горячих газов из нижнего конца печи, так что возникает длинное горячее пламя.

Поскольку положение печи наклонено и она медленно вращается, материал, загружаемый с верхнего конца, перемещается к нижнему концу со скоростью 15 м / час. В верхней части вода или влага из материала испаряются при температуре 400 ° C, поэтому этот процесс известен как зона сушки.

Центральная часть, т.е. зона обжига, температура около 10000 ° C, где происходит разложение известняка. Оставшийся материал находится в форме небольших комков, известных как узелки после выхода CO ₂ .

CaCO ₃ = CaO + CO ₂

Нижняя часть (зона клинкера) имеет температуру в пределах 1500-17000 ° C, где известь и глина вступают в реакцию с образованием алюминатов кальция и силикатов кальция. Эти алюминаты и силикаты кальция плавятся, собираясь в маленькие твердые камни, известные как клинкеры.Размер клинкера колеблется от 5 до 10 мм.

Нижняя часть, т.е. зона клинкера, имеет температуру около 1500-1700С. В этом регионе известь и глина реагируют с образованием алюминатов кальция и силикатов кальция. Эти продукты из алюминатов и силикатов кальция плавятся вместе, образуя твердые и мелкие камни, известные как клинкеры. Размер мелкого и твердого клинкера колеблется от 5 до 10 мм.

2CaO + SiO ₂ = Ca2SiO ₄ (силикат декламированный (C ₂ S))

3CaO + SiO ₂ = Ca3SiO ₅ (трехкальциевый силикат (C ₃ S))

3CaO + Al ₂ O ₃ = Ca ₃ Al ₂ O ₆ (алюминат дикальция (C ₂ A))

4CaO + Al ₂ O ₃ + Fe ₂ O ₃ = Ca ₄ Al ₂ Fe ₂ O ₁₀ (тетракальцийалюмоферрит (C

4 AF))

Клинкер, поступающий из зоны обжига, очень горячий.Чтобы снизить температуру клинкера, воздух пропускается противотоком в основании вращающейся печи. Остывшие клинкеры собирают в небольшие тележки.

3. Помол клинкера

Охлажденный клинкер поступает из охлаждающих ванн и отправляется в мельницы. Клинкеры тонко измельчаются в порошок в шаровой или трубчатой ​​мельнице. Порошковый гипс добавляется около 2-3% в качестве замедлителя при окончательном измельчении. Конечным продуктом является цемент, который не быстро оседает при контакте с водой.

По истечении первоначального времени схватывания цемент становится жестким, а гипс замедляет растворение алюминатов трикальция, образуя нерастворимый трикальцийсульфоалюминат, который предотвращает слишком ранние дальнейшие реакции схватывания и твердения.

3CaO.Al ₂ O ₃ + xCaSO ₄ .7H ₂ O = 3CaO.Al ₂ O ₃ .xCaSO ₄ .7H ₂ O

4. Хранение и упаковка

Измельченный цемент хранится в силосах, откуда он продается в контейнерах или мешках по 50 кг.

.

Глобальные возможности и стратегии рынка цемента и бетона до 2022 года

Определение рынка цемента и бетона

Рынок цемента и бетона состоит из продаж цемента и бетонных изделий и связанных с ними услуг организациями (организациями, индивидуальными предпринимателями и товариществами), производящими цемент и бетонные изделия, такие как бетонные трубы, кирпичи и тротуарная плитка. блоки.

Объем рынка цемента и бетона

Рынок цемента и бетона достиг почти 439,2 млрд долларов в 2018 году, увеличившись на 7,0% с 2014 года.

Рост в исторический период был вызван государственными инициативами, повышающими спрос на жилье и низким интересом ставки по ипотеке в развитых странах.Факторами, которые негативно повлияли на рост в исторический период, были нехватка угля для производства цемента и высокие налоги на цемент, введенные правительствами.

В будущем глобальный экономический рост, увеличение расходов на инфраструктуру и быстрое увеличение городского населения будут стимулировать рост. Факторы, которые могут помешать росту рынка цемента и бетона в будущем, включают строгие правила по выбросам цементных заводов, повышение процентных ставок и усиление торгового протекционизма.

Движущие силы рынка цемента и бетона

Ключевые движущие силы рынка цемента и бетона включают:

Инициативы правительства по развитию жилищного строительства — Правительства во всем мире выступили с инициативами по предоставлению средств и субсидий, чтобы сделать жилье доступным, особенно для семей с низкими доходами, что стимулировало спрос на цемент и бетон. Эти субсидии позволили клиентам занимать деньги под низкие проценты для инвестирования в новые дома. Правительство Австралии, например, предоставляет грант в размере 15 000 долларов США в рамках схемы «Грант первым домовладельцам» на покупку или строительство домов первыми покупателями.В 2015 году правительство Индии запустило миссию «Жилье для всех к 2022 году», которая предоставляет гранты на восстановление трущоб и строительство новых домов. Такие правительственные инициативы побуждали людей строить новые дома и стимулировать рост рынка жилья, увеличивая спрос на цемент в исторический период.

Ограничения на рынке цемента и бетона

Основные ограничения на рынке цемента и бетона включают:

Нехватка угля — В исторический период нехватка угля была серьезным препятствием для промышленности по производству цемента.Производство цемента — это энергоемкий процесс, и большая часть этой энергии поступает от сжигания угля, особенно в развивающихся странах. В течение исторического периода мировое предложение угля сократилось из-за проблем с логистикой и сокращения инвестиций в добычу угля, что отрицательно сказалось на производстве цемента. Это увеличило стоимость угля, а также производственные затраты производителей цемента, что ограничило рост рынка цемента и бетона. В 2015 году в Индии нехватка угля, связанного с цементной промышленностью, увеличилась до 20% от общих операционных затрат компаний-производителей цемента, что отрицательно сказалось на отрасли.

Тенденции на рынке цемента и бетона

Основные тенденции, влияющие на рынок цемента и бетона, включают:

Интернет вещей в производстве цемента

Заводы по производству цемента все чаще используют цифровые технологии, такие как Интернет вещей (IoT), для повышения эффективности производства . Интернет вещей — это сеть физических устройств, которые обмениваются данными через Интернет. Интернет вещей помогает в удаленном мониторинге и профилактическом обслуживании цементного завода. Удаленный мониторинг используется для наблюдения за работой больших автомобилей в карьерах и для составления отчетов по ключевым показателям, таким как расход топлива на тонну и часы работы.Интернет вещей также можно использовать для прогнозирования потенциальных неисправностей и потребностей в обслуживании. На цементных заводах профилактическое обслуживание может сократить время безотказной работы критически важного цементного оборудования, такого как мельницы и печи. Другие приложения IoT в цементной промышленности включают отслеживание и измерение прочности бетонной смеси, отчетность о соответствии международным стандартам и подключенную логистику для улучшения добычи в карьерах. Zoomlin, производитель оборудования для производства товарного бетона, активно тестирует основанные на данных показатели для улучшения работы транспортных средств, используемых в карьерах.

Инновации в производстве цемента

Расширение использования альтернативного сырья в производстве цемента обеспечивает повышение качества продукции и снижение воздействия на окружающую среду. Основным сырьем, используемым в производстве цемента, традиционно был известняк. Около 60% выбросов CO2 в отрасли вызвано декарбонизацией известняка в процессе производства. Инновации и проекты НИОКР в отрасли уже заменили часть природного сырья отходами и побочными продуктами других промышленных процессов.Элементы отходов и побочных продуктов, такие как кальций, кремнезем, глинозем и железо, используются в качестве альтернативных связующих материалов вместо природных веществ, таких как глина, сланец и известняк, при производстве цемента. В Европе, например, около 3-4% сырья, используемого для производства клинкера, состоит из альтернативного сырья и золы от топлива, что составляет около 14,5 миллионов тонн в год. Соотношение клинкера и цемента в ЕС-27 составляет 73,7%, тогда как обычный портландцемент может содержать до 95% клинкера и оставшиеся 5% гипса.

Возможности и рекомендации на рынке цемента и бетона

Возможности — Объем рынка цемента и бетона больше всего вырастет в Китае и составит 60,9 миллиарда долларов. Стратегии, основанные на рыночных тенденциях, включают внедрение технологий Интернета вещей в производственные процессы, инвестирование в новейшие технологии и использование альтернативных материалов при производстве цемента.

Рекомендации — Чтобы воспользоваться преимуществами возможностей, Business Research Company рекомендует компаниям по производству цемента и бетона подумать о том, чтобы сосредоточиться на разработке новых продуктов с заменяющим сырьем, предлагать разнообразные пакеты продуктов, расширяться на развивающихся рынках и использовать технологии для максимизации охват, среди других стратегий.

Сегментация рынка цемента и бетона

Рынок цемента и бетона сегментирован по видам продукции.

По типу продукта —
Рынок цемента и бетона можно разделить по видам продукции на:

• а) Цемент
• б) Товарный бетон
• c) Бетонные трубы, кирпичи и блоки
• г) Производство прочих бетонных изделий

Производство прочих бетонных изделий имело самые высокие темпы роста — почти 10.1% за исторический период.

Подсегментация
По типу продукта —
Рынок цемента можно подразделить по типу продукции на:

• а) Портландцемент
• б) Клинкерованный цемент
• c) Глиноземистый цемент
• г) Белый цемент
• д) Гидравлический цемент

Рынок товарного бетона можно подразделить по конечному использованию на

• а) Жилая
• б) Коммерческий
• c) Промышленное

Рынок бетонных труб, кирпича и блоков можно подразделить по типу продукции на:

• а) Трубы
• б) Блоки и кирпичи
• c) Бетонные покрытия

Другой рынок производства бетонных изделий можно подразделить по типу продукции на

• a) Сборные конструкции
• б) Плитка и плиты
• c) Бетонные изделия
• г) Панели и платы

По географии- Рынок цемента и бетона разделен на

• o Северная Америка
• США
• o Западная Европа,
• Великобритания
• Германия
• Франция
• Испания
• Италия
• o Азиатско-Тихоокеанский регион
• Китай
• Япония
• Индия
• Австралия
• o Восточная Европа
• Россия
• o Южная Америка
• Бразилия
• o Ближний Восток
• o Африка

Азиатско-Тихоокеанский регион является крупнейшим рынком цемента и бетона, на который приходится 44 рынка.0% мирового рынка. За ней последовали Западная Европа, Северная Америка и другие регионы. В будущем Восточная Европа и Африка будут самыми быстрорастущими рынками на рынке цемента и бетона.

Конкурентоспособный ландшафт по цементу и бетону

Основными конкурентами являются:

• • LafargeHolcim Ltd.
• • Китайская национальная компания по производству строительных материалов с ограниченной ответственностью
• • Anhui Conch Cement Company Limited
• • CRH Plc
• • HeidelbergCement AG

Среди других конкурентов:

• • Dyckerhoff
• • Cemex
• • Grupo Cementos Portland Valderrivas
• • Sociedad Financiera y Minera, SA
• • Betoncem S.R.L. Buzzi Unicem
• • Cacem — Cementi
• • Colacem
• • SICICAL
• • Eqiom
• • Ecocem France
• • Цименты Calcia
• • Hanson Cement
• • Breedon Cement
• • Гудрон
• • Услуги Австралийского металлургического комбината
• • Аделаида Брайтон Цемент
• • Cockburn Cement limited
• • Morgan Cement International
• • Northern Cement Limited
• • Sunstate Cement Limited
• • Индепендент Цемент энд Лайм Пти Лтд
• • BGC Cement
• • Боральный цемент
• • Asia Cement Co., ООО
• • Hanil Cement
• • Sungshin Cement
• • Halla Cement
• • HR Cement Limited
• • Golden Bay Cement
• • Taiheiyo Cement Corporation
• • Aso Cement
• • Fujian Cement Co. Ltd
• • Раковина Аньхой
• • ACC
• • Ultra Tech
• • Национальные строительные материалы Китая (CNBM)
• • Тайваньский цемент
• • China Resources Cement
• • Группа развития Jidong
• • Группа компаний Tianrui
• • Цзянсу Jinfeng Cement Group
• • Шаньшуйский цемент
• • Цемент Сычуань Эшэн
• • Цемент Амбуджа
• • Jaypee Cement
• • Sumitomo Osaka Cement
• • Ube mitsubishi Cement Corporation
• • Nippon Steel & Sumikin Cement
• • Евроцемент
• • Grupo Cementos Chihuahua
• • Elementia
• • Federal White Cement Ltd
• • Ciment Québec Inc.
• • Oldcastle Inc.
• • Vulcan Materials Co.
• • Votorantim Cimentos
• • Цементос Аргос
• • Фарс и Хузестан Цемент
• • Ghadir Investment
• • Тегеран Цемент
• • Компания строительных материалов Аркан
• • Union Cement Company (UCC)
• • Fujairah Cement Industries
• • Галф Цемент
• • Star Cement
• • Sharjah Cement
• • Арабская цементная компания
• • Компания «Титан Цемент»
• • Цемент Sephaku
• • Amreyah Cement
• • BMIC
• • Цемент Dangote
• • ООО «ПГНК»

.

No related posts.