Text
                    

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ГОССТРОЕ СССР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ Н А У Ч Н О-И ССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ <Н И И Ц Е М Е Н Т» СПРАВОЧНИК ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЦЕМЕНТА Под редакцией'.^, И. ХОЛИНА ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ. АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ Москва — 1963
СЕРИЯ СПРАВОЧНИКОВ ПО СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ И ИЗДЕЛИЯМ Вышли в свет: Справочник по производству строительной керамики Том I. Общие сведения и контроль производства Том II. Отделочная и специальная строительная керамика Том III. Стеновая и кровельная керамика Справочник по производству гипса' и гипсовых изделий Справочник по производству стекла, том I Подготавливаются к изданию: Справочник по производству стекла, том II Справочник по производству сборных железобетонных изделий Справочник по производству асбестоцементных изделий Справочник по производству автоклавных силикатных изделий Справочник по производству извести Справочник по производству искусственных легких заполнителей Справочник по производству тепло- и звукоизоляционных материа- лов и изделий Справочник по добыче и переработке нерудных материалов ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ СЕРИИ СПРАВОЧНИКОВ ПО СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ И ИЗДЕЛИЯМ Б. Г. Скрамтаев (главный редактор), И. П. Трахимовская (зам. главного редактора), П. К- Балатьев, Е. Н. Китаев, И. И. Китай- городский, С. А. Кржеминский, Е. Л. Рохваргер, И. В. Кравченко (члены редакционной коллегии).
ВВЕДЕНИЕ Программа (построения коммунистического общества, принятая XXII съездом КПСС, предусматривает создание ib течение двух деся- тилетий материально-технической базы коммунизма на основе даль- нейшего развития и совершенствования всех отраслей народного хо- зяйства, ib том числе и цементной промышленности. В 1962 г. цементная промышленность СССР заняла первое место в мире по количеству вырабатываемого цемента. Качество цемента из года в год улучшается. В настоящее время средняя марка десят- ков видов цементов, разнообразных по своим свойствам и назна- чению в строительстве, составила примерно 450 и портландцемента около 500, а в ближайшие годы она достигнет 600 кГ/см2 и выше. Цементные заводы оснащены и оснащаются новым высокопроиз- водительным технологическим оборудованием, обеспечивающим вы- пуск цемента высокого качества. ' В настоящее время наша цементная промышленность является одной ,из ведущих комплексно механизированных отраслей тяжелой индустрии. Высокий технический уровень большинства предприятий цементной промышленности, механизация и автоматизация процес- сов производства, огромное разнообразие видов и значительное по- вышение качества цемента требуют от инженеров, техников и других работников цементной промышленности для успешной работы в но- вых, сложных условиях широких, разносторонних знаний. С целью удовлетворения запросов работников цементной про- мышленности коллектив авторов — работников НИИЦемента и ряда других организаций — подготовил техническое пособие широкого про- филя — «Справочник по производству цемента». В справочнике сосредоточены разносторонние материалы по тех- нологии, оборудованию, качеству и свойствам цементов. Наиболее полно освещены в справочнике следующие вопросы. 1. Виды цементов и их свойства. Сырье. 2. Разработка месторождений цементного сырья. 3. Топливо и его сжигание, контроль тепловых процессов. 4. Контроль технологического процесса, сырья, полуфабриката и цемента. 5. Технология и оборудование цементного производства. Особен- ности монтажа и ремонта основного оборудования. 6. Автоматизация контроля, учета и регулирования процесса производства цемента.
Введение ~ До последнего времени в литературе не было справочника по -производству цемента. Настоящая работа является первой попыткой восполнить этот пробел. Возможно, что автопам не удалось в полной мере справиться со стоящей перед ними задачей и книга не лишена недостатков. Авторы с благодарностью примут все замечания и реко- мендации читателей. Просьба отзывы по книге направлять по адре- су: Москва, Третьяковский проезд, д. 1, Стройиздат.
ЧАСТЬ I ВИДЫ ЦЕМЕНТОВ, СЫРЬЕ И ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ Научный редактор, проф. С. М. Р О Я К РАЗДЕЛ I ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель д-р техн, наук И. В. КРАВЧЕНКО Портландцементом называется вяжущее вещество, полу!- чаемое путем тонкого измельчения клинкера с гипсом и добавками и образующее при затворении -водой удобообрабатываемое тесто, способное затвердевать в воде и на воздухе. Портландцементный клинкер обычно получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и гли? ны или некоторых других материалов (мергеля, доменного шлака), обеспечивающих образование в клинкере силикатов кальция. (70— 80%), алюминатной и алюмоферритНой фазы (20—30%). Продукт, соответствующий по составу портландцементиому клинкеру, может быть получен также путем полного расплавления сырьевой смеси. - Химико.-минералогическнй состав портландцементного клинкера характеризуется следующими показателями: а) коэффициентом насыщения кремнезема известью — КН, пред- ставляющим собой отношение количества окиси кальция в клинкере, фактически связанного с кремнекнслотой, к ее количеству, теорети- чески необходимому для полного связывания кремнекислоты до трехкальциевого силиката СаО0бщ — СаОсвоб— 1,65А12О3— 0,35Fe2O3-—0,750, Кп =----------------------------------------------. 2-8(SiO*0e,u-Si(4B06) Величина КН практически находится в пределах 0,85—0,95; б) силикатным, кремнеземным модулем, представляющим собой отношение процентного содержания в клинкере кремнекислоты к сум- ме процентного содержания окислов алюминия и железа: см=^?ю,— %А12О3 -f- %Fe2O3 Величина этого модуля находится в пределах 1.7 3,5; в) глиноземным модулем, представляющим собой отношение
РАЗДЕЛ I. Портландцемент Портландцемент Кристаллооптические характеристики Минерал Формула Плотность Твердость Область стабильности Цвет 1 2 3 4 5 6 Трехкаль- цневый силикат SCaOSiO, 3,2 — При 1900°С и 1200- 1500»С неу- стойчив, разлагается на C2S и СаО Бесцветный Двухкаль- циевый силикат 2CaO-SiOa а-форма а'-форма р-форма 3,4 5-6 Точка перехода в р-фор- му от 1438 до 1456°С Точка перехода в 7-форму 675°С Светлый, чуть желто- ватый 7-форма 2,98 — Стабильна ниже /=675°С — Трехкаль- циевый алюминат ЗСаОА1аО3 3,04 6 При /==1535°С диссо- циирует на СаО и жидкость Бесцветный Пятикаль- циевый трехалюмин ат 5СаО-ЗА12О3 12СаО-7А1а03 стабильная форма 5СаО-ЗА1а03 нестабильная форма 2,69 5 Плавится при /=1455°С Область стабильности неизвестна Четырех- кальциевый алюмоферрнт 4CaOFea03-AlaO3 3,77 — Плавится при 1415°С, при /=1395°С разла- гается на жидкость и твердое тело Красновато- коричневый Шестикальци- евый диалю- моферрит 6CaO-2Ala03Fea03 — — Диссоциирует при /= =1365° С на жидкость и твердое тело — Периклаз MgO 3,58 — Плавится при 2800°С — Известь CaO 3,32 3—4 Плавится при 2570°С — Щелочные соединения 8CaO-NaaO-3Al3Os 23CaO K3O 12SiOa — — Округлые зерна в сложных сростках — Таблица 1 минералов портландцементного клинкера Кристаллическая система, габитус Показатели светопре- ломления Оптическая характе- ристика Плеохроизм NP Nm Ng 7 8 9 10 11 12 Гексагональная 1,717 — 1,723 — — Моноклинная Ромбическая 1,715 1,712 — 1,737 1,725 2V — большой 2V — 30°, двуосный положительный — Моноклинная, слож- ное двойникование 1,717 — 1,735 2V — большой — Ромбическая приз- ма с совершенной спайностью по длинной оси призмы 1,642 1,645 1,654 Двуосный отрица- тельный 2V=60° — Кубическая, мелкие кристаллы в виде шестиугольников и прямоугольников А'=1,71 — — Кубическая, округлые зерна Вероятно, орторомби- ческая, сферолиты, состоящие нз ради- альных перекрыва- ющих друг друга волокон 1.687 А=1,60 1,692 Двуосный отрица- тельный с большим углом оптических осей От голубого по Np ДО оливкового 110 Ng Ромбическая, зерна призматической формы 1,98 2,01 2,07 Двуосный отрица- тельный, 2V—уме- ренный От желтовато- коричневого до коричне- вого Орторомбическая 1,87 — 1,93 Двуосный, 2V—малый — Кубическая, совер- шенная спайность W=1,737 — — То же W=1,837 — — — 1,695 — 1,703 — —
8 РАЗДЕЛ I. Портландцемент процентного содержания в клинкере окиси алюминия к процентному содержанию окиси железа Г-.4 %А120з гм =--------. %Fe2O3 Величина этого модуля для обычных портландцементов нахо- дится в пределах 1—2,5. Минералогический состав. Цементный клинкер состо- ит из следующих основных минералов: трехкальциевого силиката Рис. 1. Область портландцемента на тройной диа- грамме СаО—Д12О3—SiO2 ; ЗСаО • SiO2(CsS) —алита, двухкальциевого силиката — 2СаО • SiO2(C2S) —белнта, алюмоферритов кальция переменного со- става (от CBASF до C6AF2) и алюминатов кальция (С3А и С5А3). На рис. 1 показана область, соответствующая составам порт- ландцементов на тройной диаграмме СаО—А12О3—SiO2. I Физико-химические характеристики минералов, входящих в со- 1 став портландцементного клинкера, приведены в табл. I. Алит. Существуют три формы трехкальциевого силиката, раз- : лнчающнеся по составу и кристалло-оптическим характеристикам. ; Кроме алита, кристаллизующегося в моноклинной системе, и чистого C3S, относящегося к триклинной системе, существует трехкальцие- ; вый силикат, содержащий небольшие примеси FeO, Fe2O3, MgO, i P2O5, MnO, A12O3 и кристаллизующийся в псевдотригональной систе- ме. Состав алита, образующегося в портландцементном клинкере, «можно выразить формулой 54СаО • 16SiO2 • MgO • А12О3. Имеются 1 указания на возможность образования в алите твердого раствора ! C3S и с другими, реже встречающимися окислами (Сг2О3 и др.). Для чистого C3S установлены две температурные области — *1900—2070° С и 1200—1250° С, в которых начинается обратный про-
Портландцемент 9 цесс разложения его на C2S и СаО. Практическое значение для обжи- га цементного клинкера имеет нижняя температурная область, так как цементный клинкер в процессе охлаждения находится некоторое время при температуре 1200— 1250 С, когда можег произойти разложение алита (рис. 2). Белит. Установлено сущест- вование четывех полиморфных форм двухкальциевого силиката: а, а , и у. a =C2S образуется при температурах выше 1425— 1250° С и вследствие трудности его стабилизации практически отсут- ствует в промышленных клинке- рах. По мнению большинства ис- следователей, в портландцемент- ном клинкере существует только 3-форма C2S. В клинкерах, сравнительно быстро охлажденных, 8-C2S (белит) присутствует в виде зерен округ- лой формы со слабо выраженной штриховкой (рис. 3). В клинкерах, медленно охлажденных, белит на- блюдается в виде образований не- правильной формы, имеющих зер- нистую структуру и часто зазуб- ренные края (рис. 4), что, вероят- Рис. 2. Начало разрушения кристаллов алита в результате его распада при 1=1200— 1250°С Рис. 3. Кристаллизация белита з быстро охлажденных клин- керах 2—1621 Рис. 4. Структура белита в медленно охлажденном клин- кере
10 РАЗДЕЛ I. Портландцемент но, связано с выделением из его состава веществ, (находившихся ранее в твердом растворе. Наблюдающееся иногда рассыпание в порошок клинкеров с низ- ким коэффициентом насыщения известью происходит за счет перехо- да при температуре 675° С активной формы p-C2S, имеющей боль- ший удельный вес, в гидравлически неактивную форму y-C2S, а также а'-с23 bY-C2S при температуре 800—850° С. Затормозить превраще- ние p'-C2S By-C2S можно путем введения добавок, образующих с бе- литом твердый раствор, а также путем быстрого .прохождения кри- тических температур при охлаждении цементного клинкера. Стаби- лизующими добавками являются Сг20з, Р20з, В20з, Ь1а2О и А120з или Na2O и Fe2Os и др. Промежуточное вещество. Алюминаты и алюмоферри- ты кальция, а также некоторые другие второстепенные минералы вхо- дят в состав промежуточной фазы, которая при высоких температу- рах обжига находится в расплавленном состоянии. В клинкере с невысоким КН и обычным глиноземным модулем из алюминатов кальция встречаются С6А3 и СзА. В клинкерах с высо- ким КН наряду с алюмоферритами может содержаться только С3А. Алюмоферритная часть клинкера имеет переменный состав и (пред- ставляет собой твердый раствор C2F, СьА3 и некоторого количества свободной извести. В серии твердых растворов алюмоферритов кальция обнаруже- ны следующие соединения: C8A3F, C6A2F, C<AF, C4AF2 и C2F. Наибо- лее часто встречающийся в клинкерах четырехкальциевый алюмо- феррит является лишь промежуточным соединением в серии твердых растворов. В клинкере имеются также другие кристаллические и аморфные образования, содержание которых, хотя н невелико, но нежелатель- но. К . ним относятся MgO и минералы, содержащие щелочи. Окись магния — MgO может (присутствовать в цементном клинкере в виде: а) минерала периклаза; б) твердого раствора в алюмоферритах кальция; в) раствора в стекле клинкера; г) твердого раствора в трехкальциевом силикате. Распределение MgO в этих фа- зах обусловливается количеством, составом и условиями кристалли- зации жидкой фазы. Присутствие в клинкере больших количеств периклаза, гидрата- ция которого происходит с увеличением объема в отдаленные сроки твердения (6 месяцев, год и (позднее), может вызвать вредные внут- ренние напряжения в бетоне и привести к снижению его прочности, а иногда и к растрескиванию. В связи с этим содержание MgO в цементе ограничено. Щелочи. Соединения, содержащие щелочи, (находятся в со- ставе промежуточного вещества портландцементного клинкера. Окись натрия (присутствует в портландцементе в виде соединения Na2O - 8СаО • ЗА120з. Окись калия образует соединение состава К2О-23СаО- 12SiO2. В портландцементном клинкере обычно содержится: злита бслнта С,А . C.AF . 42-65% 1 15-50% ) 70-80% 2-15% 10-25%
Портландцемент 11 В зависимости от количественного содержания указанных ми- нералов в исходном клинкере портландцемент может быть: высокоалитовый..................... >CC%C2S алиювый .........................50--ou%u8S белитовый.......................... >3o%c2S алюминатный ..................... алюмоферритныи (железистый). . . . < 2%С2А Данные о фактическом химическом и расчетном .минералогиче- ском составе заводских портландцемент.ных клинкеров то средним данным за 1961 г. приведены в табл. 2. Важнейшим из минералов лортландцементного клинкера являет- ся алит, который в основном определяет высокую прочность, быстро- ту твердения н другие строительные свойства портландцемента. В существенной мере прочность цемента в первые сроки твердения, солестойкость и другие его свойства зависят от содержания трех- кальцневого алюмината, который наиболее быстро гидратируется при затворении цемента водой. В табл. 3 и 4 приведены данные о прочности синтезированных в лабораторных условиях основных минералов лортландцементного клинкера и их смесей при твердении в воде. Значительное влияние на минералогический состав клинкера оказывает скорость его охлаждения. Этот вопрос .полностью не изу- чен, но несомненно, что размалываемость клинкера и скорость нара- стания его прочности во времени в значительной степени определя- ются скоростью охлаждения раскаленного клинкера. Твердение. При затворении цементного порошка водой он образует пластичное тесто, которое постепенно уплотняется, теряя пластичность. Этот процесс первоначального уплотнения цементного теста называется схватыванием. В дальнейшем схватившееся цемент- ное тесто постепенно увеличивает свою прочность — твердеет, обра- зуя камиевидное тело. По современным воззрениям процессы, происходящие при схва- тывании и твердении цементного камня, сводятся к следующему. При затворении водой портландцемента составляющие его клин- керные минералы растворяются в воде и химически соединяются с ней, гидратируясь или гидролитически расщепляясь, в результате чего образуются новые водные соединения — гидросиликаты, гидро- алюминаты и гидроферриты кальция (табл. 5). В общем виде реакции образования гидро-силикато® ,и гидро- алюминатов кальция при обычной температуре могут быть пред- ставлены следующими уравнениями: п ЗСаО SiO2 + m Н2О = х CaO SiO2 aq* + р Са(ОН)2 ; п 2CaO-SiO2 + ш Н2О = х CaO - SiO2-a9* ; ЗСаО-А12О3 + 6Н2О = ЗСаО-А12О3-6Н2О; 4CaO-Al2O8Fe2O8 + 2Са(ОН)2 + ЮН2О = = 3CaO-AI2O3-6H2O + 3CaO-Fe2O3-6H2O . * При обычной температуре образуются два гидросиликата кальция: гидрат I состава — 0,8—1,5СаО • SiO2 • aq и гидрат II состава — 1,7 — 2СаО • SiO2 • aq.
Таблица 2 Химический и расчетный минералогический состав клинкеров цементных заводов СССР (за 1961 г.) Заводы Химический состав в % Расчетный минера- логический состав В % К 5 S 5 « Силикатный модуль Глиноземный модуль к ГЕ ° SiOa А13О3 Fe3O3 СаО MgO SO, п. п. п. C3S CiS СЭА C,AF Э-: в-5 о С w: | СаО в Воркутинский 21,16 5.97 3,86 65,84 2,88 0,15 0.34 59 16 9 12 0.91 2,15 1,54 0.9 Ленинградский 20,63 6,19 4,29 63,54 2,79 0,58 0,34 48 23 9 13 0,87 1,97 1.44 0,91 Пикалевский 21,37 4,3 4.5 61,55 7,3 0,31 0,24 56 21 4 15 0.89 2,28 0.97 — Волховский 21,83 4,97 4,33 64,95 1,62 — 0,26 58 19 6 13 0,9 2,35 1,15 0,26 Тихвинский 22,26 6,С6 4,44 63,25 4,43 0,27 0.57 41 33 9 13 0,83 2,12 1,37 — Сланцевский 19,46 5,67 3,02 59.76 2.7 1,53 7,06 — — — — — — — «Гигант* 20,86 6,13 4,49 64,31 3,4 0,28 0,55 53 20 9 14 0,89 1,96 1,37 0,74 Воскресенский 20,47 6,46 5,09 63,8 3,78 0,01 0,43 54 18 9 15 0,9 1,77 1,27 0,56 Щуровский 21,61 5,3 4,65 64,57 3.79 0,12 — 55 20 6 14 0,89 2.17 1,14 — Подольский 21,37 4.3 4,58 61,55 7,3 0,31 0,24 46 25 5 13 0.85 2.57 1.С6 .54 „Спартак* 22,15 6,16 4,5 65,2 1,02 0,44 0,53 43 30 9 14 0,84 2,08 1,37 .57 Косогорский 22,41 6,27 2 64,92 2,01 0,67 1,11 43 33 12 9 0,83 2,52 2,43 .38 Алексеевский 22,69 4,23 4,78 66,73 1,28 0,23 0,34 63 18 3 15 0,91 2,52 0,88 0.45 Брянский ... ...... 21,65 5,45 5,61 65,87 0,84 0.27 0,2 56 21 5 17 0.9 1.94 0,98 0,45 Белгородский 22,58 4,5 4,4 66,01 0,65 0,66 0,44 60 20 14 13 0,9 2.53 1.02 0,34 Подгоренский 21.С6 6,63 2,59 65,18 1.35 0,98 1,52 41 28 13 8 0,84 2.28 2.56 4.43 «Большевик* 21,97 5,08 5,04 65,83 1,35 0.17 0,48 58 19 5 15 0,89 2,18 1.02 0,4 „Красный Октябрь* . • . . 22,31 4,95 5,22 56,76 1,08 0,48 — 54 23 4 16 0,88 2,19 2.95 0,27 „Комсомолец* 22,21 4,74 5,32 66,22 1.07 0,39 0,27 59 19 4 16 0,9 2,21 0,89 — „Коммунар* . 22,38 4,74 5,47 65,58 1,33 0,53 0,21 54 20 3 17 0.88 2,19 0,87 0,56 Себряковский 22.91 4,62 4,43 66,82 1,01 0,11 0,13 58 22 15 13 0,89 2,53 1,04 .17 Куйбышевский 21.07 5,86 4,13 64,4 2,76 1,05 0,42 54 20 9 13 0,89 2,11 1.43 0,25 Продолжение табл. 2 Заводы Химический состав в % Расчетный минера- логический состав В % Э- = п 5 « । 1 i Силикатный модуль Глиноземный 1 модуль 1 Свободная СаО в %- SiO2 AljOg Fe,O3 СаО MgO so, п. п. п. C3S C,S С3А C.AF Сенгилеевский . 22.57 4,48 4,81 66.25 1.2 0,42 57 21 4 15 0,89 2.43 0,93 0,53 „Пролетарий* 22,53 5.21 4,76 66,53 0.49 0,46 — 55 23 6 14 0,88 2,26 1,09 0,51 „Октябрь* ........ 22,2 5,12 5.28 65,89 0,7 0,52 0,49 57 21 5 16 0,89 2,13 0.97 „Пзбеда Октября* .... 21,51 6,26 2,49 65,81 0.57 1,09 1,12 47 29 12 8 0.85 2,57 2,51 „Первомайский* ..... 22,78 4,68 4,77 65,17 0,57 0.8 0,33 55 23 4 15 0.88 2.41 0.93 Невьянский ........ 19,35 8,8 5,3 64,31 0,69 0,64 1.14 44 И 14 16 0,87 1,37 1,66 0.75 Сухоложский 22,61 4,54 3,65 65,71 2,24 0,69 0,73 55 23 6 11 0,88 2,77 1,25 0,57 Нижне Тагильский .... 21,43 6,22 5,61 61,97 1,33 0,11 0.41 52 22 7 17 0,88 1,81 1.11 0.53 Ново Пашийский .... 22,36 5,36 4,81 65.01 1.92 0,23 0.29 52 25 6 15 0.87 2,2 1.11 Катав Ивановский . ; . . 21,91 6,63 4.15 64,73 1,82 0.31 0,5 43 30 и 13 0.84 2,03 1.6 0,9 Еманжелинский ..... 20,64 6,59 5,02 65,66 1,01 0.49 0,63 50 21 9 15 0,88 1.78 1.31 1,75 Магнитогорский 20,21 6,33 4,94 65,12 2,13 0,77 56 16 8 15 0,91 1,79 1,28 1.12 Стерлитамакский .... — — — — —. — 54 18 — — 0,91 — — 0.39 Ново-Троицкий 20,93 6,22 4.99 65,3 1,89 0,54 —. 53 20 8 15 0,89 1.87 1.25 0,8 Чернореченский 20,73 6,86 4,63 65,46 1.3 0,41 0,5 53 20 10 14 0,89 1.8 1,48 0,49 Яшкинский 21,42 6,83 4,09 64.83 1,38 0,45 0,35 45 28 И 14 0,85 1.96 1,67 0.54 Кузнецкий 21,33 6,8 1,25 63.03 3,07 0,38 1,23 34 36 16 5 0,81 2.13 4,36 1,86 Красноярский....... 21,71 6.05 5.04 65.7 1,01 0.39 — 50 24 7 15 0,87 1.96 1,2 0.87 Норильский 20,89 6,18 3,51 65,19 3.34 0,37 0,47 53 20 10 И 0.89 2,16 1,76 1,29 Ангарский ........ 21,25 4,81 5,08 63,43 4,3 0,41 — 53 20 4 15 0,89 2,15 0.95 0.63 Тимлюйский ....... 20,81 5,76 4,93 63,85 2,68 0,61 — 51 22 7 15 0,88 1.95 1.17 0,93 Теплоозерскнй 20,91 6,57 4,78 65.07 1,31 0,38 1,05 51 22 9 15 0.88 1.84 1.37 0.75 РАЗДЕЛ I. ПортландцемеМ______ Портландцемент
Продолжение табл. 2 Заводы Химический состав в % Расчетный минера- логический состав В % Коэффициент ибо и,п । аииа 1 1 Силикатный модуль i 1 «шпиосмпап модуль ] с С СаО в »/, SIQ, А1аОа РеаО, СаО MgO S03 п. п. п. CaS CaS С.А C.AF Спасский: мокрый способ .... 20,5 6,51 4,9 65,7 1,06 0,73 52 22 12 11 0.88 2,06 1.94 1 .12 сухой „ .... 21.22 6,8 3,51 66,13 0,98 — 0,81 59 14 9 15 0.92 1,8 1 ,33 0,7 Поронайский 22,04 6,75 3,39 65,88 1.12 0,25 0,52 46 28 12 10 0.85 2,17 1 ,99 1,23 Карагандинский 20,1 7,57 5,69 65,15 0,8 0,39 — 51 19 10 17 0.89 1,52 1 ,33 0,55 Сас-Тюбинский 22,54 4,7 4,96 65,28 1 0,46 0,8 54 23 4 15 0,88 2,33 0,95 0,62 Чимкентский 21.54 6,37 3,93 65,53 1,45 0,38 — 50 24 10 12 0.87 2,09 1 ,62 0,73 Семипалатинский .... 21,09 6,36 4,53 66,55 0,97 0,25 0,1 56 18 9 14 0.9 1,94 1 .4 1 07 Беговатский 21.62 5,56 5,13 64,31 2,3 0,56 0,35 50 24 6 16 0.87 2,02 1 ,08 0,77 Ангренский 22,52 5,62 4,02 65,16 1,66 0,42 0,41 49 27 8 12 0,86 2,34 1 ,4 0,66 Кувасайскнй 21,75 6,08 5,74 63,89 1,81 0,54 — 45 28 6 17 0.85 1,84 1 ,06 Курментинский ..... 22,59 6,25 3,31 65 1,57 0,72 0,49 39 35 11 10 0,82 2,36 1 .89 1 .1 Душанбинский: новый завод 21,2 6 4,74 63,72 3,02 0,56 0,22 47 26 8 14 0,88 1,9 1 ,12 0,56 старый 21,05 5,87 5,23 64,16 2,62 0,29 0,21 51 22 7 16 0.86 1,98 1 ,27 0,43 Безмеинский: мокрый способ .... 22,52 5,12 4,93 64,72 1,41 0,42 0,5 47 29 5 15 0,85 2,2 1 ,04 0,45 сухой „ 22,5 5,28 4,85 64,53 1,23 0,35 0,73 50 27 6 15 0.86 2,22 1 09 Каспский ......... 21,03 6,74 3,94 63,95 3,09 0,42 0,89 46 25 11 12 0,86 1,97 1 71 1 14 Руставский 20,59 6,84 4,8 63.8 2,7 0,52 0,41 50 21 9 15 0,88 1,82 1 36 0,21 Араратский 21,36 6,42 4,89 65,38 1,11 0,19 0,34 51 22 9 15 0,88 1,89 1 ,31 1 13 Азербайджанский 21,08 5,71 5,8 64,07 2,09 0,46 0,14 59 22 5 18 0.88 1,83 0,98 0,46 Амвросиевскнй 23,51 4,42 3,34 67,46 0,67 0,41 0,11 59 22 6 10 0,89 3,03 1,32 0,23 Продолжение табл. 2 — Расчетный минера- Химический состав в % логическим состав в % оэффнциер асы щей и я 3 и 3 X 2 К Заводы О ч У» SIOa А1аОз FeaO, СаО MgO S03 п. п. и. CaS CaS С3А Я Q S ё? ч о оО 03 rt о х о s £- 2 ио Краматорский 20,78 5,91 5,4 66,22 — — — 60 14 6 16 0,92 1,84 1,09 0,93 Енакиевский 23,16 4,43 3,13 66,51 1,62 0,34 0,38 54 26 6 и 0,87 2.9 1,25 1,55 Днепропетровский .... 24,25 2,93 1.75 66,2 2.39 0,87 0,66 59 25 3 8 0,88 4,29 1,08 — Днепродзержинский . . . 24,26 3,25 1,14 66,55 3,87 0,38 — 59 25 6 5 0,88 4,87 1,88 0,74 Криворожский 23,31 4,09 2,52 66,59 4,43 0,31 — 57 24 4 13 0,88 2,78 0,95 0,83 Здолбуновский 22,68 4,76 3,91 67,27 0,77 0,46 0,15 58 21 6 12 0,89 2,62 1,22 1.17 Ново-Здолбуновскин . . . 22,41 5,18 3,93 66,69 0,53 0,33 0,28 59 19 7 12 0,9 2,46 1,32 0,43 Николаевский 21,61 6,28 4 65,58 1,8 0,35 0,17 55 20 10 12 0,89 2.1 1,57 0,13 Кричевский 21,94 5,21 5,3 65,71 0,55 0,37 0,67 56 21 5 16 0,89 2,17 0,98 0.6 Волковыский 21,48 5.74 4,27 65,74 0,93 0,26 0,59 57 18 8 13 0,9 2,15 1,34 0,81 Акмянский 20.99 5,84 5,8 62,8 — — 52 19 6 18 0,89 1.74 1,01 0,34 Броценскнй 21,59 5.77 3,77 65,15 2,65 0,34 0,24 55 20 9 11 0.89 2,26 1,53 0,84 Рижский 21,63 5,86 4,89 64,99 2,39 — — 50 24 7 15 0,87 2.01 1.2 1,03 Пунанй-Кундскнй: 1.47 1,65 старый вавод 20,42 6.72 4,58 62,72 4.19 —“ 0,33 44 24 10 14 0,86 1,81 новый . « . . . » 20,69 6,78 4.58 61,94 4,44 — 0,3 38 30 10 14 0,83 1.82 1,48 0,77 сл РАЗДЕЛ I. Портландцемент ________________Портландцемент
1С РАЗДЕЛ I. Портландцемент Таблица 3 Прочность на сжатие клинкерных минералов и их смесей ё Предел прочности в кПсм* через Минералы X «а X х г*: о in о к аз а> к Добш са в ь CJ н о со 7 сут со 04 3 мес 6 мсс 1 год 2 год c,s • 0 102 197 420 498 498 681 724 794 5 123 197 410 476 445 612 689 794 P-CjS 0 0 4,2 10 64 363 532 718 1010 5 0 6 15 84 274 541 689 886 T-CaS 0 0 1 1 3 5 7 9 23 5 0 1 1 3 4 10 13 34 СаА. . • . 0 2 12 18 42 47 63 72 56 15 42 63 70 111 90 124 95 95 CSA .... 0 48 65 114 133 140 134 142 133 15 104 117 — 131 131 138 147 140 C<AF 0 0 21 20 25 27 41 46 51 5 1 27 31 51 78 94 100 105 CaF 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 BSVaCaS-HSCaA 0 142 256 400 403 407 474 504 478 85%C,S4-15CsA3 0 96 140 181 204 233 213 257 252 85%C,S-| 15%C3A 0 2 •7 11 50 120 188 217 260 85%CjS+15%C5A3 0 12 18 18 25 80 346 352 481 50%C3S+50%i3-CaS 0 12 59 108 383 653 810 840 885 5 25 70 107 347 622 767 810 860 42,5%C,S4-42 5%p C.S4- +15%CaAF 0 — 43 70 198 530 637 653 668 5 27 59 91 240 555 705 750 780 42,.5%C1S|42.5%p-C4S4-lS%C3F 0 0 0 79 204 535 696 718 740 5 20 68 128 390 567 682 738 773 Гидратные новообразования первоначально выкристаллизовыва- ются из раствора в виде мельчайших, коллоидных по размерам ча- стиц. Коллоидные частицы гидратов и продолжающие гидратировать- ся частицы клинкерных минералов образуют рыхлую коагуляцион- ную структуру, представляющую собой сетку гидратирующихся клйнкерных частиц и гидратных новообразований, ячейки которой ^заполнены раствором клинкерных минералов в боде. , Вскоре’после образования коагуляционной структуры в ней на- *чинают протекать процессы кристаллизации гидроалюминатов каль- ция, которые создают кристаллические сростки, пронизывающие ко- а1уляционную структуру и вызывающие схватывание цемента. В по- следующем гораздо медленнее идет процесс кристаллизации гидросиликатных составляющих цементного камня, определяющих нарастание его прочности при твердении.
Портландцемент 17 Таблица 4 Прочность на растяжение клинкерных минералов и их смесей (испытание в цементном тесте) Минералы Предел прочности в кГ}слГ через 1 сутки 7 суток 28 суток 3 месяца 6 месяцев 1 год СдА • ...... C.S' 81%С.8+19%СЛА 81%C3S4-19%C,A 50%C,S4-50%C2S 40,5%C2SH-40.5%C3S4-19%C8A . Смеси, рассчитанные на об- разование 81%C,S+19%C,A 81%С S4-19%CsA 40,5%Сг54-40,5%С,5 |19%СЭА . Примечание. Ко всем С.А-10%. 7 30,8 6,9 18.7 11,6 21,5 21,2 30,2 23 смесям 9,4 48.9 7.3 46.5 25,3 30.2 22,2 43,8 57,5 добавлял 6,9 8,7 54 13,4 63,6 36.9 47 30,8 71.8 57,4 ось 3% 37,7 47,8 26,3 39,3 46.9 47,7 29,4 77,8 66,8 гипса, 43.1 46 26.6 38.6 40.3 47 30.2 61,9 56 а к ч 50,3 44,9 43 42.2 54,5 56,2 36.2 67,4 57 истому Постепенно цементные зерна покрываются оболочками гидрат- ных новообразований, и процесс гидратации замедляется. В результа- те в затвердевшем цементном камне в течение десятилетий сохраня- ются негидратнрованные клинкерные частицы (табл. 6). Типичная термограмма затвердевшего цементного камня порт- ландцемента приведена на рис. 5. Растянутый эндотермический эф- фект при /=130—284°С возникает вследствие удаления воды из гидросиликатных н гидроалюминатных гелей, эндотермический эф- фект при /=510° С образуется за счет удаления кристаллизационной воды из Са(ОН)2, а эндотермический эффект при /=800°С — в ре- зультате декарбонизации СаСОз, образовавшегося в цементном тесте под влиянием СО2 воздуха. Основные свойства портландцемента. Портланд- цемент представляет собой тонкий порошок серо-зеленого цвета. Его удельный вес — 3,25, объемный вес у в рыхлом со- стоянии—1220 кг/м3, в уплотненном путем вибрации состоянии Ууп= 1780 кг/см3, угол естественного откоса <р=41—42°. Отличительной особенностью портландцемента является быстрое нарастание прочности (особенно у цементов высоких марок и у высокоалюминатиых цементов), полная воздухостойкость, водо- стойкость в пресной воде, достаточная морозостойкость в растворах н бетонах. Обычно измолотый клинкер обладает способностью при затворе- нии водой схватыдзться в течение нескольких минут. Этот срок не-
18 РАЗДЕЛ I. Портландцемент *Л Таблица Некоторые свойства минералов, входящих в состав гидратированного портландцемента и природных гидросиликатов
Портландцемент 19 Таблица 6 Глубина гидратации цементных зерен в мк Цемент, соединение Продолжительность гидратации 3 ч 1 сут- ки 3 су- ток 7 су- ток 28 су- ток 5 ме- сяцев С3А 4,35 — 5,68 — 5,66 — C3S 1,68 2,25 — 4,32 4,44 — ₽-C2S — 0,28 — 0,62 0,83 3,5 Портландцемент 1 — 0,43 — 2.6 5,37 8,9 Портландцемент 2 — 0,47 — 1,71 3,54 6,1 Рис. 5. Термограмма гидратированного портланд- цемента 1 — температурная кривая; 2 — дифференциальная кри- вая; 3 — кривая потери веса образца при прокаливании (общая потеря в весе 21%) достаточен для изготовления строительных растворов и бетонов. Поэтому при помоле цемента вводят 3—6% гипса, который в процес- се гидратации химически связывает трехкальциевый алюминат в но- вое соединение — гидросульфоалюминат кальция и тем самым за- медляет (до 3—5 ч) первую стадию процесса твердения — схватыва-
20 РАЗДЕЛ f. Портландцемент ние цемента. Вместе с тем добавка гипса ускоряет процесс твердения цемента, особенно в первые дни гидратации. портландцемента в зависимо- Для сокращения сроков твердения и повышения проч- ности в раннем возрасте в рас- творы и бетоны вводят СаС12, НС1, гипс, молотую кипелку. В зависимости от назначения и характера конструкции до- бавка СаС12 вводится в количе- стве 1—5%, а НС1—1—2% от веса цемента и из расчета на безводной ускоритель. Скорость нарастания проч- ности твердеющего портланд- цемента зависит от его минера- логического состава (рис. 6), тонкости его помола (рис. 7) и водоцементного отношения, а сти от его минералогического состава также от температуры окру- жающей среды (табл. 7) и Рис. 7. Изменение прочности бетона в зависимо- сти от тонкости помола цемента 1 — I год; 2 — 90 суток; 3 — 28 суток; 4 — 7 суток Объемные деформации. Наличие в составе затвердев- шего цементного камня значительных масс гидросиликатных гелей обусловливает в зависимости от условий твердения возникновение деформаций усадки или набухания, величина которых в некоторой степени связана с минералогическим составом цемента. Средние ве-
Портландцемент 21 Таблица 7 Зависимость прочности растворов на портландцементе от температуры окружающей среды Возраст в сутках Прочность раствора в % от 28-суточной прочности при / = -f- 15*С Температура твердения в °C 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 1 2 6 10 14 19 24 29 34 40 24 2 3 8 13 19 25 32 40 48 57 67 80 3 5 12 19 26 35 44 52 61 70 79 90 5 10 20 30 39 48 57 65 74 82 91 100 7 16 27 39 50 59 68 76 84 92 99 105 10 24 37 51 62 72 80 87 94 100 106 — 14 33 48 63 75 84 91 97 102 106 л- — 21 45 62 78 90 97 102 106 109 — — — 28 55 72 88 1С0 100 по — — — — — личины усадки и набухания цементного тест? различных цементов приведены на рис. 8, а объемные деформации бетонов на различных цементах — на рис. 9. Тепловыделение В процессе твердения портландцемент выделяет тепло. Экзотермия цемента в большой степени зависит от его минералогического состава. Теплота гидратации различных клин- керных минералов следующая: Минерал С3А C3S C.AF C2S Твердые растворы А1аО3, FeaO3 1,36 1,12 0,88 0,64 Теплота гидратации в кал/г 210 120 100 62 144 129 133 95 Количество тепла, выделяемого за 28 суток отдельными клин- керными минералами, колеблется в пределах от 40 для двухкальцие- вого силиката до 210 кал/г для грехкальциевого алюмината. Тепловыделение цемента зависит также от тонкости его помола, количества воды затворения и температуры окружающей среды, т. е. от ряда условий, определяющих кинетику его гидратации. По- этому расчетным путем .невозможно точно установить величину тепловыделения данного цемента, даже если известен его минерало- гический состав. В среднем величина тепловыделения в сутки со- ставляет 20—40 кал! г, в 3 суток — 45—70 кал!г. На рис. 10 приве- дены кривые тепловыделения различных цементов в процессе твер- дей ИЯ. Водопроницаемость бетонов и растворов на портланд- цементе в значительной степени зависит от состава последних и во- доцементного отношения, в плотных бетонах она характеризуется маркой В-8 -т-10.
22 РАЗДЕЛ 1. Портландцемент Время твердения 6 сутках Рис. 8. Усадка и расширение различных цемен- тов в разных условиях твердения 1 — расширяющийся портландцемент при твердении в во- де; 2 — то же, при твердении иа воздухе; 3 — безусадоч- ный цемент при твердении в воде; 4 — то же, на воздухе; 5 — портландцемент, твердевший 10 дней в воде, потом на воздухе; 6 — то же, при твердении на воздухе ♦7/7/7 Рис. 9. Усадка и расширение бетонов на различных це- ментах 1 — портландцемент; 2 — пуццолановый цемент; 3 — шлакопортлаид- цемеит; 4—глиноземистый Цемент
Портландцемент 23 Рис. 10. Изменение температуры цементного камня при твер- дении различных цементов 1 — глиноземистый; 2 — расширяющийся гипсо-глииоземнстый; 3 — рас- ширяющийся портландцемент; 4 — портландцемент; 5 — пуццолановый портландцемент Для уменьшения 1водопроницаемости цементных растворов и бе- тонов применяют церезит — густую сметанообразную массу белого или желтоватого цвета, представляющую собой смесь нерастворимых в воде солей олеиновой кислоты и извести в насыщенном растворе последней. Морозостойкость и коррозиеустойчивость порт- ландцемента в основном зависят от плотности бетона или раствора и минералогического состава цемента. Наименее морозостойки и коррозиеустойчивы цементы, имеющие в своем составе повышенные количества алюминатов кальция и трехкальциевого силиката. Моро- зостойкость и коррозиеустойчивость бетона уменьшается с увеличе- нием его пористости и повышением тонкости помола цемента. Морозостойкость растворов и бетонов, приготовленных на цемен- тах с добавками, как правило, ниже, чем у бетонов и растворов, при- готовленных на цементах без добавок. Поверхностно-активные и воздухововлекающие добавки увеличивают морозостойкость бетонов и растворов.
24 РАЗДЕЛ I. Портландцемент Сцепление со стальной арматурой бетона на порт- ландцементе через 28 суток твердения составляет Леи =50 кГ/см?-, Л?ец отношение ~—=0,14. Нг» Области применения. Портландцемент применяется в зависимо- сти от марки в следующих областях строительства. Марка 400: а) для железобетонных монолитных конструкций; для изготовления сборного железобетона с применением пропарива- ния при марке бетона до 200; б) для аэродромного строительства; Марки 400 и 500: а) для изготовления сборных железобетон- ных конструкций; б) для гидротехнических сооружений (при службе в пресной воде), для наружных частей монолитного бетона массив- ных сооружений, для производства плит оболочек, находящихся в зоне переменного уровня воды; в) для аэродромного строительства; г) при производстве бетонных работ с быстрой распалубкой и для зимних бетонных работ по способу «термоса» и с применением дополнительного обогрева (пропаривание, электропрогрев); д) для производства асбестоцементных изделий; е) для дорожного строительства. Марка 600: для изготовления сборных железобетонных кои струкций из бетонов высоких марок. Марка 70 0: для изготовления высокопрочных бетонов и пред- варительно напряженных сборных железобетонных конструкций вы- сокой прочности. Не допускается применение портландцемента в подводных частях гидротехнических сооружений, подвергающихся воздействию морской и минерализованной воды без специальных мер защиты. Для этих сооружений следует применять различные специализированные порт- ландцементы — сульфатостойкий, пуццолановый сульфатостойкий, пуццолановый (для пресной воды), шлакопортландцемент. Запрещается применение портландцемента для конструкций, не защищенных от действия кислот, растворов сахара, различных фрук- товых эссенций, масел и т. п. При необходимости использования портландцемента более высо- кой марки, чем это требуется для изготовления бетона, рекомендует- ся вводить тонкомолотые активные добавки и наполнители в коли- честве, определяемом на основании лабораторных испытаний. Состав бетона, к которому предъявляются требования только по прочности, следует назначать с учетом реального срока воздейст- вия на конструкции нагрузок, предусмотренных проектом. Запрещается увеличивать расход цемента для ускорения нара- стания прочности бетона.
РАЗДЕЛ II СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЫ Глава 1 БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЙ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель канд. техн. наук. 3. Л. ДАНЮШЕ'ВСКАЯ Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) получают путем сов- местного тонкого измельчения портландцементного клинкера враща- ющихся печей и гипса; при помоле быстротвердеющего портланд- цемента допускается введение активных минеральных добавок, предусмотренных ГОСТ 6269—54 (не больше 10% от веса цемента). Химический состав быстротвердеющего портландцемента в ос- новном такой же, как и портландцемента со следующими отличиями: суммарное содержание трехкальииевого силиката и трехкальциевого алюмината 60—65% при ограниченном (до 0,5%) количестве свобод- ной извести. Содержание ангидрида серной кислоты (SOg) в цемен- те— не менее 1,5 и не более 3,5%, а окиси магния в исходном клин- кере— не более 5%. Присущая быстротвердеющему портландцементу повышенная прочность 'в первые сроки твердения в значительной мере обуслов- лена минералогическим составом клинкера, вещественным составом и тонкостью помола цемента. Применяемые при производстве быстротвердеющего портланд- цемента сырьевые материалы (те же, что и для обычного портланд- цемента) должны содержать как можно меньше вредных примесей (MgO, SOg, RgO) н отличаться возможно большей однородностью по химическому составу. При обжиге клинкера для быстротвердеющего портландцемента применяют по возможности беззольное топливо (природный газ, ма- зут) или малозольные — высококалорийные угли. Быстротвердеющий портландцемент размалывают до удельной поверхности ~ 3500 смг/г (вместо 2800—3000 см2/г для обычного портландцемента). Степень тонкости помола устанавливают на заводах в зависи- мости от минералогического состава клинкера. Если применяют более активный клинкер, например высокоалитовый, то повышенные пока- затели прочности в первые сроки твердения могут быть достигнуты при меньшей степени дисперсности, чем при менее активном клинке- ре. Для повышения удельной поверхности цемента целесообразно использовать сепараторные мельницы, в обычных же шаровых мир-
26 РАЗДЕЛ 11. Специальные портландцементы гокамерных мельницах повышение тонкости помола цемента сопро- вождается значительным снижением их производительности. Высокодиоперсные цементы могут быть получены при мокром способе помола клинкера в обыкновенных шаровых мельницах без снижения их производительности, что возможно на помольных уста- новках, специально построенных при заводах железобетонных изде- лий или иа других объектах. Быстротвердеющий портландцемент отличается интенсивным твердением в начальный период (до 3 суток). Нарастание прочности его в отдаленные сроки твердения (до 28 суток) замедляется, а че- рез более длительный период прочностные показатели быстротвер- деющего портландцемента могут быть теми же, что и у обычного высококачественного портландцемента. Пропаривание ускоряет процесс гидратации быстротвердеющего портландцемента, в результате чего через 1 сутки после затвердения прочность его на сжатие достигает 70—90% прочности цемента в 28-суточном возрасте. Предел прочности при сжатии по ГОСТ 970—61 образцов-кубов из раствора жесткой консистенции состава 1:3 (по весу), изготов- ленных и твердеющих в соответствии с требованиями ГОСТ 310—61, составляет не менее 300 кГ/см2 через 3 суток с момента их изготов- ления, марка цемента должна быть не ниже 500. Быстротвердеющий портландцемент используется для изготов- ления сборных железобетонных строительных конструкций и дета- лей. Применение быстротвердеющего портландцемента в монолитном бетоне позволяет сократить сроки распалубки. Глава 2 ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫЙ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель канд. техн, наук М. И. Г Е Р Ш М А Н Пластифицированный портландцемент является разновидностью портландцемента. Изготовляют его путем совместного помола порт- ландцементного клинкера, гипса и пластифицирующей поверхностнэ- активной доба'вки, придающей растворам и бетонам на этом цементе повышенную подвижность, удобоукладываемость и морозостойкость. К химико-минералогическому составу клинкера, ис- пользуемого для производства пластифицированного портландцемен- та, особых требований не предъявляется. Пластифицирующей поверхности о-a к т и в н о й добавкой обычно служат концентраты сульфитно-спиртовой бар- ды (с. с. б.), удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8518—57. Количество вводимой в состав этого цемента с. с. б. находится в пределах 0,15—0,25% и в среднем составляет 0.2% от веса цемента. Оптимальное количество добавки с.с.б. устанавливают опытным путем в зависимости от химико-минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента, вида активных минеральных или инертных
Глава 3. Гидрофобный портландцемент 27 добавок, вводимых в состав цемента, и их количества, а также от количества добавляемого при помоле гипса. Введение в состав пла- стифицированного портландцемента избыточного количества добавки с.с.б. сопровождается некоторым ухудшением качества цемента. Стандартом разрешается вводить в пластифицированный порт- ландцемент также активные минеральные и инертные добавки тех же разновидностей и в тех же количествах, что и в портландцемент. Твердение и свойства цемента. Введение пластифицирующей до- бавки придает некоторое своеобразие процессу твердения пластифи- цированного портландцемента. Выражается оно в том, что частицы с.с.6. адсорбируются иа цементных зернах и образуют на них защит- ные пленки, устраняющие сцепление гидратирующихся зерен цемента между собой. В результате в первый период твердения структура цементно-водной суспензии из коагуляционной превращается в пепти- зационную, что вызывает повышение пластичности растворных и бе- тонных смесей, а вместе с тем улучшает их подвижность и удобо- обрабатываемость. В результате нужную подвижность растворных и бетонных смесей можно получить прн меньшем В/Д. Поэтому бетон на пластифицированном портландцементе харак- теризуется при одинаковом расходе цемента повышенной прочностью, более высокой морозостойкостью и водонепроницаемостью, а также повышенной сопротивляемостью коррозийным воздействиям при мно- гократном переменном увлажнении в агрессивной среде и высыха- нии по сравнению с бетоном на обычном портландцементе. Отлича- ется он также меньшим водоотделением и, как следствие, лучшей транспортабельностью. Согласно ГОСТ 970—61 пластифицированный портландцемент в зависимости от прочности делится на пять марок: 300, 400, 500, 600 и 700. Требования к прочности пластифицированного портланд- цемента такие же, как и для портландцемента соответствующих ма- рок. Пластифицированный портландцемент с учетом его свойств сле- дует применять при изготовлении наружных частей речных гидротех- нических сооружений, для строительства аэродромных и дорожных покрытий и иных конструкций, которые в процессе эксплуатации будут подвергаться многократному попеременному замораживанию и оттаиванию. При этом необходимо, чтобы портландцемент по свое- му химико-минералогическому составу удовлетворял требованиям, предъявляемым к соответствующим специальным видам портландце- мента, например для дорожного строительства. Глава 3 ГИДРОФОБНЫЙ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель канд. техн, наук М. И. ГЕ РШМАН Гидрофобный портландцемент’отличается от обыкновенного со- держанием специальной гидрофобной добавки. Изготовляют его совместным помолом портландцементного клинкера, гипса н гидро- фобной добавки.
-28 РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы К химико-минералогическому составу клинкера для производства гидрофобного портландцемента особых требований не предъивляется. В качестве гидрофобной добавки могут применяться: а) асидол не ниже III сорта (по ГОСТ 4118—53) в количестве 0,08—0,12% от веса цемента; б) асидол-мылонафт не ниже III сорта (по ГОСТ 3854—47) в -количестве 0,08—0,12% от веса цемента; в) мылонафт не ниже III сорта (по ГОСТ 3853—47) в количест- ве 0,1—0.25% от веса цемента; г) олеиновая кислота (по ОСТ НКТП 515) в количестве 0,06— 0,1% от веса цемента; д) окисленный петролатум в количестве до 0,3% от веса цемента. Портландцемент становится гидрофобным, одновременно сохра- няя все остальные присущие цементам свойства, если в его состав •введено оптимальное количество гидрофобной добавки. Оптимальное ‘же количество гидрофобной добавки зависит от химико-минералогн- ческого состава клинкера, свойств и количества активных минераль- ных или инертных добавок, тонкости помола цемента и вида самой гидрофобной добавки. Следует иметь в виду, что при недостаточном количестве вводи- мой гидрофобной добавки цемент (качество которого практически не ухудшается) не будет обладать гидрофобностью. При введении же излишнего количества гидрофобной добавки растворы будут ха- рактеризоваться повышенной пористостью, так как в них вовлекает- ся увеличенное количество воздуха. Как следствие этого — прочность их уменьшится. В гидрофобный портландцемент разрешается вводить активные минеральные или инертные добавки тех же разновидностей и в том же количестве, что и в портландцемент. Непременным условием . изготовления этого цемента является точное дозирование гидрофобной добавки. Предварительно опытным путем с учетом качества используемых на заводе клинкера и мине- ральных добавок устанавливают то количество гидрофобной добав- ки, которое необходимо ввести в цемент при его помоле. В том случае, если гидрофобная добавка поступает на завод в жидкотекучем состоянии, ее полают вместе с клинкером с помощью дозировочного устройства, аналогичного применяемому для подачи сульфитно-спиртовой барды при производстве пластифицированного портландцемента. Если мылонафт на завод поступает в виде пасты, его разбавля- ют водой или острым паром* до удельного веса 1,05—1, а затем уже устанавливают его дозировку. Гидрофобная добавка интенсифицирует процесс помола цемента. С повышением температуры в мельнице примерно до 200° С гид- рофобные добавки могут выгорать, поэтому при помоле гидрофобно- го цемента необходимо следить за температурой цемента и не до- пускать перегрева мельницы выше 150е С. Снижение температуры цемента может быть достигнуто либо охлаждением клинкера, улуч- шением аспирации, вводом воды в камеру тонкого измельчения, ли- бо орошением корпуса мельницы холодной водой. ‘
/лава 4. Сульфатостойкий портландцемент 29 Требования к прочности гидрофобного портландцемента такие же, как и для портландцемента соответствующих марок. Гидрофобный портландцемент характеризуется пониженными гигроскопичностью и капиллярным подсосом, вследствие чего при длительном хранении даже во влажных условиях остается сыпучим и не теряет активности. Он придает растворам и бетонам повышенную пластичность и удобообрабатываемость, снижает водопоглощение и водопроница- емость и, как результат этого, сообщает им повышенную морозо- стойкость. Гидрофобный портландцемент применяют в первую очередь в тех случаях, когда приходится длительное время хранить цемент до его использования или перевозить его на дальние расстояния. Он применяется также при необходимости транспортировать бе- тонные и растворные смеси с помощью насосов. Весьма целесообразно применение его для облицовки и штука- турки зданий, так как он предотвращает образование выцветов иа поверхности штукатурки. Гидрофобный портландцемент можно ра- ционально использовать при изготовлении бетонов для дорожного, аэродромного строительства и строительства гидротехнических со- оружений. По химико-минералогическому составу он должен удов- летворять требованиям, предъявляемым к соответствующему специ- альному виду портландцемента, например для дорожного строитель- ства н др. Глава 4 СУЛЬФАТОСТОЙКИЙ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель канд. техн, наук М. И. Г Е Р Ш М А Н Сульфатостойкий портландцемент является разновидностью обычного портландцемента и отличается от последнего в основном тем, что обнаруживает повышенную стойкость к сульфатной агрессии в условиях систематического попеременного 'замораживания и отта- ивания или увлажнения и высыхания. Получают этот цемент путем совместного помола клинкера нормированного состава и гипса. Химический и минералогический состав клинкера, используемого в производстве сульфатостойкого портландцемента, должен удов- летворять следующим требованиям: расчетное содержание трехкальциевого силиката — не более 50%; расчетное содержание трехкальциевого алюмината — не более 5%; . величина глиноземного модуля — не менее 0,7. Расчетное содержание в клинкере суммы C3A+C4AF, не должно превышать 22%. Необходимость получения клинкера нормированного химико-ми- нералогического состава предопределяет требования, предъявляемые- к сырью. Весьма целесообразно использовать трепел либо диатомит или опоку в составе глинистого компонента.
30 РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы В сульфатостойкий портландцемент не вводят активных мине- ральных добавок, и лишь при благоприятных условиях его службы в отдельных случаях (по соглашению между поставщиком и потре- бителем) допускается введение при помоле небольшого количества таких добавок. Последние должны отвечать требованиям ГОСТ 6269—54 на активные минеральные добавки к вяжущим веществам или в случае применения в качестве добавки гранулированных до- менных шлаков — требованиям ГОСТ 3476—60 на шлаки доменные гранулированные для производства цементов. Сопротивляемость сульфатостойкого портландцемента действию сульфатной агрессии повышается при введении в его состав поверхностно-активиой до- бавки. Поэтому согласно ГОСТ 970—61 допускается введение в его состав и сульфитно-спиртовой барды либо мылонафта. В этих слу- чаях ему присваивают название пластифицированного либо гидро- фобного сульфатостойкого портландцемента. По прочностным показателям этот цемент подразделяют на три марки: 400, 500 и 600. В связи с умеренным содержанием в клинкере трехкальциевого силиката и малым содержанием трехкальциевого алюмината сульфа- тостойкий портландцемент отличается от обычного портладцемеита пониженным тепловыделением. Присущие сульфатостойкому портландцементу свойства обуслов- ливают и возможности его практического использования. Наиболее целесообразно применять этот цемент для бетонных и железобетонных конструкций, в том числе и предварительно напря- женных, гидротехнических сооружений, подвергающихся сульфатной агрессии на переменном уровне горизонта воды, а также для изго- товления свай, сооружения опор мостов, молов, предназначенных для службы в минерализованных водах. Допускается применение сульфатостойкого портландцемента для подводных частей морских и океанских сооружений, однако для этих целей более экономичным является использование сульфатостойкого пуццоланового портландцемента. Поскольку в сульфатостойком порт- ландцементе активные тепловыделиющие минералы (C3S и С3А) со- держатся в меньшем количестве, его в отдельных случаях можно применять вместо портландцемента с умеренной экзотермией в на- ружных зонах массивных гидротехнических сооружений. Глава 5 ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ С УМЕРЕННОЙ ЭКЗОТЕРМИЕЙ Автор-составитель проф. С. М. РОЯ К Портландцемент с умеренной экзотермией является разновид- ностью портландцемента и изготавливается из клинкера нормиро- ванного химического и минералогического состава, обеспечивающего пониженную теплоту гидратации при несколько повышенной сульфа- тостойкости.
Глава 6. Тампонажные цементы 31 Расчетное содержание трехкальциевого силиката (C3S) в клин- кере не должно превышать 50%, а трехкальциевого алюмината (С3А) - 8%. Цемент не должен содержать активных или инертных минераль- ных добавок; в отдельных случаях допускаетси изготовление цемен- та с активными минеральными добавками, количество которых уста- навливается по соглашению сторон. Марки портландцемента с умеренной экзотермией — 400, 500. В отношении сроков схватывания, содержания серного ангидри- да, окиси магния, равномерности изменения объема, тонкости помо- ла портландцемент с умеренной экзотермией должен удовлетворить требованиям, предъявляемым к портландцементу. Портландцемент с умеренной экзотермией предназначается для бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехни- ческих массивных сооружений, работающих в условиях систематиче- ского многократного замораживания и оттаивания в пресной или слабоминерализованной воде. Глава 6 ТАМПОНАЖНЫЕ ЦЕМЕНТЫ Автор-составитель канд. техн, наук 3. Л. ДАНЮШЕВСКАЯ Тампонажный цемент является одной из разновидностей порт- ландцемента и предназначен для изоляции нефтяных и газовых сква- жин от действия грунтовых вод. В соответствии с ГОСТ 1581—42 тампонажный цемент выпуска- ется двух видов: а) для «холодных» скважин; б) для «горячих» скважин. Химико-минералогический состав. По химическому составу там- понажные цементы практически не отличаются от портландцемента, вследствие чего минералогический состав клинкера тампонажного цемента на разных заводах колеблется в довольно значительных пределах. ' » Клинкеры тампонажного цемента для холодных скважин ха- рактеризуются: а) повышенным содержанием трехкальциевого алюмината (до 12—13%) при содержании алита около 50%, что обеспечивает требуе- мую скорость схватывания и повышенную прочность цемента в ран- ние сроки твердения; б) повышенным содержанием трехкальциевого силиката (57— 60%) при пониженном содержании С3А (4—7%). При таком клинке- ре, если он достаточно тонко измельчен, также обеспечивается тре- буемая скорость схватывания и высокая активность цемента в ранние сроки твердения. Для горячих скважин, чтобы замедлить сроки схватывания и сохранить требуемую текучесть цементного раствора, применяют це- мент с низким содержанием С3А. При производстве клинкера там- понажного портландцемента применяют те же сырьевые компонен- ты, что и для обычного портландцемента.
32" РАЗДЕЛ 11. Специальные портландцементы Процессы твердения и гидратации тампонажного цемента уско- ряются с повышением температуры в скважине. Одновременно проч- ность цемента повышается, а время начала схватывания сокра- щается. Тампонажный цемент, затворенный 50% воды, способен давать, подвижную массу (пульпу), которую можно накачивать в скважины насосами. Необходимо, чтобы затвердевший цементный камень из такой разбавленной пульпы обладал высокой начальной прочностью. Для регулирования сроков схватывания к цементу добавляют гипс, оптимальную дозировку которого на заводах подбирают в за- висимости от минералогического состава клинкера и тонкости помо- ла цемента. Добавка гипса в расчете на SO3 не должна быть более 3,5%. Сроки схватывания цементного шлама с 50% воды должны быть следующими: для холодных скважин — начало схватывания не ранее 3 ч и не позднее 7 ч 30 мин после затворения, а конец — не позднее 3 ч по- сле начала схватывания; для горячих скважин — начало схватывания не ранее 1 ч 45 мин и не позднее 2 ч 45 мин после затворения, а конец — не позднее 1 ч 30 мин после начала схватывания. Предел прочности прн изгибе образцов в возрасте двух суток должен составлять: для холодных скважин при температуре затвердевании 22± ±2° С—не менее 27 кГ]см2\ для горячих скважин при температуре затвердевания 75± ±3° С — не менее 62 кГ1см2. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просе- ивании через сито № 008 проходило не менее 25% от веса пробы. Степень тонкости помола устанавливают на заводах в зависимости от получаемых показателей растекаемости пульпы, сроков схватыва- нии и прочности на изгиб в двухсуточном возрасте (что определяет- ся по ГОСТ 1581—42). Растекаемость цементного раствора с 50% воды должна быть не менее 16 см по стандартному конусу АзНИИ. Цемент должен обнаруживать равномерность изменении объема при испытаниях по методике, установленной для портландцемента. . Тампонажный цемент можно применять и как обычный порт- ландцемент для общестроительных работ, за исключением гидро- гехнияеских С00РУжений, после определения его марки по ГОСТ РАЗНОВИДНОСТИ ТАМПОНАЖНЫХ ЦЕМЕНТОВ В зависимости от глубины скважин меняются температурные ус- ловия, при которых ведется тампонирование. В неглубоких, так называемых холодных скважинах темпера- тура не превышает 40° С. В глубоких (до 2500 м), или горячих, скважинах тампонировать приходится при более высокой температу- ре — до 90° С, а в сверхглубоких (до 4000 м и более) — при темпе- ратуре 100° С и выше. Столь различные условия тампонирования обусловливают необходимость применения различных цементов.
Глава 7. Белый и цветные портландцементы 33 Специальные виды тампонажных цементов, изготовленные с уче- том специфических условий бурения, обусловленных глуоиной сква- жин и геологическими особенностями месторождений, выпускаются пока в опытном порядке по временным техническим условиям. К иим относятся: 1. Бел итокремиеземистый тампонажный цемент НИИ Цемента. Это смесь 50% тонкоизмельченного белитового промышленного отхода и 50% кварцевого песка, используемая для цементирования сверхглубоких нефтяных скважин с температурой на забое до 300° С при давлении до 700 атм. 2. Волокнистый тампонажный цемент. Этот цемент отличается от обычного тампонажного портландцемента тем, что в его составе содержатся 2—3% волокнистых добавок (асоест, отходы текстильной промышленности, отходы производства хлопкового мас- ла и др.). Цемент предназначен для тампонирования нефтяных н газовых скважин, проходящих через трещиноватые породы. Его при- меняют также при капитальном ремонте скважин. 3. Гельцемент. Его получают путем помола клинкера с 5— 15% бентонита — высококоллоидальной глины, содержащей минерал монтмориллонита, главным свойством которого является способность поглощать большое количество воды, придавая цементной пульпе повышенную пластичность. Гельцемент может быть получен также смешением стандартного тампонажного цемента с тонкомолотой бентонитовой глиной. Применяется гельцемент преимущественно при бурении прони- цаемых пород. Глава 7 БЕЛЫЙ И ЦВЕТНЫЕ ПОРТЛАНДЦЕЛ1ЕНТЫ Автор-составитель д-р техн, наук И. В. КРАВЧЕНКО Белый и цветные портландцементы являются разновидностями обычного портландцемента и отличаютЕя от него цветом. Белый портландцемент получают из маложелезистого клинкера с весьма малым содержанием окиси железа, а цветные портландцементы, в зависимости от их цвета,— из белого, клинкера светлых оттенков путем его измельчения вместе с добавкой красящего пигмента. Цвет- ной портландцемент получают также из специально окрашенного в процессе обжига клинкера. Содержание минерального пигмента в цветном цементе не должно превышать 10%, а органического — 0,3%. По химическому составу белый цемент отличается от обычного портландцемента повышенным содержанием SiO2 (23,4— 25,5%), А12Оз (5,5—7%) и незначительным количеством окислов же- леза. От содержания последних преимущественно зависит цвет порт- ландцементного клинкера, в том числе белого. Существенно влияет на цвет белого цемента даже небольшое количество окиси марганца. Другие красящие окислы, поскольку нх 3—1621
34 РАЗДЕЛ 11. Специальные портландцементы мало, при использовании обычного сырья (известняков и глин) су- щественно на цвет клинкера не влияют. Суммарное содержание окнслов железа в белом портландцементе должно быть около 0,4— 0,57». Количество 50з в цементе по ГОСТ 965—41 не должно превы- шать 3%, MgO — не более 4,5% и п. п. п. — не более 5%. Минералогический состав. Как видно из табл. 1, бе- лые цементы отличаются пониженным коэффициентом насыщения, высоким кремнеземным модулем (сумма минералов — силикатов 787о и более) и малым количеством минералов—плавней, которые пред- ставлены в основном трехкальциевым алюминатом. В зависимости от физических особенностей сырья белый, а так- же цветные цементы, могут быть получены как по мокрому, так и по сухому способам производства Так, из заводов, выпускающих белый и цветные цементы, Щуровский работает по мокрому, а Таузский — по сухому способу производства. Кроме того, белый и цветные цементы могут быть получены ме- тодом восстановительной электроплавки. Сырьем для производства белого портландцемента служат из- вестняки, глины и пески с минимальным содержанием красящих окислов — железа, марганца, титана. Глинистым компонентом обыч- но являются первичные каолины, запесоченные глинистые материа- лы — отход при добыче огнеупорных глин, каолин, шликер — отход, получаемый при обогащении каолинов. В особых случаях для производства белого и цветных цементов можно использовать шлаки (доменные, феррохромового производст- ва и др.) с малым содержанием в них красящих окислов. Сырьевые материалы, применяемые в настоящее время заводами, выпускающими белый цемент, имеют следующий химический состав (табл. 2). Сырьевую смесь для обжига ее по сухому или мокрому способам подготавливают так же, как и при производстве портландцемента, но все дробящие и мелющие аппараты должны иметь специальную труд- но истираемую стальную футеровку или футеровку из кремнистых материалов. Из таких же материалов должны изготовляться мелю- щие тела; в настоящее время для этой цели применяют искусствен- ный материал «уралит». Сырьевую смесь обжигают на беззольном топливе (мазут, газ). При большом содержании CaS клинкер белого цемента обжигается с большим трудом, так как жидкая фаза имеет высокую вязкость и ее недостаточно. Расход топлива увеличивается, стойкость футе- ровки снижается. Для облегчения обжига в сырьевую смесь белого цемента целесообразно вводить минерализатор — плавиковый шпат или кремнефтористый натрий (до 1 % от веса сырьевой смеси). При обжиге присущий обычному клинкеру зеленоватый оттенок частично сохраняется. Для полного его устранения клинкер отбели- вают путем быстрого охлаждения в воде. Быстрое охлаждение клин- кера в воде приводит, по-видимому, к восстановлению окиси железа. Размалывают белый портландцемент в трубных мельницах, от- футерованных, как и сырьевые мельницы, причем применяются те же мелющие тела.
Глава 7. Белый и цветные портландцементы 35 Химический и минералогический состав белых цементов, выпускаемых в СССР и за рубежом 3*
36 РАЗДЕЛ И. Специальные портландцементы Как и в производстве портландцемента, при помоле клинкера белого цемента добавляют гипс. Кроме того, разрешается вводить активные минеральные добавки в количестве не более 6%, а также 0,1—0,15% гидрофобной добавки. При изготовлении белого портландцемента должен быть обес- печен постоянный контроль за содержанием окислов железа в сырье, полуфабрикатах и готовой продукции. Во избежание загрязнения цемента в процессе производства особое внимание обращают на чи- стоту складов, цехов и отдельных производственных агрегатов. Не- обходимо также строго контролировать количество минерализатора в сырьевой смеси, идущей на обжиг. Степень белизны и коэффициент яркости проверяют не только у клинкера, но и у белых добавок, которые вводятся при помоле (диатомит и др.). Сорт белого цемента зависит от степени белизны, которую уста- навливают по шкале белого цвета (для определения белизны пиг- мента). Эталоном белизны является сернокислый барий (BaSO4), имеющий коэффициент отражения не менее 96,3%. В табл. 3 приве- дены сорта белого цемента, определяемые по степени белизны. Тонкость помола и сроки схватывания белого цемента такие же, как и обычного портландцемента. Таблица 3 Степень белизны различных сортов белого цемента Сорт Коэффициент яркости по BaSO*, не менее, в % БЦ-1 76 БЦ-2 73 БЦ-3 70 Прочность. По прочности белый портландцемент делят на три марки: 300, 400 и 500. Клинкеры для производства цветных портландцементов должны после измельчения в фарфоровой мельнице иметь коэффи- циент яркости: для получения цветных цементов светлой гаммы — не ниже 70%, цементов насыщенных тонов и темной гаммы — не ни- же 40%. Пигменты для цветных цементов должны обладать высокой стойкостью против действия щелочей (Са(ОН>2 и др.) и выцветания. Они должны отличаться способностью к тонкому измельчению, со- ответствующим химическим составом, при котором краситель не взаимодействует с компонентами цемента. Кроме того, в пигментах ие должно быть растворимых солей. Этим требованиям удовлетворяют следующие пигменты.
Глава 7. Белый и цветные портландцементы 37 Окисли железа (охра, железный сурик, гематит. боксит) ....................................... Двуокись марганца (пиролюзит)................... Окись хрома..................................... Кобальт голубой ................................ Ультрамарин голубой............................. Углеродистые пигменты .......................... Красный, желтый, коричневый, черный Черный, коричневый Зеленый Голубой Черный Многие пигменты содержат различные примеси. Целесообразнее применять чистые пигменты, высокая стоимость которых компенси- руется меньшим удельным расходом на единицу веса цемента. Пиг- менты, содержащие значительные количества гипса, применять нельзя, так как при этом может быть превышен допустимый стан- дартом предел по содержанию SO3. Растворимых примесей пигмен- ты должны содержать не более 2,5%. В черной саже содержание водорастворимых вешеств не должно превышать 1%. Кроме пигмента в цветные цементы вводят также небольшие количества гидравлической добавки белого цвета, для того чтобы предотвратить появление пятен и выцветов. Если в белый или цветные цементы при помоле не вводилась гидрофобная добавка, желательно вводить ее в количестве до 0,1 % при затворении цемента (во избежание образования выцветов на изделиях). При изготовлении цветных цементов необходимо определять: 1) степень белизны применяемого клинкера; 2) соответствие свойств красящих добавок требованиям ГОСТ и ТУ на эти добавки; 3) коэффициент яркости гидравлической добавки; 4) содержание добавок в цементе; 5) соответствие цвета, чистоты тона и насыщенности цвета це- мента эталону цветной шкалы. По цвету цветные цементы бракуются в том случае, когда про- бы неравномерно окрашены. Такие цементы используют как обыч- ные соответствующих марок. Физические и механические испытания белого и цветных цемен- тов производятся по ГОСТ 310—41. Белизну и коэффициент яркости цементов определяют по эталону и на фотометре. Равномерность окраски цветного цемента устанавливают на глаз, сравнивая цвет цементов, насыпанных рядом на гладкой поверхности и придавлен- ных стеклом или бумагой; при одинаковой окраске на границе сты- ка двух или нескольких проб цемента не должно быть разницы в цвете. Белый н цветные цементы твердеют несколько медленнее обыч- ных портландцементов, имеют сравнительно большую усадку, мень- шую коррозиеустойчивость и морозостойкость. Белый и цветные портландцементы применяют для изготовления отделочного бетона, для архитектурно-отделочных скульптурных и покрасочных работ, для производства цветных растворов и штука- турок, а также деталей зданий — ступеней, плит, изделий, имити- рующих естественные камни и мраморы. Эти цементы применяются также при наружной облицовке зданий, изготовлении плиток для внутренней облицовки помещений, для офактуривания крупных сте- новых блоков и панелей.
38 РАЗДЕЛ 11. Специальные портландцементы Глава 8 ЦЕМЕНТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫХ ИЗДЕЛИЙ Автор-составитель канд. техн, наук М. И. Г Е Р Ш М А Н В отличие от портландцемента, цемент, предназначенный для производства асбестоцементных изделий, не содержит активных или инертных минеральных добавок. Чтобы асбестоцементные изделия могли приобрести отпускную прочность в возможно более короткие сроки, необходимо применять для их изготовления высококачественный портландцемент с повы- шенными показателями прочности в ранние сроки твердения. ГОСТ 9835—61 ограничивает содержание ЗСаО • А120з в клинкере не более 8%. Содержание свободной извести в клинкере не должно превышать 1%. Чтобы при обжиге клинкера известь усвоилась полностью, сырье- вую смесь следует размалывать до остатка на сите № 008 не выше 6-7%. Согласно ГОСТ 9835—61 начало схватывания цемента должно наступать не ранее 1 ч 30 мин после его затворения. Клин- кер должен содержать не более 5% окиси магния. Содержание БОз в цементе должно быть не менее 1,5 и не более 3,5%. Тонкость помола цемента должна характеризоваться остатком на сите № 008 не более 8%. По показателям прочности этот цемент делят на марки 500 и 600. Цемент для производства асбестоцементных изделий характери- зуется такими же строительно-техническими свойствами, как и обыч- ный портландцемент, и отличается от него более интенсивным на- растанием прочности в первые сроки твердения. Цемент этот можно применять также для промышленного и гражданского строительства, так же как и портландцемент соответ- ствующих марок. Глава 9 ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ ДЛЯ БЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ АВТСШОБИЛ ЬНЫХ ДОРОГ Автор-составитель канд. техн, наук 3. Л. ДАНЮШЕВСКАЯ Цемент, применяемый для изготовления дорожного бетона, яв- ляется разновидностью портландцемента. Дополнительные требова- ния к этому вяжущему предусмотрены ГОСТ 8424—57 «Бетон до- рожный. Общие требования. Требования на материалы для его при- готовления и методы испытаний». Специальные требования к этому виду цемента заключаются по ГОСТ 970—61 в следующем: а) марка портландцемента — не ниже 500;
Глава 10. Магнезиальный портландцемент 39 б) возможно введение в состав цемента при его помоле актив- ных минеральных добавок только в виде гранулированного домен- ного шлака в количестве не более 15%; в) введение активных инертных добавок в состав цемента не до- пускается; г) содержание СзА в клинкере не должно превышать 10%; д) начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее 2 ч после его затворения. Весьма полезно введение в состав цемента или бетонной смеси пластифицируюшей либо воздухововлекающей добавки. Глава 10 Л1АГНЕЗИАЛБНЫЙ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель канд. техн, наук М. И. ГЕРШМАЕ Магнезиальный клинкер получается в результате обжига до спекания обогащенной окисью железа искусственной смеси нзвестко- во-магнезиальных и глинистых пород, состав которой обеспечивает преобладание в клинкере силикатов кальция. Магнезиальный порт- ландцемент отличается от обычного портландцемента тем, что в со- ставе исходного клинкера допускается повышенное содержание MgO (до 10%). Особенность технологии магнезиального портландцемента заклю- чается в особо тщательной дозировке компонентов сырьевой смеси и возможно более быстром охлаждении клинкера при выходе его из зоны спекания. Образующиеся в клинкере крупные кристаллы периклаза мед- ленно гидратируются в процессе твердения цемента. Замедленная же гидратация окиси магния сопровождается увеличением объема в уже затвердевшем бетоне, в связи с чем в нем возникают вредные напряжения, приводящие к снижению прочности в дальние сроки твердения и к его разрушению. Вредное влияние окиси магния устраняется при введении в со- став сырьевой смеси повышенного количества окнси железа, что обусловливает перевод части MgO в виде твердого раствора в состав алюмоферритов кальция. Уменьшению вредного влияния окиси маг- ния способствует также быстрое охлаждение клинкера, препятству- ющее образованию крупных кристаллов медленно гидратирующе- гося периклаза. В магнезиальный портландцемент, так же как и в портландце- мент, можно вводить не более 15% активных минеральных добавок из числа тех, что предусмотрены ГОСТ 6269—54. Так как повышенное содержание окиси магния в плохо обож- женном клинкере может вызвать неравномерное изменение объема цемента, стандартом предусматривается обязательное испытание на равномерность изменения объема магнезиального портландцемента в автоклаве при давлении пара 8 атм в течение 4 ч либо при 14 атм в течение 2 ч.
40 РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы Согласно ГОСТ 3909—62 магнезиальный портландцемент в за- висимости от показателей прочности делится на марки 300, 400 и 500. Свойства магнезиального портландцемента те же, что и обыч- ного портландцемента; отличается он несколько замедленным на- растанием прочности и немного меньшей прочностью на растяже- ние. Магнезиальный портландцемент, выдержавший автоклавное ис- пытание, можно применять для наземных бетонных и железобетон- ных конструкций. наравне с портландцементом тех же марок. Не допускается применение магнезиального портландцемента для подводных и санитарно-технических сооружений, для конструкций, от которых требуется повышенная прочность на разрыв, а также для производства бетонных или железобетонных изделий, изготовляемых с пропариванием. Глава 11 ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель канд. техн, наук 13. Ф. КРЫЛ OR 1. ТЕХНОЛОГИЯ И СВОЙСТВА цемента Шлакопортландиемеит— вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения портланлиементного клинкера, доменного гранулированного шлака н гипса нлн путем тщательного смешения тех же. но раздельно измель- ченных компонентов. Предпочтительнее применять клинкер алнтово- алюмннатный (с высоким коэффициентом насыщения и с увеличен- ным количеством трехкальциевого алюмината). Содержание свободной извести может быть несколько выше обычного и в этом случае не возникает опагности неравномерного изменения объема цемента, так как шлаковый компонент химически связывает известь. При наличии дешевых глнноземосодержаших материалов их до- бавляют в сырьевую смесь с целью повышения содержания С?А в клинкере. Необходимо, чтобы содержание ангидрида серной кислоты в цементе согласно стандарту не превышало 3,5%, а окиси магния в исходном клш'трпе — 5%. Согласно ГОСТ 970—61 количество доменного гранулирован- ного шлака в шлакопортланлпсмеитр должно составлять н₽ менее 30 и не более 70% от веса цемента Часть шлака (не более 15% от ве- са цемента) может быть заменена активной минеральной добавкой, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 6269—54. Доменный гранулированный шлак, применяемый для производ- ства шлакопортланлпемента в качестве гидравлического компонента, по своему химическому составу должен удовлетворять требованиям ГОСТ 3476—60. Гидравлическая активность применяемого гранулированного шлака оказывает существенное влияние на качество шлакопортлаид-
Глава 11. Шлакопортландцемент 41 цемента. Она тем выше, чем выше основность шлака и чем больше содержится в нем окиси алюминия. При осуществлении производст- венного контроля на заводах гидравлическую активность определяют физико-механическими испытаниями образцов шлакопортландцемен- та при различном содержании в нем данного шлака в различные сроки твердения. Производственный процесс получения шлакопортландцемента заключается в предварительном высушивании доменного гранулиро- ванного шлака в сушильном барабане до влажности, не превышаю- щей 1%, загрузке высушенного шлака, портландцементного клинке- ра и гипса в бункера цементных мельниц, нх точном дозировании и помоле. Как уже упоминалось, размол компонентов может быть совме- стным или раздельным (при последующем тщательном их смешива- ния). В настоящее время применяют только схему совместного по- мола компонентов шлакопортландцемента, более простую и техно- логичную. Строгое соблюдение установленных нормативов по тонкости по- мола шлакопортландцемента предопределяет качество шлакопорт- ландцемента; согласно стандарту тонкость помола шлакопортланд- цемента должна быть такой, чтобы при просеивании через сито № 008 проходило не менее 85% навески. Тонкоизмельченный гранулированный шлак обладает главным образом скрытой (потенциальной) гидравлической активностью. Возбуждается она гидратом окиси кальция, выделяющимся при гид- ролизе трехкальциевого силиката портландцементной составляющей (известковое возбуждение), и добавляемым при помоле сульфатом кальция (гипсовое возбуждение). Схематически твердение шлакопортландцемента можно себе представить как результат ряда процессов, протекающих одновре- менно, а именно: гидролиза и гидратации клинкерных минералов; взаимодействия гидрата окиси кальция с глиноземом и кремнезе- мом, находящимися в шлаковом стекле, с образованием гидросили- тов, гидроалюминатов, а также гидросиликоалюминатов кальция; взаимодействия трехкальциевого гидроалюмината кальция клинкера с сульфатом кальция с образованием гидросульфоалюмината каль- ция по реакции 3CaO-Al2O3-a<z + 3 (CaSO4-2H2O) + aq— = 3CaO-Al2O3-3CaSO431H2O . В случае применения основного шлака, богатого окисью кальция, когда в его составе, наряду со стеклом, содержится кристаллическая фаза в виде силикатов кальция, помимо перечисленных процессов протекает также реакция гидратации этих минералов с образованием гидросиликатов кальция. Процесс взаимодействия трехкальциевого гидроалюмината с гип- сом в отсутствии шлака, т. е. при твердении обычного портландце- мента, протекает иначе, чем при твердении шлакопортландцемента. В данном случае четырехкальцневый гидроалюминат не может об- разоваться, так как известь непрерывно связывается шлаком, и кон- центрация ее в жидкой фазе может ие достигнуть предельной для 4—1621
42 РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы четырехкальциевого гидроалюмината (1,08 г/л). Вследствие пони- женной концентрации извести при твердении шлакопортландцемеита гидросульфоалюминат кальция образуется главным образом в ре- зультате взаимодействия реагирующих компонентов в жидкой фазе; кроме того, образуются гидросиликаты более низкой основности, чем при твердении портландцемента. Шлакопортландцемент твердеет несколько медленнее, чем порт- ландцемент, в особенности при пониженных положительных темпе- ратурах. Это объясняется значительным содержанием шлака. Одна- ко при тончайшем помоле, в особенности двухступенчатом, и содер- жании шлака около 30—35% скорость твердения шлакопортлаидце- мента такая же. Шлакопортландцемент отличается от портландцемента, приго- товленного из такого же клинкера и имеющего ту же тонкость по- мола, несколько меньшей прочностью. Согласно ГОСТ 970—61 в зависимости от прочности на сжатие шлакопортландцемент выпускают четырех марок: 300, 400, 500 и 600. Вследствие меньшего содержания гидрата окиси кальция про- дукты гидратации шлакопортландцемеита более устойчивы, что обу- словливает повышенные в сравнении с портландцементом с о л е- стойкость и водостойкость. Шлакопортландцемент имеет меньший удельный вес, чем портландцемент, и занима- ет в бетоне больший объем, что придает ему высокую плотность, а также повышает его водонепроницаемость. По морозостойкости шлакопортландцемент уступает портланд- цементу в различной степени в зависимости от содержания в нем шлака и химико-минералогического состава исходного клин- кера. Шлакопортландцемент характеризуется пониженным или уме- ренным тепловыделением при твердении, а также меньшими объемными деформациями в растворе и бетоне — усадкой (на воз- духе) и набуханием (в воде). Строительно-технические свойства шлакопортландцемеита обус- ловливают и области его практического применения — те же, что и портландцемента аналогичных марок. Его целесообразно ис- пользовать для производства монолитных и сборных железобетон- ных конструкций и деталей, в особенности с применением тепло- влажностной обработки, а также для изготовления строительных растворов. Шлакопортландцемент предназначен в основном для бетонных и железобетонных наземных, а также подземных и подводных кон- струкций, подвергающихся воздействию пресных, а также минера- лизованных вод с учетом норм агрессивности воды — среды. Вследствие пониженного тепловыделения при твердении и малой усадки шлакопортландцемеита его можно весьма эффективно приме- нять для внутримассивного бетона гидротехнических сооружений. В силу пониженной морозостойкости шлакопортландцемеита его нельзя применять для бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию.
Г лава 11. Шлакопортландцемент 43 2. ГРАНУЛЯЦИЯ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ Грануляция доменного шлака осуществляется путем быстрого охлаждения шлакового расплава с применением (либо без) механи- ческого раздробления еще жидкого или полузатвердевшего шлака. Цель грануляции не только превратить доменный шлак в мелко- зернистый материал, что облегчает его дальнейшую переработку, но и значительно повысить гидравлическую активность — это важней- шее свойство шлака как компонента шлаковых цементов и как до- бавки к портландцементу. Для грануляции доменных шлаков применяют различные по своему устройству грануляционные установки; в зависимости от влажности получаемого продукта их подразделяют на установки для мокрой и полусухой грануляции. Промышленных установок для су- хой грануляции шлаков пока не имеется. Содержание влаги в гранулированном шлаке тем выше, чем меньше его объемный вес, т. е. чем более пориста структура его зе- рен. Поры в затвердевших зернах гранулированного шлака образу- ются под воздействием газов, которые растворены в жидком шлаке и с понижением температуры расплава выделяются из него при ох- лаждении. При этом шлаковый расплав охлаждается и затвердевает настоль- ко быстро, что выделившиеся из него газы не успевают вырваться наружу; они остаются в затвердевшем шлаке в виде мелких пузырь- ков и делают пористыми зерна гранулированного шлака. Пористость, а следовательно, и влажность гранулированного шлака зависят также от условий охлаждения жидкого шлака в про- цессе грануляции, т. е. от примененного способа грануляции. Так, шлак полусухой грануляции, получаемый при механическом дробле- нии и отбрасывании в воздух предварительно охлажденного, но еще не затвердевшего шлака, приобретает более плотную структуру й имеет примерно в 1,5 раза больший объемный вес по сравнению со шлаком мокрой грануляции, полученным из того же жидкого шлака. Влажность шлака мокрой грануляции колеблется в пределах 15—35% (редко 10%), шлака полусухой грануляции 5—Ю°/о; на- сыпной объемный вес того и другого шлака соответственно 400— 1 000 и 600—1 300 кг!м3. Чем выше температура доменной плавки, тем более легким получается гранулированный шлак. Гранулирован- ные шлаки горячих литейного и бессемеровского чугунов, и в осо- бенности ферросилиция и ферромарганца, значительно легче, чем шлак относительно холодного мартеновского чугуна. Установки мокрой грануляции производят большую часть гра- нулированного шлака, однако вследствие большой влажности и ма- лого объемного веса получаемого при этом шлака такой способ гра- нуляции имеет ряд недостатков. Это: 1) большой расход топлива на сушку шлака перед его помолом (до 80 кг условного топлива на тонну сухого шлака); 2) низкая производительность шлакосушильного оборудова- ния; 3) непроизводительные перевозки железнодорожным транспор- том воды, содержащейся в шлаке, а также недоиспользование подъ- емной силы вагонов при загрузке их легковесным шлаком;
44 РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы 4) смерзаемость мокрогранулированного шлака в железнодо- рожных вагонах, а также бункерах н на открытых складах в зим- нее время, что влечет за собой длительные сверхнормативные про- стои вагонов и большие затраты ручного труда при выгрузке смерз- шегося шлака иа цементных заводах. Поэтому в настоящее время новые установки мокрой грануляции ие строятся, а старые, там, где это технически возможно, перево- дятся иа полусухую грануляцию. Необходимо отметить, что, как показали результаты сравнитель- ных исследований шлаков мокрой и полусухой грануляции, послед- ние по гидравлической активности ие уступают первым. Бассейная установка для мокрой грануляции. Установка этого типа (рис. 1) представляет собой прямоугольный железобетонный бассейн 1, состоящий из семи секций размером 11X7X4 м, обору- дованный тремя мостовыми грейферными кранами 2, предназначен- ными для выгрузки из бассейна н погрузки гранулированного шлака в открытые железнодорожные вагоны 3. Пролет крана 15 м, емкость грейфера 2 м3. Жидкий шлак из шлаковозных ковшей сли- вается в бассейн по желобам 4. Ряд грануляционных бассейнов связан с близрасположенными цементными заводами воздушно-канатной дорогой. В этих случаях гранулированный шлак подается грейферным краном как в вагоны, так и в бункера воздушио-канатиой дороги. Барабанная установка для полусухой грануляции. Жидкий шлак из шлаковозного ковша 1 (рис. 2), после пробивки в нем (с помощью копрового устройства) корки застывшего шлака сливается в приемную ванну 2, из которой направляется в грануляционный же- лоб 3. Сюда же подается небольшое количество воды под напором 3—4 атм. Из грануляционного желоба поток полуохлажлениого, ио еще текучего шлака падает на лопасти быстровращающегося грану- ляционного барабана 4, которыми дробится и отбрасывается в про- странство перед барабаном. При полете в воздухе частицы шлака ох- лаждаются и падают на площадку затвердевшими в виде зерен или пемзовидных хлопьев, располагаясь на расстоянии от 1,5—2 до 15— 20 м от барабана. Управление кантовкой ковша, из которого сливается шлак, пуск и остановка грануляционного барабана, а также регулирование по- дачи воды в грануляционный желоб осуществляются с пульта управ- ления 5, расположенного между двумя грануляторами. Уборка гранулированного шлака от барабана, складирование его и погрузка в вагоны или в бункера производятся мостовым грейферным краном 6; емкость грейфера 3 м3, грузоподъемность (нетто) 10 т. Расход воды на грануляцию составляет примерно 1 м3 на 1 т шлака. При грануляции иа барабанной установке кислых шлаков, об- ладающих большой вязкостью и потому характеризующихся склон- ностью к вытягиванию в нити, образуется большое количество та- ких нитей; они оседают иа территории грануляционной установки и относятся ветром на значительные расстояния, засоряя атмосферу. В последние годы разработана и внедряется в промышленность так называемая гидрожелобиая установка для полусухой грануля- ции доменных шлаков, дающая гранулят такой же влажности, как

ПоД-Ь т Рис. 2. Барабанная установка для полусухой грануляции Ряс. 3. Гидрожелобная установка для полусухой грануляции РАЗДЕЛ 11. Специальные портландцементы _________________Глава tL Шпортландцемент
РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы и барабанная, но имеющая то преимущество, что при ее работе нити шлака практически не образуются. Гидрожелобная установка для полусухой грануляции (рис. 3) состоит из чугунной приемной ванны I и чугунного грануляционно- го желоба 2, в передний конец которого вмонтирована гидромонитор- ная насадка, выбрасывающая в желоб большое количество круглых водяных струй под напором до 8 атм. Вода подается в насадку мощным центробежным насосом 3. Жидкий шлак равномерной струей сливается из шлаковозпого ковша 4 в приемную ванну, из которой направляется в грануляцион- ный желоб. Водяными струями, выбрасываемыми из насадки, жид- кий шлак резко охлаждается, раздробляется на отдельные зерна и отбрасывается на некоторое расстояние от желоба, располагаясь в виде кучи, вытянутой в направлении полета зерен. В процессе по- лета затвердевшие зерна шлака приобретают плотную структуру и потому не впитывают большого количества воды. Влажность гра- нулированного шлака составляет 3—7%. Грануляционный желоб, длина которого составляет около 10 м, устанавливается с небольшим подъемом (порядка 3%), вследствие чего улучшается контакт жид- кого шлака с водой. 7 Гранулированный шлак убирают от желобов, складируют и гру- зят мостовым грейферным краном в вагоны. Расход воды на грануляцию в среднем составляет около 2,5 м3 иа 1 т шлака. К достоинствам гидрожелобного гранулятора относится также и то обстоятельство, что в нем нет быстроизнашивающихся деталей. Глава 12 БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЙ ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель канд. техн, наук В. Ф. КРЫЛОВ Быстротвердеющий шлакопортландцемент является разновид- ностью шлакопортландцемеита. Отличается он более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. К особенностям его технологии относятся: применение активно- го алитово-алюминатного клинкера; пониженное против обычного количество вводимого в цементную шихту шлака (согласно ГОСТ 970—61; доменного гранулированного шлака в быстротверде- ющем шлакопортландцементе должно содержаться не менее 30 и не более 50%); повышенная тонкость помола (удельная поверхность 3 500—4 000 см?/г против примерно 3 000 см2/г у обычного шлакопорт- ландцемента). Для получения быстротвердеющего шлакопортландцемеита предпочтительнее применять двухстадийный размол материалов либо размол в замкнутом цикле (в сепараторных мельницах). По содержанию серного ангидрида, срокам схватывания и со- держанию окиси магния в клинкере быстротвердеющий шлакопорт- ландцемент должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к шлакопортландцементу.
Глава 13. Шлаковый магнезиальный портландцемент 40 В соответствии с ГОСТ 970—61 иа быстротвердеющий шлако- портландцемент предел прочности при сжатии образцов из раство- ра жесткой консистенции состава 1 :3 (испытанных по ГОСТ 310— 41) должен составлять через 3 суток 250 кГ1см\ марка цемента должна быть не ниже 500. Быстротверлеюший шлакопортландцемент в основном предназ- начен для производства монолитных, а также сборных бетонных и железобетонных конструкций и деталей с повышенной начальной прочностью, равно как и сборных конструкций, изготовляемых с при- менением тепловлажностной обработки. Быстротвердеющий шлакопортландцемент можно использовать при изготовлении бетонных и железобетонных наземных, а также подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздейст- вию минерализованных вод с учетом норм агрессивности воды — среды. Быстротвердеющий шлакопортландцемент нельзя применять для конструкций, от которых требуется высокая морозостойкость, а так- же (по экономическим соображениям) для конструкций, где не ис- пользуется основное свойство этого цемента — способность быстро твердеть. Глава 13 ШЛАКОВЫЙ МАГНЕЗИАЛЬНЫЙ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель канд. техн, наук М. И. ГЕ РШ МАИ Шлаковый магнезиальный портландцемент является разновид- ностью шлакопортландцемеита. Изготовляют его путем совместного помола клинкера магнезиального портландцемента, гипса и грану- лированного доменного шлака. Содержание доменного шлака долж- но составлять не менее 30 и не более 70% от веса готового цемента. Допускается замена части шлака в количестве не более 15% от веса цемента активной минеральной добавкой по ГОСТ 6269—54. Особенность технологии этого цемента сводится к тщательному соблюдению дозировки компонентов сырьевой смеси. Необходимо также обеспечивать быстрейшее охлаждение клинкера. Согласно ГОСТ 3909—62 шлаковый магнезиальный портландцемент выпуска- ют трех марок: 300, 400 и 500. Шлаковый магнезиальный портландцемент должен 'равномерно изменяться в объеме в процессе испытания в автоклаве при давле- нии пара 8 атм в течение 4 ч либо 14 атм в течение 2 ч. Шлаковый магнезиальный цемент, обладающий теми же свойст- вами, что и шлакопортландцемент, применяют для наземных бетон- ных и железобетонных сооружений. В подземных и подводных сооружениях, подвергаюшихся воздей- ствию пресных вод без замораживания, он применяется наравне с обычным шлакопортландцементом.
50 РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы Глава 14 ПУЦЦОЛАНОВЫЙ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ Автор-составитель д-р техн, наук И. В. КРАВЧЕНКО Пуццолановый портландцемент является разновидностью порт- ландцемента. Получают его совместным помолом портландцементно- го клинкера, гипса и активных минеральных добавок, которые вво- дят в этот цемент в количестве: не менее 20 и не более 35% (до- бавки осадочного происхождения), не менее 30 и ме более 45% (вулканические); обожженной глины, глпежа или топливной золы вводят не менее 25 и не более 40%, Активные минеральные добавки должны удовлетворять требова- ниям ГОСТ 6269—54. Характеристика активных минеральных доба- вок, применяемых для производства пуццоланового портландцемен- та, приведена в табл. 4. Нормальная густота цементного теста у пуц- цоланового портландцемента значительно выше, чем у портландце- мента, и составляет 28—43%. По прочности пуццолановый портландцемент согласно ГОСТ 970-5-41 делят на четыре марки: 300, 400, 500 и 600. Процессы гидратации пуццоланового цемента протекают несколь- ко иначе, чем у обычного портландцемента, что определяется при- сутствием в его составе значительных количеств гидравлических активных добавок. Последние вначале адсорбируют на своей поверх- ности известь, выделяющуюся в процессе гидролиза CsS при взаимо- действии его с водой, а затем вступают с нею в химическое взаимо- действие, образуя низкоосновные гидросиликаты кальция. Вследст- вие этого структура цементного камня пуццоланового портландце- мента более плотная. Термограмма затвердевшего пуццоланового портландцемента (рис. 4) показывает, что в нем почти нет Са(ОН)2 (эндотермический эффект при температуре 500°С очень мал), но зато присутствуют низкоосиовные гидросиликаты кальция (экзотермический эффект при температуре 880° С). Низкоосновные гидросиликаты кальция, образуюшиеся при твер- дении пуццоланового цемента, существенно влияют на его прочность. Образование их значительно ускоряется при повышении температу- ры, поэтому на пуццолановый портландцемент термовлажностная обработка действует значительно лучше, чем на портландцемент. При обычной температуре пуццолановый портландцемент луч- ше твердеет в воде и во влажных условиях. При твердении его на воздухе прочность нарастает медленнее или рост ее практически прекращается. Усадка и набухание пуццолановых портландцементов с активной гидравлической добавкой типа трепела и диатомита в 1,5 раза выше, чем у портландцемента: при использовании низкоак- тивиых добавок усадка и набухание пуццолановых цементов пример- но такие же, как и обычного портландцемента. Пуццолановый портландцемент при твердении выделяет меньше тепла, чем портландцемент, поэтому его успешно применяют для бе- тонирования массивных сооружений. Однако ои менее пригоден для
Глава 14. Пуццолановый портландцемент 51 Химическая характеристика активных минеральных добавок (за 1961 г.)
32 РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы Продолжение твбл. •и -и *и 3.63 3,31 4.48 9,79 4,44 9,58 6,75 2,81 1,99 4,87 3.2 СО 'OS 0,51 0,15 0,61 0,46 0,54 1,39 1,73 1 0,61 । 0,39 2,64 1,3 X м »о о o>w 0,85 0,55 1,08 5,61 3,46 0,94 - .... — 0,21 0,7 3,01 состав i О'Э 2.5 2.37 3,06 6,88 8,79 6,45 3,23 2,26 2,95 3,05 яг X о о ST X 'О'ЭН 2,24 2,3 2,43 10,5 10,67 1,98 2,25 0.84 0,95 1,87 8,47 S X X 'O'lV 16,37 16,13 15,84 16,12 19,19 12,21 11,66 4,77 2,44 18,65 'OIS 69,4 68,63 66,82 46,41 47,72 63,65 - 69,04 2,19 9,96 83,66 59,81 % 9 ИЯ81?д -0V ЗИН -BJKdarog 30,7 30,8 35,6 16 27,7 35,6 31 36,7 30,5 26,2 37,3 9,77 Месторождение Аиийское Джндииское Ядрннское Семипалатинское ьеговатское Ангренское Кызыл-Кийское Воркутинский угольный бас- сейн Заводы Пемза Каспский Араратский Карадагскнй туф Иркутский Тимлюйскнй Теплоозерский Спасский Витрофиры Семипалатинский Глнеж ьеговатскни Ангренскнй Кувасайскнй Горелая порода Воркутинский
tлава 14. Пуццолановый. портландцемент 53 зимних бетонных работ, так как с понижением температуры окружающей среды схватывание и твердение бетона иа этом це- менте замедляется сильнее, чем на портландцементе. Бетоны, изготовленные на пуццолановом цементе, отличаются более высокой водостойкостью, чем бетоны на портландцементе. Они Рис. 4. Гидратированный пуццолановый цемент 1 — температурная кривая; 2 — дифференциальная кри- вая; 3 — кривая потерн веса образца при прокаливании (общая потеря веса 21%) характеризуются также повышенной плотностью и водонепроницае- мостью. Морозостойкость и воздухостойкость бетонов на пуццолановых цементах ниже, чем бетонов на портландцементе. Преждевременное высыхание отрицательно сказывается иа тверде- нии пуццолаиового портландцемента и вызывает значительные уса- дочные деформации. Поэтому его следует защищать от высыхания и по возможности длительное время выдерживать во влажном со- стоянии. Пуццолановый портландцемент используют главным образом в подземных и подводных конструкциях при строительстве гидротех- нических (порты, каналы, плотины, шлюзы и т. п.) и других соору- жений, предназначенных для службы только в пресных водах. Для бетонов, предназначенных к службе в минерализованной среде, выпу- скается специальный сульфатостойкий пуццолановый портландце- мент. Пуццолановый портландцемент применяют также для возведе- ния водопроводных сооружений, при строительстве туннелей и дру-
54 РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы гих подземных конструкций, при проходке шахт, при кладке фунда- ментов и подвалов гражданских и промышленных зданий. Ввиду того что пуццолановый портландцемент отличается по- ниженной воздухостойкостью, морозостойкостью и медленным твер- дением, нецелесообразно применять его для наземных сооружений в условиях воздушного твердения. Нельзя применять пуццолановый портландцемент: для сооруже- ний, работающих в условиях переменного уровня воды при постоян- ном увлажнении и высыхании, замораживании и оттаивании, в кон- струкциях, не защищенных от воздействия растворов хлоридов, кис- лот, щелочей, растворов сахара и т. п., а также для изготовления бетонов, которые должны приобрести проектную прочность раньше чем через 28 суток. В районах с сухим и жарким климатом необходимо в течение первых 20—30 суток твердения принимать особые меры, чтобы за- щитить бетон на пуццолановом портландцементе от высыхания, пос- ле чего нужно создать ему требуемые условия твердения под водой либо во влажной среде. Глава 15 ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ ПУЦЦОЛАНОВЫЙ СУЛЬФАТОСТОЙКИЙ Автор-составитель канд. техн, наук М. И. ГЕРШМАН Сульфатостойкий пуццолановый портландцемент является раз- новидностью пуццоланового портландцемента, его изготовляют так- же путем совместного тонкого помола портландцемеитиого клинкера, гипса и активной минеральной добавки. Возможно также предвари- тельное раздельное измельчение этих материалов с последующим тщательным их смешением. Согласно ГОСТ 970-61 у клинкера для пуццоланового порт- ландцемента сульфатостойкого расчетное содержание С3А должно быть не более 8%, а глиноземный модуль — не менее 0,7. Как и в обычный пуццолановый портландцемент, в состав суль- фатостойкого пуццоланового портландцемента вводят активные ми- неральные добавки, количество которых в зависимости от химико- минералогического состава клинкера, активности добавок и их физических свойств находится в пределах 20—45%. В стандарте предусмотрено, что содержание растворимого гли- нозема в глиеже для производства сульфатостойкого пуццоланового портландцемента должно составлять не более 3%. Изготовление сульфатостойкого пуццоланового портландцемен- та предусматривает необходимость точной (лучше всего весовой) дозировки активных минеральных добавок при их совместном или раздельном помоле с клинкером и гипсом в цементных мельницах. Сульфатостойкий пуццолановый портландцемент отличается по- вышенной стойкостью по отношению к воздействию сульфатных и других агрессивных минерализованных вод. Он твердеет нормально в воде и во влажных условиях. Преждевременное высыхание замед- ляет процесс его твердения и вызывает значительные усадочные де- формации. При твердении он выделяет меньше тепла, чем обычный портландцемент.
Глава 16. Кислотоупорный цемент 55 По прочности различают сульфатостойкий пуццолановый порт- ландцемент марок 300, 400, 500 и 600. Сульфатостойкий пуццолановый портландцемент следует при- менять для возведения подводных и подземных бетонных и железо- бетонных сооружений, находящихся под постоянным воздействием агрессивных минерализованных вод и, естественно, также пресных вод. Как и обычный пуццолановый портландцемент, сульфатостой- кий пуццолановый портландцемент не следует использовать в кон- струкциях, предназначенных для работы на переменном уровне во- ды, когда бетон подвергается многократному попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию. Не допускается применение сульфатостойкого пуццоланового портландцемента для бетонных наземных сооружений, в особенно- сти находящихся в воздушно-сухих условиях. Г л а в а 16 , КИСЛОТОУПОРНЫЙ ЦЕМЕНТ Автор-составитель канд. техн, наук 3. Л. ДАНЮ ШЕВСКАЯ Определение. Кислотоупорный цемент (кварцевый кремнефтори- стый) представляет собой порошкообразный материал, изготовляе- мый путем совместного помола или тщательного смешения раздель- но измельченных кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Затворяют его водным раствором силиката натрия (растворимым стеклом). После затворения масса на воздухе превращается в проч- ное камневидное тело, способное противостоять действию большин- ства минеральных и некоторых органических кислот. Начало схва- тывания кислотоупорного цемента — не ранее 20 мин, а конец схва- тывания — не позднее 6 ч с момента затворения. В состав кислотоупорного цемента входят 5—30% растворимого стекла от веса кварцевого песка (кислотоупорного заполнителя) и до 15% кремнефтористого натрия от веса растворимого стекла. Кварцевый песок, применяемый для изготовления кисло- тоупорного цемента, перед размолом просушивают в сушильном ба- рабане до полного удаления воды и просеивают через сито № 008. В таком виде он является полуфабрикатом для кислотоупорного цемента. Содержание SiO2 в песке должно быть не меиее 96%. Кремнефтористый натрий представляет собой натрие- вую соль кремнефтористоводородной кислоты H2SiFe. Получают его из отходов суперфосфатного производства. Содержание примесей в нем не должно превышать: для первого сорта 5%, для второго сор- та 7%. Кремнефтористый натрий применяется в качестве ускорителя твердения — катализатора, так как растворимое стекло твердеет очень медленно. Растворимое стекло—щелочной натриевый или калие- вый силикат переменного состава, выражаемый общей формулой R2O • п • SiO2, где R2O обозначает Na2O или К2О, а величина п (мо- дуль растворимого стекла) показывает отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочи. Модуль растворимого стекла должен находиться в пределах 2,6—3. Предпочтительнее применять
56 РАЗДЕЛ II. Специальные портландцементы растворимое стекло с повышенным значением модуля. Наибольшее распространение получило более дешевое натриевое стекло, хотя ка- лиевое отличается лучшими свойствами. Применяемая для изготовления водного раствора силиката нат- рия с и л и к а т-г л ы б а должна удовлетворять требованиям ГОСТ 917-41. При обычных температурах силикат-глыба растворя- ется очень медленно, поэтому ее растворяют в автоклавах при повы- шенных температуре м давлении (5—6 атм). Растворимое стекло в жидком виде является вяжущим вещест- вом, твердеющим на воздухе, и поэтому его следует хранить в за- крытой таре и непродолжительное время. Транспортировать целесо- образнее в твердом виде (силикат-глыба), а растворять его следует на местах потребления в стационарных или передвижных уста- новках. Для получения теста нормальной густоты применяют раствори- мое стекло с модулем не ниже 2,8 и плотностью не ниже 1,345 (37° Боме); иа 1 кг цемента расходуется 225—250 см3 жидкого стекла. Согласно ГОСТ 5050-49 содержание окиси кремния (SiOj) в кислотоупорном цементе должно быть не менее 92%. Тонкость помола цемента должна соответствовать остатку на сите № 008 не более 10% от веса пробы. Предел прочности при растяжении кислотоупорного цемента после твердения в течение 30 суток от начала затворения составляет при хранении на воздухе без кипячения в серной кислоте и после кипячения в серной кислоте не менее 20 кГ)см\ Это испытание про- изводится иа образцах-восьмерках. Факультативно допускается уско- ренное определение механической прочности после 10 суток твер- дения. В этом случае предел прочности при растяжении составляет не менее 80% от величины прочности образцов 30-суточного воз- раста. Керосинопоглощение при испытании в кубиках размером ЗхЗх ХЗ см, изготовленных из теста нормальной густоты, после 10 суток твердения на воздухе должно быть не более 15% по весу. При испытании кислотоуетойчивостп цемента в лепешках не должно обнаруживаться вздутия, отслаивания и других видимых повреждений. Кислотоупорный цемент применяется в качестве цементирующего (клеящего) вещества при обкладке корпусов химической аппарату- ры (башен, резервуаров, травильных ванн), оборудования или стро- ительных деталей, а также для изготовления кислотоупорных рас- творов и бетонов. Он ие может быть использован в конструкциях, подвергающихся постоянному воздействию воды. Допускается применение его в пере- менных средах: вначале в кислотной, затем в водной. Из-за токсичности кремнефтористого натрия применение кисло- тоупорного цемента в пищевкусовой промышленности ограничи- вается. Не допускается применение кислотоупорного цемента для объектов, подвергающихся действию щелочной среды, фтористоводо- родной и кремнефтористоводородной кислоты.
РАЗДЕЛ III ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ Автор-составитель д-р техн, наук И. В. КРАВЧЕНКО Определение. Глиноземистый цемент — быстротвердеющее в воде и на воздухе высокопрочное вяжущее вещество, получаемое путем обжига до спекания или плавления смеси материалов, богатых Рис. 1. Область глиноземистых цементов в системе СаО — AI2O3 — SiO2 Заштрихованный участок — поле глиноземистых цементов глиноземом и окисью кальция, и последующего тонкого помола про- дукта обжига. В отличие от портландцемента, клинкер которого состоит в основном из силикатов кальция, глиноземистый цемент содержит преимущественно низкоосновные алюминаты кальция. Глиноземистые цементы выпускаются без добавок или с добав- * кой (до 2%) различных веществ, улучшающих свойства цемента и вводимых в его состав при помоле. Химический состав. Как это видно на рис. 1, область глинозе- мистых цементов находится в непосредственной близости от стороны СаО—А120з тройной, диаграммы. В зависимости от вида сырья и выбранного способа производства химический состав глиноземистых цементов может колебаться в указнных пределах (табл. 1). Фактическое содержание окислов в промышленных глиноземи- стых цементах, полученных различными способами, приведено в табл. 2.
58 РАЗДЕЛ III. Глиноземистый цемент Таблица 1 Химический состав глиноземистых цементов Окислы Содержание в % от до SiO, 5 15 А12О, 80 50 Fe2O 1 15 FeO 0 8 TiO ..... 1.5 2,5 СаО 35 45 MgO 0,5 1.5 SO 0 1.2 K2O 0 0.4 Na,О • 0 0.6 Примечания: 1. Другие химические элементы присутствуют в глинозе- мистом цементе в незначительных количествах. 2. Высоким содержанием железа в виде FeaO3 характеризуются цементы, полученные плавлением или спеканием в окислительной среде, а малым содер- жанием железа, главным образом в виде FeO или Fe,O4, цементы, полученные плавлением в сильновосстановительной среде; в цементах, полученных в слабо- восстановительной среде, железо может присутствовать в виде FeO, FeaO3 и Fe,O,. Минералогический состав глиноземистого цемента изменяется в зависимости от его химического состава и технологии получения цемента (табл. 3). Основными минералами глиноземистого цемента являются моно- алюмииат кальция, а - и а'-модификации пятикальциевого трех- алюмината, монокальциевый двухалюминат, ₽ - и у -модификации двухкальциевого силиката, геленит, моно- и дикальциевые ферриты, алюмоферриты кальция переменного состава и др. (табл 4). Из иих наибольшее влияние на свойства цемента оказывает моноалюмииат кальция. В зависимости от присутствия одного из двух других алюмина- тов кальция — С5Аз или СА2 — различают две группы глиноземистых цементов: высокоизвестковые, в которых имеется значи- тельное количество С5А3, а содержание СаО составляет более 40%, и малоизвестковые, характеризующиеся наличием в их со- ставе СА2 с содержанием СаО менее 40%. Цементы первой группы отличает высокая начальная прочность с незначительным нараста- нием ее в последующем. Прочность цементов второй группы на- растает несколько медленнее, однако в результате продолжительно- го последующего твердения она достигает больших величин; кроме того, цементы второй группы характеризуются повышенной химиче- ской стойкостью. Сырье. В качестве основного сырья для изготовления глинозе- мистого цемента используют бокситы и известняки или известь. Бокситами (табл. 5) называются природные минералы, состоящие из гидратов глинозема с примесью каолинита, кварца,
Глиноземистый цемент 59 Химический состав некоторых промышленных глиноземистых цементов ег
60 РАЗДЕЛ III. Глиноземистый цемент Таблица 3 Возможный фазовый состав глиноземистых цементов, полученных в различных условиях В окислительной среде В восстановительной среде СаОА1,О, 12СаО-7А1,О3 в стабильной и неста- бильной форме СаО-2А13О3 2CaOSIO, 2CaOSiO3-Al3O3 Твердые растворы C(;A,F CF 2CaO-Fe3O3*2SiO3 2CaO-MgO-2SiO, MgO MgO-Al3O3 CaO-TiOj СаО-А13О, 12СаО-7А1,О3 в стабильной и нестабиль- ной форме СаО -2 А13О3 2CaOSIO3 2CaO-SiO3Al О, 6CaO-4Al3O3MgO-SiO, 6CaO-4Al3O3FeO-SiO3 Fe3O. FeO MgO MgO-Al3O3 CaO-TiO, CaS Примечание. Состав алюминатов и алюмоферритов кальция в значи- тельной степени зависит от основности сырьевой шнхты. опала, гематита и некоторых других минералов. Удельный вес бок- ситов 2,2—2,3. Твердость от 2 до 6. Содержание серы в боксите, предназначенном для производства глиноземистого цемента, не должно превышать 0,5%. Известняки. В известняке, применяемом для производства глиноземистого цемента, не должно быть более 2% MgO и более 1,5% SiO2. В качестве известкового компонента сырьевой шихты при плав- ке в электропечах обычно применяют известь-кипелку, а бокситы предварительно сушат или прокаливают. Сырьевую смесь рассчитывают несколько иначе, чем при изго- товлении портландцемента (см. часть VI, раздел I). Способы производства. Существуют два способа получения гли- ноземистого цемента: 1) способ, предусматривающий обжиг сырье- вой смесн в различных тепловых агрегатах до спекания, и 2) спо- соб, предусматривающий полное расплавление сырьевой смеси. Спекание сырьевой смеси возможно в окислительной или вос- становительной среде при температуре 1150—1250° С. При опекании в окислительной среде все составляющие сырьевой смеси, кроме воды и СО2, переходят в клинкер. К ним в случае сжигания твердо- го топлива присоединяется и зола топлива. В связи с этим при данном способе производства нужно применять более чистые бокси- ты: содержание кремнезема в них не должно превышать 8% при Ре20з не более 10%. Кроме того, при обжиге рекомендуется приме- нять беззольное или малозольное топливо.
Глиноземистый цемент 61 Кристаллооптические характеристики минералов глиноземистого цемента К Плеохро-] изм 1 1 1 1 От голубо- го no Np до оливко- вого по Ng Оптиче- ская харак- s t В и 1 1 I Двуосный, отрица- тельный 2V—56->54* 1 Двуосный, отрица- тельный, с □ольшим углом оптиче- ских осей Показатели светопреломления Ьо 1 1 1,663 1 1,692 Е % ,1=1.737 й еч II С п=2,137 1,655 со 8 Т е а? 1 1 1,643 1 1,687 Кристалличес- кая система, габитус Кубическая, 1 совершенная спайность Кубическая Вероятно, К О 0.3 TJ 0.0 ± X Е О « ® Ч X О £ X с X . Е я О з О О-Ч Л м О о 2 ж м d । Кубическая, округлые зеона С ромбическая, сферолиты, состоящие из радиальных, перекрываю- щих друг дру- га волокон Цвет 1 талипри* зрачиый Желтый Бесцвет- ный • Г Область стабиль- | кости | I Плавится при 28ОО’С| 1 1 Плавится । при 1600*С Плавится при 1455*С Область । стабиль- 1 ностн не установ- лена чхэогйэях 1 1 to «о ю Ч1ЭОН1О1ГЦ 3,58 5.9 1 2,98 Формула О FeO С aS . 5- gSg п *5 2 х-е о 2 S г О X Q. О ч О X S-& О 6 « о •0®08I 'O’IVS' •0503 Минерал Периклаз I Вюстит Сульфид кальция Однокаль- циевый алюминат t sse- к X C S S j
Продолжение табл. 4 Минерал Формула Плотность Твердость Область стабиль- ности Цвет Кристалличе- ская система, габитус Показатели свето- преломления Оптиче- ская харак- теристика Плеохро- изм NP 1 Nm | Ng Однокаль- циевый двух- алюминат СаО- •2А1аО3 Ста- бильная форма 2.9 6,5 Плавится при 1720сС Бесцвет- ный Вероятно, моноклинная, зерна и призмы 1,618 — 1,654 Двуосный, положи- тельный. 2V—0-е-5° — Нестабильная форма 3,05 6 Область стабиль- ности не установ- лена • Ромбическая или моноклин- ная, волокна, призмы 1,662 1,671 1,674 Двуосный, отрица- тельный, 2V—35° — Шпинель MgO-AlaOa — — — — Кубическая п=1,72 — - — — Перовскит CaO-TiOa — — — — — п=2,38 — — — — Двухкаль- циевый силикат 2СаО- •SIOa «-фор- ма 3,27 - — Светлый Гексагональ- ная 1,715 — 1,737 2 V— боль- шой — а'-фор- ма — — Точка пе- рехода а'- в р-форму от 14?8до 14f6° С Светлый, чуть жел- товатый Ромбическая 1,712 — 1,725 2V—30° — ₽-фор- ма 3,28 5,6 Точка пе- рехода в т-форму 675°С — Ромбическая, сложное двой- никование 1,717 — 1,735 Двуосный, положи- тельный 2V боль- шой — Двухкаль- циевый силикат 2СаО- •SiOjj у-фор- ма 2,98 - Стабильна ниже 675РС — Ромбическая, призмы с совершенной спайностью по длинной оси призмы 1,642 1,645 1,654 Двуосный, отрица- тельный 2 V—60° — Двухкаль- циевый феррит 2CaO-Fe„O, — — Плавится при 141 Е°С при 143С°С диссоцииру ет па СаО и жидкость Черный, желтовато- коричне- вый Моноклинная, хорошо разви- тые кристаллы 2,2 2,2 2,29 Двуосный, положи- тельный 2 V—малый — Четырех- кальцие- вый алю- моферрит 4CaO-AlaO3-FeaO, 3,77 — Плавится при 141f°C, при 1395°С разлагается на жид- кость и твердое тело Краснова- то-корич- невый Ромбическая, зерна призма- тической формы 1,98 2,01 2,С8 Двуосный, отрица- тельный 2 V —уме- ренный От желто- вато-ко- ' ричневого до корич- невого Геленит 2CaO-SiOa-Al3O3 3,04 6 Плавится при 159G°C Бесцвет- ный Квадратная, таблички и призмы с явно выраженной спайностью 1,658 — 1,669 Одноос- ный, отри- цательный — 2CaO-FeaO3-2SiO — — — Желтова- тый Квадратная 1,658 — ’”1 — - 2CaO-MgO-2SIOa — __ — Бесцвет- ный • 1,631 — 1,638 — — 6CaO-4Al3O3- MgO SiO2 — — — — — — — — - — 6CaO-4AlaO„. •FeO-SiOa — — — — — — — — - — to РАЗДЕЛ III. Глиноземистый цемент _____________Глиноземистый цемент
64 РАЗДЕЛ 111. Глиноземистый цемент Таблица 5 Марки бокситов и области их применения (ГОСТ 972—50) Марка боксита } Качественный состав Области применения AijO3 в % в пересчете на сухое вещество ALO, SlOa (по весу) БВ Б-0 52 52 121 10/ Электрокорунд Б-1 49 9 Глинозем, злектрокорунд и глиноземистый цемент Б-2 46 7 Глинозем, плавленые огне- упоры и глиноземистый цэ- мент Б-3 Б-4 4G 42 5 3,5 Глинозем и огнеупоры Б-5 Б-6 40 37 2,6 2,1 Огнеупоры, мартеновское производство Б-7 30 5,6 Глинозем и глиноземистый цемент Б-8 28 4 Глинозем Ь Получать глиноземистый цемент методом спекания можно та кольцевых, камерных, туннельных и вращающихся печах и на спека- тельных решетках. Ведение обжига затрудняется недостаточным интервалом между температурами спекания и плавления сырьевой смеси, что приводит к образованию колец, сваров и приваров. Способ плавления при производстве глиноземистого цемента более распространен, что объясняется сравнительно низкими темпе- ратурами плавления сырьевой шихты (1380—1600°С). При этом от- падает необходимость тонкого помола шихты. Получать глиноземистый цемент методом плавления можно в печах различного типа. Наиболее широко применяют для этой цели доменные и электрические печи. При получении глиноземистого цемента плавлением в восстано- вительной среде в электрической печи железо восстанавливается почти полностью, а кремний частично. Восстановленные кремний и железо образуют ферросилиций с 13—15% кремния. При плавке в доменных печах железо также восстанавливается почти полностью, кремний же — в незначительной степени. Восста- новленные кремний и железо переходят в чугун. При доменной плав- ке в качестве сырьевых материалов применяют природные бокситы, известняк и железную стружку или скрап. Расход сырьевых материалов, топлива и электроэнергии зависит от принятого способа производства (табл. 6)t
Глиноземистый цемент 65 Таблица 6 Расходные коэффициенты сырья, топлива и электроэнергии при различных способах производства Расход на 1 m расплава или клинкера Способ производства глиноземистого цемента боксита в m извест- няка в m желез- ной струж- ки в m услов- ного топлива в m кокса в тп элект- роэнер- гии в квт-ч Доменная плавка 0,81 0,75 1.1 1,18 — — Электроплавка без восстанов- ления 0,7 0,8 — — — 800 Восстановительная электро- 1,2 0.8 0,5 — 0,3 2500 Спекание . 0,7 0.8 — 0,25 — — Для помола глиноземистого цемента применяют обычные в цементном производстве помольные агрегаты. При помоле плавлен- ных глиноземистых цементов необходимо предварительное двойное дробление остывшего расплава, расход электроэнергии на помол при этом примерно вдвое больше, чем при помоле цементов, полу- чен”' lx способом спекания. Физические свойства. Глиноземистые цементы, полученные ме- тодом электроплавки, имеют коричневый, черный или серый цвет, полученные способом спекания — коричневый, полученные доменной плавкой — светлый, голубовато-серый цвет. Удельный вес цемента —3—3,3, объемный вес в рыхлом состоянии — около 1 100 кг)м\ в уплотненном путем виб- рации состоянии — около 1700 кг/м*. Угол естественного откоса — 45—46°. Схема технологического контроля производства глиноземистого цемента зависит от выбранного способа производст- ва. При получении цемента способом спекания она такая же, как и при получении портландцемента. При получении цемента способом доменной плавки контролируются состав сырья и шихты, поступаю- щей в домну, состав выплавляемого шлака и чугуна, ход доменного процесса. При электроплавке контролируют качество сырья, сос- тав шлака и ферросилиция, ведут наблюдение за работой электро- печи. При помоле глиноземистого цемента осуществляется: 1) систематический контроль работы дробильных агрегатов и гранулометрического состава шлаков, поступающих на помол; по- ступление в мельницу кусков шлака размером более 20 мм не до- пустимо; 2) правильное шихтование различных сортов шлака; 3) тщательный контроль за своевременной догрузкой и пере- грузкой мельииц. 5—1621
66 РАЗДЕЛ III. Глиноземистый цемент Определение сроков схватывания свежеразмолотого цемента и испытание на равномерность изменения объема не обязательны. Физико-механические испытания глиноземистого цемента произ- водят по ГОСТ 310—41 со следующими изменениями. Изготовлен- ные для испытания образцы в формах первые 4 ч с момента изго- товления хранят в воздушно-влажных условиях (например, в ван- не с гидравлическим затвором) при температуре 20±3°С, после чего их вместе с формами погружают в воду и хранят в ней при той же температуре. Через 24+2 ч кубы и восьмерки извлекают из форм, часть испытывают, а остальные оставляют в воде до следующих ис- пытаний. Технические требования к цементу (ГОСТ 969—41). Нор- мальная густота (1:0) находится в тех же пределах (23— 28%), что и у портландцемента. С увеличением количества воды в тесте на 1—2% сверх требуемого для образования теста нормаль- ной густоты схватывание цемента замедляется, а с уменьшением — ускоряется, особенно его начало. При повышении температуры ок- ружающей среды увеличивается количество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты. Сроки схватывания. Начало схватывания цемента дол- жно наступать не ранее 30 мин, а конец — не позднее 12 ч после зат- ворения водой. В отдельных случаях по согласованию между заво- дом и потребителем возможны и другие сроки схватывания. Сроки схватывания глиноземистого цемента могут быть существенно из- менены при введении добавок. Ускоряют схватывание: гидрат оки- си кальция, гидрат окиси натрия, карбонат натрия, двууглекислая сода, сульфат натрия, сульфаты кальция, сульфат железа, серная кислота, хлористый литий, портландцемент. В малых количествах замедляют, а в больших — ускоряют схватывание: хлористый маг- ний; хлористый кальций, азотнокислый барий, уксусная кислота, уксуснокислый кальций. Замедляют схватывание: хлористый натрий, хлористый калий, хлористый барий, азотнокислый натрий, соляная кислота, глицерин, сахар, уксуснокислый натрий, борная-кислота, бура. При просеивании цемента через сито № 008 должно проходить не менее 90% его веса. Глиноземистый цемент разделяется на три марки: 300, 400 и 500 (табл. 7). Таблица 7 Прочность глиноземистого цемента в растворе состава I : 3 в кГ!см2 Марка цемента Предел прочности при растяжении через при сжатии через 1 сутки 3 суток 1 сутки 3 суток 300 16 18 250 300 400 20 22 350 400 500 24 26 450 500 Примечание. Предел прочности образцов при сжатии через 28 суток должен быть не ниже, чем через 3 суток. Предел прочности при растяжении через 28 суток может быть ниже, чем через 3 суток, но не более чем на 1С%.
Глиноземистый цемент 67 При взаимодействии глиноземистого цемента с водой образуют- ся гидроалюминаты кальция различного состава и гидрат окиси глинозема. Если в составе глиноземистого цемента присутствуют окислы железа, возможно, кроме того, образование гидроалюмофер- р.итов кальция (табл. 8). Типичная термограмма затвердевшего цементного камня глино- земистого цемента приведена на рис. 2. Для глиноземистого цемента характерно «пилообразное» изме- нение его прочности во времени. Сбросы прочности происходят как при сжатии, так и при растяжении и изгибе. После трех суток твер- дения дальнейшее нарастание прочности идет медленно. Изменение прочности цемента зависит главным образом от его химического со- става, водоцементного отношения и температуры окружающей сре- ды (табл. 9). Сравнительные данные о прочностных показателях бетонов, из- готовленных на глиноземистом цементе и других цементах, приве- дены в табл. 10. Изменение прочности этих бетонов за продолжи- тельные отрезки времени отражено в табл. И. Отношение показателей прочности при сжатии к прочности при растяжении для различных сортов глиноземистого цемента колеб- лется в пределах от 20 до 35. Отношение показателей прочности при сжатии к прочности при изгибе — от 3 до 9. Для глиноземистого цемента характерно быстрое выделение тепла за короткий отрезок времени, начинающееся через 5—8 ч пос- ле конца схватывания (табл. 12). Железистый глиноземистый цемент, полученный спеканием, по величине тепловыделения занимает промежуточное место между без- железистым глиноземистым цементом и БТЦ. 5*
НекотоРые характерные свойства гидроалюминатов и гидроферритов кальция Таблица 8 Формула Плот- ность Кристалли- ческая система Показатели светопрелом- ления Опти- ческий знак и 2V Цвет Габитус и прочие характеристики Размеры ячейки Предельные концентрации а в с е 6СаО-А1аО3-ЗЗНаО — — — — Бес- цвет- ный Иглы — — — — 5СаОА1аО3-34НаО — Гексаго- нальная N = 1,487 А; = 1,48 Отри- цатель- ный • Тонкие иглы и йластинки — — — — — а4СаО-А13О,-14НаО • А = 1,535*— 1.539 А =1.52- 1.507 • - Шестигранные пластинки 8,8 — 8,2 — СаО-1,08 г/л ₽4СаО- А|аО3-14НаО Псевдоге- ксагональ- иая А = 1,535 — 1.539 Ар = 1,52— 1.507 • • То же — — — — СаО—1,08 г/л 4СаО-А1аО„12НаО 2,15 Двуосный А = 1,557 — 1.542 А = 1,535 — Р 1,522 ' 2V—38* • 9,6 11.4 16.84 69* — 4СаОА1аО3-8,4Н„О 2,52 Гексаго- на льиа я А =1.519 АС = 1,506 — • • — — — — СаО—1.06— 1,08 г!л, А12О3—0,003 г/л ЗСаО-А1аО.-8— —14НаО 2,04— 2,13 — А „=1,52 до 1,539 А = 1,504 до V 1,524 — • Шестигранные пластинки, иглы, сферолиты 5,711 — 6.453 — СаО от 0,5 до 0,107 г/л ЗСаОА1аО3-6Н„О 2.522 Кубическая 1.604 — Бес- цвет- ны Округлые зерна, трансцоэдры и октаэдры. Устой- чив от 25 до 100* с 12,576 - — СаО—0,415— 0,5 г/л А1аО„—0,08— 0,261 г/л 2СаО-А1аО3-7— 9НаО — Гексаго- нальная * А =1,519ч- Ч-1.522** А = 1,502ч- 4-1,512 Отрица- тельный - Шестигранные таблички 8,8 — 10,6 — СаО—0.16гл А1аО3—0,05 г/л 0,360 гл*** 0,103 г/л 4СаО-ЗА1аО3-ЗНаО — — пср= 1.627 — - Прямоугольные пластинки — — — — — СаОА1аО,-ЮНаО — — лср=1.48 4-1,58 Отри- цатель- ный • Шестигранные таблички и пла- стинки — — — — — |4CaOFe3O,14HaO — Гексаго- нальная «ср = Ь59 - — Шестигранные пластинки 3,42 — 8 — — 3CaOFeaO3-6HaO 2,8 Кубическая л=1,71 — — Округлые зерна, трапецоэдры, октаэдры, лег- кие зерна 12,71 — — — AlaO3nHaO — — 1,53=п п=1,49-ьср. 1,53 Поло- житель- ный — Чешуйки, иглы — — — — — Гиббсит — — и=1,58 п=1,48ч-1,5 А =1.587 Ар=1,566 — — Пластичный гель — — — — — • Различные авторы указывают показатели светопреломления: Ng ©т 1 ,532 до 1,542 н Np от 1,505 до 1,522. ♦* На воздухе легко теряет 1—2 молекулы воды, при обезвоживанин показатели светопрел омлени повышаютс . ♦* По данным В. М. Москвина, предельная концентрация СаО для С2АН8 составляет от 0,36 до 0,56 г/л. РАЗДЕЛ III. Глиноземистый цемент ' Глиноземистый цемент
70 РАЗДЕЛ 111. Глиноземистый цемент Таблица 9 Нарастание прочности глиноземистого цемента в зависимости от В/Ц Марка цемента по ГОСТ 969—41 Предел прочности при сжатии через 24 ч в % от трехсуточ- ной прочности при испытании в жестких растворах в пластичных растворах 300 83 70 400 87 75 500 90 75 Таблица 10 Прочность бетона в зависимости от вида цемента и В1Ц вщ Бетон на глиноземистом цементе в кГ1см* через Бетон на БТЦ в кГ1см2 через 1 сутки 3 суток 7 суток 1 сутки 3 суток 7 суток 0,5 615 650 700 98 257 369 0,6 516 600 694 51 166 249 0.7 330 460 464 29 97 158 0,8 249 330 338 17 47 91 Усадка глиноземистого цемента меньше, чем портландского. Термическое расширение, теплопроводность, сцепление с арматурой имеют примерно те же значения, что и у портландцемента. Пористость цементного камня глиноземистого цемента в 1,5 раза меньше, чем портландского. Водонепроницаемость глиноземистого цемента выше, чем портландского. * Коррозиеустойчивость глиноземистого цемента выше, чем портландцемента. Глиноземистый цемент более стоек в раство- рах сульфатов кальция, магния, хлористых соединений; слабых раст- ворах и парах неорганических кислот; в растворах сахара, молоч- ной, яблочной, муравьиной кислот, гипосульфита натрия, фотореак- тивах, сернистых газах; в морской воде, дистиллированной и дождевой воде, углекислых водах, торфяных, болотных и сточных водах, водах, содержащих отходы бумажной и целлюлозной про- мышленности; в животных и растительных маслах; на контакте с алюминиевыми и свинцовыми сплавами. Он менее стоек в крепких растворах свободных неорганических кислот, шелочей, солей аммо- ния, в растворах сульфатов щелочных металлов. Морозостойкость. Бетоны и растворы на глиноземистом цементе достаточно морозостойки (рис. 3 и 4).
Глиноземистый, цемент 71 Таблица tl Изменение прочности бетонов на глиноземистом и портлендском цементах в зависимости от ряда условий Предел прочности при сжатии в кПсм*, через | Гол IZ 594 538 336 203 358 381 272 135 дэг ох 575 570 454 385 362 412 410 248 lav 9 565 598 565 499 377 428 517 396 ЕГОЛ £ 542 542 660 593 348 414 617 471 вгол з 532 551 698 607 353 382 636 490 ГОЛ I 542 533 693 664 348 358 669 580 оаПвэаи 9 526 509 674 617 353 339 617 518 ЕПБЭЭИ £ 458 452 646 631 329 322 612 565 яолХэ 83 «о 1 о § 1 § 1 X г X V ч 57 а X S а D Воздушно-влажные Воздушные Воздушно-влажные оиодушныс Воздушно-влажные Воздушные Воздушно-влажные Воздушные Расход цемин га в кг’м3\ 271 271 271 271 269 269 269 j 269 ВЩ 0,4 0.4 0.4 0,4 0,64 0,64 0,64 0,64 1 1 1 < Портландцемент Глиноземистый цемент . • . ПС*ТТЛU14 Г.нтлн Портландцемент Пластичный бетон Глиноземистый цемент . . . Пластичный бетон Глиноземистый цемент...................... 77—93 78—95 78—95 Обычный портландцемент............... 28—46 }: 42—65 47—75 Быстротвердеющий портландцемент ........... 35—71 45—89 51—94 Шлакопортландцемент........................ 18—28 30—51 33—67
72 РАЗДЕЛ III. Глиноземистый цемент каличестбо цикпо& замора кивания и оттоибания Рис. 3. Морозостойкость различных цементов в пресной воде /—сульфатостойкий портландцемент; 2—глиноземистый цемент; 3 — обычный портландцемент Рис. 4. Морозостойкость различных цементов в минерализованной воде 1 — обычный портландцемент; 2 — глиноземистый цемент; 3 — сульфатостойкий портландцемент
Глиноземистый цемент 73 Огнеупорность. Глиноземистый цемент широко применя- ется для приготовления огнеупорных растворов и бетонов (табл. 13 и 14). Таблица 13 Свойства огнеупорных растворов на глиноземистом цементе Состав раствора в % (по весу) Температура деформации под нагрузкой в ®С Огнеупор- ность в °C Огневая усадка в % начало конец Глиноземистый цемент — 20—15 Шамотный порошок — 80—85 | 1200—1350 1300—1400 1450—1500 0,2—0,3 Глиноземистый цемент — 15—7 Хромитовый порошок — 85—93 | 1280—1340 1340—1380 1800 1—2 Глиноземистый цемент — 10—15 Хромитовый порошок — 70—55 Магнезитовый порошок — 20—30 । 1350 1400 1800 1—2 В период гидравлического твердения огнеупорного бетона на глиноземистом цементе правила ведения бетонных работ и ухода за уложенным бетоном такие же, как и при использовании обычного бетона на глиноземистом цементе. Бетон может подвергаться дей- ствию огня через 24 ч после укладки. До 500° С нагрев производит- ся со скоростью 20—50° в 1 ч, а далее любыми темпами. Таблица 14 Свойства огнеупорных бетонов на глиноземистом цементе Компоненты Расход на 1 м3 бетона в кг юмпера- тура наг- рева в °C Возмож- ные марки бетона Температура де- формации под нагрузкой в °C при 4% при 40% Глиноземистый цемент «... Хромитовый песок ...... 300—350 1300 1400 150—400 1350 1450 Хромитовой щебень Глиноземистый цемент .... Шамотный песок1 1100—1050 300—350 800 1300 100—300 1250 1350 • щебень 1 Огнеупорность шамота дс 700—650 лжна быть ие менее 1750° С Применение в строительстве. Поскольку глиноземистый цемент в 3—4 раза дороже портландцемента, в строительстве он приме- няется только в тех случаях, когда его специфические особенности: высокая прочность в короткие сроки твердения, стойкость против 6—1621
74 РАЗДЕЛ III. Глиноземистый цемент агрессивного воздействия таких веществ, которые разрушают обыч- ный портландцемент, большое тепловыделение за короткий отрезок времени, огнеупорность, а также хорошее сцепление с арматурой — экономически оправдывают его применение вместо обычного порт- ландцемента Глиноземистый цемент целесообразно применять: 1) для строительства бетонных и железобетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, при ликвида- ции аварий, ремонте после пожаров, быстром возведении фундамен- тов под действующие машины; 2) для возведения оборонительных и военно-транспортных со- оружений; 3) для проведения бетонных и железобетонных работ в услови- ях низких температур; 4) для возведения сооружений, находящихся в минерализован- ных водах или подвергающихся действию сернистых газов; 5) для изготовления огнеупорных бетонов и растворов. Во всех этих случаях необходимо обязательно учитывать: сроки службы сооружения, отсутствие нарастания прочности бетонов и растворов на этом цементе в отдаленные сроки твердения и возмож- ное снижение их прочности на 50—60% в возрасте 15—20 лет, а также температурно-влажностные условия службы сооружений. Нельзя применять глиноземистый цемент во влажных условиях при температуре +25—30е С и выше. Категорически запрещается про- паривание бетонов и растворов на глиноземистом цементе.
РАЗДЕЛ IV РАСШИРЯЮЩИЕСЯ ЦЕМЕНТЫ « Автор-составитель д-р техн, наук И. В. КРАВЧЕНКО Отличительным свойством расширяющихся цементов является их способность к расширению в процессе схватывания и твердения, которое происходит в результате образования быстрорастущих кри- сталлов гидросульфоалюминатов кальция (табл. 1) на определенной стадии развития кристаллизационной структуры твердеющего це- ментного камня. Таблица 1 Основные физико-химические характеристики гидросульфоалюминатов кальции Элементы характеристики Высокосульфатная форма Низкосульфатная форма Формула Внешний вид Оптический знак Погасание Удлинение Показатели свето- преломления Удельный вес Характерные меж- плоскостные рас- о стояния в А 3CaO-AlaOs-3CaSO4-31HaO Длинные, тонкие и широкие иглы, часто в форме сферо- литоа Одноосный о Прг Отрицательное N =1,464±0,002 Np=l,458±0,02 1,48 9,8; 5,6; 3,85; 3,42; 2,77; 2,55; 2,19 ЗСаО • А12О, • CaSO4.12Н3О Гексагональные пластинки в виде звездообразных ско- плений грнцательный мое П сложите льное Д^«=1,505±0,02 ДГр=1,488±0,002 1,95 8,9; 4,5; 3,99; 2,78; 2,42; 2,18; 2,06 В промышленном масштабе выпускают расширяющиеся цемен- ты двух видов, водонепроницаемый расширяющийся цемент и гип- соглиноземистый расширяющийся цемент, отличаюшиеся один от другого по составу и строительно-техническим свойствам. Глава 1 ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫЙ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ЦЕМЕНТ (ТУ МСПТИ № 66—50) Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вя- жущим веществом, получаемым путем совместного помола или тща-
76 РАЗДЕЛ IV. Расширяющиеся цементы Рис. 1. Технологическая схема производства водонепроницаемого расширяющегося цемента 1 — склад нзвестн-кнпелкн; 2 — склад извести-пушонки; 3 — склад цемента; rf — склад гнпса; 5 — известегаситель; 6 — творнльиая яма; 7 — болтушка для приготовления известкового молока; в — бегуны: 9 — бункер для приемки гидроалюмината; 10 — печь для подо- грева бегунов; 11 — бункер для гипса; 12 — бункер для гндроалюмината. 13 — бункер для цемента; 14 — дозаторы; 13 — мельница; 16 — рукавный фильтр; 17 — силосы готовой продукции гельного смешения в опреде* ленной дозировке глиноземи- стого цемента, высокопрочного или строительного гипса I и II сортов и специально при- готовленного высокоосиовно- го гидроалюмината кальция. Особенности технологии. Глиноземистый цемент в сме- си с известью-пушонкой в со- отношении 1:1 по весу за- творяют водой (30% суммар- ного веса цемента и извести) и после выдерживания в тече- ние 48 ч при нормальной температуре подвергают на- греву в варочном котле при температуре 120—150° С в те- чение 5—6 ч. При этом гли- ноземистый цемент гидра- тируется, и в присутствии Са(ОН)2 в растворе образу- ет высокоосновный гидроалю- минат кальция — 4СаО • А12Оз • • 12Н2О. Полученный продукт подвергается сушке и совмест- ному помолу с гипсом я гли- ноземистым цементом. Глиноземистого цемента в составе расширяющегося цемента должно быть, поми- мо затраченного на образова- ние гидроалюмината кальция, не менее 65%, весовое содер- жание гипса — не более 22%. Технологическая схема производства ВРЦ представ- лена на рис. 1. ВРЦ упаковывается в бу- мажные мешки весом 40± +2 кг нетто. Технические требования. Начало схватывания должно наступать не ранее 4 мин, ко- нец — не позднее 10 мин от начала затворения водой. Для замедления сроков схватыва- ния применяют добавки — сульфитно-спиртовую барду, уксусную и виннокаменную кислоту, буру. Тонкость помола.
Глава 1. Водонепроницаемый расширяющийся цемент 77 Остаток на сите № 02 по весу не должен превышать 12%, через сито № 008 должно проходить не менее 75% навески. Линейное расширение твердеющих образцов из це- ментного теста нормальной густоты: при воздушном хранении в воз- расте 1 суток — не менее 0,05%; в возрасте 28 суток — не менее 0,02%; при погружении в воду через 1 ч после затворения: в воз- расте 1 суток — не менее 0,2% и не более 1%; через 3 суток при- рост по отношению к величине расширения за первые сутки не дол- жен превышать 20% (рис. 2). Процесс расширения протекает нор- мально при условии достаточного увлажнения уложенного раствора или бетона на ВРЦ в течение по крайней мере 3 суток. Рис. 2. Линейное расширение ВРЦ I — при твердении в воде; 2 — при твердении на воздухе ВРЦ хорошо воспринимает кратковременное пропаривание, ио не может применяться при температурах выше +80° С, так как при этом начинается разложение гидросульфоалюмината кальция, и це- ментный камень разрушается. Водонепроницаемость. При испытании образцов це- ментного теста и образцов из цементно-песчаного раствора нормаль- ной густоты через 1 ч от начала затворения под гидростатическим давлением 1 атм может происходить фильтрация воды, которая должна прекратиться не позднее чем через 6 ч от начала затворе- ния Через 1 сутки при повышении давления до 5 атм испытывае- мые образца должны быть полностью водонепроницаемы. Прочность. Предел прочности при сжатии кубиков разме- ром 20 X 20X 20 мм из чистого цементного теста должен быть не ни- же: через 6 ч —75 кГ1см2, через 3 суток —300 кГ{см2 и через 28 су- ток—500 кГ/см2. Методика испытаний ВРЦ имеет следующие особенности. Нормальную густоту цементного теста определяют в соответствии с ГОСТ 310—41, но со следующими изменениями: а) величина навески —300 г: О) тесто перемешивают сразу же после затворения водой; в) продолжительность перемешивания —1 мин с момента зат- ворения. При определении срокбв схватывания иглу погружают в цементное тесто каждые 15 сек. Предел прочности при сжатии образцов из цементного теста ол
78 РАЗДЕЛ IV. Расширяющиеся цементы ределяют на образцах-кубиках размером 20 x 20 x 20 мм. При из- готовлении образцов цемент с водой перемешивают вручную в ча- шечке стальной лопаткой в течение 1 мин. Изготовление образцов должно быть закончено до начала схватывания цемента. Образцы вынимают из форм через 30 мин от начала затворения, а через 1 ч после затворения помещают в воду с температурой 20±3° С и вы- держивают в ней до момента испытаний. Линейное расшире- ние определяют путем измере- ния призм размером 31,5х31,5Х X100 мм из чистого цементного теста при помощи прибора (рис. 3), состоящего из стойки и ин- дикатора. Результат измерений (в %) подсчитывают по формуле . (п2 — П1)-100 Рис. 3. Прибор для определе- ния линейных деформаций твердеющего цементного кам- ня / — стойка; 2 — держатель: 3 —> иижняя опора для образца; 4 — из- мерительная головка где А—линейное, расширение; П] — первоначальный отсчет, произведенный при из- мерении свежеприготов- ленного образца; п2 — отсчет при последующих измерениях образца; I — первоначальная длина призмы. За результат линейного рас- ширения принимается среднее арифметическое, полученное при измерении трех образцов, при- чем отклонение в показаниях не должно превышать 15% средней величины. В помещении, где производятся измерения линей- ного расширения, поддерживает- ся постоянная температура 20± ±3° С. Строительные свойства. Прочность ВРЦ, как и глиноземис- того цемента, на основе которого ои изготовлен, быстро увеличива- ется в течение первых трех суток твердения. В последующем до- стигнутая прочность изменяется мало. Длительные сроки эксплуата- ции конструкций, в которых был применен ВРЦ, свидетельствуют о достаточной их долговечности. Морозостойкость. Растворы ВРЦ с песком состава 1 :2 выдерживают до 100 циклов попеременного замораживания и от- таивания в пресной воде без снижения прочности. Воздействие на арматуру. Для того чтобы предотвра- тить корродирующее влияние иа арматуру иоиа SO4 гипса, входя-
Глава 2. Гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент 79 щего в состав ВРЦ, уложенный бетон и раствор следует обильно увлажнять. В противном случае наступает коррозия арматуры. Области применения. Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) применяется при омоноличивании сборных и поврежденных железобетонных конструкций, для гидроизоляции швов между чу- гунными тюбингами, обделки туннелей и стволов шахт, для торкрет- ной гидроизоляции поверхностей и гидроизоляции напорных железо- бетонных труб, для заделки фильтрующих трещин и каверн в раз- личных бетонных и железобетонных сооружениях, для заделки анкерных болтов, заполнения пространства между станинами машин и фундаментов. Глава 2 ГИПСО-ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ЦЕМЕНТ (ВТУ МПСМ СССР № 13—51) Гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент — быстротвердего- щее в воде и на воздухе вяжущее вещество, получаемое в результа- те совместного помола высокоглиноземистых доменных шлаков и природного двуводного гипса в соотношении 70 : 30 по весу. Применяемое для изготовления этого цемента сырье должно удовлетворять следующим требованиям. В высокоглиноземистых шлаках должно быть не более 11 % SiO2 и от 38 до 41 % СаО. По минералогическому соста- ву шлаки должны быть моноалюминатного типа и по возможности не содержать высокоосновных алюминатов кальция Двуводный гипс должен не менее, чем на 95% состоять из CaSO<-2H2O. В нем не должно быть большего количе- ства мелочи. Размер кусков — в пределах от 150 до 200 мм, влаж- ность— ие более 1%. Храниться гипс должен в крытом складе, тщательно очищенном от мусора и других материалов. Складиро- вание нескольких партий гипса в штабель разрешается после про- верки соответствия каждой партии установленным требованиям. Компоненты гипсо-глиноземистого цемента рекомендуется до- зировать перед загрузкой в бункер дробилки. Степень точности до- зирования гипса ±2% от веса смеси, что проверяется анализом це- мента иа содержание в нем SO3. Вследствие затруднений с измельчением шлака в первой камере мельницы (из-за наличия в смеси мягкого гипса) размер кусков шлака, поступающего в мельницу, должен быть не более 20 мм. Температура цемента, выходящего из мельницы, не должна превы- шать 80° С. Во время помола расширяющего цемента в почасовых пробах, взятых из мельницы, определяют: температуру цемента, содержание SOa, тонкость помола, нормальную густоту цементного теста и сро- ки схватывания. Технические требования. Начало схватывания — не ранее 20 мин, конец — не позднее 4 ч после затворения водой; замедлите- ли схватывания — те же, что и для ВРЦ.
80 РАЗДЕЛ IV. Расширяющиеся цементы Тонкость помола. При просеивании через сито № 008 должно проходить не менее 90% от веса пробы. С увеличением тон- кости помола прочность цемента увеличивается, а величина линей- ного расширения уменьшается. Удельная поверхность 8 смчг Рис. 4. Изменение линейно- го расширения цемента в зависимости от тонкости его помола установленные для цементов глиноземистого цемента. и наоборот (рис. 4). Линейное расширение . должно быть в следующих пре- делах (табл. 2). Водонепроницаемость. Образцы из чистого цементного теста через 1 сутки после изго- товлении должны оставаться во- донепроницаемыми при рабочем давлении 10 атм. Образцы из це- ментно-песчаного раствора соста- ва 1:3 при том же рабочем дав- лении должны оставаться .водоне- проницаемыми через 3 суток по- сле изготовления. По прочности гипсо-гли- ноземистый расширяющийся це- мент, как и обычный глиноземи- стый цемент, делится на три мар- ки: 300, 400 и 500. Пределы, проч- ности при сжатии .и растяжении, 1Х марок, такие же, как и для Таблица 2 Линейное расширение цементного теста гипсо-глнноземистого расширяющегося цемента Условия твердения Величина расширения в % через 1 сутки 28 суток Комбинированное водно-воздушное Не менее 0,15 Не меиее 0,1 Погружение в воду через 1 ч после кон- ца схватывания . 0.15 • • 0.3 и Не более 1 Правила приемки, упаковки и паспортизации гипсо-глиноземистого цемента такие же, как и предусмотренные ГОСТ 969—41 для глиноземистого цемента. Методы испытаний. Испытания гипсо-глиноземистого цемента производятся согласно ГОСТ 310—41 с изменениями, предусмотрен- ными для глиноземистого цемента (ГОСТ 959—41). Линейное рас- ширение определяют на образцах-призмах размером 4X4X16 см при помощи прибора, аналогичного применяемому для испытаний ВРЦ. В остальном методика определения линейного расширения та же, что и для ВРЦ. При гидратаций гипсо-глиноземистого цемента образу- ются гидроалюминаты и гидросульфоалюмииаты кальция.
Глава 2. Гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент 81 Увеличение прочности гипсо-глиноземистого цемента происхо- дит в основном в течение первых трех суток твердения, в после- дующем прочность цемента увеличивается незначительно. Типичная термограмма гидратированного гипсо-глиноземистого цемента .при- ведена на рис. 5. Рис. 5. Термограмма гидратированного гипсо-глиноземи- стого цемента / — температурная кривая; 2 — дифференциальная кривая; 3 — кривая потери веса при прокаливании (общая потеря веса 30— 35°/, Прочность гипсо-глиноземистого цемента при твердении в замк- нутом пространстве в результате эффекта самоуплотнения цемент- ного камня оказывается выше, чем при твердении в обычных условиях, когда цемент имеет возможность свободно расширяться (рис. 6). Зависимость прочности бетона на гнпсо-глиноземи- стом цементе от B/IZ такая же, как и у портландцемен- та. Прочность сцепления с арматурой составляет 40— 65 кГ)см2, прочность сцеп- ления нового бетона со ста- рым в 20—25 раз выше, чем для бетона на портландце- менте. В отличие от глинозе- мистого цемента гипсо-гли- Рис. 6. Прочность расширяющегося цемента при твердении 1 — в замкнутом объеме; 2 — при свобод- ном расширении
82 РАЗДЕЛ IV. Расширяющиеся цементы ноземистый цемент в растворе и бетоне хорошо твердеет при повы- шенной температуре до 80° С. Рис. 7. Линейные деформации твердеющего гипсо-глиноземистого цемента в зависимости от условий твердения I — в воде; 2— комбинированный режим твердения; 3 — иа воздухе Гипсо-глиноземистый цемент хорошо воспринимает пропарива- ние; длительность пропаривания изделий на этом цементе состав- ляет 2—4 ч, .причем быстрый подъем температуры в пропарочной камере не влияет отрицательно на прочность изделий. Модуль упругости бетона иа гипсо-глиноземистом це- менте 3- 10~5 —3,3 • 10 кГ/см2. Линейное расширение. Величина расширения гипсо- глииоземистого цемента и изготовленных на его основе растворов и бетонов зависит от условий твердения (рис. 7), состава раство- ра или бетона и водоцементного отношения (табл. 3). Таблица 3 Зависимость расширения раствора иа гипсо-глииоземистом цементе от состава Состав раствора вщ Линейное расширение через 28 суток твердения в % 1:о 0,24 0,31 1:1 0,29 » 0,18 1:2 0,34 0,12 1:3 0,43 0,09 1:4 0,67 0,05 1:6 0,77 0,03 1:8 1 0,01 Морозостойкость раствора на гипсо-глииоземистом це- менте состава 1:2 составляет около 200 циклов попеременного за- мораживания и оттаивания в пресной воде; морозостойкость бе- тона при расходе цемента 450—500 кг/л3 и В/Д=0,4 200—250 цик- лов. Корроз.неустойчивость гипсо-глиноземистого цемента в растворах сульфатов очень высокая, а в растворах хлористых солей ниже, чем коррозиеустойчивость глиноземистого цемента.
Глава 2. Гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент 83 Растворы и бетоны иа гипсо-глииоземистом немейте отличаются высокой плотностью и водонепроницаемостью. Гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент предназначается для изготовления безусадочных и расширяющихся водонепроницае- мых растворов, бетонов м гидроизоляционных штукатурок; для за- делки стыков сборных бетонных и железобетонных конструкций; для омоноличивания и усиления конструкций, подливки фундамен- тов и заделки фундаментных болтов; для зачеканки швов и растру- бов водопроводных линий при рабочем давлении до 10 атм, созда- ваемом не ранее 24 ч с момента окончания зачеканки. Не допускается применение гипсо-глиноземистого цемента для производства конструкций, работающих при температуре выше +80° С.
РАЗДЕЛ V СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ Автор-составитель инж. Г. А. НЕЧАЕВ Глава I СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА На большинстве цементных заводов для производства клинкера используется искусственная сырьевая смесь карбонатных ih глини- стых пород. С карбонатными породами в сырьевую смесь вносится в основном окись кальция (в виде карбоната), а с глинистыми — кремнезем, глинозем <,и окислы железа. Помимо природных сырьевых материалов для 'Приготовления сырьевых смесей используются побочные продукты .и отходы других отраслей производства: доменный шлак, белитовый шлам и др. 1. карбонатные породы В цементной промышленности широко применяют следующие разновидности карбонатных пород: а) Известняки — породы осадочного происхождения, состоящие главным образом из кальцита обычно с примесью глинистого мате- риала, доломита, кремнезема, окислов железа и др. Известняк с примесью глинистых частиц называется мергелистым, с примесью доломита — доломитизироваиным, с примесью песчаных частиц — песчанистым. Условная классификация карбонатно-глинистых пород в зависи- мости от содержания в них СаСОз или СаО приводится в табл. 1. Таблица 1 Классификация карбоиатио-глииистых пород Порода Содержание в % СаСОв или СаО Известняк 100—95 56 —53.2. « мергелистый 95-90 53,2—50,4 Мергель известковый 90—75 50,4—42 . 75—40 42 —22,4 . глинистый 40—20 22,4—11.2 Глина мергелистая 20—5 11,2— 2,8 Глина 5-0 2,8— 0
Глава 1. Сырье для производства цементного клинкера 85 Среди известняков различают: рифовые, сложенные остатками морских колониальных животных или растений; ракушечники, со- стоящие из битых или целых раковин; органогенно-обломочные, со- держащие обломкн органических остатков размером 2—0,1 мм-, об- ломочные, состоящие из окатанных карбонатных зерен различного размера. По величине зерен известняки подразделяются на: грубозернистые с размером зерен.................... 2—1 мм крупнозернистые» , ...................... 1—0,5 . среднезернистые . . ...................... 0,5-0,25 , мелкозернистые . „ , .................. 0,25—0,1 . тонкозернистые . » .................. 0,1—0,01 . скрытокрнсталлические (пелитоморфные) с размером зерен менее 0,01 , Окраска известняков в зависимости от содержащихся в них примесей бывает различной — от белой до темно-серой и почти черной. б) Мел — скрытокристаллическая (пелитоморфная) слабосце- ментированная разновидность известняков белого цвета. Она сос- тоит обычно почти целиком из микрозернистого порошкообразного кальцита и мельчайших известковых органических остатков. в) Мергель — карбонатная порода осадочного происхождения, имеющая пелитоморфную структуру и представляющая собой тон- кую равномерную смесь мельчайших зерен карбоната и глинистых частиц. Карбонат в мергелях обычно представлен в основном кальци- том. При повышенном содержании в мергеле доломита он называ- ется доломитизированным. Мергель, состоящий из 75—78% кальцита (42—43,7%СаО) и 18—20% глинистого вещества, при благоприятных значениях вели- чин кремнеземного и глиноземного модулей представляет собой го- товую сырьевую смесь для производства цемента; такой мергель на- зывается натуралом (или натуральным). Окраска мергелей обычно серая, зеленоватая, желтоватая. v По данным Гипронемента и НИИЦемента, карбонатные породы, использованные цементными заводами в 1961 г., характеризуются следующими колебаниями содержания главнейших окислов в % (табл. 2). Таблица 2 Содержание главнейших окислов в карбонатных породах Породы SiO2 AlaOg Fe,Oa СаО MgO S03 Потери при про- каливании Известняки . • 0,27— 10,89 0,2— 3,2 0,19— 2,08 45,22— 55.1 0,26— 3,28 0,06—0,93 36,3—43,35 Мел 0,85— 0,25— 0,21— 52,39— 0,22— Следы — 41.24— 4,53 1,12 0,73 55,16 0,91 0,47 43,07 Мергели ... 7,53— 18,14 1,61— 5,46 0,9— 3,9 37,86— 50,61 0,31— 3,27 0.16-0,59 32,04—38,4 Физико-механические свойства карбонатных пород приведены в табл. 3.
86 РАЗДЕЛ V. Сырьевые материалы Основные фкзико-мехаяяческке свойства карбонатных пород
Глава 1. Сырье для производства цементного клинкера 87 Таблица 4 Литологические особенности карбонатных пород Свойства Форма проявления Степень распро- странения Примечание Закарсто- ваипосте (развитие карстовых явлений) Доломити- зация Окремне- ние Песчанис- тость (за- песочен- иость) В массиве карбонат- ных пород имеются неправильные по фор- ме полости размером от 0,5—1 до 20 л и более, заполненные песчано - глинистым материалом В маломагиезиаль- ных карбонатных по- родах встречаются прослои или участ- ки („гнезда “, „пятна*), обогащенные доломи- том В карбонатных по- родах имеются: а) кремневые жел- ваки либо прослой- кн, состоящие почти нацело из халцедона; или б)более или менее крупные про- слои либо участки, в которых кальцит полностью или ча- стично замещен халцедоном В карбонатных по- родах присутствует примесь песка (обыч- но кварцевого, реже кварцево-полевошпа- тового) Встречается до- вольно часто ,в из- вестняках, реже в меле и еще реже • в мергелях. Сред- нее содержание карстового матери- ала в известняках обычно не превы- шает 3—5% (по объему), на от- дельных участках месторождений увеличивается до 15-25% Наблюдается в основном в извест- няках, реже в мер- гелях; в меле от- сутствует Встречается в некоторых извест- няках и мелах, в мергелях, как пра- вило, отсутствует Первый тнп встречается чаще, чем второй Содержание кре- мневых включений обычно не превы- шает 3—5% Встречается в некоторых извест- няках и мергелях, реже в меле Карстовый материал, являющийся дополнитель- ным сырьевым компонен- том, характеризуется, как правило, повышенным со- держанием крупного об- ломочного материала (остаток на сите № 021 до 10—15% и более) и непостоянным химичес- ким составом Распределение его в карбонатных породах крайне неравномерное Примесь глинистого материала сильно затруд- няет дробление известня- ков Из-за наличия доломи- тизированных участков содержание MgO в сырь- евой смеси может превы- сить установленный пре- дел, поэтому нужно тща- тельно контролировать качество сырья на заводе и на карьере. Если обес- печить требуемое содер- жание MgO в сырьевой смеси невозможно, избы- ток доломнтизированных пород следует удалять в отвал Наличие кремневых включений или окремнен- ных участков затрудняет дробление и измельчение известняков. При перера- ботке мела кремневые включения в основном оседают в болтушках Содержание песка свы- ше 10—12% нежелательно
88 РАЗДЕЛ V. Сырьевые материалы Литологические особенности карбонатных пород приведены в табл. 4. Расход карбонатных пород (в абсолютно сухом состоянии) на 1 т клинкера колеблется в пределах от 1,2—1,3 т для чистых изве- стняков и до 1,5—1,6 т для мергелей-натуралов. Фактически в 1961 г. цементными заводами было израсходовано карбонатных по- род (при естественной влажности) на 1 т клинкера (в т): известняк.............. 1,3 —1,85 мел ................... 1,45—1,84 мергель............... 1,65—2,01 Качество карбонатных пород, как цементного сырья, зависит от их химического состава. Соответствующие требования к карбонат- ным породам (табл. 5) в значительной степени зависят от химиче- ской характеристики глинистого компонента. Таблица 5 Ориентировочные требования к химическому составу карбонатных пород для производства портландцемента Окислы Содержание в % Примечание СаО MgO S10s AlaOa FeaO8 RaO SO. * Содержа дел соответств основных прик ♦* Нижний бонатных поре стае сырьевогс пустимое соде Не менее 40—43,5* Не белее 3,2—3,7** Количество этих о глинистом компо получения необхо кремнеземного и и клинкере Желательно не более 1 Желательно не более 1.5—1,7 ние СаО приводится для ует близкому к пределы есей (MgO, R2O, SO.) и предел приводится для эд с содержанием СаО и компонента белитового >жание окиси магния в к При благоприятном значении кремнезем- ного и глиноземного модулей Прн содержании окиси магния в глини- стом компоненте до 1% и из расчета допустимого содержания MgO в клин- кере 5% кислое в сочетании с содержанием нх в неите должно обеспечивать возможность днмых значений коэффициента насыщения, глиноземного модулей в сырьевой смесн Особенно нежелательным является при- сутствие сульфатной серы, связанной с гипсом (C^SOi ^HjO), так как она пере- ходит в клинкер, тогда как пиритная сера (в виде FeS2) частично выгорает при обжиге мергелей-натуралов, причем нижний пре- лому содержанию в них одновременно всех обжигу на беззольном топливе. мергелей-натуралов, а верхний —для кар- е менее 50%. При использовании в каче- шлама с содержанием MgO до 1,5% до- арбонатных породах может достигать 6,6%. Содержание MgO в карбонатных породах, предназначенных для производства магнезиального портландцемента, может достигать 7,1—7,5 (при содержании MgO в глинистом компоненте до 1%)- 2. ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ Глинистыми называются горные породы, характеризующиеся значительным содержанием тонких (менее 0,001 мм) фракций, сос- тоящих преимущественно из так называемых глинистых минералов.
Глава 1. Сырье для производства цементного клинкера 89 Основные свойства минералов, наиболее часто встречающихся в глинистых породах Дополнительные сведе- ния Обезвоживается полно- стью при температуре 400—45С*С. Такой же хи- мический состав имеют минералы диккнт н накрнт, входящие в подгруппу ка- олннита, но отличающиеся от него по крнсталлнче» ской структуре н некото- рым свойствам рна способность воду и при этом увеличиваясь в 10—15 раз, обу- я непрочностью ческой решетки. При температуре 4ли— 450®С полностью обезво- жнвается, при вии—уии-и разрушается крнсталлнче- | ская решетка Так же, как монтморил- лонит и другие минералы этой группы (нонтронит и др ), обладает способно- стью набухать прн погло- 1 ЯТОВ иинэтп Хар акте; поглощать набухать, объеме в словленна! крнсталлн1 Удельный вес 7 со LO сч Непостоян- ный (около 2) 2,6 Твердость по шкале Мооса о ч о 2d О Очень мяг- кий (твер- дость точ- но не уста- новлена) 9'1 Цвет Отдельные крн- 1 сталлы бесцветны, в сплошных мае- I сах —белый с жел- i тым, красноватым и другими оттен- 1 ками I Белый, иногда розовый и зеленый Белый (с желто- ватым, буроватым, красноватым от- тенком) Химический состав в % А 1,0,— 39,5 SiO,—46,54 НаО—13,96 ALO.-ll—22 SI 0,-48-56 FeaO3—5 н больше MgO — 4—9 СаО —0,8—8,5 н больше НаО —12-24 А12О8—20—27,6 SiOr- 45-50 (в зависимости от содержания НаО) Формула <стые минералы O’H5tO!S<?b'O'!V ней “,Но. i"'O’1S ’IV m{Mg,'SI,O,0] [ОН’Л- •p((AI Fe-hSI.O.oJ^H’,)- пН,О. где отношение т:р обычно составляет 0,8-0,9 OFHW B[HO] WlSl'IV Минералы ГЛИН! К X X ч Q « Монтморилло- нит Бейделлит (входит в под- группу монт- мориллонита)
90 РАЗДЕЛ V. Сырьевые материалы Глава 1. Сырье для производства цементного клинкера 91 Продолжение табл. К я £ 6 g, я Й 5 >лно- 1туре 1СЛО- лого жом 1ЮТ- пре- >вые Дополнительные све; Обезвоживается пс стью при темпера 350—4ОС°С 1 Обезвоживается пс стью при темпера около 500*С Под воздействием км рода, воды, у глекис. газа и др. при химичес выветривании подверп ся каолинизации, т. е. вращаются в каолине глины ильный вес 3—2,2 ф 5 X 3 H ’—2,8 —2.57 >> сч © ” E- и сч 2,54 н с _ £ ф Твердое по шка. Моосг 1—2 Точно i уставов; на 2-3 6-6,5 ь ф часто с ли оттен- еленый гато-чер- СВ ’ я в з и чсв г ¥ 23 3 5 f= се То о = 5| = tQ й S « « д ч ф И gso г И У ©ё М X ™ а 3 ф и 1 ж и о о m О « >1йц 45 К U Химический состав в % А13О3— 34,7 SiO3— 40,8 FLO - 24,5 К,О — 2-6 А120,— 25—33 SiOa— ДО 50—55 НаО — до 8—9 К2о — 4—9,5 Na3O — 0—3 А 5,5— 22,6 S1O,—47,6— 52,9 Fea03— 6.1— 27,9 Fe,O — 0,8—8,6 MgO —2,4—4,5 H„O — 4,9—13,5 Као —16,9 А1„03 — 18,4 SiOa— 64,7 X 4 ст Формула S? Xo S3 0е? ‘“'-P 2< X о 1~О о q < « < ^<1 (Fe—, Fe-”, Al 2-3-lSia(Si, Al) O.o [OHrnH2O • шпаты <эо“ £6 АЦ: V X £ 3 «а ф Минералы Галлуазит Гндромусковит, синонимы— ил- лит, монотер- мит (входит в подгруппу гидрослюд) Глауконит (вхо- дит в подгруп- пу гидрослюд) ч о X Микроклин и ортоклаз с 1 1 1 То же. Плагиоклазы ппрпгтл плятт собой изо- морфные смеси минералов альбита NaJAlSiaOp] и анортита Ca[Ai_SijOe]. Температура плавления от ИСК °C (альбит) до 155G°C (аноптчт) В результате химическо- го выветривания способен переходить в гидромуско- вит или в каолинит. В гли- нистых породах встречает- ся большей частью в виде скрыто-чешуйчатой разно- видности, называемой се- рицитом В результате химическо- го выветривания способен переходить в гидрослюды. В конечной стадии разло- жения образуются гидро- окислы железа н глини- стое вещество Удельный I и о 0 2,62—2,76 2,76—3,1 3,02—3,12 Твердость 1 пи шпале Мооса 6-6,5 2-3 2-3 Цвет Белый, серова- то-белый, иногда с зеленоватым, си- неватым, реже S Q £ X Бесцветен, часто с желтоватым, се- роватым, зелено- ватым, редко крас- новатым оттенком Черный, бурый, иногда с оранже- вым, красноватым, зеленоватым и ппггимм лттенкямм Химический 1 о"4 0 0 ге о Na„O — 0— 10,76 СаО -0-20,1 А1„О,— 19,4— 36,62 S1O2— 43.28— 68,81 «.««и 1111 °Лб<= «5йХ 1 1 1 1 1 1 1 « 2 Й S 2 3 3 S и. О со СЧ о (£> С) (£> £4 0)0 1 IS Is L«|3 1$° $ § ° °* ° °" з J. Формула | (100—п NafAlSi-A]. nCa[Al_,Si3O„|, где п изме- няется от 0 до 100 Слюды KAlJAlSijO.o-lOH], или K3O-3AlaO3-6SiOa-2HjO К Mg,Fe)3(Si3AlO,0]- • IOH Fl. или K.O- • 6(Mg,Fe,0-Al2O3-tSiO3- 2HaO Минералы Плагиоклазы Мусковит Биотит
Продолжение табл. 6 Минералы Формула Химический состав в % Цвет Твердость по шкале Мооса Удельный вес Дополнительные сведения Минералы других групп Si-46,7; Оа—53,3 Бесцветен или окрашен в молоч- но-белый Н др. цвета 2,5—2,8 Является важной состав- ной частью многих глини- стых пород (в виде песча- ных и пылеватых частиц). Температура плавления 1713®С Кварц Si О, Кальцит СаСО, СаО—56,04; СО3—43,96 Большей частью бесцветный или молочно-белый 3 2,6—2,8 Легко растворяется в НС1 (даже на холоде). Прн прокаливании при 800— 900вС разлагается на СаО и СО, Доломит CaMg(CO,)3 СаО—30, 4; MgO—21,7; СО,—47,9 Серовато-белый 3,5-4 2,8—2,9 В НС1 растворяется хуже, чем кальцит. При темпе- ратуре около 750®С проис- ходит распад молекул до- ломита на молекулы каль- цита н магнезита, которые в свою очередь распада- ются на MgO, СаО и СО, Гипс CaSO,-2H30 СаО—32,56; SO,—46.51; Н30—20,93 Белый, бывает окрашен примеся- ми в серый, жел- тый, красный, чер- ный цвета 1,5—2,0 'царапается ногтем) 2,3 Заметно растворим в во- де. Обезвоживание (пол- ное) происходит при темпе- ратуре около 200°С. а раз- ложение на СаО, SO, и О, — прн 1350—1450® С Продолжение табл, 6 Минералы Формула Химический состав в % Цвет Твердость по шкале Мооса Удельный вес Дополнительные сведения Лимонит (гидрогетнт) Fe3O,-nH3O Fe2O3—89,9 НаО-10,1 (до 12—14 и даже 18—25) Темио-бурый до черного 4—1 (в за- висимости от физиче- ского со- стояния) 3,3—4 Широко распространен в глинистых породах, прида- вая им коричневатую, бу- рую, красноватую и дру- гую окраску. Обезвожива- ние начинается при тем- пературе 180—190® С Пирит и мар- казит FeS, Fe — 46.6 S —53.4 Светлый, латуи- ио-желтый, у тон- кодисперсных раз- ностей — черный 6-6,5 (пирит) 5—6 (мар- казит) 4,9—5,2 (пирит) 4,6—4,9 (марказит) Оба минерала имеют ме- таллический блеск. Тонко- рассеянный пирит окра- шивает породу в синевато- серые и черные цвета (как и органические вещества, с которыми он часто бы- вает связан). При окисле- нии переходит в лимонит. Разложение иа Fe и S (с одновременным их окис- лением) происходит прн температуре около 500— 550®С ЯрОЗИТ KFea[SO<]3[OH]« К3О — 9,4 Fe,Os— 47,9 SO3— 31,9 Н,О —10,8 Охристо-желтый, часто с бурым от- тенком 2,5—8,5 3,15—3,26 — Пиролюзит МпОа МпО — 63,2 0—36,8 Черный 5—6 до 2 (у рыхлых разностей) 4,7—5 — Псиломелан /пМпО-МпОа-лНцО (пока точно не установлена) Непостоянный МпО3— 60—80 МпО — 8—25 Н„О — 4—6 Черный, иногда буровато- черный 4—6 (для плотных разностей) 4,4—4.7 Большая часть воды уда- ляется при температуре свыше 110®С
94 РАЗДЕЛ V. Сырьевые материалы Из других минералов в глинистых породах чаще всего встреча- ются кварц, полевые шпаты, гидроокислы железа, кальцит, гипс, пирит. Основные сведения о минералах, наиболее часто встречающихся в глинистых породах, приводятся в табл. 6. Характерной особенностью большинства глинистых пород яв- ляется их пластичность. По мере увеличения равномерно распреде- ленного карбонатного или песчаного материала глинистые породы могут переходить в карбонатные или песчаные породы (через про- межуточные разновидности). Основные разновидиости. а) Глина — осадочная горная по- рода, обладающая способностью образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее после высыхания приданную ему форму. Гли- на содержит не менее 50% частиц размером меньше 0,01 мм и в том числе не менее 25—30% частиц меньше 0,001 мм. При заметной на ощупь примеси песка глина называется песча- нистой. б) Суглинок — глина, содержащая 30—40% частиц меньше 0,01 мм, в том числе 10—30% частиц меньше 0,001 мм, и одновре- менно повышенное количество песчаных и пылеватых частиц. Суглинок, переходный по своим свойствам к лессу, называется лессовидным суглинком. ,в) Лесс — глинистая порода, состоящая в основном из относи- тельно крупных пылеватых частиц размером 0,05—0,01 мм. Для лесса характерна большая пористость (достигающая 40— 55%), отсутствие слоистости, сильная нзвестковистость, низкая пла- стичность. г) Алеврит — рыхлая обломочная порода, состоящая в ос- новном из зерен размером 0,1—0,01 мм, занимающая промежуточ- ное положение между глинистыми и песчаными породами. Сцементированный уплотненный алеврит называется алевро- литом. д) Глинистый сланец — метаморфизованная (изменен- ная) твердая камнеподобная сланцеватая глинистая порода. В цементной промышленности в основном используются глины, суглинки и лессы, а глинистые сланцы и алевролиты применяются только на отдельных цементных заводах (Чернореченском, Нориль- ском, Теплоозерском, Воркутинском, Кувасайском и Карагандин- ском) . ' В отличие от глин, суглинков и лессов глинистые сланцы и алев- ролиты обычно не распускаются в воде; их нужно подвергать дроб- лению, что связано с дополнительным расходом электроэнергии на переработку сырья. Химическая характеристика и физические свойства. Глинис- тые породы, использованные в производстве портландцемента в 1961 г., имели, согласно данным Гипроцемента и НИИЦемента, сле- дующие колебания содержания главнейших окислов н % и величин модулей (табл. 7). Физические свойства глинистых пород (табл. 8) в основном за- висят от их минералогического и гранулометрического состава. Литологические свойства глинистых пород приводятся в табл. 9. Теоретический расход глинистых пород (в абсолютно сухом со-
Глава 1. Сырье для производства цементного клинкера 95 Содержание главнейших охислов в глинистых породах в а ч
96 РАЗДЕЛ V. Сырьевые материалы Таблица 9 Литологические особенности глинистых пород Признаки, свойства Форма проявления Распространен- ность Примечание Засоренность крупным об- ломочным материалом Песчанистость (запесочен- ность) В глинистых поро- дах присутству- ет галька или гравий извержен- ных либо оса- дочных пород В глинистых поро- дах присутству- ет примесь или встречаются про- слойки песка (кварцевого, квар- цево-полевошпа- тового и др.) Встречается глав- ным образом сре- ди суглинков че- твертичного воз- раста Встречается до- вольно часто как в глинах так и в суглинках (ча- ще) Присутствие крупного обломочного матери- ала нежелательно, так как оно вызы- вает необходимость более частой чистки глиноболтушек, а также затрудняет дробление и помол сырья (при сухом способе производст- ва) Значительная примесь песка (в особенно- сти крупнозернисто- го) затрудняет тон- кий помол сырьевой смеси стоянии) иа 1 т клинкера при относительно чистых известняках колеблется в пределах 0,28—0,3 т. Фактический расход глинистых пород (при естественной влаж- ности) на 1 т клинкера по среднегодовым данным за 1961 г. по це- ментным заводам, использующим известняк и мел, составил: гли- ны, суглинки и лесс — 0,12—0,54; глинистые сланцы и алевролиты— 0,13—0.32. Требования к качеству. Как и для карбонатных пород, решаю- щее значение для оценки качества глинистых пород имеет их хи- мический состав (табл. 10)*. Таблица 10 Ориентировочные требования к' химическому составу глинистых пород __________________для производства портландцемента_______________ Окислы Содержание в % Примечание СаО MgO SiO, Al,О, FeaO, R,O SO, * Важное зн еще недоСтаточ Не ограничивается Допустимое содержани от содержания ее в к исходить из того, что ландцемента было не ландцемента— не бол< Содержание этих окис; бонатном компоненте димых значений коэ глиноземного модуле возможности введенн Желательно не более 3-4 Желательно не бо- лее 1 ачеиие имеет также их ио изучена. е MgO в глинистом компоненте зависит арбонатном компоненте. При этом следует бы содержание MgO в клинкере для порт- более 5%*, а для магнезиального порт- ге 10 % юв в сочетании с их количеством в кар- должно обеспечивать получение необхо- ффициента насыщения, кремнеземного и й в сырьевой смеси и клинкере (с учетом я корректирующих добавок) Особенно нежелательно присутствие сульфатной серы, связанной с гипсом (см. примечание в табл. 5) линералогический состав, но его роль
Глава I. Сырье для производства цементного клинкера 97 Требования к гранулометрическому составу сводятся к тому, чтобы количество фракций крупнее 0,2 лои (остаток на сите № 021) не превышало 5%, а фракций — 0,2 +0,088 мм (остаток «а сите № 0085) - 10%. ' Физические свойства глинистых пород характеризуются данны- ми, приведенными в табл. 8 и 9. 3. ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ И ОТХОДЫ ДРУГИХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ В ЦЕМЕНТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ К ним относятся: доменный шлак, белитовый шлам, сланцевый кокс и топливная зола. Эти материалы при согтавленни сырьевой смеси целиком заменяют глинистый компонент и часть карбонатного компонента. Так как эти материалы почти, не имеют потерь при прокалива- нии, то при их применении расход сырьевой смеси на 1 т клинкера ниже, чем при использовании природного сырья. Доменные шлаки. Это силикатные и алюмосиликатные расплавы, получающиеся при выплавке чугуна. В качестве сырьево- го компонента их применяют в настоящее время на Косогорском,! Кузнецком, Енакиевском, Днепропетровском, Днепродзержинском и Криворожском цементных заводах. В дальнейшем эти шлаки могут найти в цементном производст- ве более широкое применение Технических условий или государственного стандарта на домен- ные шлаки как компонент сырьевой смеси нет, и пригодность их оценивается на ос новации расчетов сырьевой смеси, сопровождав-, мых в необходимых случаях технологическими испытаниями. По данным Гипроцемента и НИИЦемепта, химический состав доменных шлаков, использованных цементными заводами в 1961 г. в качестве сырьевого компонента, характеризуется следующими ко- лебаниями содержания главнейших окислов и величин модулей (табл. 11) . Таблица II Содержание главнейших окислов в доменных шлаках в % SiOa А1203 Fe,O, СаО MgO SO, МпО Модули кремнезем- ный глинозем- ный 38,03— 40,79 4,9— 14,05 0,49— 0,81 40,54— 48,74 2,09— 5,73 0,28— 3,55 0,51— 3 2,62—7,11 6,99—28,67 Среднегодовой расход сырья на 1 т клинкера при использова- нии цементными заводами шлака в качестве сырьевого компонента за 1961 г. составил: шлака 0,53—0,59 т; известняка 0,8—1,2 т. Доменный шлак в цементной промышленности широко исполь- зуется также в качестве активной минеральной добавки (см. ниже). Белитовый (нефелиновый) шлам — побочный про- дукт, получаемый при переработке нефелинов с целью извлечения 7—1621
86 РАЗДЕЛ V. Сырьевые материалы из них глинозема. Белитовый шлам состоит в основном (на 80— 85%) из белита (2СаО • SiO2). В сырьевой смеси белитовый шлам полностью заменяет глини- стый компонент и примерно на 50% карбонатный компонент, что характеризует его как высокоэффективный материал для производ- ства цемента. Однако пока еше он применяется в качестве сырье- вого компонента только на Волховском и Пикалевском цементных Заводах. Технических условий или государственного стандарта на бе- литовый шлам как компонент сырьевой смеси нет, и оценка его при- годности должна производиться на основании расчетов сырьевой смеси, сопровождаемых в необходимых случаях технологическими испытаниями. Желательно, чтобы содержание в нем щелочей не превышало 2%, в том числе растворимых в воде не более 0,5%. Химический состав белитового шлама, использованного цемент- ными заводами в 1961 г., характеризуется следующими среднегодо- выми данными (табл. 12). Таблица 12 Содержание главнейших окислов в белитовом шламе в % SiOa А18Оз FejO8 СаО MgO SOs Потери при про- каливании Модули кремне- земный глино- земный 28,79— 30,35 3.98— 4,04 2,97— З.С6 54,2- 54,77 1,27 — 1,49 Нет дан- ных 3,11—4,56 4,11-4.31 1,3-1.36 При использовании белитового шлама в сырьевую смесь обычно вводят одновременно две корректирующие добавки — глиноземи- стую и железистую. Теоретический расход основного сырья (в сухом состоянии) на 1 т клинкера при использовании белитового шлама составляет: белитового шлама 0,5—0,7 т, известняка 0,6—0,7 т, бок- сита (корректирующая добавка) 0,04—0,06 т, колчеданных огарков (корректирующая добавка) 0,01—0,02 Т. Фактический расход сырья (при естественной влажности) на 1 т клинкера колеблется примерно в следующих пределах: белито- вый шлам 0,57—0,64 т; известняк 0,86—0,96 т; боксит 0,03—0,06 т; колчеданные огарки 0,02—0,03 т. Белитовый шлам можно применять не только в качестве сырье- вого компонента, но также и в виде добавки к цементу. 4. КОРРЕКТИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ Такие добавки вводят в сырьевую смесь для корректирования величин кремнеземного и глиноземного модулей. Это делают в тех случаях, когда сырьевая смесь из основных сырьевых материалов характеризуется неблагоприятными значениями какого-либо одного из обоих модулей или при изготовлении цементного клинкера како- го-либо строго определенного минералогического (или химического) состава.
Глава 1. Сырье для производства цементного клинкера 9У В качестве железосодержащей добавки обычно применяют пи- ритные огарки с сернокислотных заводов, реже колошниковую пыль доменных печей, отсевы железной руды («подрудок»). Как глино- земную добавку используют богатые глиноземом маложелезистые глины, боксит (горную породу, состоящую в основном из гидратов глинозема, окислов железа и кремнезема), реже — каолин (глини- стую породу, состоящую в основном из минерала каолинита). Кремнеземной добавкой служат кварцевые пески, опоки, трепе- ла или пылевидный кварц (природный — маршалит или искусствен- ный— в виде отходов химической промышленности). Химический состав корректирующих добавок, использованных цементными заводами в 1961 г., характеризуется следующими сред- негодовыми данными (табл. 13). Таблица 13 Содержание главнейших окислов в корректирующих добавках в % SiOa А1аОа FeaOa СаО MgO soa П. п. п. Модули кремне- земной глино- земный Колчеданные огарки 9.06— 22,06 0,91- 18,89 56,51— 77.05 0,75— 5,63 0,12— 2,5 0,92— 10,98 0-5,5 0,12— 0,31 0,01— 0,33 Колош НИКОЕ ая пыль 9,74— 16,75 3,68— 10,47 47,05— 72,84 1,49— 9.84 0.35— 2,81 0,33- 1,64 15,49— 19.25 0,17— 0,23 0.07- 0,22 Песо> £9,64 4,38 2,63 1,58 0,41 0,03 1.63 12.79 1,67 Железосодержащие корректирующие добавки применяются на большинстве цементных заводов, кремнеземные добавки — значи- тельно реже, а глиноземные — только в единичных случаях, при ис- пользовании в качестве сырьевого компонента белитового шлама. Расход корректирующих добавок на 1 т клинкера колеблется по цементным заводам в следующих пределах: железосодержащих О—0,09 т и кремнеземных 0—0,06 т. 5. МАТЕРИАЛЫ, ДОБАВЛЯЕМЫЕ К КЛИНКЕРУ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА Гипс (гипсовый камень) CaSO4.2Н2О — горная порода осадоч- ного происхождения, состоящая в оснозном из минерала гипса. • Гипс добавляется в количестве 3—5% прн помоле клинкера для регулирования сроков схватывания цемента. 7*
100 РАЗДЕЛ V. Сырьевые материалы Требования к качеству гипса, употребляемого в виде добавки к клинкеру при производстве цемента, регламентируются ГОСТ 4013— 61 «Камень гипсовый для производства вяжущих веществ»,- Со- гласно этому ГОСТ содержание CaSO< •£HjO в предварительно вы- сушенном веществе должно составлять не менее 90% для гипса первого сорта, не менее 75% для гипса второго сорта и ие меиее 65% для гипса третьего сорта. Инертными добавками могут быть природные (известняки, пес- ки и др.) или искусственные (кирпичный бой и др. промышленные отходы) материалы, включая те, что входят в номенклатуру актив- ных минеральных добавок, но не удовлетворяют требованиям ГОСТ 6269—54. Их добавляют к клинкеру при его помоле. Требования к пескам как к добавке к портландцементу (а так- же при их использовании в производстве песчанистого цемента и известково-песчаного вяжущего/ приводятся в табл. 14. Таблица 14 Требования к качеству кварцевых песков Показатели ост нктп 3055 ВТУ МПСМ СССР № 5—55 Содержание SIOa в %, не меиее . . . S0 87 Потеря при прокаливании в %, не более 4 Не нормируется Содержание окислов калия и натрия (суммарное; в %, не более Не нормиру- ется L3* Содержание частиц глины, ила и мел- ких п >1лев*4ДНо1Х фракций величи- ной до 0,05 мм в %, не более . . 5 .0 (равномерно распреде- ленных глинистых ча- ст.щ) Содержание органических примесей . Допускается в тором песок, окрашивания эталона (но Е дает желтый таком количестве, при не- обработанный по методу б>дет не темнее цвета Ид № 5—55. если песок цвет) * Использование песков, содержащих более 3% после соответствующей экспериментальной проверка обоснования. KaO+NijO, допускается и техники экономического К числу инертных добавок относится также песок, применяе- мый для испытаний цемента. Качество этого песка должно отве- чать требованиям ГОСТ 6139—52 «Песок нормальный для испы- тания цемента», а также техническим условиям на трехфракцион- иый песок для испытания цементов, утвержденным Госстроем СССР 16/V—61 г. Активными минеральными (или гидравлическими) добавками называют такие материалы, которые обладают способностью в тон-
Глава 1. Сырье для производства цементного клинкера .101 коизмельченном виде химически связывать окись кальция. Их до- бавляют к клинкеру во время его помола. Количество вводимых в цемент активных минеральных доба- вок может достигать 50% от веса готового продукта, что регламен- тируется ГОСТ на соответствующие виды цемента. Используемое в качестве активных минеральных добавок при- родное сырье получают из различных горных пород: а) осадочных — к этой группе относятся диатомит, трепел и опока. Все этн породы состоят в основном из микроскопических (менее 0.01 мм) частичек опала и различаются по структуре, пори- стости и плотности (наименее плотный — диатомит, наиболее плот- ная — опока); б) вулканического происхождения—вулканиче- ский пепел, вулканический туф. трассы и пемза. Все эти породы состоят главным образом из обломков лавы, сложенных вулкани- ческим стеклом, и различаются по структуре, пористости и плотно- сти; в) породы, -измененные вторичными процесса- ми — к этой группе относятся так называемые глиежи или п~рцел- ланиты. представляющие собой глины, глинистые песчаники и не о- торые другие породы, обожженные при подземных пожарах в уголь- ных пластах. В качестве активных минеральных добавок широко используют также и ряд искусственных материалов; а) кремнеземистые отходы, получаемые при извлечении глино- зема из глины; z б) глины, а также глинистые и углистые сланцы, обожженные в самовозгорающихся отвалах пустых шахтных пород; в) топливные золы и шлаки, образующиеся при сжигании не- которых видов твердого топлива; г) доменные гранулированные шлаки (кислые и основные). Качество материалов, используемых как активные минеральные добавки, регламентируется ГОСТ 6269—54 «Активные минеральные добавки к вяжущим веществам» и ГОСТ 3476—60 «Шлаки домен- ные гранулированные для производства цементов». Активность минеральных добавок, определенная путем погло- щения извести 1 г добавки за 30 суток (15 титрований) из из- весткового раствора, должна составлять не менее (в мг): для всех добавок осадочного происхождения..........150 . пеплов. вулканических туфов и пемзы............. 50 . трассов......................................... 60 . глиежей......................................... 30 , кремнеземистых отходов..........................200 . обожженных глии, топливных зол и шлаков.........50 Добавки с меньшей активностью относятся к инертным. Количество несгоревших частиц топлива в топливных золах и шлаках, определяемое потерей в весе при прокаливании, не должно превышать 15%. Содержание SO3 в кремнеземистых отходах и топливных золах и шлаках не должно превышать 3%. Других требований к свойствам и химическому составу актив- ных минеральных добавок ГОСТ 6269—54 не предъявляется. Качество доменных гранулированных шлаков согласно ГОСТ 3476—60 должно удовлетворять следующим требованиям (табл. 15).
102 РАЗДЕЛ И Сырьевые материалы Таблица 15 Требования к качеству доменных гранулированных шлаков Показатели Основные шлаки Кислые шлакн 1-й сорт 2-й сорт З-й сорт 1-й сорт 2-й сорт 1-я группа 2 я группа Модуль оснориости % СаО+% MgO , не менее %S 1O.-I- %AISO3 1 1 1 0,9 0.7 0,6 Модуль активности % AIA , не менее % SIO, 0,25 0,2 0,12 0.4 0,3 0,5 Содержание закиси мар- ганца (%МпО), не более 2 4 3 2 4 2 Для основных шлаков 2-го и 3-го сортов допускается более низкий модуль основности, но не менее 0 95. Количество камневидных кусков шлака (не подвергшихся гра- нуляции) в партии шлака не должно превышать 5% по весу, а размер таких кусков — не более 100 мм по наибольшему измерению. 6. ДОБАВКИ, ИНТЕНСИФИЦИРУЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Разжижители шлама. В цементной промышленности применяют вещества, введение которых в незначительных количествах в шлам позволяет снизить его влажность, сохраняя в то же время нужную его текучесть. В качестве таких разжижителей обычно используют суль итно-спиртовую барду. Введение ее в количестве около 0 5% (в расчете на сухое вещество) позволяет снизить влажность шлама на 3—4%. Согласно ГОСТ 8518—57 «Концентраты сульфитно-спиртовой барды» выпускаются концентраты трех марок: КБЖ — концентраты барды жидкие; КБТ — > твердые; КБП — . порошкообразные. Качество их должно соответствовать следующим требованиям, приведенным в табл. 16. В качестве разжижителей шлама можно применять и некоторые другие реагенты, в частности концентрат АК-7 (получается также из отходов сульфитно-спиртового производства) и триполифосфат натрия. Интенсификаторами обжига или минерализаторами называют такие вещества, введение которых в небольшом количестве (до- ли %) в сырьевую смесь понижает температуру ее спекания и ус- коряет процесс клинкерообразования.
Глава 1. Сырье для производства цементного клинкера 103 Таблица 16 Технические требования к концентратам с.с.б. Показатели Нормы для марок КБЖ КБТ КБП Внешний вид и цвет ......... Густая жид- кость темио- коричневого цвета Масса тем но-корич- иевого цвета Порошок свет- ло-коричне- вого цвета Удельный вес, не менее Содержание сухих веществ в %, не менее • . . 1.27 50 Не on] 76 оделяется 87 Содержание нерастворимых в воде веществ к весу сухих веществ в %, ие более . • • . . 1,1 1.1 1.1 Содержание редуцирующих веществ к весу сухих веществ в %, не бо- лее 12 12 12 Активная кислотность pH в преде- лах . . , 5-7 5-7 5-7 Примечание. В концентрате бумажного комбината допускается сол к весу сухих веществ не более 10 %, го завода дубильных экстрактов не бс марки КБЖ А ержаиие нераст а в концентрате лее 2,7 % к вес эхаигельског воргмых в марки КБТ у сухого в о целлюлозно- воде веществ Балахнинско- ешества. В качестве интенсификаторов обжига применяются материалы, характеризующиеся повышенным содержанием фтора; они могут быть как природными (плавиковый шпат), так и искусственными (кремнефтористый натрий). Плавиковый шпат (флюорит)—минерал состава CaFs, содержащий 48.8% F и 51,2 Са. Обычно плавиковым шпатом на- зывают как минерал, так и флюоритовую руду и концентрат. Со- гласно ГОСТ 7618—55 плавиковый шпат, предназначенный для ис- пользования в цементном производстве, должен удовлетворять сле- дующим требованиям: Название марок Содержание CaF, в %, не менее Ф-55...................... 55 Ф-40...................... 40 Ф-30...................... 30 Содержание примесей устанавливается по соглашению сторон. Кремнефтористый натрий (NajSiFg) является побоч- ным продуктом при производстве удобрений и фосфорной кислоты. Технические требования, предъявляемые к кремнефтористому натрию, содержатся в ГОСТ 87—57 «Натрий кремнефтористый тех- нический» (табл. 17).
104 РАЗДЕЛ V. Сырьевые материалы Таблица 17 Требования ГОСТ к кремнефтористому натрию Показатели Высший сорт 1-й сорт 2-й сорт Содержание кремнефтористого натрия (NaaSiFe) в %, не менее , , . . . . Содержание свободной кислоты в пересчете на НС) в %, не более . . Содержание влаги в %, ие более Остаток после просева на сите № 0С63 в %, не более 98 0,1 1 15 95 0,15 1 15 93 0,15 1 15 Интенсификаторы помола. В качестве интенсификаторов помо- ла клинкера применяются различные поверхностно-активные веще- ства (ПАВ). К таким веществам относятся технический триэтано- ламин, мылонафт, контакт Петрова. Триэтаноламин — продукт, получаемый взаимодействием водного раствора аммиака с окисью этилена. Технические требования, предъявляемые к триэтаноламину, со- гласно ТУ МХП 1931—49 следующие (табл. 18). Таблица 18 Требования ТУ к триэтаноламину Показатели Сорт 1-й 2-й Удельный вес при 20е С в г!смя • . . Остатки после разгонки в вес. %, не более Содержание свободного аммиака в вес. %, не более 1,100—1,124 3,5 0.1 Не более 1,135 6 0,1 Мылонафт — натриевая соль нефтяных кислот, получаемых от щелочных отбросов прн очистке керосиновых дистиллятов нефти. Технические требования к мылонафту согласно ГОСТ 3853—47 приведены в табл. 19. Таблица 19 Требования СО'СТ к мылонафту Содержание в % Сорт 1-й 2-й З-й Нефтяных кислот, ие меиее 43 43 43 Неомыляемых веществ 9 13 15 Минеральных солей, не более 4 4 6
Глава 1. Сырье для производства цементного клинкера 105 Контакт Петрова представляет собой нефтяные сульфо- кислоты. Согласно ГОСТ 463—53 технические требования к контакту Петрова следующие (табл. 20). Таблица 20 Требования ГОСТ к контакту Петрова Показатели Керосиновый Газойлевый КПк-1 КПк-2 КП, Содержание сульфокислоты, не ме- нее 55 50 50 Отношение содержания сульфокис- лот к содержанию масла, не менее 1—5 10 3 Отношение содержания сульфокис- лот к содержанию серной кислоты, ие менее 50 45 20 Отношение содержания сульфокис- лот к содержанию золы, не менее 350 200 200 Контакт Петрова должен смешиваться с водой без выделения масла в течение 30 мин в соотношении 1 : 10 при температуре 10— 20° С. В качестве интенсификаторов помола можно применять и такие вещества, как винсол, газойль, композицию триэтаноламина +с.с.б. (1:1). 8—1621
ЛИТЕРАТУРА К ЧАСТИ I К разделам /—IV 1. Аленизов А. М. Тампонажные цементы для нефтяных и газовых скважин. Азнефтеиздат, Баку, 1955. 2. Бутт Ю. М. Технология цемента и других вяжущих. Пром- стройиздат, М., 1956. 3. Будников П. П. иЗначко-ЯворскийИ. Л. Гра- нулированные доменные шлаки и шлаковые цементы. Промстрой- издат, М., 1953. । 4. Быстротвердеющий портландцемент. Промстройиздат, М., 1956. 5. Ершов Л. Д. Быстротвердеющий цемент. Гостехиздат, УССР, Киев. 1956. 6. Кравченко И. В. Глиноземистый цемент. Госстройиздат, 1962. 7. Кравченко И. В. Расширяющиеся цементы. Госстрой- издат, 1962. 8. Крылов В. Ф. Полусухая грануляция доменных шлаков. Промстройиздат, М., 1950. 9. Л и Ф. М. Химия цемента и бетона. Госстройиздат, 1961. 10. Лурье Ю. С. Портландцемент. Госстройиздат, 1960. 11. Михайлов В. В. Самонапряженный железобетон. Гос- стройиздат, 1955. 12. Михайлов В. В., Юдович Э. 3., Попова А. П. Водонепроницаемый расширяющийся цемент и его применение в строительстве. Госстройиздат, 1953. 13. О применении быстротвердеющего портландцемента ВТУ при изготовлении железобетонных конструкций. НИИЦемент, М., 1956. 14. Пуццолановые цементы. Сб. статей. Изд. Института цемен- тов, 1937. 15. СкрамтаевБ. Г., Попов Н. А., ГерливановН.А., М у д р о в Г. Г. Строительные материалы. Промстройиздат. М., 1952. 16. Ч е р е п о в с к и й С. С., А л е ш и н а О. К., Белый и цвет- ные портландцементы. Л., 1937. 17. Ш е й к и н А. Е., Роя к С. М. Высокопрочные быстротвер- дсющие портландцементы. Доклад на совещании по химии и тех- нологии цемента. НИИЦемент, М., 1961. 18. Шестоперов С. В. и др. Цементный бетон с пластифи- цирующими добавками. Дориздат, 1952. 19. Ш есто п е р о в С. В. и др. Цементный бетон в дорож- ном строительстве. Дорнздат, 1950. 20. Ч у б у к о в М. Ф. Глиноземистый цемент. ГОНГИ, Сверд- ловск, 1938.
Литература 10? 21. Ю и г В. Н. Основы технологии вяжущих веществ. Пром- стройиздат, М.. 1951. 22. Ю н г В. Н., Б у т т Ю. М., Журавлев В. Ф., Окоро- ков С. Д. Технология вяжущих веществ. Промстройиздат, М., 1952. К разделу V 1. Бетехтии А. Г. Минералогия. Госгеолиздат, М., 1950. 2. Борзунов В. М. Мел. Требования промышленности к ка- честву минерального сырья. Справочник для геологов. Выпуск 6, 2-е издание. Госгеолтехнздат, 1962 г. 3. Виноградов С. С. Известняки. Требования промышленно- сти к качеству минерального сырья. Справочник для геологов. Вып. 10, 2-е изд. Госгеолтехнздат, М.. 1961. 4. К о г а и Л. С., 3 и л ь б е р м а н К. Н. и Р е б р и к Е. В. При- менение в цементном производстве отхода алюминиевой промыш- ленности — белитового шлама. Информационное сообщение. Тех- ническое управление МПСМ СССР. Промстройиздат, 1951. 5. «Контроль производства цемента», Промстройиздат, 1951. 6. Макашев С. Д. Исследование сырья Пнкалевского место- рождения, Бюллетень ВНИИ, № 2, Л., 1937. 7. Нечаев Г. А. Упрощенные расчеты допустимого содержания окиси магния в цементном сырье. Информационное сообщение НИИНСМ. Промстройиздат, 1957. 8. Нечаев Г. А. Оценка качества цементного сырья по хими- ческому составу «Цемент», 1962, № 5 9. Потапенко С. В. и Вейхер А. А. Глины и каолины. Требования промышленности к качеству сырья. Справочник для геологов. Вып. 54, 2-е издание, Госгеолтехнздат, 1962 г. 10. Рояк С. М., Шнейдер В. Е. Цементное сырье. Требова- ния промышленности к качеству минерального сырья. Справочник для геологов. Вып. 52, 2-е изд. Госгеолтехнздат, 1962. 11. Справочник «Строительные материалы». Раздел VIII. Про- мышленное сырье для производства строительных материалов. Союз- главстройматериалы при Госплане СССР, 1959. 12. Справочное руководство по петрографии осадочных пород. Гостоптехиздат, М., 1958. 13. Т е и н е р Д. Д. Вопросы геологии и оценки месторождений пуццоланических горных пород. Госгеолиздат, М., 1953. 14. Швецов М. С. Петрография осадочных пород, 2-е изд., Госгеолтехнздат, М.. 1958. 15. Качество продукции цементной промышленности СССР за 1961 г. Сборник НИИЦемента и Гипроцемента, М., 1962. 8*
ЧАСТЬ II РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЦЕМЕНТНОГО СЫРЬЯ Научный редактор инж. В. С. ПЕСОЦК.ИИ ВВЕДЕНИЕ Цементные заводы расположены, как правило, непосредственно у месторождений сырья. Благоприятные геологические условия залегания карбонатных и глинистых пород отдельных месторождений дают возможность организовать добычу сырья, требуемого для производства цемента, на одном карьере, что сказывается на себестоимости цемента. На строящихся типовых цементных заводах мощность карьеров составит 2,5 и 5 млн. т в год; уже в настоящее время мощность карьеров некоторых действующих цементных заводов достигла 4— 5 млн. т в год. Если учесть, что коэффициент вскрыши на карьерах цементного сырья колеблется в пределах 0.5—1,5 м31м3, то общий объем работ по погрузке и перемещению горной массы в этих карь- ерах составит примерно 6—10 млн. т в год. Таким образом, по мощности карьеры цементных заводов мож- но отнести к средним н крупным горнодобывающим предприятиям, обильно оснащенным современной техникой. В данной части справочника кратко изложены основные вопро- сы технологии открытой разработки месторождений цементного сырья и даны сведения, характеризующие особенности горного и транспортного оборудования, которое применяется и может быть использовано на карьерах цементных заводов.
РАЗДЕЛ I ВСКРЫТИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И СИСТЕМЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ Автор-составитель доц. П. В. СКВОРЦОВ Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 1. свойства горных пород Основными свойствами горных пород, которые необходимо учи- тывать при эксплуатации карьеров, являются: крепость, разрыхляе- мость, объемный вес, способность образовывать откосы, влагоем- кость и водопроницаемость. Относительная крепость горных пород согла"но шкале, предло- женной проф. М. М. Протодьяконовым (табл. 1), устаназлнва'>тся по пределу прочности породы на сжатие, причем за единицу коэф- фициента крепости принята крепость породы, прочность которой на сжатие равна 100 кГ/см2. Разрыхляемость пород (увеличение объема добытой породы по сравнению с ее объемом в массиве) характеризуется следующи- ми данными: Когффицнеиты разрыхления горных пород Чистый песок и гравий..................... Суглинки и супеси ........................ Глина и плотная глина с галькой........... Щебеночный грунт.......................... Глинистые сланцы.......................... Скальные породы „ ........................ 1,1—1,2 1.2—1,25 1,3—1.4 1.4—1, 1,4—1, 1,5-2 45 Объемный вес горных пород колеблется в значительных пре- делах Так, например, он составляет в т/м3: для лесса и песка 1.6— 1,8 т/л3; глины, гальки и гравия—1,7—2; гипса — 2,2 т/м?-, извест- няка и доломита — 2,3—2,9; гранита, гнейса, днорита и сиенита: выветрившихся — 2.2—2,6 и не затронутых выветриванием — 2,8— 3,3; мела; мягкого—1,55—1.8 и плотного—2—2.2; мергеля: мягкого—1,9, средней крепости и крепкого — 2,3—2,5; мрамора — 2.7; опоки— 1,9; пемзы и туфа— 1,1 т/м3. Способность породы образовывать откосы характеризуется уг- лом откоса. Различают углы откосов рабочих и нерабочих уступов, а также углы откоса рабочих и нерабочих бортов карьера. Правильное определение углов откосов уступов и бортов карь-
ПО РАЗДЕЛ /. Вскрытие месторождений и системы разработки Таблица 1 Шкала крепости горных пород Категории пород Степень крепо- сти Породы Коэффи- циент крепости 1 В высшей степе- ни крепкие по- роды Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты Исключи- тельные по крепости другие породы 20 11 Очлнь крепкие породы Очень крепкие гранитовые породы. Кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец Менее крепкие, чем указанные выше, кварциты. Самые крепкие песчани- ки и известняки 15 ш Крепкие породы Гранит (плотный) и гранитовые по- роды. Очень крепкие песчаники и иззестняки. Кварцевые рудные жи- лы Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды 10 111а То же Известняки (крепкие). Некрепкий грани г Крепкие песчаники. Креп- кий мрамор. Доломит. Колчеданы 8 IV Довольно креп- кие породы Обыкновенный песчаник. Железные руды в IVa То же Песчанистые сланцы. Сланцевые пес- чаники 5 V Породы средней крепости Крепкий глинистый сланец. Некреп- кий песчаник н известняк, мягкий конгломерат 4 Va То же Разнообразные сланцы (некрепкие). Плотный мергель 3 VI Девол* ио мягкие породы Мягкий сланец. Очень мягкий изве- стняк. мел, каменная соль. гипс. Мерзлый грунт, антрацит. Обык- новенный мергель. Разрушенный песчаник, сцем итированная галь- ка и хрящ, каменистый грунт 2 Via То же Щебенистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшаяся галька и ще- бень, крепкий каменный уголь. Отвердевшая глица 1.5 VII Мягкие породы Глииа (плотная). Мягкий каменный уголь. Крепкий нанос, глинистый грунт 1 Vila Мягкие породы Легкая песчанистая глииа. лесс, гравий, 0,8 VIII Землистые поро- ды растительный слой. Торф. Легкий суглинок. Сырой песок 0,6 IX Сыпучие породы Песок, осыпи, мелкий гравий, насып- ная земля, добытый уголь 0,5 X Плывучие [поро- ды Плывуны, болотистый грунт, разжи- женный лесс и другие разжижен- ные грунты 0,3
Глава /. Общие сведения 111 ера (табл. 2 и 3) обеспечивает безопасность и экономичность веде- ния открытых горных работ. Таблица 2 Углы устойчивого откоса рабочих уступов (краткосрочная устойчивость) (по данным проф. Е. Ф- Шешко) Характер уступов н породы Высота уступа в м, ие более Угол откоса в град Выемочиые~уступы-(целики)] Монолитные скальные породы. Практически не До 90 ограничена Скальные породы в обычных условиях: изверженные То же 70—80 осадочные 50—60 Полускальиые и сухие песчаные породы . . 25—30 40-50 Песчано-глинистые н глинистые породы. . . 25—30 35-45 Отвальные уступы (насыпи) На плужиых отвалах: скальные н песчаные породы 20—25 30—35 песчано-глинистые породы 10—15 35—40 глинистые породы &-10 35—40 На экскаваторных отвалах: песчаные породы 40—60 30—33 песчаио-глииистые породы 30—45 33—36 глинистые породы 20—30 38—40 песчаио-глинистые влажные породы. . . 10—15 18-25 Углы устойчивого откоса нерабочих уступов (долгосрочная ус- тойчивость) характеризуются следующими данными (в град): Скальные изверженные породы................. 55—65 » осадочные „ ................ Я)—55 Сухне породы песчано-глинистые „............ 40—50 « глинистые ................ 40—45 Влажные песчано-глиинстые породы........ . « 25—30 Таблица 3 Углы откоса бортов карьера Борт карьера Породы Угол откоса в град Рабочий Нерабочий Скальные ’ Нескальные в обычных условиях • . Песчано-глинистые трудно осушае- мые Скальные Нескальные в обычных условиях. . Песчано-глинистые трудндосушае- мые 18—20 18-20 10-15 40—50 30—40 20—30
112 РАЗДЕЛ I. Вскрытие месторождений и системы разработки 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПАСОВ МЕСТОРОЖДЕНИИ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 1) Группы запасов Запасы полезных ископаемых по их народнохозяйственному значению разделяются на две группы: балансовые запасы, использование которых экономически целе- сообразно; они должны удовлетворять кондициям, устанавливае- мым для подсчета запасов в недрах; забалансовые запасы; использование их в настоящее время эко- номически нецелесообразно (недостаточное количество, малая мощ- ность залежей, низкое содержание ценных компонентов, сложность условий эксплуатации, необходимость применения очень сложных процессов переработки), но в дальнейшем они могут явиться объ- ектом промышленного освоения. 2) Категории запасов Запасы месторождений полезных ископаемых в зависимости от того, насколько разведаны месторождения., изучено качество сырья и горнотехнические условия разработки месторождений, подразде- ляются на четыре категории: А, В, С| и С», которые характеризу- ются следующим образом. ... Категория А — запасы, разведанные и изученные настоль- ко, что есть возможность: полностью выяснить условия залегания, форму и строение полезного ископаемого; установить типы и про- мышленные сорта минерального сырья, их соотношение и располо- жение; выделить и оконтурить безрудные и некондиционные участки внутри полезного ископаемого; выявить технологические свойства полезного ископаемого и природные факторы (гидрогеологические, инженерно-геологические и др.), определяющие условия ведения горноэксплуатационных работ. Категория В — запасы, разведанные и изученные в такой степени, что можно: выяснить основные особенности условий зале- гания. форму и характер строения полезного ископаемого; опреде- лить типы и промышленные сорта минерального сырья, а также 'закономерности их распределения, но без точного выявления-рас- положения каждого типа; установить соотношение безрудных и не- кондиционных участков внутри полезного ископаемого, но без точного, их оконтуривания; определить основные технологические свойства полезного ископаемого и основные природные факторы, определяющие условия ведения горноэксплуатационных работ. Категория Ci — запасы, которые разведаны и изучены так, ;что можно выяснить в общих .чертах условия залегания, фопму и строение полезного ископаемого, его природные типы, промышлен- ные сорта; качество, технологические свойства, а также приротиые факторы, " определяющие условия ведения горноэксплуатациониых работ. . ... ___К aje r pj> и я С2 — запасы, предварительно оцененные; усло- вия залегания, форма и характер распространения полезного иско-
Г лава 2. Способы вскрытия месторождений ИЗ паемого устанавливаются на основании геологических и геофизиче- ских данных, подтвержденных вскрытием полезного ископаемого, в отдельных точках, либо по аналогии с изученными участками. Качество полезного ископаемого определяется по единичным пробам и образцам или по данным, характеризующим примыкаю- щие разведанные участки. 3) Подготовленность месторождений (участков) для промышленного освоения Составление проектов и -выделение капитальных вложений на строительство новых и реконструкцию действующих горнодобываю- щих предприятий производятся при наличии на месторождении или его участке утвержденных Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых при Совете Министров СССР (или в соот- ветствующих случаях — территориальными комиссиями по запасам полезных ископаемых) балансовых запасов полезного ископаемого категорий А. В и С(. При этом для отдельных групп месторожде- ний устанавливается следующее соотношение этих запасов: Группа 1. К этой группе относятся месторождения (участ- ки) простого строения с выдержанной мощностью тел полезных ис- копаемых, а также равномерным распределением полезных компо- нентов. Для месторождений этой группы не менее 30% запасов должно быть разведано по категориям А и В, в том числе не менее 10% по категории А. Значительно превышать это колич°ство не- целесообразно, за исключением небольших месторождений, к раз- работке которых приступают без эксплуатационной разведки. Группа 2. К этой группе относятся месторождения (участ- ки) сложного строения с невыдержанной мошностью тел полезных ископаемых или неравномерным их распределением. На этих место- рождениях (участках) выявлять запасы полезных ископаемых ка- тегории А в процессе детальной разведки нецелесообразно из-за очень высокой стоимости разведочных работ. Не менее 20% запа- сов месторождений этой группы должно быть разведано по кате- гории В. Группа 3. К этой группе относятся месторождения (участ- ки) очень сложного строения с резко изменчивой мошностью полез- ного ископаемого или исключительно невыдержанным содержанием полезных компонентов. На этих участках нецелесообразно выявпять запасы категории В. Проектирование горнодобывающих предприя- тий и выделение капитальных вложений на строительство новых и реконструкцию действующих горнодобывающих предприятий допу- скаются при наличии запасов категории Ср Глава 2 СПОСОБЫ ВСКРЫТИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИ При открытой разработке месторождения вскрывают путем про- ведения горных выработок, открывающих доступ от поверхности к рабочим горизонтам карьера или от какой-либо разрабатываемой
114 РАЗДЕЛ I. Вскрытие месторождений и системы разработки Таблица 4 Величина подъема капитальных траншей Вид карьерного транспорта Распространенные величины подъемов Наклонные траншеи Железнодорожный транспорт: паровая тяга электротяга Автомобильный транспорт Крутые траншеи (подъемники) Бесклетевой подъемник с тягачом Ленточный конвейер Скиповой подъемник Клетевой „ —0,020—0,030 —0,030—0,040 —0,060—0,100 —0.125—0.250 —0.250—0,330 —0,500—1.000 —0.600—1,000 Таблица 5 Способы вскрытия месторождений при открытой разработке (данные проф* Е. Ф. Шешко) Способ Сущность способа Область применения 1. Вскрытие от- дельными тран- шеями (рис. 1) 11. Вскрытие груп- повыми транше- ями (рис. 2) III. Вскрытие об- щими траншея- ми (рис. 3.) IV. Вскрытие пар- ными траншеями V. Бестраншейное вскрытие VI. Вскрытие под- земными выра- ботками VII- Комбинирован- ное вскрытие Каждый уступ вскрывается независимой траншеей Группа уступов вскрывается системой зависимых тран- шей; разные группы усту- пов вскрываются независи- мо друг от друга Все уступы вскрываются од- ной общей системой тран- шей Способы 1, II и HI с двумя траншеями для вскрытия каждого уступа, несколь- ких илн всех уступов карь- ера Вскрытие без проведения ка- питальных траншей Капитальные траншей заме- няются подземными выра- ботками (стволы, штольни с рудоспусками и др.) Вскрытие, осуществляемое двумя или большим ЧИСЛОМ основных выработок Для горизонтальных и поло- гих месторождений при 2—3 уступах Для глубоких и горизонталь- ных и пологих месторожде- ний при 4—6 уступах и бо- лее Для более глубоких место- рождений как пологих, так и крутых, а также для ме- сторождений, расположен- ных на косогорах Прн большой мопгиэсти карь- ера и значительном коэффи-' пиенте вскрыши При использовании кабель- кранов, кабельных экскава- торов и т. д. Для косогорных, высокорас- положеиных и глубоких ме- сторождений Для разработки месторожде- ний различного типа в за- висимости от мощности карь- ера и системы разработок
Глава 2. Способы вскрытия месторождений 115 его части к другой части, подлежащей разработке, и обеспечиваю- щих возможность проведения разрезных траншей. Основными вскрывающими выработками в карьерах являются капитальные (въездные) траншеи, которые проводятся с подъемом или уклоном в направлении движения грузов в зависимости от рас- положения месторождений относительно поверхности. Величина подъема капитальных траншей приведена в табл. 4. Существует ряд способов вскрытия месторождений в зависи- мости от условий залегания полезных ископаемых (табл. 5). Рис. 1. Схема вскрытия отдельными траншеями а — внешними: 1. 2 — траншеи; б — внутренними: /. 2, 3 — траншеи, вскрывающие горизонты I. II. Ill
116 РАЗДЕЛ I. Вскрытие месторождений и системы разработки Рис. 2. Схема вскрытия групповыми траншеями а — внешними- б — внутренними: / — траншей, вскрызающие породные горизонты; 2 — траншеи, вскрывающие добычные горизонты; /, /7. Ill, IV — горизонты Типичные комбинации нз основных способов: 1) бестраншейное вскрытие породных уступов и траншейное добычных уступов; 2) траншейное вскрытие породных уступов и бестраншейное добычных уступов;
Глава 3. Способы проведение траншей. 117 Рис. 3. Схема вскрытия общими внешними траншеями I—III — горизонты 3) вскрышные уступы вскрываются отдельными траншеями; до- бычные уступы вскрываются групповой траншеей; 4) вскрышные уступы вскрываются групповой траншеей; до- бычные уступы вскрываются отдельными траншеями; 5) вскрытие открытыми и подземными выработками; 6) бестраншейная отработка нижних уступов. Глава 3 СПОСОБЫ ПРОВЕДЕНИЯ ТРАНШЕЙ Различают следующие виды траншей: а) капитальные, предназначенные для вскрытия месторождения; б) разрезные, проводимые на каждом уступе для создания пер- воначального фронта работ и подготовки рабочего горизонта к экс- плуатации; в) специальные, служащие для дренажа, водоотлива, хозяйст- венного обслуживания рабочих горизонтов.
118 РАЗДЕЛ I. Вскрытие месторождений и системы разработки В зависимости от формы, размеров и объемов траншей, а так- же типов и размеров рабочих органов экскаваторов применяют различные способы проведения траншей: 1) Бестранспортный (рис. 4): а) выемка на полное сечеине без перевалки и с кратной пере- валкой б) послойная выемка С применением драглайнов, механиче- ских лопат, многоковшовых экскава- торов 2) Транспортный, с перевозкой гор- ной массы (рис. 5 и 6): а) выемка на полное сечение б) послойная выемка С применением механических лопат, драглайнов, многоковшовых экскава- торов (с погрузкой иа рельсовый, ав- томобильный н конвейерный тран- спорт, рвсположеиный иа подошве и на борту траншеи), колесных скрепе- ров и бульдозеров 3) Комбинированный (с перевалкой и перевозкой горной массы): а) выемка на полное сечение б) послойная выемка С применением того же оборудования, что и при предыдущих способах 4) Специальный: а) массовые взрывы .на выброс- и .на сброс- б) гидромеханизация С проведением взрывных работ н при- менением гидромониторного размыва, а также гидротранспорта (разрыхлен- ной породы) Рис. 4. Схема бестранспортного способа проведения траншей а — механической лопатой: б — драглайном
Глава 4. Системы открытой разработки 119 Рис. 5. Схема проведения тран- шей на полное сечение механи- ческой лопатой при железнодо- рожном транспорте а — с нижней погрузкой; б — с верх- ней погрузкой Рис. 6. Схема проведения траншей на полное сече- ние механической лопатой с ннжней погрузкой при автомобильном транспорте а — кольцевой звезд; б — тупиковый заезд; в — тупиковый заезд с нишами; 1 — экскаватор; 2 — автосамосвал (контур- ной линией обозначен путь движения автосамосвала) Глава 4 СИСТЕМЫ открытой разработки и их элементы Под системой открытой разработки месторождений понимают определенный порядок выполнения комплекса вскрышных, добыч- ных и других горных работ, обеспечивающих безопасность их про-
120 РАЗДЕЛ t. Вскрытие месторождений и системы разработки Таблица 6 Применение различных систем открытой разработки систем Система разработки Условия применения Оборудование для вскрышных работ А. Системы разработки с поперечным перемещением породы в отвал (бестранспортные н транспортно-отвальные) I С непосредственной пе- ревалкой породы вскрыши в отвал (рис. 7, /) Горизонтальное или поло- гое (до 10—12*) залега- ние полезного ископае- мого при отработке его одним уступом и не- большой мощности вскрыши Одноковшовые экскава- торы: механические ло- паты с удлиненной стре- лой или драглайны 2 С кратной перевалкой породы вскрыши и в отвал (рис. 7. 2) То же То же 3 С перевалкой породы вскрыши в отвал от- вал ообразовате лям и (рис. 7, 3) Б. Системы разработк! Горизонтальное залегание полезного ископаемого при отработке его од- ним уступом и мощно- сти вскрыши до 40— 50 М с продольным перемещ (транспортные) Многоковшовые цепные и роторное экскавато- ры, консольные отвало- образователи и тран- спортно-отвальные мо- сты ением породы в отвал 4 С перевозкой породы вскрыши во внут- ренние отвалы (рис. 7, 4) Горизонтальное или по- логое (до 10— 12е) за легание полезного ис- копаемого при отра- ботке его несколькими уступами Экскаваторы любых ти- пов и оборудование же- лезнодорожного, авто- мобильного и конвей- ерного транспорта, а также гидротранспорт 5 С перевозкой породы вскрыши во внеш ние отвалы (рис. 7,5] Наклонные, крутопадаю- щие, глубинные и на- горные месторождения То же 6 С перевозкой породы во внутренние и внешние отвалы (рис. 7, 6) В. Комбиг (с поперечным и п То же, что и в п. 4, но при большой мощности вскрышн ированные системы ра зодольным перемещение! • / зработки и породы в отвал) 7 С частичной перевоз- кой породы вскры- ши во внутренние или внешние отва- лы (рис. 7, 7) I оризонтальное или по- логое (до 10—12е) за- легай ie полезного ис- копаемого при- отра- ботке его одним усту- пом и мощности вскры- ши от 50 до 90 м Экскаваторы любых ти- пов, ленточные отвало- образовагели и обору- дование железнодорож- ного, автомобильного и конвейерного транспор- та. а так же гидротран- спорт 8 С частичной перевал- кой породы вскры- ши во внутренние отвалы (рис. 7, 8) То же, но при мощности вскрыши более 90—100 л То же
Глава 4. Системы открытой разработки 121
122 РАЗДЕЛ I. Вскрытие месторождений и системы разработки изводства, экономичность н плановую производительность карьера при рациональном использовании запасов месторождения. В основу классификации систем открытой разработки, предло- женной проф. Е. Ф. Шешко, положен способ производства вскрыш- ных работ и направление перемещения вскрышных пород в отвалы. В табл. 6 приводятся данные об областях применения систем открытой разработки н о технике производства вскрышных работ. Высоту уступа устанавливают с учетом безопасности ведения горных работ, физико-механических свойств горных пород, типа Рис. 8. Рабочая площадка применяемого горного н транспортного оборудования, способа вскрытия месторождения, горнотехнических условий и климатиче- ских условий района работ. Согласно правилам безопасности высота уступов не должна превышать: при разработке одноковшовыми экскаваторами типа механиче- ской лопаты без применения взрывных работ — максимальную вы- соту черпания экскаваторов; прн разработке драглайнами, многоковшовыми цепными и ро- торными экскаваторами — высоту или глубину черпания экскавато- ров; прн разработке крепких нетрещнноватых пород одноковшовыми экскаваторами типа механической лопаты с применением взрывных работ — более чем в 1,5 раза максимальную высоту черпания экс- каватора. Ширина рабочей площадки (рис. 8) составляет: 1) при разработке скальных пород Век = 2Л (л); 2) при разработке мягких пород Вм = Л + С-|-С14-Л (л]. где а — ширина развала породы после взрыва в л; С — расстояние от нижней бровки развала или уступа до оси железнодорожного пути (обычно 3—4 л); Ci —половина ширины полотна для железнодорожного пути в л (при колее 1524 мм С|=3 л); Л — резерв для создания подготовленных запасов на нижеле- жащем горизонте в л (10—20 л);
Глава 4. Системы открытой разработки 123 А — ширина заходки по целику в м. Ширина экскаваторного забоя будет: для механической лопаты от В = 1,5/?* до В = 1,7/?У м; для драглайна и роторного экскаватора B=R4 sin w м, где R4— радиус черпания (резания) экскаватора в м; ш — угол рабочего разворота экскаватора в град-, для драг- лайнов “ =30 4- 45°, для роторных экскаваторов ш = =90 4-120°; /?*— радиус черпания экскава! ора на уровне стояния в м.
РАЗДЕЛ II БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ Автор-составитель доц. П. В. СКВОРЦОВ Буровзрывные работы на карьерах ведут в две стадии; на пер- вой — отделяют породу от массива, а на второй — дробят нега- баритные куски, выравнивают почву уступа и выполняют прочие дополнительные работы. Для выполнения при открытых разработках первичных буро- взрывных работ применяются: а) удлиненные заряды в вертикальных н наклонных скважинах диаметром 75—300 мм, пробуриваемых в уступах высотой более 5 м; б) удлиненные заряды в шпурах диаметром до 75 м при высо- те уступа менее 5 л; в) сосредоточенные (котловые) заряды в скважинах н шпурах; г) сосредоточенные (камерные) заряды, размещаемые в каме- рах минных штолен или минных шурфов; д) комбинированные заряды. Вторичные взрывные работы производятся: а) шпуровыми зарядами в неглубоких шпурах: б) открытыми или накладными зарядами, помещаемыми иа поверхности негабаритного куска. Глава I БУРЕНИЕ СКВАЖИН Самый распространенный метод проведения первичных буро- взрывных работ — взрывание зарядов в скважинах. В зависимости от крепости пород скважины бурят станками вращательного (шнекового), ударно-канатного, ударно-врашатель- ного (станки с погружными пневмоударниками), шарошечного и, огневого (термического) бурения. Станки вращательного (шнекового) бурения (табл. I) приме- няются в случаях, когда необходимо бурить отвесные и наклонные скважины в породах мягких и средней крепости (глинистые сланцы, мергель, мел, некрепкие известняки, песчаники, уголь).
Глава 1. Бурение скважин 125 Основным оборудованием для вращательного (шнекового)- бу- рения скважин служат самоходные станки типа БС-110/25 и СВБ-2 (рис. 1 и 2). Таблица I Техническая характеристика станков вращательного (шнекового) бурения Показатели Тип стайка СВБ 2 БС 110/25 Диаметр скайжины в мм . . .... Максимальная глубина бурения в м . . Число оборотов бурового инструмента в мин Скорость подъема бурового инструмента в м!сек. . Способ передвижения . - .... Скорость передвижения станка в км ч... . Двигатель вращения бурового инструмента: тнп двигателя мощность в кет . . . напряжение в в Число оборотов вала в мин , Двигатель подъема и передвижения: тип двигателя , мощность в кет напряжение ве Число оборотов вала в мин Габаритные размеры станка в мм: длина ширина высота с поднятой мачтой Вес стайка без бурового инструмента в кг...... Производительность в смену в м: в мягких породах в породах ниже средней крепости Направление бурения . 150 25 120- 220 0,16 Гусеничный 1.6 АО 82 4 40 220 380 1500 АО-63-4 14 220/380 1500 4130 2810 6030 10000 125 50 Вертикальнс ное д ПО 25 220 0.1 Шагающий 0,3 АО 62-4 10 220 380 1500 АО-42-4 2,8 220/380 1500 3300 2000 3850 1200 75 35—40 е н иаклон- о 30* Станки ударно-канатного типа (табл. 2) широко применяют для бурения взрывных скважин в породах любой крепости, хотя им и присущ ряд недостатков: 1) возможно бурение только вертикальных скважнн; 2) необходимо наличие воды, что создает трудности в работе при низких температурах: 3) низка производительность при бурении скважин в крепких и весьма крепких породах. Буровые станки с погружными пневмоударниками (табл. 3) применяют для бурения взрывных скважин в крепких и весьма крепких породах. В настоящее время в Советском Союзе изготовлен ряд буро- вых станков этого типа.
126 РАЗДЕЛ И. Буровзрывные работы Рис. 1. Станок вращательного бурения БС-110/25 иа ша- гающем ходу 1 — механизм передвижения; 2 — лебедка подъема бурового инстру- мента; 3 — электродвигатель подъемной лебедки: 4 — трубчатые полозья; 5 — рама подвески: 6 — электродвигатель бурового инстру- мента; 7 — редуктор двухступенчатый
Глава 1. Бурение скважин 127
128 РАЗДЕЛ II. Буровзрывные работы Таблица 2 Техническая характеристика станков ударно-канат кого бурения Показатели Тип станка БУ-2 БС-1 Диаметр скважины в мм Максимальная глуб ша бурения вл.. ...... Число ударов бурового инструмента в мин Скорость подъема бурового инсгрумента в м;сек . . Способ передвижения , ..... Скорость передвижения в км’ч ... • Электродвигатель: мощность в кет напряжение в в ................. ЧИСЛО оборотов В МИН/ ........ .... Габаритные размеры станка в мм-. ширина высота .. . Вес станка без бурового инструмента в кг ...... Диаметр каната в мм: инструментального желоночного для подъема мачты 225 300 52—57 1.2 Самоход- ный 0.9 20 220/380 960 5 885 ' 2 620 12 094 11 500 19 13 19 300 100 48 -52 0.9 Гусенич- ный 0.9 40 220/380 960 7 000 3 460 15 050 20 080 26 14 26 Таблица 3 Техническая характеристика буровых станков с пневмоударниками Показатели Тип стайка БМ-150 БАП-290 СПБА-2 НБС-1 НьО-2 Дивметр скважниы в мм . . . 155 250—290 150 106 155 ГлуЗина бурения вл .... Скорость подачи бурового 16 25 15 30 30 инструмента в м'.мин . . . Спосоэ передвижения .... Скорэсть шргдвиження стан- До 15 Гу< 6 .еннчный ка а км ч Производительность компрес- 0,75 — 3—3,6 — — сора в м3/мин ....... Расход сжатого воздуха 9 — 6 — — В мя!мин .......... Мощность электродвигателя 15 18—22 3.5 6 19 в кет ........... — 42,7 7,5—2,5 — — Диаметр штанги в мм .... Габар ггиые размеры станка в мм: 63 190—215 — 52 89 длина с поднятой мачтой 4 500 7 000 4500 6 000 — шир 1на высота с поднятой мач- 2 300 3 200 2000 2 700 — той . . • 17 000 15 000 2500 12 000 — Вес стачка в кг ....... 7 000 18 000 — 9 000 20 000 Направление бурения .... Верти- кальное и горизон- тальное В ртн- кальное Наклон- ное 45—90* 60—90* 0—90*
Глава 1. Бурение скважин 129 Станки с шарошечными долотами (табл. 4) используют для бу- рения скважин в крепких породах. Эти станки характеризуются более высокой производительностью, чем станки ударно-канатного бурения, поэтому нх начинают широко применять прн работе на крепких породах. Таблица 4 Техническая характеристика станков шарошечного бурения Показатели Типы станков БШ-150 БСШ-1 СВБК-200 Диаметр скважин в мм 150 210 200 Глубина бурения в м ............ 20 24 25 Максимальное осевое давление на забой в т . . . 8 13 12 Число оборотов бурового инструмента в мин 72 30—300 78 и 125 Величина подачи бурового инструмента в м — 1.2 4 Направление бурения . Верти- Верти- Верти- кальное кальное и кальное наклонное до 60° Суммарная производительность компрес- соров для удаления буровой пыли в м3/мин 10 18 10 Мощность электродвигателей в кет .... — 218 198,2 Скорость передвижения станков в км/ч ... 0,9 1 — Вес станка в т . . 17 36 22 Буровая установка для огневого (термического) бурения. В настоящее время внедряется огневое (термическое) бурение взрывных скважин в весьма крепких породах, имеющих кремнистое основание, так как в этих условиях станки ударно-канатного буре- ния дают низкую производительность, а шарошечные долота быстро изнашиваются. Термический способ бурения заключается в разрушении гор- ных пород прн помощи высокой температуры, развиваемой специ- альным термобуром с реактивной горелкой, из которой с очень вы- сокой скоростью истекает на забой скважины газовая струя, имею- щая температуру до 2200° С. Огневой (термический) метод дает хорошие результаты при бу- рении скважин в породах, содержащих большое количество крем- незема. Ниже приводится техническая характеристика станка термиче- ского бурения СБО (конструкция института Гипрорудмаш): Диаметр скважины....................*....................... до 250 . горелки.......................................... ISO , штанги........................................... 102 Рабочая длина штанги...................................... 12,5 Скорость опускания инструмента рабочая в л/ч............................................ 2—14,4 маневровая в м!мин...................................- 3.7
130 РАЗДЕЛ II. Буровзрывные работы Техническая характеристика ручных бурильных молотков (перфораторов) 1 Марки молотка
Г лава 2. Бурение шпуров 131 Число оборотов вращения штанги в мин: наименьшее.................... ......... наибольшее ........................... Среднее рабочее давление кислорода в атм. Вес стайка в т ......................... Часовой расход: кислорода вд’ч........................... керосина в кг,ч ....................... воды В JK’,4.......................... 6 30 10—12 21,6 240 125 3,6 Глава 2 БУРЕНИЕ ШПУРОВ Шпуровой метод применяется при проведении первичных взрывных работ на уступах высотой до 5 м и вторичных — для дробления больших кусков породы до заданных размеров. Шпуры бурят пневматическими бурильными молотками (табл. 5) и электросверлами (табл. 6). Таблица 6 Техническая характеристика ручных электросверл Показатели Марка электросверла ЭР-4 ЭР-5 ЭГП 5 ВЧС-2 ЭБР-19 ЭБР-19Д Вес сверла (без бура н кабе- ля) в кг 14,6 17,7 21,5 7.5 18 18 Мощность электродвигателя в квт 0.9 1 1 1 1,2 1.2 Напряжение в в 127 127 127 127 127 127 Число оборотов вала электро- двигателя в мин 2750 2750 2750 8100 266.0 2660 Число оборотов шпинделя 710 500 330 740 338 338 в МИН 500 690 690 Основные размеры в мм: дли на без бура 325 370 400 — 380 390 ширина 316 316 316 316 316 высота 224 224 240 — 230 230 Бурильные молотки используются при бурении пород любой крепости, а электросверла — в породах с коэффициентом крепости 1.5—4 (по шкале М. М. Протодьяконова). 9*
132 РАЗДЕЛ 11. Буровзрывные работы Глава 3 ТЕХНИКА ПРОВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ . 1. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И СРЕДСТВА ВЗРЫВАНИЯ Для производства взрывных работ на карьерах можно при- менять следующие взрывчатые вещества (ВВ): аммониты № 9, 10, 6, 6ЖВ (водоустойчивый), 7., 7ЖВ (водо- устойчивый), скальный № 1, скальный № 1ЖВ, аммиачную селитру, тротил, окснлнквнты, дымный порох, бездымный порох, аммонал водоустойчивый ВА-2, динафталит, игданнт. В качестве средств взрывания на открытых горных работах применяют капсюли — детонаторы, электродетонаторы мгновенного н короткозамедленного действия, огнепроводный шнур и детони- рующий шнур. 2. РАСПОЛОЖЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН И ШПУРОВ Чтобы выяснить, как расположить взрывные скважины н шпу- ры, необходимо предварительно сделать ряд расчетов. В этих целях пользуются следующими формулами: для скважин (рис. 3) —g(K — p) + -/g2 (К — р)2 + iqmgH* 2qmH Рис. 3. Расположение сква- жин на уступе а = m W [л], где W — линия сопротивления по подошве в м; а — расстояние между сква- жинами в ряду; II — высота уступа в м; q — удельный расход взрыв- чатых веществ в кг!»?; g — вес заряда в 1 пог. м скважины в кг; К — коэффициент забойки: 0,75; /з — длина забойки в м; гп — коэффициент сближения скважин: а т =---<0,8—1; W
Глава 3. Техника проведения взрывных работ 133 р—коэффициент перебура: 1р—глубина перебура скважины ниже забоя в м, равная Т—И (см. рис. 3). Значение коэффициента перебура при отсутствии в подошве уступа напластования составляет р^ 0,25, при наличии таких на- пластований р—0, а при наличии мягких подстилающих пород р= =—(0,1-=- 0,15). При пологих откосах W=H ctg а+3 м, где а —угол откоса в град. Прн расположении скважин в несколько рядов расстояние между рядами скважин будет Wn=0,865a {л]; для шпуров W= (0,5 н- 0,8)Н [ж]; а = (14- 1,5) W И; , Q — qW3 рсг] , где Q — вес заряда в кг. 3. БЕЗОПАСНЫЕ РАССТОЯНИЯ Согласно «Единым правилам безопасности прн взрывных ра- ботах» (1958 г.) безопасные расстояния с учетом поражающего действия осколков и обломков, а также разрушаемых взрывами материалов должны устанавливаться проектом (прн камерных, скважинных н котловых зарядах) или определяться на месте в за- висимости от намечаемого метода взрывания, вида взрывных работ и местных условий. При этом для открытой местности эти расстоя- ния определяются в зависнмостн от типа, породы н метода заря- жания. Так, для грунтов н скальных пород минимально допустимый радиус опасной зоны составит (в л) при методе: наружных зарядов....................*... не менее 300* шпуровых . . . 200 котловых шпуров ............................ , . 200** рукавов................................... • • 200** скважинных зарядов, котловых скважин, камерных зарядов................................по проекту, но во всех случаях не менее 200 Прн дроблении валунов зарядами в подкопах величина этого радиуса будет не менее 400, а прн корчевке пней не менее 200 м. * Абсолютная суммарная величина одновременно взрываемых детонирующим шнуром или электродетонаторами мгновенного дей- ствия наружных зарядов не должна превышать 10 кг ВВ. ** При взрывании на косогорах в направлении вниз по склону величина радиуса опасной зоны должна быть не менее 300 м.
РАЗДЕЛ III ЭКСКАВАТОРНЫЕ и СКРЕПЕРНЫЕ работы Автор-составитель доц. П. В. СКВОРЦОВ Основным оборудованием, применяемым на открытых разра- ботках для проведения горнокапитальных работ, при добыче н вскрыше полезного ископаемого являются экскаваторы (одноков- шовые, многоковшовые цепные и роторные); реже на этих работах применяются колесные тракторные скреперы н бульдозеры. Глава 1 ЭКСКАВАТОРЫ 1. ОДНОКОВШОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ Различают одноковшовые экскаваторы (табл. 1 и 2) четырех типов: С—строительные гусеничные и пневмоколесные с ковшами емкостью от 0,25 до 2 л3; К — карьерные гусеничные с ковшами емкостью от 2 до 10 м3; В — вскрышные гусеничные с ковшами емкостью от 4 до 35 м3. Ш — экскаваторы-драглайны шагающие с ковшами емкостью от 4 до 50 jh3. Одноковшовые экскаваторы строительные применяются для производства земляных работ на строительных объектах и для до- бычи песка, гравия, глины и других мягких и полускальпых пород прн относительно небольшой производительности карьера. Эти эк- скаваторы выпускаются с различными видами сменного рабочего оборудования (прямая лопата, обратная лопата, струг, драглайн, грейфер, кран, копер). Карьерные экскаваторы используют для выемки и погрузки мягких и скальных горных пород; их широко применяют также для механизации отвальных работ. Отличаются они усиленной кон- струкцией, рассчитанной на работу в тяжелых условиях, и снаб- жены одним видом рабочего оборудования — прямой лопатой. Вскрышные экскаваторы имеют удлиненную стрелу н предназ- начены для погрузки горной массы в транспортные средства, рас- полагаемые на верхней площадке уступа, а экскаватор ЭВГ-15 — для вскрышных работ прн бестранспортной системе разработки.
Глава 1. Экскаваторы 135
Продолжение табл. 1 Показатели Строительные Карьерные Вскрышные Э-651, Э-652 Э-801 Э-1251, Э-1252 Э-2001, Э-2002 Э-2005 ЭКГ-4 ЭКГ-5 ЭКГ-8 ЭВГ-4 ЭВГ-6 ЭВГ-15 Высота разгрузки Н- при Rn в м J J IJ • М a lv U Максимальная глубина черпания: . ,при боковом проходе H4tg,n в м . . при концевом проходе //ЧЛ£-П в м . Мощность двигателей: а) при групповом приводе дизеля в л. с. (или электродвигателя в кет) б) прн индивидуальном приводе сетевого двигателя в кет . . . Скорость передвижения в км)ч .... Удельное давление на грунт в кПслд . Вес экскаватора в т Примечания: 1. В скобках п; 2. Рабочие параметры экскаваторов углом 30е. 3. При погрузке тяжелых скальных ЭКГ-8 емкостью 6 ма; при работе в мя 4. Экскаватор ЭКГ-5 предназначен емкостью 6 ма. 2,7 1,5 (5,9; 6,6) (7,8; Ю) 80 1,5-3 0,63 20,6 (21.4) наедены л даны при пород у гкнх рыхл для погру. 2.3 1,5 (5.5; 7) (8.8; 10.8) 93 1,53- 3,06 0,75 27,64 (30,02) энные п установ экскават ых nopoj жн тяже 3 2 (6; 7.5) (9,5; 12) 120(85) 1,49 0,88 39,88 (40,4) о экскав ке стрел оров Э1 jax при> лых ска; 3,75 2 (7,4; 10,7; 14) (12; 16,3; 20,6) 250 (140) 1,26— 1,35 1,16 76,3 (75,34) аторам ы для м С Г-4 ко: меняются тьных пс 3,7 (10?) (16.3) 100 и 75 1,12 1,34 90 драглар еханичес ш мож соотве род; пр 4,86 250 0,45 2,15 180 кном. ких лог ет быть тственно н работ 250 0,45 1,85 168 ат под емкост ковши е в мяг 5,9 520 0,8 2,48 340 глом 45 эЮ 3 м' емкостьк ких поре 9.4 520 0,8 2,07 360 *, ДЛЯ д , а для ) 5 и 10 дах при 13,5 520 0,63 1,92 622 раглайно экскав м3. меняется 16,4 1450 0,31 2,58 1150 в—под аторов ковш fe W Я ь о я о о пз << я Сй tq со ю я § X ГВ г я я X о я о о я о я о а Е о а о 3 а о о а вэ о о а а о а а Е я Е Б а а 3 Е я » я о о о я - О Я ы я а Я * а Е ГО г 3 х я я а гв я а х а я* я го » Я t= я я х Я я Q П> ГВ Я Яе Я« О Е я о Й 3 Я о * о а о я X ti я Я W о W ь ГО о г: 3 В р № 3. в X © СВ р О) я I со Q О § со
138 РАЗДЕЛ 1П. Экскаваторные и скреперные работы Рнс. 1. Рабочие размеры одноковшового экскава- тора а — механической лопаты; б — драглайна в) в отвал с поворотом 135° у шагающих типа ЭШ-4/40 — 55 сек, ЭШ-6/60 — 60 сек и у драглайнов ЭШ-15/90 — 65 сек; К —коэффициент экскавации (табл. 3), под которым пони- мают отношение коэффициента наполнения ковша (Кн) к коэффи- циенту разрыхления породы в ковше (Кр): Таблица 3 Значения коэффициента экскавации Породы Прямые ме- ханические лопаты Драглайны с ковшом емкостью до 5 мг свыше 5 м9 Рыхлые 0,9 0,8 0,9 Средние 0,8 0,7 0,8 Тяжелые 0,7 0,6 0,7 Скальные, хорошо взорванные . . 0,6 — — Т — продолжительность рабочей смены экскаватора в ч\ Двр— коэффициент использования рабочего времени экскавато- ра, который зависит от вида применяемого транспорта и схемы его движения (табл. 4).
Глава 1. Экскаваторы 139 Таблица 4 Значения коэффициента использования рабочего времени экскаватора Вид транспорта Соотношение емкостей ваго- на или авто- мобиля и ковша Способ подачи транспорта *вр Автомобильный и троллейвозный 2—3 4—6 Кольцевой 0,85—0,89 0,87—0,94 Электровозный (с шестью ваго- нами и более) 4—6 7—8 • 0,86—0,91 0,87—0,94 4—6 7—8 Тупиковый 0,74—0,81 0,77—0,94 Паровозный (с шестью вагонами н более) 4—6 7—8 Кольцевой 0,82—0,86 0,83—0,88 4-6 7-8 Тупиковый 0,70—0,75 0,72—0,78 2. МНОГОКОВШОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ Многоковшовые экскаваторы являются машинами непрерывно- го действия и применяются для разработки в теплое время года мягких, рыхлых н средней плотности пород: песка, глнны, мягких мергелей н мела, фосфоритов, мягких бурых углей н др. По виду рабочего оборудования многоковшовые экскаваторы разделяют на цепные н роторные. Наибольшее распространение на карьерах получили роторные экскаваторы, которые по сравнению с цепными обладают следу- ющими преимуществами: уменьшен вес, меньше удельный расход электроэнергии на 1 м3 добытой породы; повышены режущие уси- лия на зубьях ковшей, что позволяет применять роторные экскава- торы в более плотных породах; возможно осуществление селектив- ной (раздельной) выемки при минимальном разубоживании полез- ного ископаемого; высокая производительность м большая ширина заходкн (до 100 м). Роторные экскаваторы могут грузить породу или полезное ископаемое в вагоны либо на ленточные конвейеры; при произ- водстве вскрышных работ они действуют в комплексе с консоль- ными ленточными отвалообразователями или транспортно-отваль- ными мостами (табл. 5 и 6). 10*
140 РАЗДЕЛ III. Экскаваторные и скреперные работы Сменную производительность роторного экскаватора определя- ют следующим образом: QCM = 60 ЕКзпТК^ ]л*3 плотного грунта], где Е — емкость ковша в м3\ (V \ As = тт- ]; Ар / п — число разгружаемых ковшей в минуту. Определяется по формуле: п = AN; А — число ковшей роторного колеса; N — число оборотов роторного колеса в минуту; Т — продолжительность рабочей смены экскаватора в ч; /Свр — коэффициент использования экскаватора во времени в те- чение смены. Таблица 5 Техническая характеристика роторных экскаваторов Часов-Ярского рудоуправления и Зуевского машиностроительного завода Показатели Марка экскаватора Р-7 (для добычи глины) РВ-1 (для вскрыш- ных работ) Ч 1 о 53^ _ 3 а со S з сь ю а ЗЭР-500-1 Диаметр ротора в м 3,25 4 5.4 4,5 Емкость ковша вл 150 200 300 200 Число ковшей 8 8 8 8 Скорость резания в м/сек. 1,5 — 1.9 1.91 Число оборотов ротора в мин 9 13 — 8,17 Число ковшей, разгружаемых в мин ...... Высота забои в м: 72 104 54 65 верхнего черпания 7 13 20 14 нижнего 0,5 1 3 0,5 Радиус резания в плайе в м 8,7 14 24 17,5 Ширина ленты транспортера в мм ....... 800 1200 1200 — Скорость движения ленты в м'сек 1,88 1.8 2.5 — Длина приемного транспортера в м 8.7 14 — — Длина разгрузочного транспортера в м. ... . 14 18 24.5 — Скорость при переезде в м/ч 500 500 310/530 — Удельное давление на грунт в кГ/см-...... 0.7 0.7 1.4 1,07 Вес в рабочем состоянии вт Установленная мощность электродвигателей 35 90 272 183.5 в кет............. ; ....... Максимальный преодолеваемый подъем при пе- 109 240 400 220 ре движении в град...... . ........ 10
Глава 2. Колесные тракторные скреперы и бульдозеры 141 Таблица 6 Техническая характеристика роторных экскаваторов, выпускаемых э комплексе с консольными отвалообразователями и магистральными ленточными конвейерами Типы экскаваторе» и завод- изготовитель Показатели ЭРГ-350/1000, имени 15 ле- тая ЛКСМУ. 40 ЭРГ-16001()31 нкмз. ’ Производительность в м3,ч Емкость ковша вл Диаметр ротора в м Количество ковшей Число оборотов ротора в млн .......... Число разгрузок в мин’. прн первой скорости „ второй я w третьей я Высота черпания влс Глубина черпания влс Максимальный радиус черпания в м Радиус вращения отвальной консоли в м .... Максимальная высота выгрузки в м ....... Ход выдвижения стрелы ротора в м....... Ширина ленты конвейера в мм Скорость движения ленты в м!с.ек........ Удельное давление на грунт в к Г1см1 Скорость передвижения в м}ч .......... Установленная мощность электродвигателей в кет Рабочий вес в ш . . . . . ............ 1ССО 350 6.1 3 6—8,7 64 20 3 24 24 8.6 1200 3.8 1 670/335 580 393 3000 1600 11,5 10 3—5 30 40 50 40 10 66 36,7 9 31 1800 3,5 1,05 310 3940 3300 Глава 2 КОЛЕСНЫЕ ТРАКТОРНЫЕ СКРЕПЕРЫ И БУЛЬДОЗЕРЫ I. КОЛЕСНЫЕ СКРЕПЕРЫ Колесные тракторные скреперы (табл.. 7) применяются иа карьерах для производства вскрышных работ при небольшом объ- еме вкрыши, проведения капитальных и разрезных траншей, зачист- ки кровди вскрытого пласта полезного ископаемого и для пониже- ния высоты вскрышных уступов при разработке месторождений по бестранспортной системе. Чтобы обеспечить высокую производительность колесных скре- перов, необходимы следующие условия: а) наличие рыхлых и мягких грунтов; прн разработке грунтов средней плотности требуется предварительное их рыхление;
142 РАЗДЕЛ III. Экскаваторные и скреперные работы
Глава 2. Колесные тракторные скреперы и бульдозеры 143 б) длина транспортирования грунта не должна превышать: для скреперов 6—10 л3 — 500 — 600 л; для скреперов 15 л3— 1000 л; в) подъем пути не должен превышать 15° при движении с гру- зом и 24° при движении порожняком; г) минимальный радиус кривых 12—15 л; д) влажность грунта — не более 10—15%; е) в грунте не должно быть скопления валунов. Эксплуатационная производительность скрепера в час рассчи- тывается следующим образом: Г-6(КНКБР Q4 = —-----—---- [л3/ч плотного грунта] , ТцАр где Е — емкость ковша скрепера в л3; Кн — коэффициент наполнения ковша скрепера; Кр — коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера; •Квр — коэффициент использования времени; Гц—продолжительность рабочего цикла скрепера в мин. Тц = Г3 + Тг+Гр + Тп, здесь Г3 — продолжительность загрузки ковша скрепера в мин; Тг — продолжительность грузового хода скрепера в мин; Тр — продолжительность разгрузки ковша скрепера в мин; ТП — продолжительность порожнякового хода скрепера в мин. Коэффициент использования скрепера во времени составляет при режимах: двухсменном — 0,85; трехсменном — 0,7. 2. БУЛЬДОЗЕРЫ, АНГЛОДОЗЕРЫ Бульдозеры (табл. 8 и 9) применяют для зачистки кровли пласта полезного ископаемого, планировки рабочих площадок, от- валов (главным образом при перевозке породы автотранспортом) и земляного полотна под железнодорожный путь или автомобиль- ную дорогу, перемещения рельсовых путей в забоях н на отвалах, уборки недомывов при гидромеханизации вскрышных работ, соору- жения насыпей и выемок, очистки автодорог от снега и на дру- гих работах. К ним предъявляются следующие требования: маневренность, проходимость, большая скорость движения и прочность. Этим требованиям в значительной степени удовлетворяют бульдозеры на колесном ходу, которые не только перемещают грунт, ио и выполняют операции по передвижке железнодорожных путей и конвейерных ставов, а также по подъему тяжестей; для этой цели колесные бульдозеры оснащены крановым оборудова- нием. Эксплуатационная производительность бульдозера в час при разработке грунта с последующим его перемещением будет 3 600КбР , Q4 =----------— [м3/ч плотного грунта], Тц
14г РАЗДЕЛ III. Экскаваторные и скреперные работы Техническая характеристика бульдозеров и аитлодозеров на гусеничных тракторах S а, ы m о ч Д-259 4100 8 60-90 1800 00S У 1 pULUOUC Д-269 СО 1 С-80 ч X Д-149 0003 8 СП 60 я 90 | 200 875 । 1 1 1 С-80 ю % К* 5750 1400 8 300 о о со । 1 28,3 ДЭТ-250 Д-384 3900 1400 8 300 о со 1 1 27,5 ДЭТ-250 о. ад п О Ч Л ч Д-275 3350 0031 8 1000 1400 оо со ГЗ со СО о т-4 140 л. с. W Д-271 2950 ООП 8 1800 066 < о 8 L ч со г—< 1 С-80 га е н о о X о Д-157 2950 1100 8 1800 900 Д-148Б СО 14,23 С-80 о СО о Е S о - К ч си н га « га X О К Длина лемеха в мм ...... • ...... Высота лемеха в мм Угол установки ножа в плане в град 1 I Максимальное заглубление лемеха в мм * * * Максимальный подъем лемеха в мм. ... . а Я я а к а в t > Тнп лебедки Диаметр троса в мм ............. Вес с трактором в дпарка трактора, на котором установлен | Примечание. Англодозер снабжен леме
Глава 2. Колесные тракторные скреперы и бульдозеры 145 Таблица 9 Техническая характеристика колесных бульдозеров Показатели Бульдозер Минского завода МАЗ 528 Конструкции ВНИИСтрой- дормаша Д-278 Ширина колен в мм • 2380 2600 Длина лемеха в мм • - . • • 3200 4400 Высота подъема лемеха в мм • ... 800 800 Наибольшее заглубление лемеха в мм 300 400 Угол установки лемеха в плане в град — SO—60 Скорость движения в км/ч . . 27 2—27 Расстояние между осями в мм 2S00 2160 Мощность дизеля в л. с 165 270 Вес бульдозера с тягачом в m 18,5 13.5 где Тц — продолжительность одного цикла в сек, Тц = — + ~ + 1р+1п +2*п + <с+*о . tip tin vx здесь /р—длина пути резания в м (6—10 At); /п — длина пути перемещения грунта в м; tip = 0.5 4- 0.7 — скорость движения трактора прн резании грунта в м!сек\ tin=0,6 4- 0.8 — скорость движения трактора при перемеще- нии грунта в м]сек\ tix—скорость обратного холостого хода, равная 1,2—2 при переднем ходе и 0,85—1 при заднем ходе трактора, в л/сек; <п= 10— время поворота трактора в сек; tc = 5— время переключения скорости в сек; to = 4 — время на опускание ножа в сек; Квр = 0.85 4- 0.9 — коэффициент использования бульдозера во времени; q — объем перемещаемого грунта в плотном теле: ЬЛафг q==^2KT’ здесь Ъ — ширина лемеха в мм-, h — высота лемеха по хорде в м; а= 1,25 — длина вала грунта впереди лемеха в м\ Фг — коэффициент потери грунта, зависящий от длины транс- портирования L: <|А= 1—0,0051; Кр — коэффициент разрыхления грунта.
РАЗДЕЛ IV КАРЬЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ И ОТВАЛЬНЫЕ РАБОТЫ Автор-составитель доц. П. В. СКВОРЦОВ В зависимости от грузооборота, расстояния транспортирования, условий залегания месторождений, физических свойств пород и глубины разработки используют следующие основные виды транс- порта: железнодорожный с локомотивной тягой, автомобильный и конвейерный с ленточными конвейерами, реже применяются под- весные канатные дороги, наклонные подъемники и бремсберги. Глава 1 ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ Применение железнодорожного транспорта с локомотивной тя- гой эффективно на карьерах большой производительности и при значительном расстоянии перевозки грузов. Основные достоинства этого вида транспорта: а) возможность освоения больших объемов перевозок при неограниченном расстоянии транспортирования; б) значительный срок службы подвижного состава; в) надежность работы в любое время года и в любых кли- матических условиях; г) незначительный расход энергии на единицу перевозимого груза. Имеются и недостатки: а) малые допустимые уклоны и большие радиусы закруглений путей; б) трудоемкость работ по переукладке и передвижке железно- дорожных путей в забоях и на отвалах; в) взаимозависимое движение поездов; г) синженне производительности экскаваторов по сравнению с автомобильным и конвейерным транспортом. Железнодорожные пути разделяются на постоянные н перед- вижные (забойные и отвальные). Расположение передвижных забойных путей зависит от числа экскаваторов, работающих на одном уступе. На карьерах применяются железнодорожные пути широкой колеи 1524 мм и узкой — 750 мм; в отдельных случаях допускает- ся нестандартная ширина колеи — 900 и 1000 мм. Железнодорожные пути укладывают в выемках (траншеях), насыпях, полувыемках и полунасыпях (на косогорах).
Глава 1. Железнодорожный транспорт 147 Ширина капитальных траншей понизу зависит от числа пу- тей и рода грунта (табл. 1). Таблица 1 Ширина внешних капитальных траншей понизу Число путей Род грунта земляного полотна Ширина колеи в мм 1524 750 Одни Два Грунты за исключением щебня н чистого песка Скальные породы, щебень и чистый песок . Грунты за исключением щебня н чистого песка . Скальные породы, щебень н чистый песок. . 8 7,6 12,1 П.7 6 5,8 9 8,8 Ширина транспортных берм для тупиковых или спиральных траншей и соединительных площадок принимается: а) при одном пути широкой колеи — не менее 6,5 м; б) при двух путях широкой колеи — не менее 10,6 м. Ширина земляного полотна н балластной призмы (поверху) постоянных железнодорожных путей принимается в зависимости от грузооборота, нагрузки на ось и свойств грунта (табл. 2). Таблица 2 Ширина земляного полотна и балластной призмы постоянных железнодорожных путей Показатели Ширина колеи в мм 1524 750 Ширина земляного полотна в зависимости от грунта, нагрузки на ось и грузооборота в м: двухпутевого Ширина балластной призмы поверху в мм при одном пути „ двух путях 4.6; 5; 5,8 8,7; 9,1; 9,9 3 7,1 2,8; 3; 3,2 5,8; 6; 6,2 1.7 5.8 Количество материалов (балласта, рельсов, шпал и скрепле- ний) на 1 км пути принимается в зависимости от величины на- грузки на ось (табл. 3 и 4). Таблица 3 Количество балласта иа 1 км пути широкой колеи в л<3 Показатели Толщина балластного слоя в м 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 Количество балласта на 1 км пути в м3 То же, с добавлением 10% на утерю и осадку и 5% на эксплуатацией- 1850 1615 1390 1170 960 ный запас в м3 2150 1850 1600 1350 1100
148 РАЗДЕЛ IV. Карьерный транспорт и отвальные работы Глава 1. Железнодорожный транспорт 149 Количество материалов на 1 км пути Подвижной состав карьерных железных дорог состоит из ло- комотивов и вагонов. Локомотивы по роду привода подразделяются на электровозы, тепловозы, мотовозы и паровозы. Использование электрической тяги в условиях карьеров имеет следующие достоинства: а) возможность преодолевать крутые подъемы до 40%0 при минимальных радиусах кривых участков же- лезнодорожных путей (до 80 м); б) надежность работы в раз- личных климатических условиях и в различное время года; в)улуч- шение условий труда; г) более низкие эксплуатационные расходы по сравнению с паровозной тягой. К недостаткам электровозной тяги следует отнести зависимость движения от наличия контактной сети и необходимость сооруже- ния тяговых подстанций. На карьерах чаще всего применяются электровозы сцепного веса до 150 т, работающие на постоянном токе (табл. 5). На Днепропетровском электровозостроительном заводе запла- нирован серийный выпуск промышленных электровозов перемен- ного однофазного тока Д-100. Их техническая характеристика следующая: Сцепной вес в ..................................... Ширина колен в мм.................................. Колесная формула................................... Номинальное напряжение в в......................... Мощность часового режима в кот..................... Скорость часовая в км/ч............................ Нагрузка на ось в ................................. 100—120 1524 2 +2 60С0 °(Ю 000) 15 00 30 25—30 Длина электровоза по буферам в мм................... 17 220 Минимальный радиус кривой в .......................... 80 На карьерах средней производительности при небольшой глу- бине разработки и малых уклонах капитальных траншей могут найти применение тепловозы (табл. 6). Так как промышленные тепловозы для проведения открытых работ ие выпускаются, можно использовать магистральные теп- ловозы ТЭ и ТГМ. (Техническая характеристика паровозов приведена в части V в разделе «Внутризаводской транспорт»). На открытых горных разработках для перевозки полезного ис- копаемого и пород вскрыши в основном применяются самораз- гружающиеся металлические полувагоны-—думпкары (табл. 7). В некоторых случаях для перевозки полезного ископаемого исполь- зуют полувагоны магистральных дорог — гондолы и хопперы. Вес поезда определяют, исходя из условия равномерного дви- жения его по руководящему подъему с расчетно-минимальной ско- ростью, т. е. когда сила тяги локомотива уравновешивается сопро- тивлением движению поезда: Wo + 'p где Ю00 РсиФ — сила тяг11 по сцеплению в кг; ф — коэффициент сцепления при движении (ф =0,18-5- -5-0,22);
Таблица 5 Техническая характеристика промышленных электровозов постоянного тока Показатели Марка электровоза 1У-КП-1 EL-2 EL-1 13Е-1 ПЭ-150 П-КП-ЗА электровозы с пониженным кузовом Сцепной вес в m ............. 80 100 150 150 150 35 40—50 Ширина колеи в мм ....... • ... 1 524 1 524 1 524 1 524 1524 1000 900 Номинальное напряжение в в 1 500 1 500 1 500 и 3 000 1 500 и 3 000 1100 600 1100 Мощность часового режима в кет . . . , 832 1400 2 100 1560 1 440 248 300—720 Тяговое усилие часового режима в кг . . 13 400 15 300 23 000 19 800 22 500 4 600 5 000—9 000 Скорость часовая в км/ч ......... 25 29 29 28 23 19 13-18 Ток двигателя в а: часовой 275 234 234 190 236 — — длительный 230 200 200 148 190 — — Нагрузка на ось в т .......... 20 25 25 25 25 8,75 11—17,5 Диаметр ведущих колес в мм ...... 1050 1 120 1 120 1 100 1050 900 950 Длина электровоза по буферам в мм . . 12 200 13 400 20100 20 960 18 940 10 700 — База тележки в мм ........... 2 300 2 500 2 800 3 000 2 700 1 700 — Минимальный радиус кривой в м .... 40 60 60 60 60 50 — 150 РАЗДЕЛ IV. Карьерный транспорт и отвальные работы Глава 1. Железнодорожный транспорт
152 РАЗДЕЛ /V. Карьерный транспорт и отвальные работы Р— расчетный вес локомотива в т; Wq — удельное сопротивление движению локомотива в кг/т (№"'= 1,7 ч-2,5 кг/т); ip — удельное сопротивление от уклона в кг/т; —удельное сопротивление движению вагонов в кг/т (№"=0,8 4-2 кг/т); Реи — сцепной вес локомотива в т. Потребность в подвижном составе определяют следующим об- разом: инвентарный парк локомотивов N пив- ~ К ргб- 4“ К рем* 4“ ре г. 4“ /У хоз. I Л/р.б.— принимается по расчету; К рем. =0,15 Л/оаб. ; /Урез. ~ (0,05+0,1) /Ур .б, ; N хоз. =14-2 единицы; инвентарный парк вагонов ^ваг.инв ~ /Уваг.раб‘/^ввГ1 где КВаг= 1,2 4- 1,25—коэффициент, учитывающий количество ва- гонов, находящихся в ремонте и резерве. Рис. 1. Путепередвигатель прерывного действия I — зубчатая рейка; 2— подъемная шестерня; 3 — захваты; 4 — упорный башмак; о> — угол наклона зубчатой рейки; Л — высота подъема пути. I — шаг передвижки; А — исходное положение: Б — подъем пути, В — конечное положение; Г — направление сил и траектория перемещения подъемной шестерни
Глава 2. Автомобильный транспорт 153 В процессе отработки уступов и заполнения отвалов вскрыш- ными породами забойные и отвальные пути приходится переме- щать. Механизация перемещения путей заключается: а) в пере- укладке путей кранами на железнодорожном ходу (табл. 8) и б) в передвижке путей путепередвигателями прерывного (табл. 9, рис. 1) и .непрерывного действия. Таблица 8 Техническая характеристика кранов на железнодорожном ходу Показатели Дизельный К-251 Электри- ческий Грузоподъемность крана в Максимальный вылет стрелы в м ......... Грузоподъемность при максимальном вылете в m Скорость подъема груза в м!мин ........ Наибольшая скорость передвижения в км/ч . . . Мощность двигателя Общая длина крана с буферами в мм Число осей Вес крана в m 25 15 5 12,2 Самоходом 2,25 120 л. с. 9190 4 72 15 18 4.5 30 С поездом 30 100 кет 14 190 4 Таблица 9 Техническая характеристика путепередвигателей прерывного действия (рис. 1) Показатели Тип путепередвигателя ПУ-25 ПУ-26 пп-з Номинальная подъемная сила в m...... 12 15 Максимальная подъемная сила в m . ... . 25 26 30 Скорость подъема рейки при максимальной подъемной силе в м.сек .......... 0,02—0,03 0,06—0,08 Шаг передвижки рельсовой колеи в мм. . . 800 800 900 Скорость передвижения машины в км!ч . . . 2,8—42 5-59 6,1—38,3 Мощность двигателя внутреннего сгорания в Л. с..................... 50 50 82 Средняя сменная производительность при од- ной передвижке на 0,8 пог. м пути ..... 800—1100 1200—1300 — Глава 2 АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ Главными достоинствами широко применяемого на карьерах автомобильного транспорта по сравнению с железнодорожным яв- ляются:
154 РАЗДЕЛ IV. Карьерный транспорт и отвальные работы а) способность преодолевать крутые подъемы (60—110°/Оо) в капитальных траншеях и малые радиусы закруглений (10—20 л); б) подвижность и маневренность, что позволяет вести раз- дельную разработку сложных забоев и месторождений с ограничен- ной площадью; в) сокращение сроков и стоимости строительства карьеров; г) отсутствие работ по передвижке путей и удешевление сто- имости отвальных работ; д) увеличение производительности экскаваторов. К недостаткам автомобильного транспорта следует отнести: а) высокую стоимость ремонта и обслуживания машин; б) относительно небольшие расстояния транспортирования (до 3 км н редко до 5—7 км). определяемые экономической целесо- образностью этого вида транспорта; в) снижение производительности в период дождей, снегопадов и гололедицы; простои из-за климатических условий. Основными видами автомобильного транспорта на открытых горных разработках являются автомобили-самосвалы (табл. 10) и тягачи с полуприцепами и прицепами (табл. 11). Таблица 10 Техническая характеристика автомобилей-самосвалов Показатели МАЗ-205 ЯАЗ-210Е сч сч СО < КРАЗ-254 КРАЗ-251 МАЗ-525 МАЗ-530 Бел. АЗ- -540 Бел. А3“ -548 Грузоподъемность в ш . . 5 10 10 10 И 25 40 27 45 Емкость кузова в м3 . . . 3,6 8 8 6 8 14,3 22 15,3 25,2 Вес машины в ш 6.7 12 11,45 11,57 10,55 22 35 21 35 Мощность двигателя в л. с ПО 165 189 180 240 300 450 360 620 Наибольшая скорость в км'ч 55 45 47 61 65 30 30 S3 50 Число осей 2 3 3 3 3 2 3 2 3 База в мм ........ 3800 4780 4780 4780 — 4780 4800 3600 — Радиус поворота по колее переднего внешнего ко- леса в мм ....... 8,5 10,5 10.5 10,5 10.4 14 8.32 9.5 Расход топлива на 100 км пути ВЛ 40 75 65 55 56 160 125 — Стороны опрокидывания На- зад Назад Тип кузова Пря- моу- голь ный Ковцювый Максимальный угол нак- лона платформы в град 50 60 60 60 60 65 65 55 Тип подъемника Гидравлический Высота машины в мм . . 2440 2725 2670 2766 2850 3675 3650 3350 3500
Глава 2. Автомобильный транспорт 155 Таблица 11 Техническая характеристика седельных тягачей с полуприцепами Показатели Тип тягача MA3-533 МАЗ-529 МАЗ-531 МАЗ-525В Мощность двигателя в л. с.. . . 110 165 300 300 Максимальная скорость в км'ч . 43,5 40 45 30 Собственный вес тягача в кг . . 5500 8500 14 000 19 000 Марка полуприцепа Грузоподъемность полуприцепа 5239 5238 — 5 500 в m 10 17 30 36 Емкость кузова в д’ 5 9 — 16 Высота кузова полуприцепа в мм 2400 3000 — 2 830 Разгрузка Общий вес автопоезда с полной Назад, гидравлическая Боковая, гидравли- ческая нагрузкой к кг 20 000 33 000 41 000 65 000 Автодороги на карьерах могут быть постоянными, проклады- ваемыми по капитальным траншеям и на позерхности, и врэмен- ными — забойными по рабочим уступам карьера и на отвалах у мест разгрузки породы. В зависимости от интенсивности движения карьерные и про- мышленные автодороги подразделяют на три категории: I—с интенсивностью более 100 автомобилей (грузоподъ- емностью до 5 г) в 1 ч; II — то же, от 15 до 100 автомобилей; III—то же, менее 15 автомобилей. Ширина проезжей части автодорог (табл. 12) зависит от числа полос движения, ширины автомобиля, ширины полосы наката н зазора между встречными машинами. Таблица 12 Ширина проезжей части автомобильных дорог Марка автосамосвала ор между омобилямн нака- 1 про- 4ЭСТН юпо- дни* в м Ширина проезжей части при дзухполос- иом движении в м о Ч 2га = 'I S К X О О к категория дорог « ь < СО га и noj та ! III 1 И I МАЗ-525 0,6—1.6 0.5 —1 4.5 - • •8—8.5 8.5—9 9—10 ЯАЗ-210 Е 0.7—1.7 0.42—1 3,5 7—7.5 7—7,5 8—8.5 МАЗ-205 0.7—1,7 0,42-1 3,5 • - 7 - 7 8 Ширина капитальных траншей (табл. 13) устанавливается в зависимости от характера грунта, типа автомобиля и числа по- лос движения.
156 РАЗДЕЛ IV. Карьерный транспорт и отвальные работы Таблица 13 Ширина капитальных траншей понизу при автотранспорте Тип автосамосвал об Грунты Количество полос движе- ния Общая ширина траншеи понизу в м Прямые внеш- ние траншей Внутренние прямые, петле- вые и спираль- ные траншеи с лот- ком с кю- ветом с лот- ком с кю- ветом МАЗ 525 Мягкие 1 2 9.6 13.6 13 17 8,8 12,8 10.5 14,5 Скальные 1 2 — 8 12 — 8 12 ЯАЗ-210Е, МАЗ-205 и дру- гие меньшей грузоподъ- емности Мягкие 1 2 9.1 12.6 12,5 16 8.3 11.8 10 13,5 Скальные 1 2 — 7.5 И — 7.5 И Величина радиусов закруглений при устройстве серпантин на бортах карьеров принимается для автосамосвалов: МАЗ-205 — не Таблица 14 Величина скорости движения автосамосвалов (по В. С. Хохрякову) МАЗ-525 ЯАЗ-210Е МАЗ-205 н др. Скорость движения в км1ч Участки пути грузе- порож- Грузе- порож- грузо- порож- вого вого няко- ВОГО няко* вого вого вого Главные откаточные дороги на поверхности и дороги в капитальных траншеях: площадки 20 25 30 35 35 40 подъемы: до 50°/w 9 17 22 28 25 30 от 50 до 100°/oo ..... 8 14 18 25 22 25 спуски , И 13 22 25 25 30 Участки с чередующимися подъемами и спусками . . . Дорожные проезды в забоях 12 12 22 22 25 25 и на отвалах 8 8—10 11—12 10—15 10—12 10—15
Глава 3. Конвейерный Транспорт 157 менее 12—15 м, ЯАЗ-210Е— не менее 15—20 jh; МАЗ-525 — не менее 20—25 м. Скорость движения автосамосвалов устанавливается в зависи- мости от следующих условий (табл. 14). Глава 3 КОНВЕЙЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ Для транспортирования мягких, рыхлых и мелкокусковатых пород вскрыши н полезного ископаемого применяют ленточные кон- вейеры. Ленточные конвейеры (табл. 15) по назначению подразделяют на: 1) забойные (передвижные); 2) сборочные (полустационарные); 3) подъемные (стационарные), транспортирующие материалы на поверхность под углом наклона 18—19°. Таблица 15 Техническая характеристика ленточиых конвейеров Конвейеры Показатели ев о Ч U ел О с м Ьй О ж о и _ К ев i ш я РТ-65 КЛ 3-500 КЛ-500 КРУ-350 о £ Рн Производительность в т}ч.... Ширина ленты в мм Скорость движения ленты в м/сек ............. Диаметр барабанов в мм: приводного ......... натяжного Длина конвейера в м: прн угле подъема 18°. . . . горизонтальная . . Мощность двигателя в кет ... Диаметр опорных роликов в мм. Диаметр отклоняющего ролика в мм ...... Материал опорных секций.... Тнп конвейерной леиты ..... Вес конвейера (металлических конструкций и деталей) в т « . у ♦Ле » • • х- - w 400 1000 1.4 1000 800 60 250 46 159 Де 460 1000 2.25 900 800 60 250 46 127 600 рево 8 прок бель 14,7 500 1000 2,3 900 800 100 350 61 127 600 Ка ладок ТИНГ ИЛ 500 1000 2,3 1200 800 200 700 2X75 Гибкие 1150 нат 4 прок- ладки анид- ные 30 350 1200 1.5 800 800 500 1500 3X85 159 400 Мет Армнре стал! трое 180 900 1200 3,25 1742 1250 1000 3500 3x380 159 1250 алл ванная >нымн амн 340
158 РАЗДЕЛ IV. Карьерный транспорт и отвальные работы Достоинства конвейерного транспорта заключаются: а) в возможности преодоления больших подъемов (18%0 и бо- лее) и сокращении в связи с этим объема горнокапитальных ра- бот; б) в непрерывности потока транспортируемого материала и увеличении производительности экскаваторов; в) в малой численности обслуживающего персонала и неболь- ших первоначальных капитальных затратах; г) в возможности автоматизации и дистанционного управления конвейерными линиями. Недостатки конвейерного транспорта: а) зависимость его работы от климатических условий; б) необходимость дробления' крупных кусков до 300—400 мм в поперечинке для широких лент и до 150—20Э мм — для узких лент; в) быстрый износ ленты при транспортировании абразивных скальных пород. Ширина конвейерной ленты в зависимости от размера кусков рядовой породы должна удовлетворять условию * В 2с1ыикс ~1~ 200 мм , где В — ширина ленты в мм; <!макс—наибольший линейный размер кусков породы в мм. Часовая производительность конвейера <2=3 600 Fvy [m/ч] , где F — площадь поперечного сечення материала на ленте в .и2; v — скорость движения ленты в м/сек; у—насыпной вес материала в т/м3; при плоских лентах В (? = 576 В2 tg -у vy [m/ч], где В — ширина ленты в м; ₽— угол откоса материала на ленте; .при лотковых лентах Q = /576 tg -у + 155 ) В2 vy [m/ч]. Глава 4 ПОДВЕСНЫЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ Подвесные канатные дороги применяются в основном для пе- ревозки полезного ископаемого на место потребления и пункты перегрузки на железнодорожный, автомобильный и водный транс- порт. Преимущество применения подвесных канатных дорог: а) малая зависимость от рельефа и плана местности н сравни-
Глава 4. Подвесные канатные дороги 155 тельно легкое преодоление водных преград, оврагов и заболочен- ной местности; б) простота обслуживания механизмов и надежность работы дороги; в) минимальная численность обслуживающего персонала (при полной механизации движения). Недостатки подвесных канатных дорог; г) ограниченная производительность дороги; д, е) неприспособленность дороги к перевозке громоздких и тя- желых штучных грузов; ж) примерзание и налипание сырых материалов к стенкам ку- зовов вагонеток н сложность выгрузки; д) необходимость дополнительных затрат на строительство од- новременно с подвесной дорогой автодорог и других транспортных устройств для перевозки громоздких грузов; д) необходимость в промежуточном транспортном звене от пункта погрузки в карьере до приемной станции подвесной до- роги; е) необходимость в дробильной установке в случае перевозки скальных пород. Производительность подвесных канатных дорог зависит от полезной грузоподъемности вагонеток и скорости их движения по несущему канату. Вагонетки грузовых подвесных канатных дорог изготовляют с двухколесными н четырехколесными тележками (табл. 16). Таблица 16 Техническая характеристика вагонеток подвесчых канатных дорог (по данным Союзпроммеханизацнн) Емкость кузова в л«3 Вес наибольший в кг Полезная грузо- подъемность в кг кузова тележки вагонетки С четырех колесным и тележками 0,5 172 206 485 1720 0,65 197 206 510 1700 0,8 221 206 540 1670 I 251 206 570 1610 1,25 278 206 6С0 1610 2 356 206 690 1520 С двухколесными тележками 0,5 174 125 395 730 0,65 198 125 420 700 0.8 225 125 450 670 1 252 125 480 650 Число вагонеток, которое необходимо пропустить по дороге за 1 ч, составляет <7
160 РАЗДЕЛ IV. Карьерный транспорт и отвальные работы где Q — часовая производительность дороги в т/ч; q — грузоподъемность вагонетки в т. Интервал между вагонетками определяют следующим обра- зом: а) по времени 3 600 t = ----- [сек] . п В зависимости от производительности дороги этот интервал изменяется в пределах от 15 до 60 сек; б) по длине пути 1 = tv [л], где v — скорость движения вагонеток в м/сек. Скорость движения вагонетки при отсутствии автоматического обхода криволинейных участков пути принимается в пределах 2,5—3 мДек, а при наличии такого обхода устанавливается по дан- ным табл. 17. Таблица 17 Скорость движения вагонетки при автоматическом обходе кривых (по данным Союзпроммеханизации) Единичные блоки диаметром в мм Скорость движе- ния в м/сек Роликовые батареи с радиусом в м Скорость движе- ния в м/сек 4000 1,25 До 20 1.5 5000 1,5 20-30 1,75 6000 1,75 30-40 2 40 и более 2,5 Диаметр несущего каната составляет [мм], где С — коэффициент, зависящий от предела прочности проволок каната и интервала времени (в подаче и приемке вагоне- ток) t. При проволоках с пределом прочности 120 кГ/мм2 для закрытого каната значение С колеблется в пределах от 1,1 (при 7=50 сек) до 1,35 (при /=20 сек); К —коэффициент, равный 1 для двухосных вагонеток и 0,6— для четырехосных; Р — вес вагонетки с учетом веса тягового каната в кг. Диаметр тягового каната определяется конструкцией сцепного приспособления и изменяется в пределах от 14 до 25 мм. Глава 5 ОТВАЛЬНЫЕ РАБОТЫ По месту расположения различают отвалы: 1) внутренние, когда вскрышные породы размешают в вырабо- танном пространстве карьера;
Глава 5. Отвальные работы 161 2) внешние — породы размещают за пределами карьера; 3) комбинированные, когда вскрышную породу размещают на внутренних н внешних отвалах. Внутренние отвалы можно применять при разработке на всю мощность месторождений полезных ископаемых горизонтального или близкого к нему залегания. Рис. 2. Шагающий консольный ленточный отвалообразователь ОШ-90/3600 Внешние отвалы организуют при разработке наклонных и крутопадающих залежей. Комбинированные отвалы применяют при мощности вскрыши более 50 м. Из забоя на внутренние отвалы породу вскрыши перемещают: а) непосредственно одноковшовыми экскава!орами (механиче- скими лопатами и драглайнами); б) отвалообразователями (табл. 18), принимающими породу от многоковшовых экскаваторов (роторных и цепных) и реже — от одноковшовых; в) железнодорожным, автомобильным и конвейерным (при про- дольном перемещении) транспортом. Для механизации отвальных работ на внешних и внутренних отвалах, куда порода вскрыши доставляется железнодорожным, автомобильным и конвейерным (с продольным перемещением) транспортом, используют одноковшовые экскаваторы, отвальные плуги (габл. 19), консольные (ленточные) отвалообразователи, буль- дозеры, отвальные многоковшовые экскаваторы и оборудование гидромеханизации. 11—1621
162 РАЗДЕЛ IV. Карьерный транспорт и отвальные работы Таблица 18 Техническая характеристика коисольиых (ленточных) отвалообразователей (рис. 2) Отвалообразователи 3 о О о Показатели ОШ-1 125/1! о о О 150/3! ОШ- то ОШ- cL о [-О1Г Производительность по разрых- ленной породе в мР/ч 650 1500 3600 3600 300 300 Длина консоли в м ....... 75 125 so 150 48 50 Угол наклона консоли в град ♦ - Отвальный конвейер: 16 18 18 18 — — ширина ленты в мм 1200 1200 1600 1600 900 1000 скорость движения ленты в м;сек 3,3 4,5 4,7 4,7 2,2 2,3 Приемный конвейер: ширина ленты в мм 1200 1200 1800 .— 900 — скорость движения ленты в м/сек — 4,3 3.7 — 1.5 — Высота разгрузки от горизонта установки в м......... 23 40 30 48 15,2 23 Скорость передвижения отвал о- образователя в м/ч ...... 160 200 — — 300 600 Тип ходового оборудования . . . Шагающий ход Рельсовый ход Общий вес отвалообразователя в m 1S5 504 765 1500 105 143,5 Установленная мощность элект- родвигателей в кет...... 1В0 1000 1575 2500 165 144,7 Удельное давление на грунт при работе в кГ/см? ....... . 0,46 0,7 0,83 1 — Таблица 19 Техническая характеристика отвальных плугов (колея 1524 мм) Показатели Заводы-изготовители Муромский М агнитогорский Наибольший размах главного крыла в мм 75С0 4700 Способ подъема крыльев Сжатым воздухом От ручного привода Основные размеры в мм: длина 16 320 12 350 ширина . 3 100 4 000 высота 5 060 4 000 Общий вес в т .............. 60 40 Минимальный радиус пути в м ...... 100 — * С пособ передвижения Локомотив Тяговое усилие локомотива в кг .... . 16 000—18 000 10 000—13 000 Рабочая скорость в км'.ч ......... 6—10 6—10 Сцепка * Автоматическая Ручная
Глава 5. Отвальные работы 163 Схемы механизации отвальных работ при помощи отвальных плугов и одноковшовых экскаваторов представлены .на рис. 3 и 4. Рис. 3. Схема отвалообразования при помощи отваль- ного плуга о — рабочая схема; б — профиль рабочей части отвального уступа Институтом Гипроуглеавтоматизация разработана конструкция ковшового отвалообразователя, предназначенного для перемещения крупнокусковых крепких пород. Его техническая характеристика такова: производительность по разрыхленной породе при коэффи- циенте разрыхления Д=1,5 составляет 1000 м3]ч Наибольшие размеры принимаемого куска породы в м . • . 1,2X0,8X0,5 Емкость загрузочного бункера в ж3 ... ............... 20 Вылет отвальной консоли конвейера в м............ 60,9 Расстояние от осн загрузочного бункера до вершины насы- паемого отвала (по горизонтали) в м................. 82 Угол подъема отвальной консоли конвейера в град...... 20 Высота насыпаемого отвала от уровня стоянки в м...... 27,5 Тип отвального конвейера.............................. ковшовый Ширина отвального конвейера в мм..................... 1650 Скорость движения отвального конвейера в м/сек....... 1,2 Скорость движения отвалообразователя в м/мин ...... 7,2 Ширина колеи гусеничного хода в м ............ 1,5 Наибольшее удельное давление на грунт при работе в кГ/сл? 2,6 Допускаемый продольный уклон пути при движении без породы в град. ...................................... 6 Установленная мощность электродвигателей в кет . ... . 420 Вес машины в т......................................... 445 В том числе противовеса ................................ 40 Габаритные размеры машины в м: длина............................................... 85 ширина.............................................. 12,7 высота . ..................................: . . . 30,4 11
164 РАЗДЕЛ IV. Карьерный транспорт и отвальные работы Рис. 4. Схема отвалообразования механической лопатой С — шаг передвижки отвального пути. L — фронт разгрузки; h — высо- та отвального уступа; ht — высота верхнего подуступа, определяемая наибольшей высотой разгрузки экскаватора и степенью усадки отвала; fh — высота нижнего подуступа, зависящая от устойчивости склдди* руемых пород; #р~~ радиус разгрузки отвального экскаватора
РАЗДЕЛ V ГИДРОМЕХАНИЗАЦИЯ И ГИДРОТРАНСПОРТ Глава 1 ГИДРОМЕХАНИЗАЦИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ Автор-составитель инж. Б. Н. ЧАПЛИН На карьерах цементной промышленности гидромеханизация применяется главным образом на вскрышных работах. При помощи гидромеханизации породу: 1) размывают (с предварительным ее рыхлением землеройными машинами или без этого); 2) транспортируют как напорным способом (при помощи зем- лесосов или элеваторов), так и самотечным (по канавам и лоткам, проложенным с соответствующими уклонами); 3) размещают на отвалах. Основными факторами, определяющими возможность и эффек- тивность применения гидромеханизации, являются: характер раз- рабатываемых порол, водные ресурсы, условия отвалообразования, наличие дешевой электроэнергии. Наиболее экономичным является метод гидромеханизации при разработке рыхлых пород, которые не требуют предварительного рыхления. Достоинства гидромеханизации горных работ сводятся к сле- дующему: 1) применяемое оборудование имеет небольшой вес и просто в изготовлении; 2) производительность труда в 1,5—2 раза выше, а затраты на 1 м3 вскрыши значительно ниже, чем при экскаваторных рабо- тах; 3) отпадает необходимость в проведении ряда горнокапиталь- ных и других работ, связанных с выдачей породы на поверхность. Недостатки гидромеханизации заключаются в том, что эффек- тивность ее применения находится в зависимости от характера разрабатываемой породы и от климатических условий. Кроме того, сами работы характеризуются значительной энергоемкостью, 1. РАЗМЫВ ПОРОДЫ На карьерах цементной промышленности применяется главным образом гидромониторная разработка рыхлых пород струей воды, обладающей необходимой для их размыва скоростью.
166 РАЗДЕЛ V. Гид ремеханизация и гидротранспорт Поток воды подается по трубопроводу к гидромониторам и выбрасывается с большой скоростью через иасадку, размывая по- роду. Образующаяся пульпа стекает по площадке уступа в зумпф землесосной установки (или к головке лотка при самотечном транс- Рис. 1. Схемы размыва а — встречным забоем; б — попутным забоем; в — попут- но-встречным забоем; 1 — водовод; 2 — гидромонитор; 3 — землесос; 4 — направление потока пульпы порте), откуда засасывается землесосом и по трубопроводам пере- качивается (или поступает по лоткам самотеком) на участки ук- ладки породы. Высота уступа при глинистых породах должна быть не более 15—20 м. При разработке рыхлых пород, а также применении гид- ромониторов с дистанционным управлением высота уступа может быть и больше 20 м. Ширина гидромониторного забоя при разработке глинистых по- род и напоре струи 80—120 м вод. ст. принимается 20—25 м.
Глава 1. Гидромеханизация открытых горных работ 167 Сопротивление различных пород разрушению струей зависит от их физико-механических свойств: сцепления, угла внутреннего трения, пористости, влажности и др. Наиболее интенсивно размы- ваются породы трещиноватые и пористые. При разработке плотных пород забой сначала подрезают, и тогда порода обрушается. Затем разрыхленную породу смывают. Различают следующие способы размыва (рис. 1): 1) встречным забоем; 2) попутным забоем; 3) попутно-встречным забоем. Наименьшее расстояние гидромонитора от забоя определяется из выражения Дмнн ~ з а > где Н3 — высота забоя; а— поправочный коэффициент, зависящий от угла откоса уступа; обычно а=0,8 4- 1,3. Наибольшее же расстояние гидромонитора от забоя будет Диаке = Дши -f- а , где а — шаг передвижки гидромонитора; обычно он принимается кратным длине наращиваемых секций трубопроводов в пре- делах от 6 до 12 м. В процессе размыва образуется смесь воды с породой — пуль- па; степень насыщения ее породой определяется консистенцией (отношением объема или веса породы в пульпе к объему или весу воды) или концентрацией пульпы, т. е. отношением объема или веса породы к объему или весу пульпы. Насыщение пульпы породой определяют следующим образом: __ ?+Ye Yn <?+(!-ш) ' где q — удельный расход воды; ус—объемный вес сухой породы в целике: Yc= Yt(1— «); m — пористость породы; Yt— удельный вес породы. Гидромониторы (табл. 1) предназначаются для создания на- порных струй воды, которые разрушают и смывают горные породы. Вода к гидромониторам подводится по трубопроводам от центро- бежных насосов, которые могут находиться на значительном от них расстоянии. Возможность передвижения гидромонитора за раз- рабатываемым забоем обеспечивается наличием гибких элементов в подводящем трубопроводе или наращиванием последнего. Основ- ной частью гидромонитора является ствол, обычно заканчивающий- ся насадкой, которая окончательно формирует струю воды, выле- тающую из гидромонитора (рис. 2).
168 РАЗДЕЛ V. Гидромеханизация и гидротранспорт Таблица 1 Техническая характеристика гидромониторов (по В. Д. Журииу и А. П. Юфину) Тип (марка) гидромониторов Диаметр входного от- верстия1 в «ил Общий вес в кг Длина ствола в мм Предельное давление в атм Диаметр насадок в мм ГМ-2 150 * 155 1450 12 30; 40; 50; 65; 75 ГМ-2 200 242 1810 12 50; 65; 75; 90; 100 ГМ 2 . 250 346 2210 12 50; 65; 75; 90; 110 ГМ-2 300 512 2100 12 75; 90; 100; 110; 125; 14/ ГМБ-250 250 182 2288 8 50; 63,5; 76; 88,5; 102 Завода „Труд“ с центральным болтом 225 422 2300 12—15 50; 62,5; 75; 87,5; 100 То же, на шариках 175 335 1735 12—15 50; 62,5; 75: 87,5; 100 225 420 2300 12—15 50; 62,5; 75; 87,5; 100 ГМ-250 250 440 2450 12—15 64; 76; 89; 102 ГМ 2 с деталями из ковкого- чугуна 150 155 1450 12 30; 40; 50; 69.75 То же 200 242 1810 12 50; 65; 75; 90; 100 . 250 346 2210 12 50; 65; 75; 90; 100; 110 ГМ 2 со штампованными де- 150 135 1400 12 30; 40; 50; 60; 75. То же . . 200 218 1810 12 50; 60; 75: 90; 100 250 305 21 СО 12 50; 60; 75. 90; 100; 110 ГМ 2 300 300 690 2100 12 75: 90; 100; 110; 125; 140 ГМ В 300 с цилиндрическим стволом «... 300 4600 1400 50 50; 65; 75 То же 300 2300 1900 50 50; 65; 75 ГМ В 300 с коническим стволом 300 2300 1400 50 50; 65; 75 ГББ-250 250 3836 2530 12 50; 100 Рис. 2. Гидромонитор типа ГМН
Глава 1. Гидромеханизация открытых горных работ 169 Таблица 2 Производительность гидромониторов (по А П. Юфииу и В. Д. Журииу) перед ой в м п. 5 Г5 t- ф V «=1 Л о Производительность в м?\ч или л/сек при диаметре насадок в мм Расход элект- роэнергии на 1 л<3 воды в квт-ч Напор насадю вод. а g 35 ° И е* и о s “ и О С К CQ 50 62.5 65 75 87,5 90 100 110 125 10 13,32 96 148 157 212 288 304 378 455 602 27 41 44 59 60 85 105 127 167 20 18,8 133 209 224 294 407 430 537 644 840 0,064 37 58 62 82 113 120 149 179 233 30 23.07 166 256 275 368 504 530 656 790 1027 0,096 46 71 77 102 140 147 182 219 285 40 26,6 191 292 316 425 576 608 756 915 1188 0,128 55 81 88 118 160 169 210 254 330 50 29,7 212 328 354 475 648 677 846 1036 1315 0,16 59 91 98 132 180 188 235 288 365 60 32,6 230 360 389 522 702 745 925 1115 1440 0,192 64 100 108 145 195 207 257 310 400 70 35,2 248 389 418 558 760 805 1010 1205 1548 0,224 69 108 116 155 211 224 280 335 430 80 37,6 266 414 450 594 817 860 1073 1286 1657 0.256 74 115 125 166 227 239 296 358 460 90 39,9 284 439 475 630 868 911 1134 1368 1764 0,288 79 122 132 175 241 253 315 380 490 100 42,1 299 464 505 666 915 965 1195 1440 1854 0.32 83 129 140 185 254 268 332 400 515 110 44,15 313 486 525 702 958 1010 1258 1510 1940 0,352 87 135 146 195 266 280 349 420. 539 120 46,15 328 508 550 731 1000 1056 1370 1580 2027 0.384 91 141 153 203 278 293 364 440 _ 563 130 48 339 529 573 760 1044 1100 1365 1640 2110 0,41 94 147 159 211 290 305 379 456 586 140 49,8 349 547 595 788 1080 1140 1420 1710 2188 0,448 97 152 165 219 300 316 394 475 608 150 51,6 350 565 615 817 1116 1180 1470 1828 2267 0,48 100 157 171 227 310 327 408 508 630 В ЛС3 Чримечани ч, знаменатель е. Числитель дробной цифры указывает производит — в л!сек. ельность 12—1621
170 РАЗДЕЛ V. Г ид ремеханизация и гидротранспорт Удельные расходы воды, напоры и уклоны площадок уступа по нормативам (по Г. А. Нурок) Высота забоя в м 1 % fl HOIt'M.f yiqwHio.tuoV уитпчнаииен LO 4,5 4.5 3 4 LOVOCOcOxF toco со со Г-Т1- LQ GJ OJ П c tC •гиэ 'Qoe w s don eh Kw!fW a iqroa roxord ШЧНЧЕЭТ'Х 3.5 50 50 50 4 50 60 60 50 50 5 60 70 80 06 06 / 0L L OS 0 60 9 120 1° 140 % я ногяХ униидэ.<иотг ушпчнэкивн Ю 3.5 3.5 2.5 3 4 4 2,5 2.2 3 5 2.5 2,5 2.5 СОСО W СО СО V •шэ 'Qoe w s dOUEH о О О О О О ’Ф ТГ М* Ю Ю ооооо оооо tFCOGCCO 50 100 60 120 sw;vw a rnrofl vox -□Ed yiqH’ii'arX Ю LO со <© со 10,8 ! 12,6 % g ногяЛ yiqwHioXuov уитпчнаииен Ю СЧ 2.5 2,5 1.5 1 3 3 1.5 1.5 2 4 1.5 1.5 1.5 ю LQO1 If <y 'шэ 'Qoe vr a doueH CO О О О О о СО СО СО -rf оооосз coco м* со ю о coo СОЮЬГ' ОС хг СО 001 0S 9WlsW fl hvob Vox -□Ed уннчкэкК Ю со г- СП сч 2 Характер н наименование грунтов Грунты, предварительно разрыхленные, иеслежав-, шиеся . Пески мелкозернистые 1 « пылеватые .... Супеси легкие । Лесс рыхлый Торф рвзложившийся • Пески средиезернистые Супеси тяжелые Суглинки легкие Лесс плотный Пески крупнозернистые .... Супеси тяжелые • Суглинки средние и тяжелые . • Глины . . . . Песчано-гравийные грунты Глины полужирные Песчано-гравийные грунты । goiHXdi euuXdj -* - 6?' > > > — —
Глава 1. Гидромеханизация открытых горных работ 171 Применяются гидромониторы трех видов: низконапорные (менее 5 атм) для разработки несвязных грун- тов; имеющие средний напор (5—12 атм)—в основном для раз- работки обычных песчаных грунтов; высоконапорные (более 12 атм)—для разрушения связных грунтов и иногда даже полускальных пород. В общем виде производительность гидромониторов определя- ется по формуле <2 W= — , Я где Q — расход воды через гидромонитор в м31ч (устанавлива- ется по данным табл. 2); q— удельный расход воды в At3 на 1 м3 породы (табл. 3). Для определения суммарных потерь напора в гидромониторе пользуются формулой ftn = Iм в°д-, где Q — расход воды через гидромонитор в л]сек\ К — коэффициент потерь напора для различных гидромони- торов, определяемый по данным табл. 4. Таблица 4 Значения коэффициента потерь напора (по Г. А. Нурок) Положение ствола Г идромоиитор ГМН-300 ГМН-250 ГМ 2 Горизонтальное ............... 26 82 166 Поднят вверх . . . . • — 91 183 Опущен вниз — 100 176 Потери же напора в насадке будут: у2 йнас = 0,06 И > здесь и — скорость вылета струи из насадки в м]сек. Образующийся при размыве породы недомыв убирается буль- дозером .или драглайном в сочетании с гидротранспортом. 2. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ПОРОДЫ При напорном транспорте пульпа землесосом засасывается из специального приемника (для породы и воды) — зумпфа. При гидромониторной разработке землесосные установки рас- полагаются у зумпфа, а при организации гидротранспорта от эк- скаватора порода разгружается последним в буикер-смеситель, где смешивается с водой; образовавшаяся пульпа из бункера транс- портируется к месту укладки породы землесосом, смонтированным вместе с бункером-смесителем. 12*
172 РАЗДЕЛ V. Гидремеханизация и гидротранспорт Гидротранспорт от экскаватора до последнего времени считал- ся наиболее эффективным при разработке пород только наносного характера. Однако в последние годы на угольных карьерах Куз- басса успешно ведутся работы по применению гидротранспорта от экскаватора и для полускальных пород—путем установления в бункере-смесителе специальной дробилки. Трубопроводы одинаковых конструктивных характеристик могут служить водопроводами и пульповодами. Гидравлический расчет пульповода заключается в определении необходимого для принятого режима транспортирования диаметра пульповода и потерь напора в нем. Приближенный метод гидравли- ческого расчета пульповода заключается в следующем. По средним скоростям движения пульпы в пульповоде (табл. 5) определяют необходимый его диаметр и затем по известным таб- лицам Н. Н. Павловского или Скобея — потери напора для чистой воды. Таблица Б Зависимость диаметра пульповода от средней скорости движения пульпы (по Н. Д. Холину, Г. П. Никонову и С. О. Славутскому) Диаметр пульповода в м Средняя скорость пульпы в пульповоде в м}сек для глинистых фракций для песчанистых фракций с содер- жанием глинистых от 70 до 30% для песка и гравия с небольшим содержанием глинистых фракций 0.25 1,6 2 2,5 0,3 1.8 2.1 2,8 0,35 2 2.2 3 0,4 2,2 2,4 3,3 0,45 2,3 2,6 3.5 0,5 2,5 3 3,8 0.6 2,7 3,2 4 Потери напора для пульпы устанавливают путем умножения по лученных значений на поправочный коэффициент: Консистенция пульпы 1:3 1:5 1:8 1:10 1:12 Поправочный коэффициент . . . 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 Суммарные потери напора в пульповоде составят Е *п = + *м где 1П — удельные потери напора, т. е. потери напора на трение на 1 м длины пульповода в м; L—длина пульповода в ж;
Глава 1. Гидромеханизация открытых горных работ 173 Техническая характеристика землесосов ЙС 6 6 аинэжвйивн о о о о о о с оооооооос со оо о о о о о о COCQCDCDCOCSCOCDCI н п 5 С 8 5 3 1 ШВУ чхэошподо 75 130 750* 310 1100” 480 280 475 360 310 570 400 «ПИТ G eoxodogo отгэиь 975 730 493* 935 490” 590 730 740 740 590 740 590 гх о вэоээеиэб эад 1100 2200 2200 2775 3370 ООТЛ с о О’ 3600 ОСПЛ Диаметр в мм ВЭЭ1ГОМ OJOhOQEd 460 610 610 1000 700 850 780 850 850 850 BMgXdxEU OJOHdOUEH 150 200 200 300 300 300 300 300 300 300 BMgXdxEii ОЗа^ПСНЕЯНЭЕЭО 200 250 250 300 300 300 300 300 350 350 ww g эичгЛи g цииявбф ёхэнгеиГ униихэЛиои § § § 200 180—190 180 180 1ОЛ inn 180 180 •гиэ -QOQ W G БИНЕАНЭЕЭН ВХОЭНв ввяээьийхэи -иЛХяЕв БЕИЭЕЯЭХпоП' 5,5 5,5 з LO ю IQ Tf ТГ Ю «Г Ю е Е В % ОО С СО LQ СО Ю СО со С*4 V | Напор в м вод. ст. вмижэё oj -ahogud изъем. XHHyudM виг 31-26 29-24 49—42 см ю 1 ю Ю ст J сс 1 СГ 67-59 43-37 уННЧЕЕМИХиО О ю со CM CM tF СО со оо г-4 СМ с ю чг со ю ча* со I Производитель- 1 ность в м*1ч BWHwad oJahogud ла box XHHvudn Birtr S § с и; ос [ S 470—1100 1200—1700 с 7 с с со UVU6-UU6L ООН—0001 1000—1700 ВЕНЧЕВИИХПО 400 ( 800 11050 1600 1200 1600 1400 1400 ЮОП 0091 Землесос i со со X X со со 12Р-7 ЗГМ-1 ЗГМ-2 ЗГМ-2М *Типы электродвигателей п/м при @=3500 л’/ч, Я=42 м. •* Типы электродвигателей прн <2=4000 м?[ч, Н=54 м.
174 РАЗДЕЛ V. Гидромеханизация и гидротранспорт 1м — местные потери напора в м. Принимаются равными 5—10% от потерь напора на трение по всей длине трубо- провода. Землесосы, при помощи которых транспортируют пульпу по напорным пульповодам, по принципу действия представляют собой центробежные насосы. Отличаются они от обычных насосов следу- ющим: корпус и рабочее колесо выполняются массивными из стального литья; рабочее колесо делается широким с малым коли- чеством лопастей (2—3, реже 4); крышки у них съемные и защи- щены сменными стальными бронедисками; вал защищен от истира- ния ступицей рабочего колеса. В цементной промышленности применяют землесосы типа НЗ, ЗГМ и Р (табл. 6) и значительно реже—гидроэлеваторы. Определяя производительность и напор землесоса, исходят из заданного объема разрабатываемой породы, высоты подачи и даль- ности транспортирования. Необходимая часовая производительность землесосных уста- новок по пульпе Гч = V(1 -m-j-t?) ТпКс [ж3/ч]; при заданном типе землесоса часовая производительность по по- роде <2пор = ,, . . ри3/Ч. (1—«+?) где К — коэффициент использования установки во времени; V — сезонный объем разрабатываемой породы в м3; п — число часов в смену; m — пористость породы; Т — число рабочих дней; q — удельный расход воды в jh3/m3; с—число смен в сутки; 1ГЧ—производительность землесоса принятого типа по пульпе в м3/ч. Необходимый напор землесоса вычисляется следующим обра- зом: Н = h„ у + hB у 4- S iп +1 iB [м вод. ст.], где Лп—геометрическая высота подъема пульпы, равная разности отметок оси землесоса и выпуска пульповода; у— удельный вес пульпы; hB — геометрическая высота всасывания, равная разности от- меток оси землесоса и горизонта пульпы в зумпфе; St,,— потери напора в напорном пульповоде в м; SiB—потери напора во всасывающем трубопроводе в м (обыч- но 2—2,5 At вод. ст.). Самотечный гидротранспорт (по канавам, лоткам, трубам) ис- пользуется при наличия естественного уклона местности нли при небольшой длине транспортирования.
Глава J. Гидромеханизация открытых горных работ 175 Скорость движения пульпы в лотках и канавах устанавливают в зависимости от консистенции пульпы и крупности частиц породы. Величина уклона лотков и канав зависит от вида породы (табл. 7). Таблица 7 Уклоны лотков и каиав для транспортирования пульпы Порода Размер уклона в % деревянных лотков заиленных канав Лёсс, малопесчанистые глины 0.01—0.015 0,015—0.02 Глинистые н суглинистые породы 0,015—0.025 0,02—0.13 Песок мелкий и супесь 0,025—0,03 0,03—0.04 » средний • 0.03 —0,035 0,04—0,05 . крупный 0,035—0.05 0,05—0,06 Гравий 0.05 —0,1 — 3. УКЛАДКА ПОРОДЫ В ОТВАЛ Разрабатываемая порола используется для намыва площадок, дамб, плотин или укладывается в отвал (называемый гидроотва- лом). При гидравлической укладке породы потоку пульпы придается определенная скорость, при которой частицы грунта выпадают из него и откладываются на поверхности, а вода стекает с участка намыва. Минимальные скорости потока обычно достигают 0,05— 0,01 м!сек, что обеспечивает выпадение частиц крупностью 0,05— 0,01 мм; более мелкие частицы сбрасываются с отработанной во- дой. Объем гидроотвала устанавливают с учетом условий, необхо- димых для осветления оборотной волы и размещения пород, под- лежащих укладке: «7= 1Г1<х+ Г2 , где Wi — объем породы (в целике), разметаемой в отвале; 1Г2 — переходящий запас воды в отстойнике, необходимый для осветления пульпы, принимается равным 5—6-дневному расходу пульпы, подаваемой в отвал; а—коэффициент приращения объема грунта. Для глинистых грунтов а =1,4-г-1,5, для суглинков а =1,2-г- 1,4, для супесей а = J ,15-г- 1,05, для песков а =1. Для организации гидроотвала создается емкость для приема пульпы и осветления воды путем ограждения земляными дамбами. Вначале насыпают начальную дамбу, которая наращивается из на- мытой породы экскаватором или бульдозером в процессе укладки породы в гидроотвал.
176 РАЗДЕЛ V. Гидромеханизация и гидротранспорт Гидроотвал намывают эстакадным и торцовым способами. В первом случае (кольцевой намыв) намыв ведут из пульповода, уложенного по периметру отвала, и трубопровод укладывают иа опорах высотой 4—5 м. При торцовом намыве пульпу выпускают сосредоточенным потоком из торца пульповода, который лежит на нескольких опорах высотой 3—4 м. 4. ВОДОСНАБЖЕНИЕ УСТАНОВОК ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ Водоснабжение при гидромеханизации осуществляется при по- мощи насосов или (при благоприятных топографических условиях) самотечным способом. Вода для питания гидроустановок исполь- зуется в процессе работ один раз или многократно (водоснабже- ние с кругооборотом воды). Прн недостаточном количестве воды в водоисточнике сооружают водохранилище для сбора несенных вод. Требуемое количество воды в час Q при прямом водоснабже- нии определяется по формуле <2= Wp + p, где W — производительность карьера по породе в л«3/ч; q— удельный расход воды в м3/м3-, р — потери воды при водоснабжении в м3. Необходимый напор насоса составляет Н — hn + hB + S iB + Г г'п + h„ + hr , где hn—геометрическая высота подъема воды в м, определяемая как разность отметок оси насоса и оси гидромонитора; hB— геометрическая высота всасывания воды в м, определя- емая как разность отметок оси насоса и горизонта воды в водоисточнике; SiB— потери напора во всасывающем водоводе в м (обычно 1—1,5 м вод. ст.)-, 2УП— потери напора в напорном водоводе в м; hB — потери напора на насадке гидромонитора в л<; hr — потери напора в гидромониторе в м. Потери напора в напорном трубопроводе составляют 2 *'п — *'п Г + г'м , где L — длина напорного трубопровода в м; 1„ — местные потери напора в м-. Гм = 0,1 --0,05inL; in — удельные потери напора; определяются по соответствую- щим справочным данным (например, по таблицам Н. П. Павловского или.Скобея). Для получения напорной воды иа карьерах цементной промыш- ленности применяют центробежные насосы типа НД с двусторон- ним подводом воды к рабочему колесу (табл. 8).
Глава 1. Гидромеханизация открытых горных работ 177 1ехническая характеристика насосов 1 Марка насоса 1 «ГГНИ I 500 730 690 26 0,9 800 600 90 450 5000 аче- ттног 1 3000 960 490 22 3 600 500 80 240 3300 ух зи 16НДв 1350 730 410 10 3 500 400 75 50 1650 зи дв 1800 960 410 16 2 500 400 82 140 1650 КИ П] 8НДв 500 960 525 89 4 250 200 81 75 950 ‘ристи 720 1450 525 89 1 250 200 81 240 950 аракте яДН9 360 1450 405 47 3,5 200 150 75 70 800 ГСЯ X яДН9 216 1450 350 35 5 150 125 72 37 270 i даю «ДИР 180 2950 280 97 1,8 150 100 71 7,9 285 16НД| 22НДс 3600 730 860 52 4 700 500 92 600 5750 НДв; 4700 960 860 90 0 700 500 92 1350 5750 1Дс; 8 20НДс 3600 960 765 68 0 600 500 92 800 4300 ,с; 22 Р 2700 730 765 40 4 600 500 92 340 4300 20НД 14НДс 1260 960 540 37 5 400 350 88 160 1800 1НДс; 1800 1450 540 86 0,8 400 350 88 500 1800 [Дс; 1 12НДс 1260 1450 460 64 3 390 300 88 270 1400 к 12Н 1000 960 460 24 5 350 300 85 85 1400 маро ’ГН9 300 2950 242 70 3,5 200 150 80 79 280 сосов Показатели Производительность в м31ч . • Число оборотов рабочего ко- леса в мин. Диаметр рабочего колеса влей Манометрический напор в м. Вакуумметрическая высота всасывания в м ...... Диаметр патрубка в мм: всасывающего напорного ... Коэффициент полезного дей- ствия в % Мощность рекомендуемого электродвигателя в кет • • Вес насоса (без электродви- гателя) в кг Примечание. Для на ниях диаметров рабочих коле
178 РАЗДЕЛ V. Гидромеханизация и гидротранспорт Глава 2 ГИДРОТРАНСПОРТ ЦЕМЕНТНОГО СЫРЬЯ Автор-составитель инж. Л. А. БЕРНШТЕЙН 1. ОСОБЕННОСТИ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ ШЛАМОВ Современные цементные заводы потребляют ежесуточно 8— 10 тыс. т сырья. Перевозка таких количеств сырья с карьеров на заводы обыч- ным транспортом связана с необходимостью содержания большого количества обслуживающего персонала и подвижного состава (ав- томашин или железнодорожных вагонов), а также организации пу- тевых и ремонтных работ. При использовании пластичных мягких пород, таких, как мел, глина и отдельные разновидности мергелей, особенно в осенний и зимний периоды года, возникают дополнительные осложнения, так как эти материалы размокают, слипаются и намерзают на стенки, вагонов, кузова машин и др. при погрузке и транспортировании. Среди известных видов транспорта наиболее приемлемым для перевозки пластичного цементного сырья при мокром способе про- изводства является гидротранспорт. При использовании этого вида транспорта цементное сырье пе- рерабатывается в шлам вблизи места добычи и в таком виде транс- портируется насосами по трубам на завод. Трубы во избежание замерзания в них шлама при остановках системы укладывают под землей (ниже глубины промерзания), а при укладке на поверхности земли тщательно теплоизолируют. Впервые установка гидротранспорта шлама с карьера на завод была введена в эксплуатацию в 1956 г. на Белгородском цементном заводе. Болтушки для приготовления шлама установлены на карь- ере глины. Доставка глины от забоя к болтушкам (200—400 м) осуществляется автосамосвалами. Полученный в болтушках шлам влажностью 55—60% транспортируют на завод на расстояние 2,2 км. В начале 1959 г. аналогичные установки были пущены на Ам- вросиевском и Чимкентском цементных заводах, а в 1960 г. — на Николаевском цементном заводе. При гидротранспорте шламов повышенной влажности (55— 60%) потери напора не превышают 2—3%, что позволяет приме- нять насосы с невысоким напором. Так, на Амвросиевском заводе при длине шламопроводов около I км и весьма неблагоприятном профиле гидротранспорт обеспечивается одним насосом 5ШНВ общим напором 85 м вод. ст. На Белгородском заводе, где очень удачно взаимное расположение карьера и сырьевого цеха завода, с этой задачей справляется обычный шламовый насос с напором до 65 м вод ст., а на Николаевском цементном заводе при транспор- тировании разбавленного глинистого шлама на расстояние 4,5 км — насос 5ШНВ с напором 85 м вод. ст.
Глава 2. Гидротранспорт цементного сырья 179 Транспортировать таким путем шламы нормальной влажности значительно сложнее, так как их свойства резко отличаются от свойств разбавленных шламов. По данным институтов Южгипронемент и НИИЖелезобетои, цементно-сырьевые шламы представляют собой структурированные системы, характеризующиеся величинами предельного напряжения сдвигу и вязкостью, приведенными в табл. 9. Таблица 9 Свойства цементно-сырьевых шламов , Шлам Влаж- ность шла- мов в % Условная те- кучесть по прибору TH-2 а мм Вязкость в пз Предельное напряжение сдвига в дин 1см2 Белгородский меловой . . 53 60 280 295 Белгородский глиио-ме- ловой 41 60 170 420 Белгородский меловой с с.с.б 41 60 140 310 Балаклейскнй низкотит- ровый, Т=70% 46 50 50 130 Балаклейскнй высокотнт- ровый. 7=85% 44 60 80 150 Амвросиевский мергель- ный 50 60 250 180 Здолбуновский глино-ме- ловой 37 50 80 120 Нижне-Тагильский* . . . 39 60 132 510 Завода „Гигант"1 ..... 37 60 120 640 Подольского завода1. • . 45 60 160 430 1 По данным П. П. Будникова и И. А. Семченко. При этом существует определенная зависимость вязкости не- разрушенной структуры н предельного напряжения шламов сдвигу от их влажности н температуры. Так, по данным о шламе Белгородского цементного завода, вязкость резко возрастает с увеличением плотности шлама и умень- шается с повышением его температуры, причем с увеличением плотности шлама выше 1,4 г/см3 (влажность меньше 50%) темпы повышения его вязкости значительно усиливаются. Предельное напряжение сдвигу с повышением влажности шла- ма также уменьшается; зависимость от температуры оказывается более сложной—оптимальной является температура порядка 13° С, при повышении или понижении температуры предельное напряже- ние сдвигу возрастает. Цементным сырьевым шламам присуща также высокая несу- щая способность. Несущая способность меловых шламов позволяет транспортировать во взвешенном состоянии достаточно крупные
180 РАЗДЕЛ V. Гидромеханизация и гидротранспорт включения кускового материала, причем в зависимости от плотности шлама в нем могут удерживаться куски мела различной крупно- сти; несущая способность глнно-меловых шламов н мелового шла- ма с добавкой сульфнтно-спиртовой барды с. с. б. резко снижается; резкое снижение несущей способности шлама наблюдается также прн его плотности ниже 1,3 г!см3. 2. ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ГИДРОТРАНСПОРТА Указанные выше особенности цементных шламов необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации системы гидро- транспорта. Так, принимая во внимание характер изменения пре- дельного напряжения сдвигу с изменением температуры шлама, шламопроводы при укладке следует хорошо теплоизолировать с тем, чтобы предотвратить нх промерзание зимой илн излишний на- грев в летних условиях. Прн этом следует иметь в инду, что прн транспортировании шлама по трубам за счет трення происходит некоторый подогрев шлама. Так, на Ново-Здолбуновском заводе при периодической работе шламопровода н прохождении шлама последовательно через три землесоса на трассе 3,5 км шлам подо- гревается на 3—4° С. Очевидно, что при непрерывной работе шла- мопровода разогрев шлама будет выше. Необходимо также учитывать данные о потерях напора при транспортировании шлама в зависимости от его температуры и скорости движения. Ниже (табл. 10 и 11) приведены соответст- вующие данные Южгнпроцемента применительно к шламам нз различного сырья. Таблица 10 Параметры гидротранспорта мелового шлама (Белгородский цементный завод) Диаметр шла- мопрово- да в мм Температура шлама в °C Плотность шлама в г/см? Потери напора в % прн раз- личной скорости транспорти- рования в м/сек 0.6 1 2 3 1,45 10,5 11 12,2 13,2 200 16—23 1.5 1,53 24 34,5 25,5 36 27,5 38,5 28,5 42 1,45 6 6,2 6.5 300 16-23 1.5 1,53 14.5 20.5 14.8 21.2 15,2 23,5 — Потери напора при транспортировании мергельного шлама нор- мальной влажности по трубе диаметром 246 мм со скоростью 2,5 м]сек и температуре, равной 15—28° С, составляют 5,7—7,8%. При транспортировании шлама (мело-суглинистого) Здолбу-
Глава 2. Гидротранспорт цементного сырья 181 Таблица 11 Параметры гидротранспорта глино-мелового шлама (Белгородский цементный завод) Диаметр шла- молровода В ММ Температура в ®С Плотность в г/сж3 Потери напора в % при раз-* личной скорости в м/сек 0,6 2 3 16—23 1,56 5 5.5 6,5 8 200 16-23 1.6 9,2 10,3 11,5 13 16-23 1,61 11.7 12,5 14 15.5 16—23 1,62 16 16,5 18,2 20 16—23 1,56 2,5 2,75 3,2 3,7 300 16—23 1.6 5,3 5.7 6,3 6,6 16—23 1,61 6 6,5 7.3 8,7 16—23 1,62 7,7 8.5 10,5 12 16—23 1,56 3 3,3 — — 400 16—23 1.6 5,7 6.3 — — 16—23 1,61 6.8 8.6 — — 16—23 1,62 8.4 9,6 — — невского цементного завода его движения 1,5 м/сек-. потери -напора составили при скорости при влажности шлама то же 32—34% 34-35% 35-37%.............................. 10,8% 8,4% 6,7% Прн прохождении шлама через центробежные насосы и дви- жении по трубопроводу происходит частичное истирание твердой фазы шлама. Так, на Здолбуновском заводе прн последовательном прохождении шлама через три насоса и движении по шламопро- воду общей длиной 3,5 км гранулометрический состав шлама из- менялся следующим образом (табл. 12). Таблица 12 Гранулометрический состав шлама Место отбора проб Остаток на сите с от- верстиями размером 200 р 90 р Исходный шлам Шлам после насоса: 11 4,1 1-го 6,8 5.2 2-го Б 5.8 3-го 3.5 7
182 РАЗДЕЛ V. Гидромеханизация и гидротранспорт Установлено (на примере меловых суспензий Белгородского цементного завода), что для сохранения текучего состояния шла- ма предельная плотность его не должна превышать 1,53 г/см3, так как дальнейшее увеличение плотности (снижение влажности) прн данной степени дисперсности приводит к полной потере текучести суспензий н снижению вакуума в рудососе; потери напора чисто мелового шлама такой плотности составляют порядка 2d%. Применение добавок глины (5—8%) или с. с. б. (0,2%) по- зволяет получить шлам нормальной текучести при плотности 1,58— 1,6 г/см3 (влажность 40%); потери напора при гидротранспорте такого шлама значительно ниже, чем чисто меловых шламов. Так, в трубах диаметром 300 мм при скорости 1 м/сек для ме- лового шлама Белгородского цементного завода с добавкой глины потери напора составляют 5,7—8,5% вместо 21% для чисто мело- вого шлама плотностью 1,53; добавка сульфитно-спиртовой барды в тех же условиях приводит к снижению потерь напора до 7,5%. Примерно в таком же соотношении изменяется величина по- терь напора для сырья Балаклейского цементного завода. На Ново- Здолбуновском цементном заводе достаточно подвижный (текучий) шлам может быть получен из чистого мела влажностью не ниже 40%, а при добавке 8% суглинка влажность его может быть умень- шена до 33—34%. Следовательно, в большинстве случаев добавка глинистого ком- понента резко снижает влажность шлама и потери напора при его гидротранспортированни. Аналогичное действие оказывает и с. с. б. При содержании в меловом шламе добавки глины эффектив- ность действия с. с. б., как правило, резко снижается. Введение до- бавки с. с. б. в чисто глинистый шлам практически ие изменяет его текучесть, а в некоторых случаях даже ухудшает ее, в особенности при повышенных температурах. Для получения шлама минимальной влажности и обеспечения возможно низких расходов электроэнергии при его гидротранспорте необходимо приготовлять на карьере шлам не из чистого мела, а с добавкой сульфитно-спиртовой барды или глины (не менее 5% по сухому материалу). В этом случае для труб диаметром 300 мм при скоростях движения шлама 0,8—1,3 м/сек потери напора будут порядка 8—10%, т. е 8—10 атм, на 1 км длины. Свойство чисто меловых шламов структурироваться при отста- ивании уже через 1,5—2 ч приводит к тому, что после длительных остановок запуск рудососа (углесоса) затрудняется; введение в меловой шлам добавок глины или сульфитно-спиртовой барды ока- зывает и в данном случае благоприятное действие — даже после 6—7 суток отстаивания в трубах запуск рудососа происходит нор- мально. Полезной в этих случаях является также принудительная подача шлама или искусственное разрушение структуры шлама в зумпфе (например, с помощью вибраторов). 3. ХАРАКТЕРИСТИКА НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Практические возможности гидротранспорта в значительной ме- ре определяются его производительностью, мощностью (создавае- мым напором) и надежностью работы насосного оборудования.
Глава 2. Гидротранспорт цементного сырья 183 Наиболее пригодным для гидротранспорта цементно-сырьевых шламов является центробежный насос 5ШНВ, выпускаемый Даптев- ским заводом Тульского совнархоза. В последних моделях насосов этого типа предусмотрена возможность работы с небольшим коли- чеством отжимной воды (порядка 0,5—1%). На Ново-Амвросиев- ском цементном заводе рудососы такого типа в течение ряда лет используют взамен обычных шламовых насосов для подачн шлама из шламбассейнов в сырьевые мельницы. В последнее время после пуска в эксплуатацию системы гид- ротранспорта на этом же заводе установлена полная возможность и целесообразность использования рудососов 5ШНВ для перекачки как малоконцентрированных, так н высококонцентрированных мер- гельных шламов. С 1960 г. иасосы такого типа применяют на Николаевском, а в 1961 г. их стали применять на Ново-Здолбуновском цементном за- воде. Производительность этих насосов составляет до 540 м3/ч; на- пор — 84 м вод. ст., потребляемая мощность — 200 кет и установ- ленная мощность — 220—300 кет. Диаметр всасывающего патрубка равен 150 мм. Весит насос 1290 кг. Практика гидротранспорта цементного сырья при помощи та- ких насосов показала, что их работа характеризуется достаточной устойчивостью.
ЛИТЕРАТУРА К ЧАСТИ 11 К разделу 1 1. Зурков П. Э. Разработка рудных месторождений открытым способом. Металлургиздат, 1953. 2. Классификация запасов месторождений твердых полезных ис- копаемых. Госгеолтехиздат, 1960. 3. Кулешов Н. А. Открытые горные работы, Госгортехиздат, 1961. 4. Мельников Н. В. Справочник инженера и техника по от- крытым горным работам. Госгортехиздат, 1961. 5. Новожилов М. Г. Открытые горные работы. Госгортех- издат, 1961. 6. Ржевский В. В. Строительство карьеров. Углетехиздат, 1958. 7. Совершенствование открытой разработки месторождений не- рудных ископаемых. Металлургиздат, 1955. 8. Техника и технология открытых работ. Углетехиздат, 1959. 9. Ш е ш к о Е. Ф. Открытая разработка месторождений полез- ных ископаемых. Углетехиздат, 1957. 10. Ill е ш к о Е. Ф., Р ж е в с к и й В. В. Основы проектирования карьеров. Углетехиздат, 1958. К разделу II 1. Справочник по буровзрывным работам под ред. В. А. Ассо- нова. Госгортехиздат, 1960. К разделу Ill 1. Новожилов М. Г., Тартановский Б. Н., Ктито- ров П. М- Статья в «Горном журнале» № 11, 1959. 2. Перспективы применения роторных экскаваторов на открытых разработках СССР под ред. Н. В. Мельникова. Углетехиздат, 1959. 3. Т ы м о в с к и й Л. Г., Г р а в е И. П. Карьерный транспорт. Углетехиздат, 1957. , К разделу IV 1. Васильев М. В. Современный карьерный транспорт, Госгор- техиздат, 1960. 2. В а с и л ь е в М. В. Автомобильный и тракторный транспорт на карьерах. Металлургиздат, 1957. 3. Дукельский А. И. Подвесные канатные дороги и кабель- ные краиы. Машгиз, 1951. 4. Ст ас юк В. Н. Статья в «Горном журнале» Ns 3, 1960.
Литература 185 5. Потапов М. Г. Карьерный транспорт. Углетехиздат, 1958. 6 Спиваковский А. О.. Потапов М. Г., Андреев А. В. Транспорт на открытых разработках. Госгортехиздат, 1962. К разделу V 1. Ну рок Г. А. Гидромеханизация горных работ. Госгортехиз- дат, 1959. 2. Ж у р и и В. Д. и Ю ф и н А. П. Оборудование гидромехани- зации. Госстройиздат, 1960. 3. Аникеев И. Я- Гидромеханизация на карьерах промышлен- ности строительных материалов. Промстройиздат, 1956. 4. ШкуидинБ М. Оборудование для гидромеханизации зем- ляных работ. Машгиз, 1954. 5. Будников П. П. и СемченкоИ. А. «Строительные ма- териалы» № 11 и № 12, I960. 6. Бернштейн Л. А. и др. Южгипроцемент, труды, вып. № 1. Госстройиздат УССР, 1960.
ЧАСТЬ III ТОПЛИВО И ЕГО СЖИГАНИЕ Научный редактор доц. Д. Я. МАЗУРОВ ВВЕДЕНИЕ В цементном производстве на технологические нужды — для обжига сырьевой смеси, а также для сушки различных материалов— применяют топливо трех видов: твердое, жидкое и газообразное. Изменение структуры топливного баланса страны позволяет во все увеличивающихся масштабах применять в цементной про- мышленности жидкое н газообразное топливо, при этом наиболее перспективно использование газа. Впервые газ для обжига цементного клинкера был использован в 1937 г. на Бакинском цементном заводе, а по плановым намет- кам уже к 1965 г. печи, работающие на газе, будут выпускать 70% клинкера. Использование газообразного топлива значительно улуч- шает ход процесса обжига и снижает капитальные н эксплуата- ционные затраты. Пока еще достаточно широко используется твердое топливо; для обжига сырьевой смесн обычно применяют шихту, состоящую из тонко измолотых тощих и газовых углей, иногда с некоторым количеством местных (бурых) углей. Соотношение компонентов топливной шихты должно быть та- ким, чтобы обеспечить получение определенной теплотворной спо- собности топлива н содержание горючих летучих веществ в норми- руемых пределах. Ниже дается подробная характеристика различных видов то- плива, применяемых в цементной промышленности. Приведены также справочные материалы о характере теплооб- мена, происходящего при сжигании топлива, об объеме н парамет- рах теплотехнических испытаний основных агрегатов, о значении тепловых балансов этих агрегатов и методике их составлеиня.
РАЗДЕЛ I ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА Автор-составитель инж. А. Ф. М Е Ш И К Состав топлива характеризуется соотношением различных его компонентов. В твердом и жидком топливе различают органиче- скую, горючую, сухую и рабочую массы топлива, и состав его вы- ражается в весовых процентах. Масса топлива Составляющие Рабочая .... Ср н₽ ор № sop SKp /Р wp Сухая Сс нс 0е Nc SCK Ac Горючая .... сг нг сг Nr s; Органическая . . с° н° с° № s° Здесь: С — углерод; Н — водород; О — кислород; N — азот; So — органическая сера; SK— колчеданная сера; А—зольность; w — влажность. Состав газообразного топлива выражается в объемных процен- тах к сухому газу. Глава 1 ТВЕРДОЕ ТОПЛИВО. Для обжига клинкера во вращающихся печах используют по- рошкообразное твердое топливо, обладающее требуемыми кало- рийностью, содержанием летучих н полученное или из смеси газо- вых и тощих углей, илн нз угля одного вида. Обычно применяются также тощие и газовые угли, бурые углн, коксовая мелочь, горючие сланцы. В табл. 1, 2, 3 и 4, по данным ВТИ и М. Б. Равича, приво- дится характеристика отдельных видов твердого топлива н различ- ных топливных смесей (табл. 5). Производительность вращающейся печи, расход тепла на об- жиг клинкера зависят от теплотворной способности форсуночного топлива (рнс. 1).
Таблица 1 Состав и теплотехнические характеристики каменных углей Район месторождения Месторожде- ние Марки и сорт угля Рабочая масса топлива в % Назшая теплотворная способность Сн и ккал:кг Горючая масса Иг в % Теоретический объем воз- духа Уо и н му кг Теоретический объем продуктов горения V в нм3 кг Жаропроизводнтельность топлива t макс в • С трехатом- ухнх п роду к- '’°2 макс в % W А SK So.p с н N О си X X м * а С С ных газов в с тах горения I Донецкий бассейн — Д 13 19,6 2,4 1.6 50,6 3.7 1 8 4840 43 5.35 5,86 2050 18.7 То же — Г 7 15.8 1.9 1.4 62,1 4,2 1.2 6.4 5900 39 6.53 7.01 2080 18.7 — пж 6 18,8 3,6 62,4 3,8 1.1 4,3 5980 32 6.53 5.96 2130 18.7 — К 5 23,4 1.8 0.8 62 3,4 1,1 2,5 5800 20 6.4 6.87 2080 18.8 — ПС 4 15.9 1.6 0.9 70,5 3,6 1.2 2,3 6600 15 7,2 7,66 2120 — т 5 15,2 1.8 0.9 70,6 3,4 1.2 1,9 6550 13 7,21 7.6 2120 19 — ПА 5 15.1 1.3 0.7 72,3 2,8 1 1,3 6470 8 7.2 7.55 2120 19.3 — пп 6 42.3 3,5 0,5 40,8 2.7 0.8 3.4 3890 30 4.36 4.69 2050 18.5 Печорский бассейн — Шлам 20 16 1.6 0.7 54.4 3.2 1 3,1 5070 30 5.66 6,21 2020 18,7 — д 11 24.9 1.9 0.6 47,4 3,2 1.3 9,7 4340 39 4,82 5.29 2020 19 То же — пж 7 18.6 0.4 0.5 62.5 3,9 1.7 5.4 5930 31 6,44 6,9 2120 18.7 Урал Кизеловское д 5,5 26,5 4.6 51,7 3.8 0.9 7 5000 45 5.52 5,95 2080 16,6 > а г 5,5 29,3 3.2 1.9 50,9 3.7 0,8 4,7 4970 44 5.52 5,92 2080 18,5 и а пп 11 35.6 8,0 1.5 37.9 2.9 0,9 2.2 3860 44 4,38 4,77 2000 18.5 Карагандинский бассейн Буланашское г пж-пс 10 7.5 18 25 0,5 0 0.6 .8 58 57 4 3.4 1.1 0,9 7,8 5.4 5460 5320 40 28 5.19 5.82 6,5 6,24 2080 2100 18.8 18.8 Казахская ССР Иртышское (Экибастуз) сс 7 37,2 0,7 45,2 2,9 0,8 6,2 4190 28 4,6 4,97 2080 19.1 188 РАЗДЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика Продолжение табл / Район мест ор ождення Месторожде- ние Марки и сорт угля Рабочая масса топлива в % Низшая теплотворная способность QH в ккал!кг Горючая массв уг в % Теоретический объем воз- духа V» в нм* кг Теоретический объем продуктов горения V в нм*1кг Жаропроизводительность топлива 'макс в *с трзхатом- сухих продук- r<-*2 макс в % W А SK SO.p С н N О О. X X « С и ных газов в ' тах горення Кузнецкий бассейн Ленинское Д 10 5 0,4 67,2 4,7 2 10,7 6300 40 6,88 7,46 2090 18,7 То же Г 9 10,9 0,6 66,1 4.6 2.2 6.6 6240 39 6.9 7.44 2080 18.5 Анжеро-Суд- ПС 6,5 12,2 0,6 74 3,5 IX 1.7 6740 15 7,46 7,89 2120 19 женское Кемеровское К-ПС-СС 9 15,5 0,5 64,9 3.8 1,5 4,8 5990 29 6,64 7.11 2090 18,9 пет . 8 14,7 0.5 70 3,3 1.5 2 6360 16 7,05 7.47 2090 18,8 - Прокопьев- ск о- Кисе- СС26—36 7 7,4 0.4 71 4,5 2 7,7 6640 30 7,26 7.78 2090 18.8 левское - • СС11-17 5 П.4 0,4 74.2 3.6 1.8 3 6830 14 7,52 7,93 2120 19,1 Араличевское д 7 16,7 0.6 68,3 3,1 1,5 2,8 6130 11 6,82 7.22 2090 19.2 пп 4 25 0.5 60,4 3,6 1.8 4,7 5660 28 6,19 6,59 2120 18,8 Хакасская авто- Минусинское д 13 10,4; 0,2 0,4 67,9 4,8 1.9 1.4 6340 42 7,28 7,85 2000 18 номная область Иркутская область Черемховское д 14 21,1 >; 0.5 0,5 50 3.7 1 8.8 4660 45 5,17 5.7 2020' 18,7 Читинская область Букачачинское д 12 10 0,5 60,8 4,3 0,9 11,5 5610 42 6,18 0.75 2050 18,9 То же • г 8 12 0,6 65,6 4,4 0,9 8.5 6140 36 6,74 7,25 2100 18,8
Продолжение табл. 1 Район месторождения Месторож- дение Марки и сорт угля Рабочая масса топлива в % лотворная QH в ккал1кг Горючая масса Vr в % Теоретический объем воз- духа Vo в нм3;кг Теоретический объем продуктов горения V в нм31кг Л Содержание трехатом- иых газов в сухих продук- тах горения RO2 макс в % с с X л ч ф X d с сс £ С с с <к топлива в “С MdKC W А SK So.p с н N О Низшая теп способность Хабаровский край Уральское г 5 31,4 0.3 50,9 3,8 0,8 7,8 4860 42 5,28 5,7 2100 18,5 (Бурея) Приморский край Липовецкое д 8,5 27,5 0,3 48,6 3,8 0,6 0,6 4530 50 4.98 5.46 2050 18,8 То же Сучанское г 7 27,9 0,5 54,7 3,4 0.9 5,6 5030 35 5,6 6,01 2070 18,8 - пж 6 21,6 0,4 61,9 3,6 1 5,5 5720 29 6,29 6,71 2100 18,9 Уссурийское сс 5 39,9 0,2 46,3 3 0,6 5 4310 25 4,75 5,1 2100 18,7 Подгоренское т 5 38 0,3 49,9 2,6 0,6 3,6 4520 17 5,02 5,33 2100 18,9 Сахалин Октябрьское Коксовый 4 11,6 0,4 74,3 4,3 1,7 3,7 7040 23 7,6 8,05 2140 18,7 Киргизская ССР Кок-Янгак д 15 п; 1.2; 0,4 52,7 3,5 0,7 9,5 4850 37 5,35 5,89 2020 19,1 То же Ташкумыр д 13 11,3 0,8 59,4 3,8 0,9 10,8 5450 37 5,96 6,5 2060 19,1 Грузинская ССР Тквибульское г 11 26,7; 0,7; 0,7 48 3,6 0,9 8,4 4470 43 4,99 5,47 2020 18,6 То же Ткварчель- пж 10 34,2; 1,3; 0,5 44,1 3,3 0,9 5,7 4180 40 4,67 5,1 2020 18,5 ское Теплотехничест сие характеркст! ПКИ П0ДСЧИТ2 ны с учетом содержат ПЯ В В оздухе ОДНО го вес ового 1роцеита влаги. Состав и теплотехнические характеристики антрацита Таблица 2 Рабочая масса топлива в %. объем м31кг объем иия V цель* *макс Район место- рождения Марка антрацита С » Н S О N А W в ккал/кг Иг в % Теоретический воздуха 1/0 в н Теоретический продуктов горе в нм31кг Жаропроизвод! ность топлива в °C са ж я S О сх Донецкий бас- сейн Антрацит плита и кулак АП и АК 85 1,6 1.7 1,1 0,9 5,7 4 7250 4 8 8,28 2 160 20,2 То же Антрацит мелкий и семечко AM и АС 76,4 1,5 1,7 1,3 0,8 13,3 5 6475 4 7,1 7,48 2 150 20,2 - Антрацит рядовой со штыбом АРШ 71.7 1.4 1.8 1,4 0,8 16.9 6 6100 4 6,8 7,04 2 150 20,2 - Антрацит штыб АШ 70,5 1.4 1.7 1,9 0,8 16,7 7 6010 4 6,6 6,92 2 150 20,2 Урал, Егоршин- ское Антрацит рядовой АР 66,7 2,7 0,4 3,4 0,5 20,8 5.5 5920 7 6,6 6,9 2 120 19,5 190 РАЗ ЦЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика Глава /. Твердое топливо о
13—1621 Таблица 3 Состав и теплотехнические характеристики бурых углей — Рабочая масса топлива в % и а . а р * я s CS « S и s * at * 5 о с Район месторождения Месторождение А SK SO.p с Н N О * ч е к к Теоретическ объем возду в нм'кг гтическ 4 прод) [ИЯ в н. >произв юсть то ; в °C а •й и а О 1° р, О Н- ОС-, сил * 04 X О' К Вл® О С содержанием влаги до 30 % Западная Украина Коломыйское 20 24 2.4 1.2 37,8 3.1 0,6 10,9 3410 53 3,91 4.5 1870 19,5 Карагандинский бас- — 26 17 0,6 41,9 2,7 0,5 11,3 3620 40 4,09 4,71 1900 19.2 сейн 1790 19.8 Урал Богославское ..... 28 21,6 0.3 34,3 2.4 0,6 12,8 2840 48 3,27 3,9 Челябинское 17 24,9 0,7 0,5 41,8 3 1 11,1 3770 43 4,18 4,71 1970 19,3 Казахская ССР Ленгеровсксе .... 27 14,6 1.3 0,8 44,4 2.6 0.4 8,9 3850 40 4.41 5,03 1900 19,4 Читинская обл. Тарбогатайское .... 25 13,5 3.1 0,6 45,5 3,1 0,8 8.4 4050 43 4,71 5,34 1870 19,1 То же Арабагарсксе 25 15 0,2 0,5 42,6 2.9 0,8 13 3720 45 4,15 4,78 1930 19,6 Приморский край Артемовское 28 21,6 0,3 35,5 2.9 0.8 10,9 3120 49 3,57 4,22 1830 18.9 То же Тавричанское 14 21,5 0,5 47,7 3.5 1 11,8 4350 45 4,79 5,33 2020 19 Бурят-Монгольская АССР Гуснно-Озерское . . . 21 15,8 0.6 47,4 3,2 0,6 11,4 4240 43 4,7 5,3 1970 19.3 Киргизская ССР Сулюкта 21 11,9 0,5 0,1 51,7 2.7 0,5 11,6 4400 36 4,95 5,52 1970 19,9 То же Кнзил-Кня ...... 27 11,7 1.4 0,4 46 2,6 0,6 10,3 4000 38 4.5 5,13 1930 19.6 Таджикская ССР Шураб 26 к.б 0 ,7 46,7 2,5 0,5 11 3950 35 4,47 5,09 1930 19.9 Грузинская ССР Гелати И 40,1 1.5 0.5 34,2 2,5 0.7 9,5 3070 49 3,45 3,86 1970 19,1 То же Ахалцихское ..... 20 38,4 0.6 0,5 28.1 2,4 0,5 9,5 2470 49 2,89 3,35 1820 19 с содержанием влаги от 80 до 40 % 1710 19.2 Подмосковный бас- — 33 23,5 1.7 1.2 29,1 2,2 0.6 8.7 2510 45 2,98 3,62 сейн Западная Украина Золочевское (Тростя- нецкое) 37 18,9 1.2 2,4 28,2 2,3 0,4 9,6 2420 57 2.92 3.62 1650 19.2 192 РАЗДЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика Продолжение табл. Я Район . месторождения Me сторожде ние Рабочая масса топлива в % в ккал!кг са Теоретический объем воздуха Уо в км3)кг Теоретический объем продуктов горения в нм3.кг Жаропроизводи- тельность топлива i н в г 'макс в РО2 в % 4макс W А SK S0.p С н N О Красноярский край Канское (Ирша-Боро- динское) 32 10,2 0,3 0,2 41,6 2,9 0.8 12 3570 49 4,09 4.8 1840 19,4 Читинская обл. Чериовское 33 7,4 0,5 44,7 3 0,8 10,6 3910 42 4,43 5,17 1870 19,3 Хабаровский край Райчихинсксе 37 9,5 0,2 37,8 2,3 0,5 12,7 3070 42 3,56 4,29 1770 19.9 То же Кивдинское 37 13,2 0,2 35,3 2,1 0,6 11,6 2840 41 3,41 4,08 1720 19,6 Узбекская ССР Ангренское ...... 35 11 0.7 0,7 41,9 2 0,4 8,3 3450 34 4,03 . 4,7 1790 19,8 С содержанием влаги выше 40 % Закарпатская Украи- на Мукачевское (Ильииц- кое) 45 24,8 0,4 19,6 1,8 0,3 8,1 1500 60 1.96 2,71 1380 19,3 Правобережье УССР Александрийское, Зве- нигородское, Коро- стышевское и др.. . 53 14,1 0,7 1.9 21,1 1.9 0,2 7.1 1650 60 2.23 3,08 1350 18,9 Башкирская АССР Бабаевское (Ермолаев- скнй раарез) .... 52 9.6 0,3 0,4 26.7 2,5 0,2 8,3 2240 63 2,78 3,67 1550 18,5 Теплотехнические характеристики подсчитаны с учетом содержания в воздухе 1 вес. % влаги
\94РАЗДЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика Состав и теплотехнические характеристики горючих сланцев % а винабол аолмАк -odu хихЛз эмеиг0Н 18,5 19 19 18,5 19,5 содер- □□ я эмви; VflHiruoi чхэон -ч ir ахи гояеи о (Inode ж 1830 1680 it>au 1600 1580 онатов, fl /\ ьинайол flOXxAtfodii иач.до ииязаьихайоа! ift со’ ОО сч 2,3 2,2 2,2 ле карб гз//сягн я °Д ijxXircofl гоая-до уияэаьихабоах ; 2,99 1ИЭЖ01 4'1 £4'1 8'1 Z6'Z гэээеи HabOidoj я % а лд § О о read 1 08 08 оя гх/гохи я и0 2590 1940 1420 1410 1ПГЛ IOOV | пла на 0) СО 1иеральная масса 1+СО2кк> ?,4+13,8.1! 1,8+14,9.1! 1,8+9,6-20 ), 5+5,5-21 1,7+8-20 t расхода т о 2 СО •чу Ф g ь co <u Ef «I 2 т—< т-а "О -Ф СО >, X « CS ф Л о о Z? о о и u о — о> ю ’ — S jg о о ° « О. о Ф со со -чу у « ф E « £ S . СО « О с/) LO 1,3 3,6 2,5 2,9 !В ПРН1 Мй CJ X 4 Л co S 4 О X СЧ £ to оо о со g x « Я C1 J = 3 О to сч 19,1 15 14, ( 14,2 гость Ой к к о и U U аина1 способа Ф. X 6 X 3 СО X й о « х о Ч S Ф о S ® Месторож/ 1 Гдовское Кашпирское Озииское Савельевск Теплотворная iacce сланцев. 1рактеристики оонатов, соде^ оздухе одного к S X си d * о ч to о я ч а н н е. тральной 1 лические xj )жеиия кар )жания в в Оч о ф S ,я ССР 1ДСКЯЯ ЗПЛГ/Л rt с ts в со д i ь S S X со плотех, 1) разл< 2) соде! X о •X id о X X со с g £ г- ч CU о X « Оч с - i л ч * о с *
Глава 1. Твердое топливо 195 Таблица 5 Составы н характеристики шихты твердого топлива для вращающихся печей Компоненты топ- ливной шихты Содер- жание в % Тепло- творная способ- ность в ккал! кг Зольность рабочего топлива В % Vc в % Приве- денная золь- ность В % Жаропро- изводи- тельность при а=1 в град Донецкий Т . Г 34 66 5596 23.24 19,33 4,16 2100 . т г 50 50 5957 22,4 18,47 3,76 2100 . т . г Подмосковный БМ 33 34 33 4858 13,06 22,3 4,75 2000 Кузнецкий Т . Г 50 50 5694 19,38 21,95 3,4 2080 . Т Г 60 40 5948 17,46 20,7 2,94 2090 . пж . т 30 70 6187 22,5 18,8 3,64 2100 т . г Челябинский 25 25 50 5685 20,5 24,4 3,61 2000 Кузнецкий Т Черемховский Д 50 50 5732 22,2 25,9 3,87 2060 Влажность шихты пылеугольного топлива составляет 0—2%. Теплотворная способность твердого топлива для вращающихся печей должна быть не ниже 5500 ккал/кг. Зольность топлива может колебаться в пределах 10—25%. Тон- кость помола топлива должна составлять по остатку на сите Л’.1 008 8—12%, а выход летучих на сухую массу топлива должен находиться в пределах 10—30%. Прн этом тонкость помола топлива должна соответствовать выходу летучих — чем выше выход летучих, тем крупнее должен быть помол (в указанных пределах). По мере повышения крупности помола топлива удлиняется время, необхо-
1§6РАЗДЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика Рис. 1. Зависимость относительных димое для сгорания уголь- ной пылн, увеличивается расход топлива, и ухудшает- ся качество клинкера. Крупные частицы топ- лива, падающие на горячий материал при высокой кон- центрации СО2, догорают с потреблением тепла по ре- акции: С+СО2=2СО— ккал —38 790 -----. При этом моль температура факела понижа- ется н может появиться не- дожог клинкера. Приготовляют угольную шнхту по следующей схе- ме. Топливо дробят в мо- показателей работы печи от тепло- творной способности топлива а — нормальная производительность; — форсированная производительность; в — расход тепла при нормальной производи- тельности; в' — расход тепла при форси- рованной производительности; прямая с крестиками — минимальная теплотворная способность шихты топлива; 5 — нор- мальный режим работы: — образо- вание колец лотковых дробилках, н за- тем куски его размером 8— 10 мм подают в угольные мельницы; последующий по- мол и сушку угля на новых и реконструируемых заво- дах осуществляют одновре- менно, что обеспечивает по- лучение шихты с равно- мерной тонкостью помола; после этого угольный поро- точный бункер, либо сразу шок либо через промежу- же нз мельницы вместе с воздухом вду- вается через форсунки во вращающуюся печь. Форсунки, применяемые для сжигания угольной пыли во вра- щающихся печах, представляют собой одну (одноканальные) или две коаксиальные цилиндрические трубы (двухканальные). Однока- нальные форсунки проще по конструкции и более распространены. Регулирование положения зоны спекания в печи при одноканаль- ных форсунках достигается с помощью телескопического устройст- ства. Двухканальные форсунки, по центральному каналу которых по- дается смесь угольной пыли н первичного воздуха, а по кольцево- му каналу — вторичный воздух, позволяют регулировать положе- ние зоны спекания путем изменения соотношения между первичным и вторичным воздухом. Для экономии тепла на обжиг и достижения высокой темпера- туры факела необходимы: а) оптимальная величина зоны спекания (/с) н зоны горения (/г): “ WCB » 1Г = 8,5£>св; б) равномерная подача топлива в печь;
Глава 1. Твердое топливо 197 в) соответствие первичного воздуха процентному содержанию летучих вешеств топлива; г) оптимальная скорость первичного воздуха в канале форсун- ки в завнснмостн от диаметра печи в соответствии с отношением =«15, где г/ф —диаметр устья форсунки (оптимальное сече- нне устья форсунки подбирают опытным путем); д) оптимальная величина тяги, обеспечивающая коэффициент избытка воздуха о=1,05-J-1,15; е) как можно более высокая температура воздуха, выходяще- го из холодильника или рекуператоров в печь, для чего максималь- но уплотняется головка печн; ж) оптимальная тонкость помола угольной пыли, устанавливае- мая в соответствии с содержанием летучих в угле (для печей с небольшим диаметром — 2 м — следует молоть тоньше, чем для печей большого диаметра — 4 л); з) оптимальный угол наклона форсунки, т. е. струн угольной пылн к оси печи, с тем чтобы струя пламени не разбивалась о слой клинкера и несгоревшее топливо не попадало на клинкер. Для обжига сырьевой смеси в шахтных печах применяется твердое высококалорийное измельченное топливо, содержащее не- значительное количество летучих веществ, так как температура воз- гонки летучих ниже температуры воспламенения топлива. Оптимальные характеристики топлива для шахтных печей при- ведены в табл. 6. Таблица 6 Оптимальные характеристики топлива для шахтных печей Вид топлива Теплотворная способность в ккал1кг Содержа- ние лету- чих в % Золь- ность В % Влаж- ность В % Антрацитовая мелочь...... 7200—7000—6800 3—7 8—12 6—8 Доменный кокс, мелочь 6600—6000—5500 1—3 7—14 9-15 Газовый кокс, мелочь 6200—5100—5100 2—4 11—14 10—20 Производительность печи и расход тепла на обжнг находятся в прямой зависимости как от теплотворной способности топлива, так и от его гранулометрического состава. Оптимальные размеры частиц топлива для шахтных немеханизированных печей находятся в интервале 3—10 мм. При размере частиц 0—3 мм содержание окиси углерода в отходящих газах составляет 10—5%, а при большей крупности частиц — только 5—1,5%. Кроме того, крупность частиц топлива должна соответствовать крупности обжигаемого материала. Размер частиц топлива составляет от 0,1 до 0,5 размера частиц за- гружаемого в печь материала.
198РАЗДЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика Глава 2 ЖИДКОЕ ТОПЛИВО В качестве жидкого топлива для вращающихся печей приме- няют в основном высокопарафннистый мазут, сжигаемый в распы- ленном состояннн. Используют мазут марок 20, 40, 60, 80 и 100 (табл. 7). Таблица 7 Характеристики топочного мазута (по ГОСТ 1501—57) Показатели 20 40 60 80 100 Содержание серы в %, не более: в малосернистом в сернистом в высокосернистом Содержание воды в %, не более .... Температура застывания в °C, не выше . Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, в °C, не ниже . . . 0,5 1 3,5 2 +5 80 0,5 1 3,5 2 +10 100 0,5 1 3,5 2 +15 ПО 0,5 1 3,5 2 +20 120 0,5 1 3,5 2 +25 125 Для сжигания мазута пользуются механическими форсунками. Нагретый мазут, нагнетаемый под давлением 20—25 атм, • попадая в распылительное устройство такой форсунки, приобретает интен- сивное вращательное движение, способствующее распылению. Про- нЗЬЪднтельность такой форсунки регулируют, изменяя ширину ще- лей с помощью регулировочной иглы. Скорость сгорания капель мазута и излучение мазутного факе- ла несколько ниже, чем у твердого топлива. Поэтому при работе на мазуте расход тепла на обжиг иногда повышается до 10%. Снижения расхода тепла достигают, понижая вязкость мазута путем более высокого его подогрева, увеличивая давление распыле- ния и уменьшая размеры каналов форсунки. При оптимальном распылении мазута можно снизить расход тепла на обжиг до уровня, имеющего место при сжигании угольной пыли с коэффициентом избытка воздуха а =1,05-Н,15. В табл. 8 приведены основные характеристики мазутов, приме- няемых для обжига клинкера во вращающихся печах. Наиболее пригодными оказываются мазуты невысоких марок, способные до- статочно тонко распыляться. Мазут поступает на цементный завод по мазутотрубопроводам, в нефтеналивных баржах нли по железной дороге — в цщте'нах. На заводе мазут хранят в специальных металлических резервуарах емкостью 1000, 3000 и 5000 м3. По действующим нормам технологи- ческого проектирования запас его должен быть равен месячной по- требности в нем завода. Из указанных резервуаров мазут поступает в расходные метал- лические баки, оборудованные паровыми змеевиками, служащими
Глава 2. Жидкое топливо 199 Рнс. 2. Установка для подачн подогретого мазута к форсунке -насос; 2—электродвигатель; 3—фильтры; 4—перекидной кран; 5—расходомер; 6—регулятор давления; 7— тентиль регулятора давления; 8—манометр; 9—вентиль; 10—подогреватель; 11—12—регулятор подогрева
200РАЗДЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика Таблица 8 Некоторые характеристики мазута (по данным ВТИ) Топливо в % ор в ккал}кг '"с-г в ^Змакс в % Мазут малосериистый 3 9370 9.71 16,3 То же, марки 20 2 9650 10 15,9 . . . 40 3 9420 9,8 16,5 . . , 80 4 9240 9,65 16,4 Мазут сернистый 3 9370 9,65 16 То же, марки 20 2 9460 9,78 16 . , . 40 3 9280 9,64 16,2 для подогрева мазута. На рис. 2 представлена установка для пода- чи подогретого мазута к форсунке. Глава 3 ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО Для вращающихся печей применяется в основном природный газ. Используются также смеси природного газа с газом подземной газификации угля и коксовый газ. Горелки, используемые для сжигания горючего газа во вращаю- щихся печах, бывают двух типов — одноканальные и двухканаль- ные. Одноканальные горелки, работающие без первичного дутья с давлением газа перед горелкой от 0,4 до 1.0 атм, представляют со- бой цилиндрическую трубу, по которой газ подается в печь со ско- ростью 200—300 м/сек. В печах размером 150 м обычно устанав- ливаются две такие горелки. Диаметр горелки составляет 40— 70 мм. Устройства, позволяющие изменять заглубление горелок в печь, раздвигать их и менять угол наклона, дают возможность ме- нять положение зоны горения и зоны спекания в печи. Двухканальиые горелки, работающие при давлении газа перед горелкой 0,2—0,5 атм с первичным дутьем, состоят из двух коак- сиальных труб. По центральному каналу подается газ со скоростью 60—120 м/сек, а по кольцевому каналу — первичный воздух со ско- ростью 40—60 м/сек. Обычно в центральном канале установлены лопасти для увеличения завихрения газового потока и улучшения смесеобразования. Длина зоны горения н зоны спекания при работе с двухканаль- ными горелками в 1,5—2 раза короче, чем при одноканальиых го- релках. Это обстоятельство делает двухканальные горелки пригод- ными также и для коротких печей. Рационально подобранные за- вихрители в двухканальной горелке и ее аэродинамический режим
Глава 3. Газообразное топливо 201 позволяют гибко управлять работой печи путем изменения расхода газа и первичного воздуха. Для сжигания природного газа во вращающихся печах может быть рекомендована двухканальная горелка конструкции НИИЦе* мента (рис. 3). Рис. 3. Двухканальная газовая горелка конструкции НИИЦе- мента а) газовая труба для установка завихрителя; б) общий вид завихрителя; в) кропление лопатки к стгрж iu г) развертка лоп кл зазяхрителя; 1 — завихритель; 2 — лопатки завихрителя; 3 — стержень завихрителя Коэффициент избытка вс-здуха при сжигании природного газа во вращающихся печах а=1,иа 4- 1,07. •- В целях снижения высокого магистрального давления и его стабилизации природный газ на цементных заводах редуцируют (при помощи регуляторов давления) до 1—2 атм. 14—1621
Таблица 9 Средний состав и теплотехнические характеристики некоторых природных газов (по данным ВТИ и М. Б. Равича) Содержание компонентов в % >> м д Й в s s р-о И СО о X rt >• ч СП О М S Ф о ф »о « S X Ф ф Н «80 Район месторождения X О с,н6 С,н8 “'н’э X о О о Z S'H 3 at "ч У * m к о- Удельный вес по Теоретический of ха Уо в нмЧкм* Теоретический of продуктов горени В Теоретический о( пых продуктов г< в нмг1нмг Жаропроизводите сжигании в абсо; вовдухе /макс в 1 m о Ьй сз S О СХ Ставропольское 88,7 0,35 0,12 0,06 — 0.1 0,67 — 8530 0,56 9,5 8,5 10,5 2040 11,8 • ‘ 85 4,4 2,4 1,8 1,3 0,1 5 — 9400 0,67 10.4 9.4, 11,5 2040 12,2 • 98,5 0,5 о,1 — — — 0,9 — 8530 0,56 9,5 8,5 10,5 2040 11,8 Елшанское (Саратовской обл.) . . 94 1,8 0,4 0,1 0,1 0,1 3,5 — 8440 0,59 9,4 8,4 10,4 ' 2030 11,8 Степановское (Саратовской обл.). 95,1 2,3 0,7 ‘ 0,4 0,8 0,2 0,5 — 9030 0,6 10 9 11,1 2040 12 Бугурусланское 81,7 5 2 1,2 0,6 0,4 8,5 0,6 8770 0,66 9,7 8.8 10,8 2030 11,8 Дашавское (УССР) 98,3 0,3 0,12 0,15 — 0,1 1.03 — 8520 0,56 9,5 8,5 10,5 2040 11,8 Шебелинское (УССР) 93,5 4 1 0,5 0,5 0,1 0,4 — 9130 0,61 10,1 9,1 11,2 2040 12 202РАЗДЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика Глава 3. Газообразное топливо
204РАЗДЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика На рис. 4 показана схема газопроводов в цехе обжига цемент- ного завода. В табл. 9 приведены средний состав и теплотехнические харак- теристики некоторых природных газов. Глава 4 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА, НЕОБХОДИМОГО ДЛЯ СГОРАНИЯ, И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА Возможны три варианта такого расчета: 1. Расчет по данным элементарного состава твердого или жид- кого топлива. Ведут расчет на 1 кг рабочей массы топлива. Содер- жание компонентов топлива выражено в вес. %. 1) Количество воздуха, необходимое для сгорания топлива: а) теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, будет О₽ Vo = 0,0889Ср 4- 0,266Нр — — + 0,033 Г Sg + [нм3/кг] , О L J а действительное количество воздуха при коэффициенте избытка воздуха а va = “Уо 1нм3!кг]; 2) объемный выход продуктов сгорания топлива: объем сухих трехатомных (RO2) газов составит: RO2 — СО2 4* SO2 VROa = 0,0185 ( с₽ + °-37Sp+k) [нм3/кг]; объем водянртх паров УНгО = 0,0124 (9НР 4- шр4- Wp4- VodB) [нм3/кг]; объем сухих двухатомных газов VR =N„4- О2 при а= 1 Vp02 = 0,79 4-0,008Np [нм3/кг], а при а> 1 Vro, = Vro3 + (“ - . Полный объем продуктов сгорания составит: S V = 0,0185 ( Ср 4- 0,37Sp+k) 4- 0,0124 (9НР 4- шр 4- Vo dj + 4- 0,79Vo 4- 0.088WP 4- (а — 1) Vo [нм3/кг] , где dB — влагосодержание воздуха в г/нм3. 2. Рачет по объемным процентам состава газового топлива. Расчет производится на 1 нм3 газа.
Глава 4. Расчет количества воздуха для сгорания топлива 205 1) Количество воздуха, необходимое для сгорания топлива: а) теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, будет Vo = 0,5Н2 + 0.5СО + 2СН1 4- 3,5С2Н4 + С,„ Н„+ 1,5H2S-O2; б) объемный выход продуктов сгорания топлива: объем сухих трехатомных газов: RO2 = СО2 + SO2 Vro, = 0,01 (СО2+ СО + СН4 + 2С2Н4 + + mCrnHm + H2S ) ; объем водяных паров п VHaO = 0.01 (Н2 + 2СН4 + 2С2Н4 + — CmHm + + H2S + 0,124d2 (+0,0161Lo) , где d2 — влагосодержание газа в г/нм3-, объем двухатомных газов К/?2 — ^2 4" О2 при а=1Ур = 0,79Lo + 0,01N2 [нм?/нм3], а при а>1 К = Kr, (“ - О Lo [нм3/нм3]. 3. Расчет по приведенным характеристикам топлива. Расчет производят при помощи указанных ниже параметров: приведенная влажность шР = Ю3-----: n QP ’ приведенная зольность ДР Лп= Ю3-—; QP сернистость S-IO. SS + * ; V объем воздуха, необходимого для горения, Кп=Ю3-^-;
206 РАЗДЕЛ I. Технологическое топливо и его характеристика объем продуктов теплосодержание сгорания V уп= IO3----. п QP ’ воздуха Уп=10’ УСВ/В QP теплосодержание продуктов сгорания Х1/с/ 1 = 103 QP ' объем сухих трехатомных газов (V„) RO2 = ki (1 4- 0,006«)р); объем кислорода (Vn) 0,2 = 0,21а (а — 1)(1 + 0,006щп); объем азота (ln) N2= 0,79а а (1 + 0,006шп); объем водяных паров (Уп) Н2О = (й2 + dk3) 1 + 0,006а>п + 0,0124юп ; объем продуктов сгорания уП = (д + kt d) (1 + 0,006щп) 4- 0,0124щп . Расчетные коэффициенты, входящие в эти формулы, имеют для типовых групп топлива определенные значения (табл. 10). Изменения величины этих коэффициентов для каждой группы топлива весьма незначительны, что позволяет получить практически необходимую точность расчета. Таблица 10 Расчетные коэффициенты Группа топлива *1 ks kt а д X Бурые угли 0,206 0,085 0,017 1,1 1,085 0,064 19,1 Каменные угли V2>20% . 0,198 0,08 0,018 1,11 1,095 0,048 18,1 То же, У2<20% 0.205 0,057 0,018 1,12 1.1 0,031 18,6 Антрацит 0,22 0,026 0,018 1,12 1,1 0,015 20,7 Мазут 0,166 0,127 0,017 1,105 1,09 0,064 15.2 Сланцы 0,185 0,13 0,018 1,14 1,12 0,08 16,5 Природный газ 0,123 0,247 0,018 1,135 1,115 0,135 11
РАЗДЕЛ II ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ ПЕЧЕЙ И СУШИЛОК А втор-составитель инж. А. Е. МЯГКОВ Глава 1 ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ 1. РАСХОД ТОПЛИВА II ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЕГО СРЕДНИХ ПРОБ Расход газообразного топлива определяют, как пра- вило, дроссельными диафрагмами, трубами Вентури и лемнискат- ными соплами. Вторичными приборами обычно служат дифферен- циальные манометры с суммирующим устройством и без него. В случае применения первых определение расхода топлива сводится к отсчету показаний прибора в начале и в конце испытания. Если на заводе установлены показывающие дифманометры без сумми- рующего устройства, необходимо отсчитывать показания через 5— 10 кин. Для определения расхода ж ид к о г о топлива (мазута) мо- жно использовать не только дроссельные устройства, но и мерные резервуары (объемный метод); при этом пользуются не менее чем двумя мерными резервуарами и предварительно градуируют их. Наибольшие затруднения вызывает определение расхода твер- дого топлива. Количество расходуемого топлива устанавли- вают, непосредственно взвешивая его перед подачей в бункер пи- тателя; перед началом и в конце испытания он должен быть за- гружен. Если такое вычисление провести нельзя, то можно взвесить на- туральное твердое топливо перед его поступлением в углеподгото- вительное отделение. При этом необходимо предварительно опреде- лить процент потерь в углеподготовительном отделении, обеспечить подачу взвешенного угля лишь к испытываемому агрегату и запол- нение всех промежуточных емкостей, а также тщательно опреде- лить влажность натурального и пылеугольного топлива. При испытаниях шахтных печей, работающих на твердом то- пливе, его расход определяют путем непосредственного взвешива- ния на автоматических (дозировочных) или переносных весах; в ви- де исключения при работе по способу «черного брикета» допусти- мо определение расхода угля на основании химического анализа брикета. Показания автоматических и переносных весов проверяют маркировочными гирями не реже одного раза в смену. Когда непосредственные измерения по каким-либо причинам невозможны, расход топлива устанавливают аналитически по об-
208 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания ратному тепловому балансу — на основании анализов топлива, сы- рья и отходящих газов. При этом пробы топлива и сырья жела- тельно отбирать не реже чем через 0,5 ч, а отходящих газов — че- рез 15—20 мин (или непрерывно). Отбор и приготовление средних проб топлива для определения его теплотворной способности, элементарного и фракционного со- става, а также других характеристик складываются из следующих операций: а) отбора первичной пробы топлива в том виде, в каком его применяют для определения расхода. При работе на пылеугольном топливе, расход которого учитывается косвенно путем взвешивания натурального твердого топлива перед его поступлением в углепод- готовительное отделение, наряду с отбором проб натурального то- плива через один час отбирают пробы форсуночного топлива; б) приготовления из отобранных первичных проб средней про- бы. Первичные пробы твердого минерального топлива (в том числе и пылеугольного) отбирают обычно через час в герметичные сосу- ды. При этом влажность и фракционный состав (пылеугольного то- плива) определяют на часовых пробах, содержание балласта и ле- тучих — на сменных, а элементарный состав и теплотворную способность — на средних за период испытания пробах. Для опре- деления физического тепла топлива через час измеряют его тем- пературу. Газообразное топливо в зависимости от постоянства его со- става отбирают непрерывно или периодически в аспираторы, а пер- вичные пробы жидкого топлива — непрерывно в течение всего ис- пытания, сливая часть его в сборный сосуд через трубку с пробни- ком (краиом). 2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГАЗОВ Результаты количественного и качественного анализа газовой среды характеризуют ход тепловых процессов и дают возможность определить: 1) степень совершенства процесса сжигания топлива (химиче- скую полноту сгорания); 2) условия горения топлива (коэффициенты избытка воздуха); 3) подсосы наружного воздуха в различных точках газоходов теплового агрегата. По результатам анализа газов определяют также потери тепла с отходящими газами и вследствие химической неполноты горения топлива. Для этого используют ручные химические и, значительно реже, автоматические электрические газоанализаторы; последние в срав- нении с химическими менее точны. К химическим газоанализаторам относятся приборы ВТИ-1 и 2. Газоанализаторы ВТИ — высокоточные измерительные приборы — предназначены для полного и раздельного анализа газов в лабора- торных условиях; газ забирают в аспираторы, а самый анализ вы- полняют. в специальных помещениях. При помощи газоанализаторов ВТИ можно также определять теплотворную способность газов. Применение этих приборов совершеиио необходимо при испы- тании агрегатов, работающих на газообразном Топливе. При тепло-
Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний 209 технических же испытаниях в условиях сжигания твердого и жид- кого топлива газы анализируют обычно с помощью переносного химического газоанализатора тйпа Орса. Он позволяет определять содержание в продуктах горения углекислого газа (СО2), окиси углерода (СО) и кислорода (О2) в % по объему. Эти приборы ис- пользуют также для управленйя процессом горения газообразного топлива путем анализа отходящих газов на содержание О2. Результаты химического анализа зависят не только от точности прибора и тщательности выполнения определений, но также и от правильности отбора пробы газа (от того, насколько точно отра- жает она средний состав газов). Для отбора проб газов выбирают сечение на прямом участке газохода, где отсутствуют завихрения и «мертвые мешки». Не рекомендуется размещать газоотборное уст- ройство вблизи от местных сопротивлений (повороты, шиберы, пе- реходы и т. п.). Наконец, желательно, чтобы выбранное сечение было узким; тогда повышенные скорости движения газа обеспечат большую однородность газового потока. Газоотборные устройства устанавливают только после тщатель- ного исследования газового потока. Это исследование сводится к определению поля скоростей и степени однородности состава газа по сечению канала. Поле скоростей снимают при помощи пневмо- метрических трубок, устанавливаемых в намеченных местах отбора газа. После этого в тех же точках забирают газ для анализа. Чтобы установить, как изменяется поток во времени, замеры выполняют периодически в течение 1—2 ч. Если поток оказался од- нородным по сечению, пробу, газа можно отбирать из одной точки газохода. Анализ производится обычно через 15—30 мин. Лучше непрерывно отбирать газ в аспираторы. В этом случае отобранная проба будет уже усредненной, а ее анализ — окончательным. При периодических анализах проб газа окончательный результат нахо- дят как среднее арифметическое нз результатов ряда анализов. Если поток газа неоднороден по сечению, а более удачное ме- сто забора газа найти нельзя, пробы отбирают в различных точках сечения. Кроме того, в тех же точках одновременно определяют скорости газа. Тогда за окончательный результат анализа принима- ют средневзвешенную величину из полученных одновременно по се- чению замеров. При неоднородности потока не только по сечению, но и во времени за окончательный результат опыта (испытания) принимают среднее арифметическое из всех полученных средневзве- шенных величин. При температуре газов до 600° С забор их осуществляется глад- кими стальными трубками. Поскольку возможно догорание СО иад окислами меди, применение медных или латунных трубок не допу- скается. При более высокой температуре следует использовать во- доохлаждаемые газоотборные трубки. Газы из газопровода отсасываются водяным, паровым или воз- душным эжектором. При небольшом разрежении в газоходе можно применять резиновые насос (грушу) или напорные банки. Емкостями для отбора и хранения проб газа служат жидкост- ные и сухие аспираторы. Жидкостные аспираторы предпочтительнее применять при пе- риодических отборах проб газа, а сухие — при непрерывном их
210 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания отборе. Сухие аспираторы используют лишь тогда, когда есть воз- можность подвести к эжектору сжатый воздух, пар или воду. 3. ТЕМПЕРАТУРА СРЕДЫ И МАТЕРИАЛОВ Ниже (табл. 1) приводятся данные о наиболее употребительных способах измерения температуры. При теплотехнических испытани- ях целесообразно использовать самопишущие приборы, применение которых обеспечивает непрерывную регистрацию температуры. При измерении температуры ртутными термометрами типа ТЛ- 116 (с вложенной шкалой и палочными) и типа ТЛ-111 (палочны- ми) их погружают в измеряемую среду до отсчитываемой темпе- ратурной отметки. При неполном погружении термометра в расчет нужно вводить поправку с учетом выступающего столбика ртути, рассчитываемую следующим образом: Д t = Кп (t — /ст) , (1) где К—кажущийся коэффициент расширения ртути, равный 0.00016° С-1 , п — высота выступающего столбика по шкале термометра в °C; t — температура, показываемая термометром, в °C; / ст — температура выступающего столбика, измеренная вспомо- гательным термометром, в °C. Все серийно выпускаемые термопары взаимозаменяемы и ус- тойчиво работают в окислительной газовой среде. В восстановитель- ной среде лучше других работают хромель-копелевые термопары. При теплотехнических испытаниях часто применяют нестандарт- ные термопары, изготовляемые из термоэлектродов путем электри- ческой или газовой сварки. Обычно материалом для них служит проволока диаметром не более 1 мм; с целью уменьшения инер- ционности их не защищают чехлом. Погрешности измерения температуры термометрами и термо- парами в основном являются следствием лучистого теплообмена термоприемиика с поверхностями, температура которых существен- но отличается от температуры среды. Возникают они также вслед- ствие теплопроводности термоприемника. Чтобы получить результаты измерений с минимальными по- грешностями, следует соблюдать следующие основные правила ус- тановки термоприемников: 1) чувствительная часть должна быть полностью погружена в измеряемую среду и, по возможности, располагаться в середине потока; 2) термоприемник следует защищать экранами или стенками от теплообмена излучением с поверхностями, температура которых существенно отличается от температуры газового потока. При тем- пературе газов выше 400° С рекомендуется применять отсасываю- щие термопары; 3) во всех случаях желательно устанавливать термопару иля термометр навстречу потоку по его оси (например, в колене трубо- провода) или под углом ~ 135° С;
Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний 211 Таблица 1 Измерительная аппаратура и области ее применения Приборы Пределы измерений в *С Назначение при теплотехнических испытаниях 0—50 50—100 Применяются в психрометрах, калори- метрах и тепломерах 1. Ртутные термомет- ры я 0—100 0—500 Для измерения температуры воздуха, топлива, окружающей среды, холод- ных спаев термопар Для измерения температуры отходя- щих газов, горячего воздуха, обжи- гаемого материала 2. Термоэлектрические пирометры (термо- пары): а) пл атина-пл ати- нородий (типа ТПП) б) хромель-алюмель (типа ТХА) в) хромель-копель (типа ТХК) г) медь-константаи До 1600 кратко- временно, до 1300 постоянно До 1300 кратко- временно, до 900 постоянно До 800 кратко- временно, до 600 постоянно до 400—500 Для измерения температуры газов и обжигаемого материала в высоко- температурных зонах печей Для измерения температуры газов в различных зонах печей, отходящихч газов, обжигаемого материала Для измерения температуры отходя- щих газов и обжигаемого мате- риала Применяются в тепломерах, калори- метрах, для измерения температуры наружных поверхностей ограждений (кладки, кожуха или корпуса печи, топки н т. п.) Э. Термометры сопро- тивления: а) медные б) платиновые От—60 до -}-100 От—120 до-}-500 Для измерения температуры воздуха, холодной и горячей воды, пара, от- ходящих газов То же 4. Пирометры излу- чения: а) оптические (ча- стичного излу- чения) б) радиационные (полного излуче- ния) в) фотоэлектри- ческие от 800 до 2000 От 900 до 1800 От 800 до 1300 Для измерения температуры в топках сушильных установок и в зонах го- рения топлива печей То же
212 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания 4) при установке стеклянных термометров в защитных гнльзах гильзу необходимо заполнять машинным маслом, а при температу- рах выше 150° С—медными опилками; 5) желательна глубина погружения термоприемников не менее 350—400 мм. В противном случае значительно возрастают погреш- ности измерений за счет теплопроводности; 6) во всех случаях особое внимание следует уделять уплотне- нию зазоров между термоприемником и стенкой канала; 7) термопары при температурах, близких к предельным значе- ниям, рекомендуется устанавливать вертикально. Погрешность измерения, вызванную лучистым теплообменом, можно определить в первом приближении по уравнению /т_/ср = _4,9е^-(^-^ов)10-8, (2) где /т и Тт—температура, измеряемая термоприемником, в °C и ®К; /ср—действительная температура измеряемой среды в ° С, Тлев— температура поверхности (поверхности нагрева сте- нок каналов или труб), с которой происходит лучи- стый теплообмен термоприемника, в ° К; е — степень черноты термопрнемника; а — коэффициент теплоотдачи от измеряемой среды к термоприемнику в ккал)м2 ч град-, Ел — поверхность термоприемника, участвующая в лучи- стом теплообмене, в м2; FK — поверхность термопрнемника, участвующая в конвек- тивном теплообмене, в м2. Погрешность измерения вследствие теплопроводности по термо- приемнику можно определить по уравнению теплопроводности труб- ки, погруженной в измеряемую среду: /т-/ср = (3) где дополнительно: /т — температура конца трубки, погруженной в измеряемую сре- ду, в °C; i вн—температура трубки у выхода во внешнюю среду в °C; I — глубина погружения трубки .в измеряемую среду в м; dK — наружный диаметр трубки в м; f — площадь поперечного сечеиия трубки в м2; А— коэффициент теплопроводности материала трубки в ккал/м ч град. Милливольтметры при измерении температуры термопарами обычно градуируются при температуре свободных концов (холод- ных спаев) термопары 20° С. При испытаниях же температура хо- лодных спаев может значительно отклоняться от градуировочного значения, в связи с чем и возникает погрешность измерения. Для оп-
Г лава 1. Параметры теплотехнических испытаний 213 ределения действительной температуры с достаточной для практи- ческих целей точностью можно пользоваться формулой *д = *иэм + К('св-20°С), (4) где /д—действительная температура в °C; Л)зм — измеренная термопарой температура в ° С; /св — температура холодных (свободных) спаев термопары в условиях проведения испытаний в °C; К — поправочный коэффициент (по данным табл. 2). Таблица 2 Значения коэффициента К для различных термопар Измеряемая тем- пература горячих спаев в °C Термопары медь- *копелевая хромель- копелевая железо- копелевая хромель- алюмелевая платииа- -платиио- родиевая 0 1 1 1 1 1 20 1 1 1 1 1 100 0,86 0,9 1 1 0,82 200 0,77 0,83 0,99 1 0,72 300 0,7 0,81 0,99 0,98 0,69 400 0,68 0,83 0,98 0,98 0,66 500 0,65 0,79 1,02 1 0,63 600 0,65 0,78 1 0,96 0,62 700 •— 0,8 0,91 1 0,6 800 — 0,8 0,82 1 0,59 900 — — 0.84 1 0.56 1000 — — — 1,07 0,55 1100 — — — 1,11 0,53 1200 — — — .— 0,53 1300 — — — — 0,52 1400 — — — — 0,52 1500 — — — — 0.53 1600 — — — 0,53 Поправку на температуру холодных спаев термопары вносят также, устанавливая стрелку выключенного вторичного прибора на деление, соответствующее температуре холодных спаев. В процессе проведения испытаний по мере изменения температуры холодных спаев следует соответствующим образом корректировать положе- ние стрелки измерительного прибора. При высоком значении и резком колебании температуры сво- бодных концов термопары рекомендуется свободные ее концы раз- мещать в зоне с известной и постоянной температурой при помощи компенсационных (термоэлектродных) проводов, а также применять термостатирующие устройства. Кроме того, для автоматической компенсации изменения температуры холодных спаев применяют так называемые коробки холодных спаев типа КТ-54.
214 РАЗДЕЛ it. Теплотехнические испытания Температуру готового продукта, а также обжигаемого материа- ла, отбираемого по длине вращающейся печи, определяют при по- мощи специальной кружки с вмонтированной в нее термопарой с оголенным спаем. Чтобы установить размеры потерь тепла в окружающую сре- ду, учитывают температуру наружной поверхности печи, сушильного барабана или другого агрегата. Для такого измерения обычно поль- зуются поверхностными термопарами или жидкостными термомет- рами, удерживаемыми на корпусе постоянным магнитом. В качестве показывающих приборов при измерении температу- ры во время теплотехнических испытаний с помощью термопар обычно применяют пирометрические магнитоэлектрические милли- вольтметры. Удобнее всего для этой цели пользоваться переносны- ми контрольными показывающими милливольтметрами типов МПП- 154 и МПП-254 класса точности 1. ' Эти приборы имеют две шкалы: верхнюю в не и нижнюю — в °C. Так как градуировка милливольтметров в °C действительна только для термопар определенного типа, то наличие у приборов типов МПП-154 и МПП-254 шкалы милливольтов дает возможность применять их в случае необходимости и для термопар других типов. В этом случае необходимо перевести показания прибора в °C по таблицам зависимостей электродвижущей силы (ЭДС), развиваемой термопарой, от температуры в °C (табл. 3). Таблица 3 Электродвижущая сила, развиваемая термопарами при температуре рабочего конца (’Си свободного конца 0° С в мв (ГОСТ 3044—61) t в *С -50 0 100 200 300 400 500 600 700 Градуировка: ПП-1 0 0,643 1,436 2,314 3,249 4,218 5,22 6,256 ХА —1,86 0 4,1 8,13 12.21 16,4 20,65 24,91 29,15 ХК -3,11 0 6.95 14,66 22,91 31,49 40,16 49,02 57,77 Продолжение табл. 3 t в вС 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Градуировка: ПП-1 7,325 8,428 9,564 1 10,732 11,923 13,129 14,338 15,537 16,714 ХА 33,32 37,37 41,32 45,16 48,87 52,43 —- — — ХК 66,42 — — — — — — — При теплотехнических испытаниях должны быть максимально использованы также и имеющиеся стационарные приборы: милли-
Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний 215 вольтметры типов МПЩПр-54, МПЩПл-54, МСШ.Пр-054, а также автоматические электронные потенциометры. Однако перед испы- таниями необходимо убедиться в правильности их показаний. 4. ДАВЛЕНИЕ ГАЗОВОГО ПОТОКА, ЕГО СКОРОСТЬ И КОЛИЧЕСТВО При теплотехнических испытаниях печей и сушильных уста- новок цементной промышленности измеряемое избыточное давление и разрежение газового потока обычно не превышает 400— 500 мм вод. ст. Лишь при испытаниях шахтных клинкерообжигательных печей и некоторых комбинированных вращающихся печей (например, с циклонными теплообменниками) встречаются избыточное давление до 4000 мм вод. ст. и разрежение до 1200 мм вод. ст. Для измерения давления и разрежения чаще всего используют переносные приборы: стеклянные двухтрубные манометры (U-об- разные) н наклонные жидкостные микроманометры. Стеклянные двухтрубные манометры — это простейшие приборы, предназначенные для грубого измерения давления и разрежения. Измеряемое давление уравновешивается разностью давлений стол- бов жидкости в двух трубках манометра Р = hy , (5) где Р — давление или разрежение в мм вод. ст.; h — разность столбов затворной жидкости в мм; у— удельный вес затворной жидкости в г/см2. Погрешность измерения этими манометрами зависит от допу- щенных ошибок при определении Л иу. Практически точность от- счета составляет +1 мм высоты столба затворной жидкости. При- менять U-образные манометры не рекомендуется, если разность столбов жидкости в трубках менее 50 мм. Практически U-образными манометрами пользуются при диапа- зоне измеряемого давления и разрежения в пределах 50—600 мм вод. ст., если затворной жидкостью служат этиловый спирт, вода или керосин, и 600—7000 мм вод. ст. — при заполнении трубок манометра ртутью (табл. 4). Таблица 4 Наиболее распространенные затворные жидкости для заполнения жидкостных манометров Затворная жидкость Формула Удельный вес при 20 • С Этиловый спирт С2НБОН 0,79 Керосин — 0,82 Вола Н2О 0.998 Ртуть не 13,546 Наклонные жидкостные микроманометры яв- ляются основными приборами для точного измерения небольших из-
216 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания быточных давлений и разрежений, а также разности давлений. Для большей точности измерений выбирают затворную жидкость ма- лого удельного веса (обычно, этиловый спирт). Давление, измеряемое по наклонному микроманометру, опре- деляют по уравнению Р = йу sin ₽ . (6) Следовательно, при одном и том же удельном весе жидкости и длине шкалы прибора h предел измеряемого давления тем меньше, а точность отсчета тем больше, чем меньше угол наклона ₽. Из микроманометров чаще всего применяют чашечный много- предельный типа ММН (ЦАГИ). Это основной прибор для измере- ния динамического напора газов при определении их скорости пнев- мометрическими трубками. Его можно также использовать для из- мерения давлений и разрежений. Переменный фиксируемый угол наклона измерительной трубки дает возможность широкого измене- ния верхнего предела показаний. Выпускаются такие микромано- метры классов 0,5 и 1 (табл. 5). Таблица 5 Основные характеристики микроманометров типа ММН Постоянная прибора k Пределы показаний в мм вод. ст. Цена деления в мм вод. ст. 0,2 0—50 0,2 0,3 0—75 0,3 0,4 0—100 0,4 0,6 0—150 0,6 0,8 0—200 0,8 Дифференциальные манометры и различные тягомеры, напоро- меры и тягонапоромеры обычно используются в качестве стационар- ных приборов, если ими оснащен исследуемый тепловой агрегат. Иногда для измерения статического давления применяют ме- таллические трубки, вводимые через отверстие в газоходе на не- обходимую глубину. Это трубки конструкций Ильина, Хакена и др. Статический напор можно измерять также нормальной пневмомет- рической трубкой (типа Прандтля), отключив от дифференциально- го манометра канал полного напора. При измерении весьма переменных статических напоров, за- трудняющих точность отсчета по шкале микроманометра, рекомен- дуется использовать зажим (или кран) на соединительной линии от места измерения напора до микроманометра. Количество газов чаще всего устанавливают, определяя скорость протекающих газов, а не непосредственно измеряя их объем; по известным значениям скорости газов и сечению газопровода можно легко найти количество газов. Для определения скорости и количества газов служат пневмо- метрические трубки, измеряющие динамический напор (кинетиче- скую энергию) движущихся газов, пропорциональный квадрату их скорости. Применяют также стационарные дроссельные приборы, если испытуемый агрегат оснащен ими.
Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний 217 1) Измерение скорости и количества газа пневмометрическими трубками Полный напор газового потока равен сумме статического и ди- намического напоров v2 V Р = Рст+Рдин = Рст + -^-, (7) где Р— полное давление в кГ/м2-, Рет —статическое давление в кГ/м2; Рдин— статическое давление в кГ/м2-, v — скорость движения газового потока в л/сек; Y— удельный вес газов в кг/м?\ g— ускорение силы тяжести в м/сек2. Для определения скорости газов достаточно знать их динами- ческий напор. В пневмометрических трубках, например трубке Прандтля (рис. 1), динамический напор находят как разность ме- жду полным и статическим давлением v2 V Р ~ fcT = ^дин = • откуда скорость газов будет: —. («I Пневмометрическая трубка имеет осевой канал, открытый на- встречу газовому потоку, и ряд отверстий по окружности, располо- женных перпендикулярно направлению потока н объединенных в общий канал. Первый воспринимает полный напор, а периферий- ные отверстия — статический. Дифференциальный манометр (обыч- но микроманометр типа ММН), соединенный с выводными кон- цами трубки, показывает величину разности между этими напорами и значение динамического напора, до которому находят скорость газового потока v в данной точке. Так как пневмометрические трубки могут отличаться одна от другой, что отражается на точности измерения й’дин. их подверга- ют индивидуальной тарировке в аэродинамической трубе, в резуль- тате чего находят поправочный коэффициент К (коэффициент трубки). Тогда Р —р' К. где Р дин— истинная величина динамического напора в кГ/м2-, Р'лт — замеренная величина динамического напора в кГ/м2, и скорость потока будет ., Г 2g . v = Л/ ~ Р„ипк , (9) где у/ — удельный вес газов при рабочих условиях в кг/м3,
218 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания Удельный же вес газов определяют с помощью следующих уравнений: а) при сухом газе (к сухим газам можно отнести те, влажность которых незначительно отличается от влажности атмосферного воз- духа при температурах не более 20—30° С) То(В±<ст_)?73 и 760(273+f) ' 1 Рис. 1. Пневмометрическая трубка (типа Прандт- ля) Здесь у0 — удельный вес сухого газа при нормальных условиях (0° С и 760 мм рт. ст.) в кг!нмъ\ находят его из вы- ражения Y° 100 1004 100’ где а, b ..п —объемное содержание компонентов газа в %; Ya- Yb....Yn —удельный вес компонентов при нормальных усло- виях в кг/нм3; В — барометрическое давление в мм рт. ст.; Рст —давление ( + ) или разрежение (—) в газопрово- де в мм рт. ст.; t—температура газового потока в месте измерения его скорости в °C; б) при влажном газе (Yo+ d) 273 (В ± Рст) (11) Y« = d \ «’ БЖ,)*273^-760
Г лава 1. Параметры теплотехнических испытаний 219 или после упрощения 0,289(То-М)(В ±Л:т) V/ =--------------------. (0,804 4-d)(273+О (12) Здесь , Р ст» В и t — имеют то же значение, что и в формуле (Ю); d — влагосодержание газов, отнесенное к нор- мальному кубометру сухих газов, в кг!нм3 сух. Рис. 2. Установка пневмометрической трубки в газопроводе / — пробка; 2— указатель; 3— стальной пруток (010— 12 мм) Так как пневмометрические трубки являются «точечными» при- борами, при их помощи измеряют скорость газового потока лишь в одной точке сечения газопровода. ’ На практике скорость газов по сечению распределяется несим- метрично. Поэтому определение количества газов по скорости их в одной точке газопровода будет неточным; важно знать не только скорость потока в данной точке, но и среднюю скорость всего по- тока. С этой целью все сечение газопровода делят па ряд участ- ков равной площади, и пневмометрическими трубками измеряют скорость в каждом из этих сечений (рис. 2). Если газопровод круглый, его сечение разбивают на ряд кон- центрических колец равной площади. Рекомендуется следующее количество колец: при диаметре газопровода 200; 200—400; 400— 600; 600—800; 800—1000 и свыше 1000 мм— соответственно 3; 4; 5; 6; 8 и 10 колец. Скорость газового потока желательно измерять в четырех точках каждого кольца, расположенных на пересечении двух взаимно-пер- пендикулярных диаметров газохода со средними окружностями ко-
220 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания лец. При этом диаметр средней окружности определяют по следую- щей формуле: <13) у zn где Dx — диаметр средней окружности х-го кольца в л; D — внутренний диаметр газохода в м; х— порядковый номер кольца (считая от центра); п — число колец. В ряде случаев расчет облегчает использование следующих дан- ных (табл. 6). Таблица 6 Диаметры средних окружностей в долях от внутреннего диаметра трубопровода при 0 = 1 Число колец 3 4 5 6 7 8 3 10 0,409 0,354 0,316 0,29 0,267 0,25 0.236 0,224 0,707 0,612 0,543 0,5 0,466 0,433 0,406 0,388 0,914 0,79 0,707 0,646 0,597 0,559 0,523 0,5 0,936 0.836 0,764 0,707 0,661 0,624 0,592 0,949 0,866 0,805 0,752 0,707 0,671 0,957 0,855 0,829 0,782 0,741 0,964 0,902 0,851 0,805 0,968 0,914 0,866 0,972 0,922 0,975 Расстояние от точек замеров до внутренней стенки газопровода определяют из выражения i = ±£>х). (14) где Dx~- находят по формуле (13) или из табл. 6; I — расстояние от внутренней стенки газохода до ближайшей точки замера на данном кольце ( + ) н до дальней точки замера на том же кольце (—) в м. Если сечение газохода прямоугольное, его делят на ряд равно- великих прямоугольников. Точки замеров располагают в центре их тяжести на пересечении диагоналей. Число прямоугольников, на кото- рое разбивается сечение газохода, определяют из такого расчета, чтобы сторона каждого из прямоугольников не превышала 150— 200 мм. Разбивают сечение газохода рейкой с соответствующей размет- кой. Для этого на рейку наносят размер внутреннего диаметра газо- хода, отмечают его центр, по обе стороны от которого откладывают предварительно подсчитанные значения радиусов точек измерения. Чтобы обеспечить большую точность при измерении средней ско- рости газового потока пневмометрическими трубками, желательно
Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний 221 снимать поля скоростей на прямолинейном участке газопровода воз- можно большей протяженности, удаленном от дымососов, вентилято- ров, шиберов и т. п. При снятии поля скоростей газового потока одновременно реги- стрируют температуру потока, статическое давление в газопроводе и барометрическое давление, а по этим данным определяют удельный вес рабочего газа. Среднюю скорость газов по всему сечению газо- провода находят как среднее арифметическое из значений их скоро- сти в точках замеров (15) где ш — число точек измерения; , vx.. .v%— соответствующие нм скорости газов в м/сек. Чтобы облегчить измерения, заранее находят коэффициент рас- пределения скоростей газов по сечению газопровода оср , который представляет собой отношение средней скорости оср к осевой (мак- симальной) о0: При снятии поля скоростей рекомендуется также одновременно изме- рять динамический напор в данной точке н на оси трубопровода. За- тем находят не сачи скорости газов, а их отношения, пропорцио- нальные корням квадратным из величины динамических напоров: где а', а" — коэффициенты распределения скоростей потока в дан- ных точках; hx, hx—измеренные динамические напоры в соответствующих точках сечения газохода в мм вод. ст.; Ло, Ло-величины одновременно замеренных динамических напо- ров по оси газохода в мм вод. ст. Для одновременного замера динамических напоров по осн газохода и в данной точке сечения необходимы пневмометрические трубки с равными коэффициентами К- В противном случае в подкоренное вы- ражение следует подставлять значение истинного, а не измеряемого динамического напора. По величине а для отдельных точек замеров находят его сред- нюю величину для всего сечения Еа аСр — > (18) г m где m — число точек измерения скорости в данном сечении газохода.
222 РАЗДЕЛ 11. Теплотехнические испытания Для определения средней скорости потока газов в данном сече- ннн достаточно измерить осевую скорость оСр = аср До- (19) Расход газов через сечение газопровода находят по формуле V = Dcpf-3 600, (20) где F — площадь поперечного сечения газопровода в м2. Рис, 3. Водоохлаждаемая пневмо- метрическая трубка конструкции ВТИ Пневмометрические трубки обычно изготовляют из латуни и стали. Трубки для измерения температуры газов, не превы- шающей 200° С, паяют оловом, а для более высоких темпера- тур — крепкими припоями, на- пример серебром. При температурах газового потока выше 400—500° С сле- дует применять трубки, охлаж- даемые водой, например пнев- мометрическую трубку ВТИ (рис. 3). Не рекомендуется пользоваться пневмометриче- скими трубками, если скорость газового потока в данном сече- нии ниже 5 м)сек (из-за сни- жения точности замеров). При тщательном выполне- нии замера пневмометрические трубки дают возможность оп- ределить скорость газового по- тока с точностью до 1—2%- Пневмометрические трубки следует периодически проду- вать при помощи груши, насо- са или воздуходувки и, кроме того, периодически очищать их наружную поверхность от об- разовавшихся наростов пыли, искажающих коэффициент трубки К. Во избежание конденсации водяных паров (что влияет на по- казания прибора) рекомендуется перед измерениями подогревать трубку. Для снятия поля скоростей газового потока в газопроводе дела- ют отверстия диаметром 40—50 мм, после чего к кожуху привари- ваются короткие штуцеры из газовых труб (длиной 40—50 мм) с внутренним диаметром 50 мм. Пневмометрические трубки вводят в резиновые пробки, которые затем плотно вставляют в штуцеры. Для уменьшения колебаний уровня в микроманометре, затруд- няющих точность отсчета, можно применять дополнительное сопро- тивление в виде стеклянного капилляра (длиной 2,5—5 см), вводимо- го в импульсную линию от канала полного напора трубки до микро-
Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний 223 манометра. Необходимую длину капилляра подбирают опытным пу- тем; если при значительных колебаниях динамического напора колеба- ния по микроманометру незначительны, то это значит, что сопротивле- ние капилляра подобрано правильно. С этой же целью в момент от- счета можно также зажимать соединительные трубки особым зажи- мом. 2) Измерение количества газов дроссельными приборами В качестве дроссельных устройств, искусственно сужающих сече- ние трубопровода, применяют нормальные диафрагмы, нормальные сопла и трубы Вентури. Наибольшее распространение получили нор- мальные диафрагмы. Для практических расчетов по вычислению часового расхода га- зов, протекающих через диафрагму, служат следующие уравнения: У= 12 520 ae/fy d2 ]/ — (21) Г Nt или G = 12 520 ае Kt tP V Apyz . (22) где а— коэффициент расхода; е — поправочный коэффициент на расширение измеряемой среды; d — диаметр проходного сечения диафрагмы в м; Kt — поправочный коэффициент на тепловое расширение проход- ного сечения диафрагмы, зависящий от температуры изме- ряемой среды; Nt—удельный вес измеряемой среды до диафрагмы в кг/м3; Ар — перепад давления на дроссельном устройстве в кГ/м3. Для измерения количества газов, отбираемых из газопровода, при определении запыленности (до 500—600 л/мин) используют реометры. Реометр состоит нз двух основных частей: а) дроссельной диафрагмы (сужения), обычно стеклянной или металлической; б) дифференциаль- ного манометра. Шкала реометра градуируется в л/мин. На шкале указывают также, при какой затворной жидкости градуировали диф- манометр. При определении запыленности газов часто пользуются отдельны- ми стеклянными диафрагмами (например, конструкции Гинцветмета), соединяемыми с дифференциальным манометром резиновыми трубка- ми. В этом случае количество газа, проходящего через диафрагму, оп- ределяют по уравнению где V — расход газов через диафрагму в л/мин-, с — расходный коэффициент диафрагмы, включающий коэффи- циент расхода а и некоторые другие величины, в л/минм*'5", е—то же, что и в уравнении (21). Для стеклянных диафрагм е =0,97; Др — перепад давления на диафрагме в мм вод. ст. .
224 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания Ввиду того что расходный коэффициент стеклянной диафрагмы не является постоянным и загянит от числа Рейнольдса, стеклянные диафрагмы требуют индивидуальной тарировки. Их достоинство — стойкость по отношению к агрессивным компонентам газового потока, Б. ЗАПЫЛЕННОСТЬ ГАЗОВОГО ПОТОКА Для определения степени запыленности газового потока рекомен- дуется выбирать длинные прямые участки газоходов. Предпочтитель- нее вертикальные участки, а не наклонные и горизонтальные, в кото- рых наблюдается более неравномерное поле запыленности. Если нужно измерить запыленность на коротком участке прямо- го газохода, точку замера выбирают не в середине участка, а ближе к его концу (по ходу газов). Вначале делают несколько параллель- ных замеров в разных точках сечения газохода, чтобы определить равномерность распределения пыли. Если запыленность в различных точках сечения различна, то средневзвешенную запыленность нахо- дят с учетом количества газов, соответствующего этим точкам. Загнутый конец пылезаборной трубки, устанавливаемой навстре- чу газовому потоку, должен располагаться параллельно газовому потоку. С увеличением угла наклона заборной трубки к потоку газов и размеров частиц пыли возрастает погрешность измерения. Скорость газового потока в устье загнутого конца заборной трубки должна быть равной скорости газов в той же точке сечения газохода. Для определения запыленности газов в цементной промышленно- сти обычно используют метод внешней фильтрации газов через бу- мажный фильтр. Его можно применять в тех случаях, когда газы не. содержат значительного количества агрессивных компонентов и при- месей, а пыль не слишком липкая и не засоряет канала в заборной трубке. Запыленность по этому методу определяют следующим образом (рис. 4). Запыленный газ отбирают из газохода заборной трубкой и фильтруют его через коническую гильзу, склеенную из нормальной фильтровальной бумаги. Взвешенную с точностью до il мг (на ана- литических весах) гильзу вставляют в патрон. После этого включают воздуходувку и устанавливают заборную трубку в заданной точке. При помощи зажимов быстро устанавлива- ют заданный режим отбора газа, и сразу же заборную трубку пово- рачивают в рабочее положение навстречу газовому потоку. Очищен- ный газ после патрона поступает в диафрагму (реометр) и далее в вакуум-насос (воздуходувку). Перепад давления на диафрагме изме- ряют дифференциальным манометром. Перед реометром с помощью термометра устанавливают температуру газа, а манометром с ртут- ным заполнением — разрежение. Зажим позволяет изменять величи- ну подсоса наружного воздуха в воздуходувку и тем самым регули- ровать скорость отбора газа из газохода через заборную трубку и реометр. Чтобы скорость отбора газа через заборную трубку соот- ветствовала требуемой, измеряют скорость, газового потока в газо- ходе с помощью пневмометрической трубки и микроманометра. Тем- пературу и давление (разрежение) газа в газоходе устанавливают при помощи термометра и манометра. Длительность отбора газа зависит от степени его запыленности и мощности воздуходувки. Перед началом испытаний приведенную
Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний 225 Рис. 4. Схема установки для определения запыленности газов методом внешней фильтрации / — газоход: 2— заборная трубка; 3 — коническая гильза; 4— латрои; 5 —резиновая пробка. 6 — диафрагма (реометр); 7 — вакуум-насос (воз- духодувка): 8 — дифференциальный манометр; 9 — термометр; 10— ма- нометр с ртутным заполнением; // — тройник: /2— зажимы; 13— пони- жающий трансформатор; 14 — пневмометрическая трубка; 15 — микро- манометр; 16 — термометр; 17 — манометр Рис. 5. Газозаборная трубка для внешней фильтрации 15—1621
226 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания схему установки проверяют на герметичность; если схема герметич- на, уровень затворной жидкости в дифманометре остается на нуле. После нескольких опытов используемую для внешней фильтра- ции газов заборную трубку (рис. 5) прочищают, извлеченную из нее пыль взвешивают, а полученную величину делят на число замеров. Результат определения учитывают при расчете запыленности газо- вого потока. Перед замерами запыленности газов необходимо рассчитать раз- мер наконечника и скорость отбора газа. Скорость газа в наконечнике должна быть равна скорости в дан- ной точке газохода, а скорость газа в заборной трубке — не ниже 25 м/сек. Уравнение равенства расходов газа через наконечник и за- борную трубку имеет вид . sd? zd| —i25 = — wt, 4 4 (24) где di — внутренний диаметр трубки в мм; d2 — внутренний диаметр наконечника в мм; W2 — скорость газа в данной точке в м/сек. Отсюда требуемый диаметр наконечника будет 5dt ds= -- , V Щ а для наиболее распространенного диаметра газозаборных трубок 4 мм da — 20 Если невозможно подобрать наконечник с диаметром, получен- ным из расчета, следует использовать наконечник с ближайшим большим диаметром. Когда применяют реометр заводского изготовления, градуирован- ный для параметров газа, отличающихся от измеряемых, расход га- за рассчитывают по формуле K=0,347d3 (25) V у'о (273-f-Ir) Вк (В — Рр) где V — количество отбираемого газа в л/мин; d — диаметр наконечника в мм; Един—динамический напор газа в данной точке газохода в лиг вод. ст.; Рт—давление (+) или разрежение (—) в газоходе в мм рт. ст. tK — температура газа, прн которой градуировалась шкала реометра, в ° С; fp—температура газа у реометра в °C;
Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний 227 Y o— удельный вес газа при 0° С и 760 мм рт. ст., на который градуирована шкала реометра, в кг/нм3; t r— температура газа в газоходе в месте отбора пробы в ° С; Вк—давление, при котором градуирована шкала реометра, в мм рт. ст.; Рр — разрежение у реометра в мм рт. ст. Количество газа, отобранного за все время опыта, находят по формуле Vo = 0,6 V Ук(в—рр) Z( (26) То(273+/Р) где Vo — количество газа, отобранного за время опыта, в нл; Y k— удельный вес газа, на который был калиброван реометр (указано на шкале реометра), в кг/м3; Y o—удельный вес газа, отбираемого из газохода, приведенный к нормальным условиям, в кг/нм3; z — время отбора газа в мин. Когда количество газа определяют не заводским реометром с го- товой шкалой, а диафрагмой и дифманометром, расчеты ведут по формулам, приведенным ниже. Необходимый для правильного отбо- ра газа перепад давления, отсчитываемый по дифманометру прн за- полнении его водой, будет h ~ о 046 (2^±-'₽) (В-±^ ~ ’ с3 (273 + <г) (В — Рр) где с — коэффициент диафрагмы (дается в паспорте диафрагмы); h — требуемый перепад давления на диафрагме (по дифмано- метру) в мм вод. ст. В этом случае количество газа, отобранного за время опыта, составит (27) h(B-Pp) Yo(273 + /p) С учетом вычисленного количества газов запыленность газового потока в разных точках газохода определяют по формуле (g + « + 5)1000 q----------------------------------- Vo» 0,58с z. (28) (29) Vo1 где <; — запыленность газов в г/нм3; g— привес фильтровальной гильзы в г; а — поправка на количество пыли, осевшей в заборной трубке в е; Ь — поправка на изменение веса контрольной гильзы в г. Определив запыленность газа для каждой намеченной точки се- чения газохода, находят средневзвешенную запыленность <7i Wi + <72 w2 Н-1- qn wn Qcp —-------------------------- (30) Wi + W2 н----f- wn где <7i, <72, -Qn — запыленность в первой, второй н т. д. точках в г/нм3; и>2,..и>п — скорость газа в тех же точках в м/сек.
228 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания Часовой унос пыли определяют по формуле С=^а39ер. (31) где G — унос пыли через данное сеченне газохода в г/ч; Ууаз —объем газа, проходящего через данное сечение в час, в нм*!ч. 6. ОБЪЕМ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ При теплотехнических испытаниях вращающихся печей, работа- ющих по мокрому способу, расход шлама обычно определяют по вре- мени наполнения контрольного бачка, емкость которого предвари- тельно тщательно измеряют. При испытаниях время наполнения конт- рольного бачка проверяют через 10—15 мин секундомером. Для вращающихся печей, работающих по сухому способу, и шахтных печей расход сырья устанавливают путем его взвешивания на автоматических или сотенных весах. Как исключение, допускается определение расхода сырья по материальному балансу на основании данных о выходе клинкера, количестве пылеуноса и расходе топлива. Пробы сырья для определения его влажности, потерь при прока- ливании. содержания СОа и СаО, тонкости помола, веса литра шлама (прн мокром способе производства) и других характеристик отбира- ют ежечасно. Среднюю за испытание пробу подвергают полному химическому анализу. При отборе проб сырья, поступающего в печь, измеряют его температуру. Выход клинкера из печи определяется путем непосредственного взвешивания на автоматических или сотенных весах с промежуточ- ным бункером. При этом определении необходимо учитывать все по- тери клинкера (клинкерную пыль, оседающую в горячей камере, вы- сыпающуюся из рекуператсрных, барабанных или колосниковых холо- дильников, и т. п.). Проба клинкера отбирается ежечасно на выходе из холодиль- ника. Вес 1 л клинкера н содержание в нем свободной извести из- меряются также через каждый час. Из часовых проб составляют сред- нюю за испытание пробу, которую подвергают химическому анализу и физико-механическим испытаниям. Для того чтобы выявить все изменения в работе печи во време- ни, проводят хронометраж, регистрируя при этом следующие показа- тели: 1) длительность работы печи отдельно на полном и тихом ходу; 2) продолжительность н причины остановок печи; 3) положение шибера или регулятора оборотов двигателя дымо- соса; 4) перерывы в подаче топлива и сырья; 5) нарушения в работе печи, холодильников и других устройств. При теплотехнических испытаниях сушильных барабанов также определяют расход влажного и выход высушенного материала и про- изводят хронометраж их работы. Ниже (в табл. 7 и 8) приведены данные об объеме основных измерений при теплотехнических испы- таниях наиболее характерных агрегатов.
Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний 229 по мокрому способу производства
Продолжение табл. 7 Измеряемый параметр Место замера Приборы илн приспособления Время регистрации пока- заний б) газообразного в) жидкого Газопровод перэд форсункой Мазутопрэвод перед форсункой Термометр в гильзе или самопишу- щий стационарный прибор То же Через 30—60 мин То же Количество первичного воздуха Нзггегательный воздухопровод от дутьевого вентилятора высокого давления к форсунке Пневмометрическая трубка, микро- манометр типа ММН По мере изменения ре- жима работы ВВД Статическое давление первичного воздуха Воздухопровод перед форсункой U-образный манометр со шкалой С00 мм вод. ст. То же ^Температура первичного воздуха Воздухопровод перед форсункой Термометр технический со шкалой 100°С Через час Выход клинкера После холодильника клинкера, пе- ред подачей на склад Автоматические весы или весы с промежуточным бункером Непрерывно Температура клинкера, выходящего из холо- дильника На выходе нз холодильника Пирометрическая кружка с ого- ленным спаем термопары, милли- вольтметр переносный типа МПП соответствующей градуировки Через час Отбор проб клинкера На выходе из холодильника Совок, банка То же Расход шлама Загрузочная площадка печи Секундомер — по измерению време- ни наполнения контрольного бач- ка шламом Через 10—15 мин Продолжение табл. 7 Измеряемый параметр Место замера Приборы илн приспособления Время регистрации по- казаний Температура шлама Питатель Термометр технический со шкалой до 50—100°С Через час Отбор проб шлама Питатель Бюксы То же Состав отходящих газов: а) пыл еу голе ное нлн жидкое топливо б) газообразное топ- ливо У обреза загрузочного конца печн То же Газоанализатор ОРСа и газозаборная трубка Газоанализатор ОРСа Отбор газов в аспираторы для после- дующего полного анализа в лабора- торных условиях аппаратом ВТИ-2 Через 15—20 мин Через 30 мин Непрерывно Подсосы наружного воз- духа Газовый тракт Приборы ОРСа По мере необходимости Температура отходящих газов У обреза загрузочного конца печи Термопары хромель-алюмелевые, хромель-копелевые с милливольт- метрами типа МПП соответствую- щей градуировки Через 30 мин Температура газов по длине вращающейся печи Через лючки в корпусе печн Термопары платина платинородие- вые и хромель-алюмелевые отса- сывающие, милливольтметр типа МПП, рота цио нн ая воздуходувка, провод, резиновый шланг По мере надобности Температура и отбор проб материала по дли- не вращающейся печи Через пробоотбориые лючки в кор- пусе печи Пирометрическая кружка и милли- вольтметр соответствующей гра- дуировки, термометр технический со шкалой до 300°С, бюксы То же Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания —-----------------------------------------——-
Продолжение табл. 7 16-1621 Измеряемый параметр Место замера Приборы илн приспособления Время регистрации по- казаний Разрежение У обреза загрузочного конца печи Микроманометр типа ММН, U об- разный манометр. импульсная трубка Через час По газовому тракту (в том числе перед дымососом) То же По мере необходимости Количество отходящих газов Прямой участок газового тракта от пыльной камеры до дымовой трубы или дымовая труба Пневмометрические трубки и мик- романометры типа ММН, термо- пары типа ТХА или ТХК с милли- вольтметрами, термометр техни- ческий до 500эС Одни раз в сутки Запыленность отходящих газов н безвозвратный унос То же Установка для замера запыленности, в том числе: газозаборные трубки, патроны, ротационные воздуходув- ки, реометр, пиевмометрическая трубка с микроманометром, термо- метры технические, U образные манометры трансформатор, рези- новые шланги вакуумные и т. п. (по методике Гинцветмета) То же Продолжение табл. 7 Измеряемый параметр Место замера Приборы нли приспособления Время регистрации по- казаний Отбор пробы уноса Пыльная камера или газоход от пыльной камеры до дымососа (при замере запыленности газов в ды- мовой трубе пробу уноса отбира- ют также в дымовой трубе) 1. Отсосная трубка с патроном и фильтром 2. Ротационная воздуходувка 3. Бюксы илн герметичные банки Один раз в сутки Температура корпуса пе- чн и холодильника Корпус печи и холодильника Поверхностная термопара с перенос- ным милливольтметром или термо- метр технический (закрепляемый на корпусе с помощью постоянно- го магнита) Один раз аа испытание Температура окружаю- щей среды Помещение цеха обжига Термометр технический со шкалой до 100°С Через час Хронометраж работы пе- чи Площадка машиниста вращающейся печи Часы или секундомер Непрерывно Кроме того, в заводск ой лаборатории по общепринятой Meroj шке определяют технологические показ атели работы печн РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания_ Гмва ; Параметры теплотехнических испытаний
Таблица 8 Программа измерений и условия их проведения при теплотехническом испытании сушильных барабанов Измеряемый параметр Место замера Основные приборы и при- способления Время регистрации показаний Расход топлива: а) твердого (слоевое сжи- гание) б) газообразного в) жидкого Перед подачей его к топкам Газопровод перед горелками Мазутопровод перед форсун- кой Весы сотенные или десятичные, ваго- нетки, тачки и т. п. Дифференциальный манометр с нор- мальной диафрагмой Дроссельная диафрагма с дифмано- метром или мерные резервуары По мере взвешивания Постоянно или через 5 мин Постоянно или по мере наполнения резервуаров Отбор средней пробы топлива: а) твердого б) газообразного в) жидкого Перед поступлением в топки Газопровод перед горелками Мазутопровод Совки, банки (в том числе с притер- тыми пробками), набор сит для си- тового анализа Аспираторы Сборный сосуд Через час Непрерывно или через час Непрерывно Температура топлива Перед поступлением топлива в топки Термометр со шкалой до ICO'C Через 30—GO мин Количество шлака, провала через колосники и осевше- го уноса топлива В разных точках агрегата Сотенные или десятичные весы По мере удаления Отбор проб шлаков, провала и уноса топлива н их тем- пература В местах их образования или осаждения Бюксы или банки с притертыми проб- ками, совки, термометры техниче- ские и термопары хромель-алюмс- левые с милливольтметрами Через час Расход влажного материала Перед поступлением в бара- бан Весы автоматические или сотеииые Периодически или посто- янно Продолжение табл. 8 Измеряемый параметр Место замера Основные приборы и приспо- собления Время регистрации показаний Отбор проб влажного мате- риала и измерение его тем- пературы То же Бюксы или банки с притертыми проб- ками. Технический термометр до 50—100°С Через 30—G0 мин Выход высушенного матери- ала После сушильного барабана Сотенные весы с' промежуточным бункером Периодически или посто- янно Отбор проб и температура высушенного материала То же Бюксы ил, емкости с притертыми пребкам i Термометры технические со шкалой до ЗОС-С Через 30—60 мин Выход осевшего уноса мате- риала Пыльная камера, циклон и т п. Сотенные или десятичные весы В коице испытания ил г по мере удаления уноса Отбор проб осевшего уноса материала и его темпера- тура То же Бюксы или емкости с притертыми пробками, технический термометр до 30G®C Во время удаления осев- шего уноса Количество безвозвратного уноса материала Газоход от пыльной камеры до дымовой трубы или ды- мовая труба Установка для замера запыленности, в том числе: газозаборные трубки, наконечники, патроны, ротационные воздуходувки, реометр, пневмомет- рическая трубка с микроманомет- ром, термометр технический, U-об- разные манометры, трансформатор и т. п. Один раз за период испы- тания Количество воздуха, поступа- ющего в топку Нагнетательный воздухопро- вод от дутьевого вентилято- ра к топке П невмометрическая трубка, микро- манометр типа ММН По мере изменения режи- ма 234 РАЗДЕЛ И. Теплотехнические испытания ____ Глава 1. Параметры теплотехнических испытаний СП
236 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания Продолжение табл.
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 237 После того как в результате замеров сделаны все необходимые поправки, определяются истинные значения измеренных величин. Уточненные средние результаты измерений сводятся в единую табли- цу и служат исходным материалом для составления теплового ба- ланса агрегата и анализа его работы. Для составления же теплового баланса печи необходимо предварительно составить ее материаль- ный баланс. Глава 2 ТЕПЛОВЫЕ БАЛАНСЫ ЦЕМЕНТНЫХ ПЕЧЕЙ И СУШИЛЬНЫХ БАРАБАНОВ 1. МАТЕРИАЛЬНЫЕ БАЛАНСЫ ПЕЧЕН Материальный баланс составляют по весу материалов на 1 кг клинкера по следующей форме (табл. 9). Таблица 9 Форма материального баланса Расход Приход показатели количество в кг В % по весу. № п/п показатели количество в % по весу 1 Топливо 2 Сырье 3 Воздух (первичный, вторичный): а) сухой воздух б) пары воды Клинкер Уиос Отходящие газы: а) сухие газы б) пары воды Воздух, выбрасыва- емый в атмосферу из колосникового холодильника Невязка Итого... 100 Ниже представлен расчет отдельных статей материального ба- ланса. 1) Топливо а) Удельный расход твердого нли жидкого топлива (на 1 кг клин- кера): GT £=7^ ^кл (32)
238 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания где б) Удельный расход газообразного топлива: ь = ioofc, (со2Yco-+ соР Yco + снР YcH‘+ н2 YH. + + О2Р То, + N£ TN, + н*ор Yh2o) (33) GT — расход твердого или жидкого рабочего топ- лива за период испытания в кг; GJ — расход газообразного топлива за период ис- пытания в н.п3; Скл — выход клинкера за период испытания в кг; COJ?,COp,CHjj, Н£, Ор, Np, Н2ОР —содержание соответствующих компонентов в рабочем топливе в %; Yco,1 Yco > • • "Yh,o — удельный вес соответствующих компонентов в рабочем топливе в кг)нм3. Прн определении расхода твердого топлива путем взвешивания натурального расход рабочего топлива находят по формуле ° 100 — Щр (34) где Gj — расход за период испытания натурального топлива в кг; . Wo — относительная влажность натурального топлива в %; —относительная влажность рабочего топлива в %; К — коэффициент потерь в утлеподготовптельном отделении. По опытным данным К=0,98 -т- 0,99. 2) Сырье а) Расход сырья: С Gc = _.— [кг/кг клинкера]. (35) Окл (С — расход сырья за период испытания в кг). б) Расход сухого сырья: _ Gc(100—W-) G£ — ------------- [кг/кг клинкера], (36) IU J (щс —средняя за период испытания влажность сырья в %). в) Расход прокаленного сырья: е Gcc[100-(n.n. п.)с] <?п =----------—---------]кг/кг клинкера], (37) ](п.п.п.)с—потери при прокаливании сухого сырья в %]. г) Расход углекислоты: G^CO2 (соэ,)= — [кг/кг клинкера] > (38) ' *' 100
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов239 СО2 — содержание СО2 в сухом сырье в %. д) Расход углекислого кальция: G£ СаОс ССаСО. = 77---- 1кг1кг клинкера] • 00 (СаОс —содержание карбонатной СаО в сухом сырье в %), е) Расход углекислого магния: GMfiCO, =--------100-44--------------- [кг,кг кли1,кеРа1’ ж) Расход физической воды: Gptoc (С») = Ю0-шс [кг,кг линкера]. з) Расход гидратной воды: G£ Г(п. п. п.)с — COjl ( °Н2о) =----------777--------1 1кг1кг клинкера]. (39) (40) (41) (42) 3) Выход уноса а) Выход прокаленного уноса: Г (п- п- П-)К1 сп = °п + — [*—----^5—] 1кг1кг клинкера], (43) где — содержание прокаленной золы в рабочем топливе в %; (п.п.п)к — потери при прокаливании клинкера в %. б) Выход сухого уноса: G^-100 С‘ = 100 —(п.п. п.)У1кг,Кг K™HKepal (44) [(п.п.п.)У — потери при прокаливании уноса в %]. в) Выход уноса: G*-100 Gy = 777----v~ [кг/кг клинкера] (45) 100—иг (и>У—влажность уноса в %). г) Выход углекислоты: Gy-COg Geo ~ —777— [кг/ка клинкера] (46) а 1мм (СО^—содержание СО2 в сухом уносе в %). . ,
240 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания д) Выход углекислого кальция: G* СаОу GCaC0, =----«---- 1кг/кг клинкера] (47) (СаОу—содержание карбонатной СаО в сухом уносе в %), е) Выход углекислого магния: Г у СаОу-441 С°2- 1 5b 1 84,32 °Мвсо«’= 100 44 ж) Выход физической воды: Gytay G* = 1кг1кг клинкера]. з) Выход гидратной воды: Д1. п. п.)у — СО^] ----------------[кг/кг клинкера]. [кг/кг клинкера]. (48) (49) °н,о — 100 (50) При определении уловленного уноса путем его взвешивания и расчета безвозвратного пылеуноса по запыленности отходящих газов используют формулу Vv’ Gy = Gy + Gy = ~ + Vo r <7cp [кг/кг клинкера] , (51) ^кл где Gy—удельный выход уловленного уноса в кг/кг клинкера; Gy —удельный выход неуловленного уноса в кг]кг клинкера; Vy—выход уловленного уноса за период испытания в кг; Vo-r— выход отходящих газов в нм?]кг клинкера; qCp — средняя запыленность отходящих газов в кг]нм?. Дальнейший расчет ведется для уловленного и неуловленного уно- са отдельно по приведенным выше формулам (43)—(50). 4) Выход отходящих газов и расход воздуха Эти статьи баланса определяются на основании данных о хими- ческом составе сырья, элементарном составе топлива и результатов анализа отходящих газов. Выход сухих газов: „ (^(Ко,)полн+^Со,)100 vc.r =----7—Г_ - 7 -и-------[нл’/кг клиякера], (52) КО2 + СО СНд где V (до,)полн —объем трехатомных газов в продуктах сгора- ния топлива в нм?]кг топлива; ROj, СО, СН«— содержание соответствующих компонентов в сухих отходящих газах в %.
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов24\ Объем трехатомных газов в продуктах сгорания топлива составит У(№ )пэлн = °-0186 [ Ср + 0,368Sp + 0,273 (СО*)] [нм3/кг топлива], (53) где Ср, Sp— содержание углерода и серы в рабочем топлиие в %; (СО*) —содержание в рабочем топливе карбонатной углекисло- ты, перешедшей в продукты сгорания, в %. а) Выход сухих трехатомных газов: Уг.г ro2 Удо2 =---100— 1нл<3/кг клинкера]. (54) б) Выход СО Уг.г СО , Усо = ——— [нм3/кг клинкера]. (55) в) Выход СН4: Ус г сщ Усн, =---— [нм3/кг клинкера]. (56) г) Выход Н2: Ус.гН2 Ун2—-----Jqq— [нм3/кг клинкера]. (57) д) Выход О2: Ус ГО2 УОг= —[нм3/кг клинкера]. (58) е) Выход N2: , Усг N2 yNj = —— [нм3/кг клинкера]. (59) ж) Выход паров воды: vh2o = VH2O + 1/и+ vhzo 1нм31кг клинкера], (60) где выход паров Н2О из топлива в нм3/кг клинкера; У^, Уно—выход физической и гидратной воды нз сырья в нм3/кг клинкера. Ун2о = 0.0124 (9Нр+шр+ 0,11.ad^-b[HM3/KZ клинкера], (61) где La —действительный расход воздуха в нм3/кг топлива; dB — влагосодержание воздуха, принимается обычно равным 8 г/нм3. Gw У£,= ~----- [нм3/кг клинкера]; (62) НгО ин О Уно = V 2 [нм3/кг клинкера], н,о (63)
242 РАЗДЕЛ 11. Теплотехнические испытания здесь Yh о — удельный вес паров НгО в кг)нм2. з) Выход отходящих газов: V0.r = Vc.r + VH2O 1нм3!кг клинкера]. (64) Расход воздуха Ver N, V® = ——— [нл13/«г клинкера] • (65) Объемное количество воздуха и отходящих газов переводят в весовое, умножая полученные значения на соответствующие удель- ные веса газов (табл. 10). Т а б л и ца 10 Молекулярные и удельные веса некоторых газов Газы Химичес- кая формула Молеку- лярный вес Удельный вес в кг!нм? при (° С и 160 мм pm. cm. Азот Nj 28.(2 1,251 Водород на 2,016 0,0898 Водяной пар Н2О 18,02 0,804 Воздух сухой — 28.95 1,293 Кислород О, 22 1.429 Метан сн, 16.04 0.716 Окись углерода со 28.(6 1,25 Сернистый ангидрид soa 64,07 2,926 Углекислый газ соа 44,01 1,9145 2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ БАЛАНСОВ ПЕЧЕЙ Составленный материальный баланс печи является исходным ма- териалом для расчета теплового баланса. Чтобы определить статьи как прихода, так и расхода тепла, используют данные, которые вна- чале уже были определены в материальном балансе, а также резуль- таты теплотехнических измерений. Например, нужно найти потери тепла с отходящими газами. Для этого учитывают выход отходящих газов на 1 кг клинкера, отраженный в материальном балансе, и сред- нюю температуру отходящих газов, вычисленную по результатам теплотехнических испытаний. Тепловой баланс клннкерообжигательиой печи составляют из 1 кг клинкера. Няже приводятся данные для расчета статей тепло- вого баланса на основании результатов теплотехнического испытания печи.
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 243 1) Химическая энергия топлива: = 4QP [ккал/кг клинкера], (66) где Qp — низшая теплотворная способность рабочего топлива в ккал)кг-, Ь — удельный расход топлива на обжиг в кг/кг клинкера. 2) Физическое теплосодержание топлива: QJ=fcCT /т [ккал/кг клинкера], (67) где ty —температура топлива в °C; Сг — теплоемкость топлива в ккал!кг град. Для твердого топ- лива Ст~0,3 ккал!кг град, для жидкого топлива Ст« «0,5 ккал/кг град, для газообразного топлива: Ст = 100 (С°2₽ Ссо> + С°₽ Ссо + СН4 Ссн.+ + СНг + OP COj + NP CNj + Н,ОР CHjO). Здесь СО£,СОР,СН!|,Н!?,О£, N£, Н2ОР—теплоемкость соответствую- ющих компонентов в рабочем топливе в %; Ссо/ Ссо • Сен? Сн, .СОг • CN;, Сн о— теплоемкость соответствую- щих компонентов рабочего топлива прн температуре /т в ккал/нм~ ° С. 3) Теплосодержание сырья; Qc = [GB-0,21 te [ккал/кг клинкера], (68) где 0,21 —средняя теплоемкость сухого сырья в ккал/кг град; tc — температура сырья, поступающего в печь, в °C. - - 4) Теплосодержание воздуха: QB=VBCBtB [ккал/кг клинкера], (69) где Ув—действительный расход воздуха в нм3 [кг клинкера; tB — температура наружного воздуха в °C; Св— теплоемкость воздуха при температуре tB в ккал [нм3 град. При подаче в печь через форсунку отработанного в угольной мельнице воздуха вместе с первичным выражение для определения теплосодержания воздуха имеет внд QB = VbCB /в4- (Св t„,B — CB tB) [ккал/кг клинкера], (69а) б'кл где 1'п.в — расход первичного воздуха (смеси отработанного в уголь- ной мельнице воздуха и наружного воздуха)- в нм?[ч; 41-в — температура первичного воздуха в °C; Св — теплоемкость первичного воздуха при /п.» в ккал/ю^ град
244 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания 5) Тепловой эффект клиикерообразоваиия Под тепловым эффектом образования цементного клинкера при- нято понимать количество тепла, необходимое для того, чтобы из су- хого сырья с температурой 0° С получить без материальных н тепло- вых потерь 1 кг клинкера с температурой также 0°С. В табл. 11 и 12 приводятся величины удельной теплоемкости веществ и теплоты реак- ций, проходящих при образовании цементного клинкера. Таблица 11 Средняя удельная теплоемкость исходных веществ в ккал/кг град Вещества При температуре в °C С—450 45С—9С0 SCO—1400 0—900 0—1400 СаСО, 0.248 0,286 0.266 Si О, 0.24 — 0.283 0,263 0,27 СаО — — 0.226 0,213 0,218 AI2O,-7SIOa-2HaO 0,28 — — — — AI2O,-7SiO2 0,238 0,277 0,291 0.258 0,27 Клинкер . . • — — 0.305 0,236 0,261 Сырьевая мука (глина + из- вестняк) 0,253 0,283 0,247 — — Таблица 12 Тепловой аффект реакций, происходящих при образовании цементного клинкера * Вещества Конечные продукты Тепловой эффект В KOJljZ Темпера- тура рзакции в °C при 20 °C при тем пе- рату ре реак! ии СаСО, СаО-Ь CO2 425 396±3 907 MgCO, MgO+CO2 215 195+8 —- Al2O3+2SlO3 AlaO,-2SiOa 72±10 72±10 960 AIaO,-2SiOa-2H.O AlaO,-2SiO,2HaO 135—145 213—223 450 SiO2 кварц + 3CaO C,S 126,2 107.3 1300 S:O2 кварц+ЗСтО cas 171 144 1300 a AlaO.+3CaO C,A 14,1 9.1 1300 4Ca O+7- A laOa-J- Fe^Oa C.AF 26 1300 ₽c2s I CS 6 8.8 675 Ниже приводится методика расчета теплового эффекта (теоре- тического тепла) клиикерообразоваиия. а) Расход тепла а) Расход тепла на нагревание сухого сырья от 0 до 450® С: J 6^] (450 — 0) 0,253 [ккал/кг клинкера], (70)
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 245 где [Gj] — теоретический расход сухого сырья в кг/кг клинкера; 0,253 — средняя теплоемкость сухого сырья в интервале 0— 450° С в ккал/кг град. Теоретический расход сухого сырья составляет 100 — (п. п. п.)к — 0,01 аЬАр = ------166 —(П.П.П.)'------ [Кг'Кг <71> .де (п.п.п.)к — потери при прокаливании клинкера в %; (п.п.п.)с — потери при прокаливании сырья в %; а — присадка золы к клинкеру в %; Ь — удельный расход рабочего топлива в кг/кг клинкера; Л]—содержание прокаленной золы в рабочем топливе в %. б) Расход тепла на дегидратацию каолинита сырья при 450° С: [GH,o] [ккал/кг клинкера], (72) где [GpI0] — теоретический расход гидратной воды сырья в кг/кг клинкера; 1600 — тепловой эффект дегидратации каолинита в ккал!кг гидратной воды. Теоретический расход гидратной воды сырья составляет г , [Gccl Г(п. п. п.)с—cos] [ gh2o] =----------Jqo--------- 1кг1кг клинкера], (73) (COj — содержание СО2 в сухом сырье в%). в) Расход тепла на нагревание дегидратированного сырья от 450 до 900° С: ( [ G£] — [ gh2o] ) ("0 — ^50) 0,283 [ккал/кг клинкера] (74) (0,283—средняя теплоемкость дегидратированного сырья в интер- вале 450—966° С в ккал/кг °C) г) Расход тепла на декарбонизацию СаСО3 и MgCO3 сырья прн 900 С; [Gcacos] 396 + [GMgCoa] Ю5[ккал/ка клинкера], (75) где [GCaCO,] и [( MgCO,] — теоретический расход СаСО3 и MgCO3 в кг/кг клинкера; 396 — тепловой эффект декарбонизации СаСО3 в ккал/кг СаСО3; 195 — тепловой эффект декарбонизации MgCO3 в ккал/кг MgCO3. В свою очередь: [G']CaOc [ GCaCO,J = ——-------[кг/кг клинкера]; (76)
246 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания [3] [С°2- “бГ1]84132 [GWgC0,] =------------100'44----------^кг,кг КЛИНКеРа1 (77) (СаОс —содержание карбонатной СаО в сухом сырье в %). д) Расход тепла на нагревание декарбонизированного сырья от 900 до 1400° С: ([ G^j — [ gh,o] — [ Gcoj } (14 03—900) 0,247 [ккал/кг клинкера], (78) где [GqO ] — теоретический расход СО2 в кг/кг клинкера: [g']co£ Lgco2| = —^5— 1кг>кг клинкера], (79) 0.247 — средняя теплоемкость декарбонизированного сырья в интер- вале 900—1400° С в ккал/кг град. е) Расход тепла на образование жидкой фазы при 1400° С. При- ннмаетси равным 50 ккал/кг клинкера. б) Приход тепла а) Приход тепла вследствие образования клинкерных минера- лов в интервале температуры 1000—1400° С. 1 j^(C3S- 107-|-C2S-144 + С3А-9 +C4AF-26) [ккал/кг клинкера], (80) где CjS, C2S, С3А, C4AF — содержание минералов клинкера в%; 107 — тепловой эффект образования ЗСаО • • SiO2 в ккал]кг CsS; 144 — тепловой эффект образования 2СаО • • SiO2 в ккал/кг C2S; 26 — тепловой эффект образования 4СаО • А12Оз-Ге2Оз в ккал/кг C4AF; 9 — тепловой эффект образования ЗСаО • • А120з в ккал/кг С3А. б) Приход тепла в результате образования метакаолина при температуре 950° С: 0,0217 А-72 [ккал/кг клинкера], (81) где А — содержание А12О3 в клинкере в %; 72 — тепловой эффект образования метакаолина в ккал/кг мета- каолнна. в) Приход тепла вследствие охлаждения клинкера от 1400 до 0° С: 1400-0,261 [ккал/кг клинкера] (82) (0,261—средняя теплоемкость клинкера в интервале 1400—0®С в ккал/кг град) о г) Приход тепла в результате охлаждения СО2 от 900 до 0° С: [ СО,] (900 — 0) 0,256 [ккал/кг клинкера], (83)
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 247 здесь 0.256 — средняя теплоемкость СОг в интервале 900—0° С в ккал/кг град. д) Приход тепла в результате охлаждения от 450 до 0°С и кон- денсации гидратной воды сырья: [ 6^о] [(450 —0) 0,47 + 595] [ккал/кг клинкера], (84) где 0.47 — средняя теплоемкость паров Н2О в интервале 450—0°С, ккал]кг град; 595 — скрытая теплота конденсации водяного пара при 0°С в ккал!к.г паров Н2О. Тепловой эффект образования цементного клинкера определяют как разность между суммами приходных и расходных статей. 6) Расход тепла на испарение воды из сырья: qw = C^j-595 [ккал/кг клинкера], (85) в том числе на испарение воды из уноса / [g>c\ Q™ = (Gw — юс—/595 1ккал/кг клннкеРа1 • (86) где G& — выход физической воды из сырья в кг/кг клинкера; [G' ]—теоретический расход сухого сырья в кг/кг клинкера; wc — влажность сырья в %. 7) Потери тепла с отходящими газами: Со. г = (^RO, ССО2 + ^СО ССО + ^СН, ССН. + ^Н2 СН2 + + Уо, со2+ *4 cn2+ vh2o сн о) *о.г [ккал/кг клинкера], (87) где VROi, Uco . VCHj, VHj. Vq2 • ^n2 • VH2O- выход соответствую- щих компонентов в нм31кг клинкера; Ссо2> Ссо- Ссн.> сн2> со2> cn2> сн2о— средняя теплоемкость соответствующих га- • зов в ккал/нм3 °C (по данным табл. 13). Для определения потерь тепла с отходящими газами можно пользоваться также табл. 14, где приводится теплосодержание 1 н.и3 газов при различных температурах. 8) Потери тепла от химического недожога: Qx н = УСО-3016 + Исн -8558 -f- -2576[ккал/кг клинкера] (88) (3016, 8558, 2576 — низшая теплотворная способность СО, СН4, Н2 в ккал/нм3). 9) Потери тепла от механического недожога: Qm н = (Ск + Gy Су) [ккал/кг клинкера], (89)
Га б л и ц a 13 Средняя теплоемкость воздуха и газов (от О до /" С) Темпе- ратура в«С Теплоемкссть в ккал1нмя ®С ССО2 *Оч.| атм Соа С н2° Cso2 Сс.в с. Ссо Сн2 CH,S Сси4 DC2"4 0 100 200 300 0,3821 0,4061 0,4269 0.4449 0.3092 0,1'095 0.3104 0.3121 0.3119 0.3147 0,3189 0.3239 0,3569 0,3595 0,3636 0.3681 0,414 0.433 0.451 0.467 0.FC98 0,3106 0.3122 0.3146 0.315 0.3163 0.3181 0.5.2С6 0,31 0,311 0,312 0,314 0,305 0,3( 8 ( ,31 0.31 с.:46 o,?66 ('.373 О.:-81 0,37 0.292 0,42 0.45 0,4363 0.4925 (.5452 0.596 400 500 600 700 0,4609 0.475 0,4875 0.4988 0.3144 0,3171 0,3201 0,3233 0,329 0,3339 0,3381 0.3426 0,3739 0,3797 0,3857 0,392 0.482 0,494 0.505 0,514 0,3174 0,3207 0,221 0,3274 0,3235 0,3268 0.3303 0.3338 0.317 0.321 0,321 0.328 0.311 0.312 0.312 0,313 (.39 0,299 0,1 8 0.417 0.481 0,511 0.54 0.568 0,6115 0.6839 0.7227 0.7571 8С0 9(0 1ГС0 1100 0 509 0.5181 0,5263 0.5388 0,3265 0,3295 0.3324 0,3352 0,3463 0.3498 0,3529 0,3557 0.3984 0,405 0.4115 0.418 0.521 0,529 0,534 0,54 0.3306 0.3238 0.3367 0,3395 0.3371 0,3403 0.3423 0.3463 0.331 0,334 0.337 0,34 0,311 (.316 0.317 0.319 0.426 0,434 0.412 (1.45 0.596 0,622 0.615 0.666 0,7901 ( ,8196 (.8472 0.8731 0,5407 0.3378 с.: 584 0,4244 0.544 0,3422 0,349 0,343 0,221 0,456 0,684 0,8963 0.5469 0.3404 0,36( 8 0.4F06 — 0.3447 0,3517 0,316 14(0 0.5526 0,3427 0,3631 0,4366 —- 0.347 0.3542 0.348 ( .325 ~— 1500 0.5578 0.3449 0,3653 0,4425 — 0.3492 0,3565 0,35 0,. 27 юсо 0.5626 0.347 0.3673 0,4481 0,3513 0.3587 0,352 0.329 — — — 1700 0’5671 0.5712 0.349 0.3508 0.3693 0,3712 0.4537 0.4589 — 0.3532 0.3551 0.3607 0.3625 0.251 0,356 0,332 — — 1SC0 0.575 0,3525 0.373 0.4639 — 0.3568 0.36И 0,358 0.334 2000 0,5785 0.3541 0.3748 0.4688 — 0.2585 0.3661 0,359 Г,3:'6 — — —- 2100 2/ТО 0,5818 0 5848 0.7557 0.3571 0,3764 0.3781 0,4735 0.477J — 0.36 0,3615 0.3678 0,3693 0.361 0/62 0.31 — — — 2.-00 0,5876 0.35Е5 0,3797 0.4822 — 0,3629 0,3708 0,313 0,342 2400 2500 0,5902 0.5926 0.3598 0,361 0.3813 0,3828 0,4864 0,4903 — 0.3643 0,3655 0.3722 0,3735 0.365 0.366 0,343 0.345 — — — Таблица 14 (еплосодержание 1 нм газов и паров при различных температурах и при постоянном давлении (760 мм рт. ст.) в ккал нм’ Темпера- тура в °C со, N, о, н,о SO, Воздух СО Н, H,S 1 он. С,Н. сухой 1 влажный 100 2(Ю 300 400 500 600 700 800 900 1000 11(0 1200 1300 1400 1500 1600 1700 18)0 19(Ю 2000 2100 2200 23 0 241)0 2500 4'.61 85,38 133.5 184.4 237.5 292.5 349.2 4(7.2 466.3 526.3 587.2 648.8 711 773.6 836.7 9(10.1 964,1 К28 К93 1157 1222 1287 1351 1416 1482 Зп.95 62.08 93.63 125.8 1-78.6 192.1 226.3 261.2 296.6 332.4 368.7 405.1 442.5 479.8 517.4 555.2 593.3 631.1 669.8 7(8.2 747 785.6 821.6 863.5 912,5 31.47 63.78 97.17 131.6 166.9 2 з 239.8 277 311.8 352.9 391.3 430.1 469 5' 8.3 517.9 587.7 627.8 668.2 7! 8.7 749.6 790.4 831.8 873.3 915,1 957 35.95 72.72 ПО.5 П9.6 189. 231.4 274.4 318.7 361.5 411.5 459.8 5(9.3 559.8 611.2 663.8 717 771.3 826.1 881.5 937,6 994,3 1(51.5 111 9.1 1167.3 1225.9 43.32 9-’,2l 140.3 192.7 247.2 Ж 2.7 359.8 417.2 475.8 531.5 591 653 31.66 62,44 94.38 127 160.4 194.4 229.2 264.5 3<И1.4 336.7 373.5 4Ю.6 448.1 485.8 523.8 562,1 630.4 679.2 677.9 717 756 795,3 834.7 874.3 913,8 31,63 63,62 96.18 129.4 161.4 198.2 233,7 269.7 3(6.3 343.3 380.9 418.8 457.2 495.9 534.8 573.9 613.2 652.5 692.4 732.2 772.4 812.5 852.8 893,3 933.8 31/9 62.44 91,35 127 160.4 194.5 229.4 264.9 ЗОс.9 337,4 374.3 411,6 4 49.2 487.1 525,2 563,5 6'2 64С.6 679 Д 718,4 757.5 793,6 835.8 875.8 914,8 30.83 61.96 93.С9 124.4 155.8 187.4 219.4 251.6 284.3 317.4 351 385 419.5 454.4 489.9 525.6 561.7 598.3 635.2 672.4 7С9.8 747.6 785.7 823.9 862.7 36.6 74.6 114,3 156 199,5 244.8 291.9 340.8 390,6 412 494.7 547.7 39,22 84,02 135,1 192.6 255.6 324 397.4 476.6 559.4 644.7 732 820.6 49.25 1С9 178 256.6 341.9 433.6 530 632.1 737,6 847.2 960,4 1075.6 РАЗДЕЛ //. Теплотехнические испытания Г лава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 249
250 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания гдеб* —выход сухого уноса в кг/кг клинкера; Ск—содержание углерода в клинкере в %; Су—содержание углерода в уносе в% ; 8100 — теплотворная способность углерода в ккал/кг. 10) Потери тепла с клинкером: QK = Ск /к [ккал/кг клинкера], (90) где Ск — теплоемкость клинкера при температуре 1К в кка.Дкг* С (табл. 15); tK — температура клинкера при выходе из печи (холодильни- ка) в °C. Таблица 15 Средняя теплоемкость и теплосодержание клинкера Темпера- тура клин- кера в °C Средняя теплоемкость в ккал1кг ер ад Теплосо- держание клинкера в ккал/кг клинкера Темпера- тура клинкера в °C Средняя теплоемкость в ккал/кг град Теплосо- держание клинкера в ккал кг клинкера 1G0 0.188 18,8 800 0.231 185 200 0,108 39,6 900 0,2341 211 300 0.2065 61,9 1000 0.2376 237,6 400 0,2129 85.2 1100 0.2412 265 5С0 0.2188 109,4 1200 0,246 295,2 600 0.2235 131 1300 0.253 329 700 0,2276 159 1400 0.261 366 1500 0.2675 401,8 И) Потери тепла с уносом Qy~ (GCaCO3 — GCaCO, ~ [ GCaCOs] ) 396 + + ( °Mgco, ~ GMgco, ~ [ GMgCO3]) 195 + + (GHiO -G&O- Ко]) ,600+ + ( G*-0.25 + G*,) /ог (ккал/кг клинкера], (91) где Gcaco,’GMgco,~-расх°Д СаСО2 и MgCO3 в кг/кг клинкера, фор- мулы (39), (40); GCaCO3>GMgCO,— содержание СаСО3 и MgCO3 в уносе в «г/кг клинкера, формулы (47), (48); IGCaCO,I'lGMgCoJ~ теоретический расход СаСО3 и MgCO3 сырья в кг/кг клинкера, формулы (76), (77); q — выход гидратной воды уноса в кг/кг клинкера, формула (50); Суш — выход физической воды уноса в кг/кг клинкера, формула (49);
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 251 396, 195, 1600 — тепловые эффекты разложения СаСОз, MgCOs и каолинита в ккал/кг; 0,25 — теплоемкость сухого уноса в ккал!кг град. 12) Потери тепла в окружающую среду: Xfa(tu — /в) Qo.z =-----—------[ккал/кг клинкера], (92) где f — площадь элемента поверхности печи в м2, а — коэффициент теплоотдачи от поверхности печи к воздуху в ккал!м2 ч град-, /п — температура элемента поверхности печи в °C; /в — температура окружающего воздуха в °C; D — производительность печн в кг клинкера в час. При расчете потерь тепла в окружающую среду ориентировочно принимают, что поверхность накладок, заклепочных головок и т. п. составляет 10%, а поверхность бандажей, роликов и шестерен — 15% от площади поверхности корпуса печи. Ориентировочные дан- ные о влиянии скорости воздуха на коэффициент теплоотдачи от по- верхности корпуса печи в окружающую среду приводятся в табл. 16. Таблица 16 Коэффициент теплоотдачи в окружающую среду в зависимости от скорости воздуха в ккал'м!ч град Разность темпеоа- ТУР <*п-'в) в 'С Скорость воздуха в м'сек 0 2 4 6 8 40 8,4 18 23 27,2 31 50 9 19.4 23,7 27.9 31,8 100 12 22 27,4 31,6 35.4 150 15 25,3 31,2 35,4 39.1 200 18 28,9 35 — — 250 21.1 — — — — На основании приведенных выше исходных данных н составля- ют тепловые балансы печей. Так, например, ниже (табл. 17) приве- ден построенный таким путем тепловой баланс вращающихся печей, работающих по мокрому и сухому способу производства цемента. 8. ТЕПЛОВЫЕ БАЛАНСЫ ПЕЧЕЯ РАЗНЫХ ТИПОВ 1) Вращающиеся печи с концентраторами шлама Тепловой баланс может быть составлен отдельно для вращаю- щейся печи и концентратора шлама и для агрегата в целом. Обычно при теплотехнических испытаниях измеряют все пара- метры, необходимые для составления теплового баланса печи в це- лом и отдельных ее элементов. При этом фиксируют параметры со-
252 РАЗДЕЛ I/. Теплотехнические испытания Таблица 17 Форма теплового баланса вращающейся печи (без запечных теплообменных устройств) Приход тепла Расход тепла 1 U/U W показатели коли- чество U/U м | показатели коли- чество в ккал;кг 1 1 в % в ккал!кг | в % 1 Химическая енергия топ- лива 1 Тепловой вффект (теоре- тическое тепло) клинке- рообразогания 2 Физическое теплосодержа- ние топлива 2 Расход тепла на испаре- ние воды из сырья 3 Теплосодержание сырья 3 Потери тепла с отходящи- ми газами 4 Теплосодержание воздуха (с учетом поступающе- го в печь отработанно- го воздуха из угольных мельниц) 4 Потери тепла от химиче- ского недожога 5 Потери тепла от механи- ческого недожога 6 Потери тепла с клинке- ром 7 Потери тепла в окружа- ющую среду 8 Потерн тепла с уносом 9 Потери тепла с воздухом, выбрасываемым в атмо- сферу из колосникового холодильника 10 Невязка баланса Итого 100 Итого. • . . . 100
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 253 Таблица 18 Форма теплового баланса вращающейся печи с концентратором шлама Приход тепла В в 2 показатели коли- чество в ккал1кг 1 В % 1 Химическая энергия топ- лива 2 Физическое теплосодержа- ние топлива 3 Теплосодержание шлама 4 Теплосодержание воды, поступающей иа грану- ляцию ныли и на про- мывку концентратора и шламовых баков 5 Теплосодержание первич- ного. вторичного и под- сссанно! о воздуха с уче- том теплосодержания поступающего в печь отработанного в уголь- ных мельницах воздуха Итого 1 I0C Расход тепла | п/u W 1 ~ 1 1 показатели коли- чество в ккал/кг в % 1 Теоретическое тепло клин- керообразования 2 Расход тепла иа испаре- ние воды из шлама 3 Расход тепла на испаре- ние воды из гранулиро- ванной пыл л и воды, по- ступающей на промывку концентратора и шлам- баков 4 Потери тепла с отходя- щими из концентратора газами (при температу- ре газа и составе газов за концентратором) 5 Потери тепла от химиче- ского недожога 6 Потери тепла от механи- ческого недожога 7 Потерн тепла с выходя- щим из холодильника клинкером 8 Потери тепла в окружа- ющую среду враща- ющейся печью, концен- тратором и холодильни- ком 9 Потери тепла с безвоз- вратным пылеуносом 10 Потери тепла за счет ох- лаждения пыли, уловлен- ной в циклонах, до тем- пературы поступающих в печь гранул и Потери тепла с воздухом, выбрасываемым из ко- лосникового холодиль- ника в атмосферу 12 Невязка баланса 1 Итого 1 1С0
254 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания стояния газового потока до н после концентратора, а сырья — в месте входа в концентратор н во вращающуюся печь. Тепловой баланс должен учитывать расход тепла на испарение воды нз поступающей во вращающуюся печь после тарельчатого гранулятора гранулированной пыли, которая улавливается нз отхо- дящих газов пылеосадительными устройствами (обычно циклонами). Учитывают также количество воды, поступающей на промывку кон- центратора и питательных шламовых баков. В табл. 18 представлен тепловой баланс вращающейся печи с концентратором шлама. Что собой представляют элементы теплового баланса концент- ратора шлама, видно нз данных, приведенных ниже (табл. 19). С учетом этих элементов теплового баланса и производят соответству- ющие измерения. Тепловой баланс собственно вращающейся печи составляют ана- логичным образом. При этом учитывают состояние теплоносителя, Таблица 19 Форма теплового баланса концентратора шлама Приход тепла Расход тепла показатели коли- чество показатели коли- чество 1 Теплосодержание поступа- ющих в концентратор из вращающееся печи отхо- дящих газов Расход тепла на нагрев сырья в концентраторе 2 Теплосодержание пыли, по- ступающей в концентра- тор с отходящими из вращающейся печи га- зами Расход тепла иа испарение в концентраторе влаги из шлама и от промывок концентратора и пита- тельных шламбаков Теплосодержание шлама Потери тепла с отходящи- ми из концентратора га- зами Теплосодержание воздуха, подсасываемого в кон- центраторе Потери тепла с пылеуносом из концентратора 5 Теплосодержание воды, расходуемой на промыв- ку концентратора и шла- мовых баков Потери тепла концентра- тором в окружающую среду Невязка баланса Итого......... Итого.........
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 255 сырья и клинкера по контуру, ограничивающему собственно враща- ющуюся печь, а также соответственно затраты тепла. 2) Вращающиеся печи с конвейерными кальцинаторами Статьи теплового баланса вращающейся печи с конвейерным кальцинатором не отличаются от перечисленных в табл. 17. Допол- нительно в расходной части баланса должны быть учтены потери тепла с провалом сырья через решетку кальцинатора, а в случае выброса части отходящих газов в атмосферу через розжнговую тру- бу — потери тепла с этими газами. Для анализа тепловой эффективности работы собственно кон- вейерного кальцинатора необходимо составить его тепловой баланс по форме, приведенной в табл. 20. Таблица 2<? Форма теплового баланса конвейерного кальцинатора Приход тепла .с "с показатели коли- чество в ккал!кг | % а 1 Теплосодержание поступа- ющих в кальцинатор от- ходящих газов из враща- ющейся печи 2 Теплосодержание пылеуно- са из вращающейся печи 3 Теплосодержание поступа- ющего в кальцинатор сырья 4 Теплосодержание подсасы- ваемого в кальцинато- ре воздуха (в том числе воздуха для разбавления газов, поступающих в камеру сушки) Итого 100 Расход тепла № n/п I показатели коли- чество в ккал/кг 1 В % 1 Расход тепла на испарение воды из сырья 2 Расход тепла на частичную декарбонизацию сырья 3 Теплосодержание гранул, поступающих из кальци- натора в печь 4 Потери тепла с отходящи- ми из кальцинатора га- зами 5 Потери тепла кальцинато- ром в окружающую среду 6 Потери тепла с провалом сырья 7 Потери тепла с уносом 8 Невязка баланса Итого 100
256 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания 3) Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками Тепловой баланс такой установки включает в себя те же статьи, что и тепловой баланс, приведенный в табл. 17. В случае наличия борова под «холодной» откатной головкой вращающейся печи (для временной работы печи на естественной тяге) необходимо учитывать потери тепла с провалом сырьевой муки из головки в боров. Структура теплового баланса циклонных теплообменников при- ведена в табл. 21. Таблица 21 Форма теплового баланса циклонных теплообменников Приход тепла Расход тепла I № п/п показатели коли- чество Е С £ показатели коли- чество в ккалкг 1 в % в ккал кг 1 со 1 Теплосодержание поступа- ющих в циклонные теп- лообменники отходящих из вращающейся печи газов 1 Расход тепла на нагрев сырьев< й муки в тепло- обменниках до темпера- туры. с которой она по- ступает в печь 2 Теплосодержание пылеуно- са из вращающейся печи 2 Расход тепла на испарение влаги из сырьевой муки 3 Теплосодержание поступа- ющего в циклонные те- плообменники сырья (сырьевой муки) 3 Расход тепла на частичную декарбонизацию сырья в циклонных теллообменни- ках .4 Потери тепла с отходящи- м 1 из циклонных тепло- обменников газами 4 Теплосодержание подсасы- ваемого в циклонных те- плообменниках и газохо- дах наружного воздуха 5 Потери тепла циклонными теплообменниками и со- единяющими их газохо- дами в окружающую сре- ду 6 Потери тепла с провалом сырья в боров 7 Потерн тепла с безвозврат- ным пылеуиосом 8 Невязка баланса Итого 100 Итого 1С0
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 257 4) Переталкивающие колосниковые холодильники В табл. 22 приводится тепловой баланс переталкивающего ко- лосникового холодильника, являющегося в настоящее время наиболее совершенным устройством для охлаждения клинкера. Таблица 22 Форма теплового баланса переталкивающего колосникового холодильника Приход тепла № п/п показатели коли- чество в ккал1кг СП 1 Теплосодержание поступа- ющего клинкера 2 Теплосодержание подавае- мого в холодильник на- ружного воздуха Итого 100 Расход тепла № п/п показатели коли- чество в ккал/кг в % | 1 Теплосодержание поступа- ющего в печь вторичного воздуха 2 Теплосодержание первич- ного воздуха, отбираемо- го из холодильника 3 Теплосодержание воздуха, отбираемого из холодиль- ника на сушку 4 Теплосодержание избыточ- ного воздуха, выбрасыва- емого в атмосферу 5 Потери тепла с выходящим из холодильника клинке- ром 6 Потери тепла с провалом мелких фракций клинке- ра через колосниковую решетку 7 Потери тепла в окружаю- щую среду 8 Потери тепла на охлажде- ние распределяющего устройства, с уносом и пр. 9 0 Невязка баланса* Итого 100 17—1621
258 РАЗДЕЛ И. Теплотехнические испытания В зависимости от конструкции холодильника в его тепловом ба- лансе могут быть либо все перечисленные в габл. 23 статьи расхода тепла, либо некоторые из них будут отсутствовать. Методика составления теплового баланса вращающихся печей и холодильников других конструкций проще, нежели изложенные выше. Таблица 23 Форма теплового баланса автоматической шахтной печи Приход тепла ЕЗ к показатели коли- чество * § * СО В % 1 Химическая энергия топли- ва 2 Физическое теплосодержа- ние топлива и сырья 3 Теплосодержание воздуха Итого 100 Расход тепла ЕЗ С показатели коли- чество в ккал1кг 1 В % 1 Тепловой эффект клинке- рообразования 2 Расход тепла на испарение воды 3 Потери тепла с отходящи- ми газами 4 Потери тепла от химиче- ского недожога 5 Потери тепла от механиче- ского недожога (с несго- ревшим остатком топ- лива) 6 Потери тепла с клинкером 7 Потери тепла в окружаю- щую среду 8 Потери тепла с уносом сырья 9 Невязка баланса Итого ..... 100 5) Автоматические шахтные печи Режим работы шахтных печей и, прежде всего, особенности про- цесса горения топлива в ннх определяют иное соотношение статей
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 259 расхода топлива в их балансе по сравнению с тепловым балансом вращающихся печен. Так, потерн тепла с химическим недожогом топлива в автоматических шахтных печах достигают 8—15%, а с механическим недожогом (несгоревший остаток)—2—6%. Это сле- дует иметь в виду при составлении теплового баланса шахтной печи и его анализе. Структура теплового баланса автоматической шахтной печи представлена в табл 23. В случае ввода в печь вместе с воздухом распыленной воды (для повышения реакционной способности топлива) в приходной части теплового баланса следует учитывать теплосодержание воды, а в расходной — затраты тепла на ее испарение. 4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС СУШИЛЬНОГО БАРАБАНА 1) Материальный баланс на 1 кг топлива а) Приход а) Топливо, израсходованное на сушку, 1 кг. б) Количество влажного материала, поступающего на сушку: 8вл = ~-[*г/кг], (93) GT где Gвл — количество влажного материала, прошедшего через су- шильный барабан за период испытания, в кг; GT — расход рабочего топлива за период испытания в кг. При взвешивании сухого материала и осевшего уноса, а также определении безвозвратного пылеуноса путем измерения запыленно- сти отходящих газов значение giu, изменится следующим образом: 1 / 100 — шк . 100 - шо.у , ₽вл - Gt ^сух 1OO _ + G0.y 100 _ + 100—г + Сб-уЪГ^ 1кг;кг1> (94) 1UJ—/ где Со.у — выход осевшего уноса за период испытания в кг; к'о-у—средняя относительная влажность осевшего уноса в %; GCvx — выход высушенного материала за период испытания в кг; —средняя за период испытания относительная влажность высушенного материала в %; — средняя за период испытания относительная влажность влажного материала в %; Gg.y — выход безвозвратного пылеуноса за этот период в кг; ь^б-у — средняя за это же время относительная влажность без- возвратного пылеуноса в %. в) Действительное количество поступающего воздуха: ga = nLa yo Qu ( 9шл”Ь?пр~Ь?уи) [кг/кг]. (95) 17*
260 РАЗДЕЛ 11. Теплотехнические испытания где п — коэффициент избытка воздуха, определяемый на основании данных газового анализа по формулам: 1) при наличии в отходящих газах СО: ______________________________21________ - 21_79О2-0.5СО n2 2) при наличии в отходящих газах СО и Н2: 21 п =----------------------; 21_79 02-0,5 (СО+Н2)' N2 3) при наличии в отходящих газах СО, Н2 и СН<: _______________________________21______________ 21_79 О2 - 0,5(СО + Н2) - 2СН4 1 100—(RO24-O2+CO4-H2+ СН4) Lo — теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива, в нм?/кг-, у0 — удельный вес воздуха в кг!нм?-, ?шл, ?пр, ?ун — потери тепла с механическим недожогом топлива со шлаком, провалом и уносом в ккал!кг\ г) Водяные пары, поступающие с воздухом: gB.n = 0,001п£04в )кг/нм3] , (96) где dB — влагосодержание воздуха в г/нм3. б) Расход а) Выход высушенного материала: при взвешивании высушенного материала gcyx = ->УХ~ [кг/кг] , (97) при взвешивании влажного материала за вычетом осевшего пылеуно- са и безвозвратного пылеуноса 1 100 — шн , 100 — ( gcyx= gT Vвл ЮО —wK + °'у 100—ш0.у+ + Сб у [кг/'сг1 ’ (98) 100— ш0.у / б) Общий уиос материала: gy = go.y + g6.y [кг/кг] . (99) Осевший за время испытания пылеунос go-y=.-~°'y ^кг/кг]. (100)
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 261 Безвозвратный пылеунос Gc.yопределяется путем измерения за- пыленности отходящих газов: ёб.у= [кг/кг] . (101) От в) Количество шлака: gm = [кг/кг] . (102) От г) Количество провала топлива: £пр=->- [кг/кг] (103) О*р (Gnp—выход провала за период испытания в кг). д) Весовое количество сухих отходящих газов gc.r- Вначале оп- ределяют объем сухих отходящих газов Кр V'c.r = 1 ’86 вп I гп . ги [нлг3/кг’ • <104) К О) 2 "г О, (J С П 4 где Д-р = С₽ + 0.368SJJ, RO2, СО, СН4— содержание в отходящих газах RO2j СО, СН4 в%; затем, исходя из данных табл. 10, рассчитывают весовое количество отходящих газов gc.r — Rc.rlc-г [кг/кг]. е) Для определения содержания водяных паров в отходящих газах вычисляют количество испаренной воды, а также количество водяных паров отдельно из воздуха и из топлива. Количество испаренной воды при взвешивании влажного мате- риала будет Шн Шо У gn.B = gM—-gcyx^-gy-^ [кг/кг] . (105) При этом если gy=0 или вошло в gcyx» то WH — WK „ gv.B = gwi —------ [кг/кг] . (106) 1U0 — WK При взвешивании высушенного материала количество испарен- ной воды составит WK — W0.v glbB = gcyx ioo^w? ~ gy 100-шо.у [кг'кг} (107) При этом если gy=0 или вошло в £Сух» то цу — W gu-в= £сух Г77 [кг/кг] . (108) 100 — wa
262 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания Количество водяных паров из воздуха gB.n находят по выраже- нию (96), а водяных паров из топлива по следующей формуле: т gH₽ + г £н3о=-------10Э--- {кг/кг}. (109) Результаты расчета статей материального баланса сушильного барабана сводят в следующую таблицу (табл. 24). Таблица 24 Материальный баланс сушильного барабана на 1 кг сожженного топлива Приход Расход № п/п показатели количество № п/п показатели количество в кг В % в кг В % 1 2 3 4 Топливо Влажный материал Воздух Водяные пары с воздухоги 1 2 3 4 5 6 7 8 Высушенный ма- териал Унос материала: а) осевший б) безвозврат- ный Шлак топлива Провал топлива Унос топлива Сухие отходящие газы Водяные пары в отходящих газах Невязка баланса Итого . 100 Итого . 100 2) Тепловой баланс а) Приход тепла а) Химическая энергия топлива: Q* = ]ккал1кг\. б) Физическое теплосодержание топлива: <2ф= ст'/Дл'кдл/кг] , (ПО) где ст—теплоемкость топлива; 1Т — температура топлива. в) Теплосодержание влажного материала: [ 1 Свл = йвл ^см jpg (1 — см) J ^вл [ккал/кг] , (111) где см — теплоемкость сухого материала в ккал!кг ° С; <вд — температура влажного материала, поступающего в бара- бан, в ° С. г) Теплосодержание воздуха: Q'1 = gB сЕ tB [ккал/кг] , (112) где св—теплоемкость воздуха при t=tB в ккал!кг град-, tB — температура наружного воздуха в °C.
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 263 д) Теплосодержание водяных паров воздуха: 0наО= °’47йв.п [ккал/кг] . (113) б) Расход тепла а) Потери тепла с высушенным материалом: "I см 100^1—Нсух [ккал/кг] (44) (/сух — средняя за период испытания температура сухого материа- ла в °C). б) Потери тепла с осевшим уносом материала: [^о*у см + ~jpg (' —См)1^о.у [ккал/кг] , (И5) (/о.у—средняя за период испытания температура осевшего уноса материала в ° С). в) Потери тепла со шлаком: вследствие механического недожога топлива <2ш = (<2н)ш [ккал/кг] (116) [(^н)ш —низшая теплотворная способность шлаков в ккал/кг}]. Физическое теплосодержание шлаков составляет сш [ккал/кг] , (117) где сш — теплоемкость шлаков при [ккал/кг град]; tш — средняя за период испытания температура удаляемого из топки шлака в ° С. г) Потери тепла с провалом: вследствие механического недожога топлива <2пР = gn₽ (<2н)п₽ \ккал/кг] (118) [(Ср)Пр- низшая теплотворная способность провала топлива в ккал/кг]. Физическое теплосодержание провала топлива составляет <2пР = £пР сп₽ *пр [ккал/кг]. (119) д) Потери тепла с отходящими газами: <?о.г =('/ROaCCOa + ^Оа СОа + Сма + ^На СНа + ''СО СС° + + ^СН, ^СНа + ^НаО Сцао) ^О.г [ккал/кг]’ (120) где ГКОа> ГОа- *4’ rHa- rC0- ГСН.’ KHj0-выход соответствующих компонентов в нмъ/кг;
264 РАЗДЕЛ II. Теплотехнические испытания Ссое> ^о,’ ^Ns’ > ^СО’ ^сн.'^НгО— средняя теплоем- кость соответствующих газов в ккал!кг. Вели- чины средней теплоем- кости газов находят по табл. 13; to.T—средняя за период ис- пытания температура отходящих газов в °C. В свою очередь гио,= ^7оо~НЛ<3//сг: v°>= Vioo°2'1нЛ,3/кг1 и т'д’ (121) Выход же водяных паров составит ^Н2О = 1.24 ( £в.п + Sh2O + £„.в) (и-«3/кг) . (122) е) Расход тепла на испарение влаги из сырья: <2и.в = £и.в595 [ккал/кг]. (123) ж) Потери тепла от химической неполноты горения топлива: <2х и = рсо -3 016 + VCHj -8 558 + VHa -2576 [ккал/кг] . (124) Таблица 25 Тепловой баланс сушильного барабана на 1 кг топлива п/п Приход тепла № п/п Расход тепла показатели количество показатели --Д*г количество в ккал В % в ккал В % 1 2 3 4 5 Химическая энергия Физическое теплосо- держание топлива Т еп л осод ержани е влажного материала Теплосодержание воздуха (сухого) Теплосодержание во- дяных паров возду- ха 1 2 3 4 5 6 7 8 Потери тепла с высу- шенным ’материалом Потери тепла с пыле- уносом материала Потери тепла со шла- ком: а) вследствие ме- ханического не- дожога топлива б) физическое теплосодержа- ние шлаков Потери тепла с отхо- дящими газами Расход тепла на испа- рение влаги из сырья Потерн тепла от хи- мической неполноты горения топлива Потерн тепла в окру- жающую среду Невязка баланса Итого . . . 100 Итого ... 100
Глава 2. Тепловые балансы печей и сушильных барабанов 265 з) Потери тепла в окружающую среду: Qo.c — - [ккал/кг], (125) В где f — площадь элемента поверхности сушильного барабана, топку и т. п. в .и2; о — коэффициент теплоотдачи от этого элемента поверхности, в ккал/м2 ч град-, В — часовой расход топлива в ка/ч; tn — температура элемента поверхности в °C; tB—температура окружающего воздуха в °C. Зависимость а от скорости воздуха приведена в табл. 16. Результаты расчета всех статей теплового баланса записывают по приведенной в табл. 25 форме. Данные составленного теплового баланса агрегата (печи, су- шильного барабана), а также другие результаты теплотехнических испытаний оформляются в виде свободной таблицы. В ней приводят- ся также сведения, характеризующие особенности данного агрегата. Подобная сводная таблица дает возможность проанализировать эф- фективность работы оборудования и наметить мероприятия по ее повышению. 18—1621
ЛИТЕРАТУРА К ЧАСТИ III 1. Ансельм В. Шахтные печи, ч. I и II. Промстройиздат, 1956. 2. В а с и л ь е в А. В. Руководство по анализу топочных газов. Госэнергоиздат, 1954. 3. Вукалович М. П. и др. Термодинамические свойства га- зов. Машгнз, 1953. 4. Гордон Г. М. и П е й с а х о в И. Л. Контроль пылеулав- ливающих установок (пылегазовые замеры). Металлургиздат, 1951. 5. Г утоп В. Г. Конгрольно-измерител-ная техника в про- изводстве строительных материалов. ПромС1рой..здат, 1954. 6. Измерения при теплотехнических испытаниях печей и су- шильных барабанов цементной промышленности. Гипроцемгнт, 1940. 7. К а р а б и н А. И. Сжигание жидкого топлива в промыш- ленных установках. Металлургиздат, 1о57. 8. К и р п и ч е в М. В., Михеев М. А. Моделирование теп- ловых устройств. Изд. АН СССР, 1936. 9. Кнорре Ф. Г. Топочные процессы. Госэнергоиздат, 1951. 10. Лурье 10. С. Портландцемент. Госстройиздат, 195Э. 11. М и р о н о в К. А., Ш и п е т и н Л. И. Теплотехнические изме- рительные приборы. Справочные материалы. Машгиз, 1959. 12. Правила 27—54 по применению и проверке расходомеров с нормальными диафрагмами, соплами и трубами Вентури. Стандарт- гиз, 1956. 13. Ра вич М. Б. Упрощенная методика теплотехнических рас- четов. Изд. АН СССР, 1958. 14. С а т а р и н В. И. и П е р л и С. Б. Движение и обеспыли- вание газов в цементном производстве. Госстройиздат, I960. 15. Справочник теплотехника предприятий черной металлургии, под ред. И. Г. Т и х о м и р о в а, т. I. Металлургиздат, 1953. 16. Теплотехнические испытания печей цементной промышлен- ности. Гипроцемснт, 1939. 17. Теплотехнический справочник, т. I и II. Госэнергоиздат, 1958. 18. Тепловой расчет котельных агрегатов, под ред. Гу рви- ч а А. М. и Кузнецова М. К. Госэнергоиздат, 1957. 19. X о д о р о в Е. И. Печи цементной промышленности, ч. I. Промстройиздат, 1950. 20. X о д о р о в Е. И. Печи цементной промышленности, ч. II. Промстройиздат, 1951.
ЧАСТЬ IV ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА И ОБОРУДОВАНИЕ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ Научный редактор инж. Я. М. ВАЙНШТЕЙН РАЗДЕЛ I ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ И СХЕМБ1 ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА Процесс производства цемента заключается в добыче цемент- ного сырья, дроблении и тонком его измельчении, приготовлении однородной сырьевой смеси заданного состава, обжиге ее до спе- кания, размоле полученного клинкера вместе с небольшим количе- ством гипса и добавками в тонкий порошок — цемент. Сырьевую смесь получают путем совместного или раздельного измельчения двух и более компонентов и последующего тщательного их смеше- ния, гомогенизации, усреднения и корректирования до заданного состава в сухом состоянии или в присутствии воды. В зависимости от того, как приготовляется сырьевая смесь, различают два основ- ных способа производства портландцемента — мокрый и сухой. При сухом способе производства дробленые сырьевые матери- алы высушиваются и тонко измельчаются. Полученная сырьевая мука после корректирования и усреднения до заданного химическо- го состава обжигается во вращающихся или шахтных печах. Схе- мы производства портландцемента по сухому способу производства в шахтных и вращающихся печах приведены ниже. При мокром способе производства твердые сырьевые материа- лы — известняк, мергель, глинистые сланцы — после их дробления тонко измельчаются в присутствии воды в мельницах и образуют сметанообразную массу — шлам. Мягкие сырьевые материалы — мел, глина и др. — после предварительного дробления подаются в болтушку, где при перемешивании с водой образуют однородный шлам. Меловой и глиняный шламы при необходимости тонко из- мельчаются в мельницах, поступают в бассейны, где корректиру- ются и усредняются до заданного химического состава, и затем го- товый шлам направляется для обжига в печь. 18*
268 РАЗДЕЛ 1. Основные способы производства цемента Схема производства портландцемента по сухому способу в механизированных Мергель Мел шахтных печах Известняк Глина I Уголь ’ 1 Дробилка 4 8 Дробилка 4 Дробилка 4 Дробилка 4 Дробилка 1 Сушильный барабан ( 1 4 Сушильный барабан \ 4 Сушильный барабан 4 Сушильный барабан 1 ! Т / ’ 1 4 Сушильный барабан 1 Мельница Вода | Смесительные Добавка силосы I I Увлажнительный шнек I 4 Брикетирующий или- гранулирующий 4 Дробилка Гипс 4 Дробилка аппарат ---------- Сушильный I---------барабан I I Механизированная / шахтная печь ) 4 i Клинкерный склад / Мельница I Цементные силосы I I Упаковочная машина * Склад упакованного цемента
Схемы производства цемента 269 Схема производства портландцемента по во вращающихся печах сухому способу Мергель Мазут Мел Уголь Глина Дробилка силосы 4 Извест- няк Домен- ный шлак 4 Подо- грева- тель Су- шиль- ный бара- бан 4 Дробилка 4 Сушиль- ный ба- рабан 4 Сушиль- ный ба- рабан 4 Сушиль- ный ба- рабан 4 Сушиль- ный ба- рабан 4 Сушиль- ный ба- рабан 4 Дробилка 4 Дробилка 4 Дробилка 4 Циклонный теплообм*енник 4 Гранулятор 4 Смесительные Мельница 4 4 Гипс 4 4.. Вращающаяся М е 4 Кальцинирующая решетка Дробилка 4 Холодильник I Клинкерный склад Добавка 4 Дробилка 4 Сушильный барабан » 4 4 Г Мельница 4 Цементные силосы- Железнодорожные вагоны 4 Упаковочная машина I 4 Склад упакованного цемента
РАЗ ЦЕЛ I. Основные способы производства цемента Схема производства цемента по мокрому способу приведена ниже. Мел Схема производства портландцемента по мокрому способу во вращающихся печах Глина Известняк или мергель Вода Уголь Мазут Газ 4 Дробилка 4 Дробилка 4 Дробилка 4 Дробилка 4 ; Подогреватель} 4 Болтушка / 4 Болт1 4 шка 4 Сушильный барабан 4 Мельница Мельница Гипс 4 Дробилка 4 Шламбассейны „ 4 4 4 Вращающаяся печь 4 Холодильник 4 Клинкерный склад 4 4 4 Мельница ’ Добавка 4 Дробилка 4 Сушильный барабан Цементные- снлосы Железнодорожные вагоны Упаковочная машина Склад упакованного цемента При сухом способе производства цемента на обжиг клинкера расходуется от 750 до 1200 ккал!кг клинкера, при мокром способе производства — от 1200 до 1600 и выше ккал]кг клинкера. Сухой способ производства экономически целесообразен тогда, когда сырь- евые материалы имеют низкую влажность и по возможности одно- родный химический состав, и в результате суммарный расход тепла на сушку сырьевых материалов и на обжиг клинкера ниже, чем рас- ход тепла на обжиг этих материалов при мокром способе произ- водства. Большое значение для выбора способа производства имеют фи- зические и химические свойства сырьевых материалов — постояи-
Схемы производства цемента 271 Схема производства портландцемента по комбинированному способу во вращающихся печах Мел Известняк или мер- гель Г лина Вода Уголь Мазут Газ 4 Дробилка 4 Дробилка 4 Дробилка 4 Дробилка 4 Подогрева- тель 4 Болтушка 4 Болтушка 4 Сушильный барабан 4 4 Мельница 4 Шламбассейны 4 Мельница 4 Кальцинатор 4 Фильтр 4 Смеситель t / Добавка / з Е 4 4,., Вращающаяся / печь I 4 4 Дробилка I 4 Пыльная камера Гипс 4 Холодильник 4 Сушильный барабан 4 Дробилка 4 Клинкерный склад 4 4 4 Мельница 4 Цементные силосы -►Железнодорожные вагоны 4 Упаковочная машина С '-клад упакОванного цемента
272 РАЗДЕЛ I: Основные способы производства цемента ство химического состава компонентов сырья, способность шлама фильтроваться и сырьевой смеси гранулироваться, прочность и тер- мостойкость гранул и др. Установлено, что экономически целесообразно применять сухой способ при влажности сырья до 12%. В мировой цементной промышленности примерно 2/з цемента вырабатывается иа заводах с мокрым способом производства. Менее распространенным по сравнению с двумя указанны- ми основными способами является комбинированный способ произ- водства, который заключается в том, что сырьевые материалы пере- рабатываются мокрым способом в шлам и затем перед поступлени- ем в печь обезвоживаются в шлам-фильтрах до остаточной влажности 16—19%. Отфильтрованный «сухарь» смешивается с пылью, уловленной из печных газов, для того чтобы предотвратить слипание «сухаря». Смесь сухаря и пыли разрыхляют и подают с влажностью 12—15% в печь для обжига. К комбинированному способу производства относят также обжиг сырьевого шлама во вращающихся печах, оснащенных концентраторами. Шлам подсу- шивается в запечных концентраторах отходящими газами вращаю- щихся печей до остаточной влажности 6—10% и затем поступает почти сухой в печь для обжига. Схема производства цемента по комбинированному способу приведена выше.
РАЗДЕЛ II ДРОБЛЕНИЕ Автор-составитель инж. Ю. И. ДЕШКО В ходе дробления твердые куски материала разбиваются на бо- лее мелкие, при этом механическим путем преодолеваются молеку- лярные силы сцепления внутри твердого тела или частиц тела меж- ду собой. Процесс дробления заключается в упругой и пластической дефор- мации материала, образовании новых поверхностей его, преодолении внешнего н внутреннего трения. Имеются две дополняющие друг друга теории дробления — по- верхностная (Риттингера) и объемная (Кирпичева). Согласно первой теории «работа дробления пропорциональна степени измельчения», а по второй — «работы внутренних сил (сил упругости) пропорциональны объемам подобных тел». Вторая теория основывается на формуле теории упругости, да- ющей абсолютную величину деформации: 02 у “ 2Е ' где а •— напряжение в кГ/см2; V — объем деформируемого тела в см3; Е — модуль упругости в кГ/см2; А — работа деформации в кГ/см. Дробление материалов целесообразнее производить в несколько стадий. На отечественных цементных заводах в основном осуществ- ляется крупное, среднее и мелкое дробление материалов в две и три стадии. В результате крупного дробления получают продукт с верх- ним пределом крупности 100—150 мм п больше. При среднем дробле- нии происходит уменьшение крупности материала от 100—150 и мак- симально 200, до 10—12 мм; при мелком — с 20—100 до 3—10 мм. Степень измельчения является одним из основных показателей, характеризующих работу дробильной установки. Степень измельче- ния материалов определяется отношением поперечника наибольших кусков материала, поступающих в данную дробилку, к максималь- ному поперечнику раздробленных в ней кусков. Степень измельчения характеризуется также отношением ширины загрузочного отверстия дробилки к ширине выпускной щели. В практике цементного производства степень измельчения состав- ляет для щековых дробилок от 4 до 6, для конусных от 10 до 20,
274 РАЗДЕЛ II. Дробление Физико-механические показатели материалов и типы применяемых дробилок
Щековые дробилки 275 для молотковой однороторной от 10 до 12 и двухроторной от 15 до 20, валковой от 3 до 4 для твердых пород и от 10 до 15 для слабых и мягких пород. При выборе схемы дробления и типа дробилок учитывают глав- ным образом основные физико-механические свойства материалов, их крупность, а также обшую требуемую степень измельчения. Ма- териалы подразделяют на мягкие, средней твердости и очень твер- дые (табл. 1). Дробильные машины классифицируются по характеру применяе- мых сил дробления — удара, давления, изгиба и растяжения, а также сил сопротивления структурных элементов дробимого мате- риала. Различают два основных вида дробилок: а) машины с прерыв- ным нажатием дробяшпх поверхностей с попеременным их сближе- нием и удалением друг от друга (щековые и конусные): б) машины с непрерывным нажатием подвижных дробящих поверхностей, име- ющих постоянный зазор (валковые). Отдельную группу образуют ударные и молотковые дробилки, в которых используют ударное действие движущихся при высоких скоростях частей дробилки. ЩЕКОВЫЕ ДРОБИЛКИ Щековые дробилки относятся к группе машин с периодическим нажатием и свободной разгрузкой продукта под влиянием силы тя- жести. Они состоят из двух дробящих поверхностей (щек), распо- ложенных под небольшим углом и сближающихся в нижней части. Щековые дробилки применяют для крупного и среднего дробле- ния твердых материалов и материалов средней твердости. При дроб- лении вязких материалов используется добавочное скользящее дви- жение качающейся щеки, что облегчает разгрузку машины. По характеру движения качающейся щеки дробилки делят на две группы: с простым качательным движением (рис. 1,а) и со слож- ным движением — качательным и продольным вдоль поверхности ще- ки (рис. 1,6). По расположению качающейся щеки различают также дробилки с осью подвеса подвижной щеки наверху (см. рис. 1,а) и дробилки с осью подвеса ее внизу, у выпускной щели (рис. 1,е). Щековые дробилки могут быть с шарнирно-рычажным механиз- мом, приводимым в движение от коленчатого вала, или с кулачко- вым механизмом (рис. 1,г). При работе щековой дробилки с простым качанием и верхним подвесом подвижной щеки (рис. 2) вращением эксцентрикового вала достигаются подъем и опускание шатуна. Угол наклона распорных плит меняется, происходит качание подвижной щеки вокруг непо- движной оси, и сырье, поступающее между подвижной и неподвиж- ной щекой, подвергается дроблению. Щековая дробилка со сложным качанием щеки (рис. 3) имеет подвижную щеку, подвешенную на эксцентрике вала. В нижчей сво- ей части щека опирается на распорную плиту. При вращении вала щека производит сложные качания.
276 РАЗДЕЛ II. Дробление Рис. 1. Щековые дробилки а —с простым качанием щеки; б—со сложным кача- нием щеки; е—с иижней осью качания щеки; г — с кулачковым механизмом Рис. 2. Щековая дробилка с простым качанием щеки f — приводной эксцентриковый вал; 2 — шатун; 3—7 — распорные пли- ты: — подвижная щека; 5—подвесной вал; 6 — неподвижная шека: S—S* — сухари; 10 — оттяжной рычаг
Щековые дробилки 277 Рис. 3. Щековая дробилка со сложным качанием щеки 1 — приводной вал (эксцентриковый); 2— станина; 3 — неподвижная дробящая плита; 4— оттяжной рычаг; 5 — упор: 6 — пружина; 7 — сухарь; 8 — упорные клинья; 9 — распорная плита; 10— щека; И — подвижная дробящая плита; 12 — регулировочные болты Максимальная емкость ковша погрузочного экскаватора опреде- ляется величиной загрузочного отверстия щековой дробилки: Емкость ковша экскаватора в ле3 0,5 1 2 3 Размер загрузочного отверстия Адробилки в мм 600 X900 900X1200 1200X1500 1500X2100 Крупность загружаемых в щековую дробилку кусков не должна превышать 85% ширины загрузочного отверстия, иначе возможно забивание машины материалом. Дробилку следует загружать мате- риалом равномерно с помощью питательного устройства. Производительность щековых дробилок зависит от характерис- тики дробимого сырья, размеров выпускной щели и загружаемых кус- ков, конструктивных особенностей дробилки. Для упрощения определения производительности щековых дро- билок пользуются формулой Левенсона л 0,03;x-yn&S (d + е) Q = __ где п — число оборотов в 1 мин;
278 РАЗДЕЛ /I. Дробление е — расстояние между щеками в нижней части при минималь- ном разгрузочном отверстии в см; S — размах щеки в см; b — длина выпускной щеки в см; d—e-pS; р-—коэффициент разрыхления породы, принимается равным от 0,3 до 0, <; у— объемный вес сырья в nifcM3; а— угол захвата в град. Можно также пользоваться эмпирической формулой Таггарта Q = 0,093U [т/ч] , где d — размер выпускного отверстия дробилки в положении наи- большего удаления щек в см; L — длина загрузочного отверстия в см. Влажность сырья оказывает незначительное влияние на произ- водительность щековых дробилок, используемых для первичного дроб- ления, за исключением сильно глинистых пород. Во время вторич- ного дробления сырья, особенно прн наличии мелких кусков с влаж- ностью до 6%, производительность щековой дробилки может сни- зиться на 50% из-за комкования материала в зоне мелкого дробле- ния. Крупность кусков дробимого материала зависит от размеров за- грузочного отверстия, от допускаемого угла захвата материала и от угла между щеками. Для нормального дробления сырья в щековых дробилках необ- ходимо, чтобы угол между щеками был меньше двойного угла тре- ния. Угол захвата в щековых дробилках редко превышает 24°, а максимально допускаемый угол захвата для обыкновенных пород равен примерно 32°. По данным проф. Левенсона рекомендуется при- нимать угол захвата для щековых дробилок в пределах 15—20°. Влияние угла захвата на производительность дробилки выражает- ся следующей зависимостью: Угол захвата в град 30 27 20 14 Производительность в т]ч . . 100 102 116 114 Ширину выпускного отверстия дробилки регулируют путем из- менения длины распорных плит, замены изношенных плит новыми или более толстыми нли путем перемещения крайнего вкладыша рас- порной плиты с помощью регулировочных клиньев. Размах щеки в дробилках измеряется длиной ее хода. Величина размаха щеки устанавливается в зависимости от свойств дробимо- го сырья. Так, если сырье твердое и хрупкое, то следует работать с минимальным размахом. Прн дроблении пород, которым присущи местное разламывание и деформация под давлением, следует приме- нять максимальный размах. Регулируют размах дробилки измене- нием угла наклона распорных плит или заменой эксцентрика.
Молотковые дробилки 279 Регулирование скорости дробилки осуществляется путем изме- нения числа оборотов вала двигателя или изменения передаточного числа шкива. Наивыгоднейшее число оборотов эксцентрикового вала щековой дробилки определяется по формуле _ / tg а п = 665 3/ —— \об/мин\, Г где а— угол захвата между щеками в град; S — размах щеки в см. Дробящие плиты для мягких материалов с пределом прочности при сжатии не выше 600—800 кГ/см2 отливаются из закаленного чу- гуна; для твердых материалов, а также в дроонлках с шириной вы- пускного отверстия от оио мм и выше рекомендуется отливка плит из марганцовистой стали с содержанием 6—12% мп. Плиты из марганцовистой стали служат z—6 месяцев и более; расход их составляет U.UU4—U.U26 кг на 1 т дробимого сырья, а плит из закаленного чугуна — U.UOy— 0,088 кг на 1т породы. Установленную мощность двигателя щековой дробилки принима- ют больше действительно потреоляемои с тем, чгоиы ооеспечигь пре- одоление нагрузки в пусковой момент. Среднее отношение расхода энергии при полной нагрузке к установленной мощности близко к 0,8а. При оольшей величине отношения происходит резкое снижение скорости, что в свою очередь вызывает заоивание дробилки. Количество выпускаемого дробленого сырья меняется в зависи- мости от ширины разгрузочного отверстия (прн предельной нагруз- ке машины и постоянном расходе энергии). Основные достоинства щековых дрооилок заключаются в просто- те конструкции, ремонта и ухода, относительной компактности, не- большом весе. Их недостатки: периодичность работы, невозмож- ность получения кусков заданного размера, возможность замазыва- ния частей машины, относительно высокий расход электроэнергии. Техническая характеристика основных типов щековых дробилок при- ведена в табл. 2. МОЛОТКОВЫЕ ДРОБИЛКИ Молотковые дробилки применяются в цементной промышленно- сти для одностадийного первичного дробления материала с получе- нием кусков размером до 25 мм и для вторичного дробления мате- риала крупностью 100—300 мм до размера 15 мм и менее. Молотко- вые дроОилки используются в цементном производстве и для пер- вичного дробления глинистых пород, а также хрупких неабразивных пород и известняков средней вязкости с влажностью не более 15%. В молотковых дробилках материал разбивается быстровращаю- щимися молотками — билами, насаженными на ротор. Куски раздроб- ленного материала определенного размера проваливаются через нижнюю решетку дробилки. Конструкции молотковых дробилок отличаются по форме и спо-
280 РАЗДЕЛ II. Дробление Техническая характеристика основных типов щековых дробилок' wnw I Е СЬ’СЕ EOJ -odogo 01гзиь WW Е И1*о1п уоняэАи -NE ВНИЙИЩ ww е ЕКХЗЙЭЕХО OJOHiice&Ij -СЕ НЙЭМЕЕЯ h/cW Е члэончгах -йГОЯЕИОДц 9 Я ешгЛкт спшгтг 3 § ЭзЭоиЗ^^ЭЗ^^оиооооояа хххххххххххх 8 § 04 <£> ихозпя ги е гшшпего ээя шоу fl чхэонпюи КЕННЭЕЕОНЕХЭу; И 13 19,5 19,2 23 69 50,8 120 140 210 -201 250 2,2 2,8 3,4 6,2 6,1 5,8 15,8 5,9 16 0013 0891 2150 2420 27С0 2800 4100 4500 4500 4800 1385 1412 1460 1518 1520 1230 2420 1350 2450 1790 1700 ппол 2330 2460 3690 3490 4520 4450 5810 4820 7178 1330 1202 1480 2003 1744 I 2045 2280 1 2100 2300 3050 1900 3680 3420 3450 4840 4480 5565 6200 7750 6310 7700 1445 1330 1550 1650 1650 1330 2250 1400 2250 18 25 40 40 80 110 120 206 175 280 250 280 16 20 16 23,5 23,5 36 75 36 80 220—275 250 220—275 225 225 170 180 170 135 100 170 100 275 275 275 250 250 275 250 275 250 45—85 50-100 60—125 60-125 75—150 150—200 140—250 190—250 200—250 250—300 300 180 50 20—30 50 70 70 20—80 35—120 20-80 75—200
Молотковые дробилки 281 собу крепления молотков, их расположению, числу роторов, по фор- ме дробящих плит, а также по типу и положению загрузочного уст- ройства. Молотковые дробилки различаются и по направлению вра- щения. Молотковая дробилка (рис. 4) имеет разъемный корпус сварной конструкции. Нижняя часть снабжена кронштейном для подшипни- ков вала и изготовляется из стали. Внутренняя рабочая поверхность корпуса покрывается сменными защитными бронями. Внутри корпуса на горизонтальной оси вращается вал фасонной конструкции. Вал снабжен шарнирно подвешенными молотками. Под ротором распо- лагается колосниковая решетка. Колосниковые решетки и их опоры бывают различной формы. Расстояния между колосниками могут ре- гулироваться. Привод дробилки осуществляется от отдельного элек- тродвигателя через тексропную или ременную передачу. Конструк- тивная связь между шкивом и валом дробилки имеет предохрани- тельное устройство, предотвращающее поломки дробилки в случае попадания в нее посторонних недробимых тел. В цементной промышленности получили распространение одноро- торные молотковые дробилки со степенью измельчения до 12 и двух- роторные— со степенью измельчения 15—30. Техническая характери- стика однороторных дробилок дана в табл. 3. Мощность двигателя молотковой дробилки рассчитывают по эм- пирической формуле МДв = 0,15£>2-Ln [квт1, где L — длина ротора в м; п — число оборотов ротора в 1 мин; D — диаметр ротора в м. Производительность молотковой дробилки прямо пропорциональ- на длине ротора, квадрату его диаметра и кубу угловой скорости. Рабочий зазор между внутренней поверхностью колосников и ротором выбирают в зависимости от необходимой крупности про- дукта дробления. Рекомендуется, чтобы рабочий зазор был больше поперечника максимальных кусков продукта дробления: при круп- ном дроблении — в два раза, при мелком — в три-четыре раза. Производительность молотковых дробилок не зависит от круп- ности кусков исходного материала, поэтому их применение эффектив- но с большой степенью измельчения. При подаче в молотковую дробилку больших кусков из прочного материала необходимо увеличивать окружную скорость молотков, а также заменять и увеличивать вес молотка. Поэтому при крупном дроблении применяют молоткн потяжелее, но в небольшом количест- ве, а при мелком — большое количество легких молотков. Периоди- чески необходимо производить тщательную выбалансировку всех вращающихся частей. При износе молотков рекомендуется заменять весь комплект или симметрично расположенные молотки, чтобы не нарушать выбалансировку ротора. Молотки дробилки изготовляются из кованой высокоуглеродис- той и литой марганцовистой стали. Вес их колеблется от 6 до 120 кг каждый. При вторичном дроблении мягких известняков износ мб- лотков составляет примерно 0,002 кг на 1 т породы.
Таблица 3 Техническая характеристика однороторных молотковых дробилок Показатели С-218 Кусинского завода строитель- 1 ДМ-4 Выксун- ского завода ДРО СМ-19А Челябин- ского заво- да „Стром- машина" ЗЕТ дробилка системы ХПа „Це- ментан- лагенбау" СМ-170А Выксун- ского за- вода ДРО Завода имени Э. Те.тьмаиа (ГДР) МД-3 Выксун- ского за- вода ДРО ЗЕТ дробилка системы XVI „Це- ментан- лагенбау" Завода имени Э. Тельмана (ГДР) Электро- стальского завода машино- строения Диаметр ротора в мм 600 1000 1000 1200 1300 1400 1470 1600 2000 2000 Длина ротора в мм . 450 800 800 800 1600 1200 1440 1700 1500 1700 Число оборотов ро- тора в 1 мин .... 1250 580—950 1000 300 580—730 750 300 220 200 750 Размер загружаемых кусков в мм . . . . 100 200 300 До 250 До 400 До 400 До 800 До 300 До 600 До 500 Размер выдаваемых кусков в мм.... 35—0 40—0 40—0 30—50 10—20 0—60 30—60 30 . 40 0—25 Производительность в mj4 ....... 17—2 60—106 34—54 до 100 150—200 200 150—200 125 , 100 250 Мощность двигателя в кет ....... 14 76—120 115 60 260 200 2X90=180 120 150 380 Вес в т 1,3 5.85 5,05 12,7 12,5 23,6 34,7 31,5 37,5 30 Габариты в мм\ длина 1050 1900 2230 2010 2820 2200 4195 2700 3500 5800 ширина 1029 1330 1510 2890 2424 3000 4150 42С0 5100 2900 высота ...... 1122 1510 1515 1700 1924 1800 2070 2250 2520 2750 315-----------Н Г------------992 Рис. 4. Молотковая дробилка /—нижний корпус; 2—верхний корпус; 3—вал; 4—молотки; 5—крестовина; 6—боковая броня приемной воронки; 7—брони; 8—ось; 9—колосниковая решетка РАЗДЕЛ 11. Дробление Молотковые дробилки
284 РАЗДЕЛ //. Дробление Потери в весе дробящих плит и колосников в среднем составля- ют 0,12 кг иа 1 т дробленого материала. Удельный расход энергии составляет а одиороторной дробилке при одностадийном дроблении известняка 0,9—2,1 квт-ч иа 1 т про- дукта при степени измельчения до 8; в двухроторной — до 1,6 квт-ч/т при степени измельчения до 25. Рис. 5. Незабивающаяся дробилка типа ДМПП 1200X1000 1 — вал ротора; 2 — молотки; 3 — броневая плита; 4 — цеп- ное броневое полотно; 5 — очистное устройство Регулирование работы дробилки достигается изменением числа и формы молотков, скорости вращения ротора, числа, размера и рас- положения отбойных дробящих плит, величины зазора между колос- никами решетки, а также между молотками и решеткой, количества и крупности загружаемого материала. Основные достоинства молотковых дробилок: простота и надеж- ность конструкции, малый вес, большая производительность, большая степень измельчения, сравнительно небольшой расход энергии. Молотковая дробилка с подвижной плитой применяется для дро- бления сырья повышенной влажности. Степень измельчения матери- ала составляет практически 10-—16. Дробилка (рис. 5) состоит из быстровращающегося ротора с молотками, привод которого осуществляется от индивидуального двигателя, и дробильной плиты — медленнодвижущейся ленты. Вра- щение ротора и движение ленты — встречные. Поступающий в дро- билку материал измельчается молотками ротора и проходит через нижние броневые плиты — решетки. Отбрасываемые к задней торцо- вой стенке мелкие куски материала удаляются из дробилки с по- мощью очистительного устройства. Дробящее полотно представляет собой наклонную цепь, собранную из литых звеньев из марганцови- стой стали. Звенья связаны в два ряда при помощи шарниров. В табл. 4 дана техническая характеристика молотковых дроби- лок с подвижной плитой.
Молотковые дробилки 285 Таблица 4 Техническая характеристика основных типов зарубежных двухроторных Показатели ДМПП (Кыштым- ского завода) УЗТМ Фирмы «Дикси* Размеры ротора в мм: диаметр 1200 1700 1250 длина 1000 1450 1000 Число оборотов ротора в 1 мин....... 735 585 720 Размер наибольших кусков загружаемого материала в мм 300—350 500—600 300—400 Размер дробленого продукта в мм 50—0 75—0 до 200—0 50—0 Производительность в т!ч.......... 200—250 150—500 150—200 Мощность двигателя в кет......... 160 440 175 Вес в m. 25 72 23 Эти дробилки могут работать как иа первой, так и на второй ста- дии дробления. Питание их крупнокусковым материалом не ре- комендуется, так как при этом резко снижается степень измельчения и производительность. При влажности материала ие свыше 20% Дро- билки работают ие замазываясь. Двухроторная молотковая дробилка применяется для дробления пород средней твердости и мягких пород (известняка, мергеля, гипса и т. д.). Получаемый сравнительно мелкий материал может быть в случае необходимости направлен прямо иа измельчение в трубные мельницы. Дробилка имеет два ротора, которые в зависимости от конструк- ции могут вращаться в одну или в разные стороны. Обычно каждый ротор имеет самостоятельный электродвигатель. Число молотков в дробилке колеблется от 8 до 32. Конструктивное исполнение отдель- ных ее узлов такое же, как и обычной молотковой дробилки. Техническая характеристика основных типов зарубежных двух- роторных дробилок приведена в табл. 5. Таблица 5 Техническая характеристика основных типов зарубежных двухроторных дробилок Показатели Титан 6Д Фирмы „Смидт* 6Д16 8Д16 Титан 8Д Размер загрузочного от- верстия в мм...... Максимальный размер за- гружаемого куска в мм Производительность в т/ч Установленная мощность в кет . Общий вес в т 800X950 До 500 40 40 13,9 950X1100 600 50 • 55 18 950x 700 До 400 60—100 35 17,5 950X1100 500 100—150 48 31 1200X950 600 60 65 17,5
286 РАЗДЕЛ II. Дробление Ударные молотковые дробилки получили в последнее время ши- рокое применение в зарубежной цементной промышленности. В них быстроврашающиеся роторы с закрепленными молотками с большой силой отбрасывают кусковой материал к специальной колосниковой решетке, расположенной в вертикальной плоскости. Количество рото- ров в дробилке — от одного до трех. Степень измельчения — до 20. Дробилки ударного действия могут быть применены для одно- ступенчатого дробления цементного сырья с пределом прочности до 1500 k/'/cjh2 и для вторичного и третичного дробления сырья повы- шенной твердости. Отечественная промышленность изготовляет ударные молотко- вые дробилки типа СМ-429 (Выксунский завод) и дробилки разме- рами 1000 x 800 и 1250X1600 мм (Электростальский машинострои- тельный завод). Дробилка СМ-429 имеет производительность 100— 200 г/ч при размере куска исходного сырья до 650 мм, мощность электродвигателя НО кет. Производительность дробилки размером 1000 x 800 мм до 200 г/ч при размере куска исходного сырья до 350 мм, электродвигатель мощностью 125 кет. Дробилка размером 1250x1600 мм имеет производительность до 400 г/ч при размере куска до 700 мм, мощность электродвигателя 2U0 кет. ВАЛКОВЫЕ ДРОБИЛКИ В цементной промышленности валковые дробилки применяют для переработки мягких пород и для среднего дробления более твер- дых материалов (клинкера, угля). Практика показала, что наиболее рационально применение валков диаметром до 1200 мм. При исполь- зовании зубчатых валков поперечник кусков материала может дохо- дить до ’/з—2/з диаметра валков. Степень измельчения в этих дро- билках при прочных и твердых материалах достигает 3—4, при мяг- ких— до 10—15. Дробилки бывают однороторные и многороторные с гладкими и зубчатыми валками. В основном применяются двухроторные зубча- тые валковые дробилки, техническая характеристика которых при- ведена в табл. 6. На сварной раме двухроторной дробилки (рис. 6) смонтированы два горизонтальных зубчатых дробильных валка, под- шипники одного из которых закрепляются неподвижно, а второй ва- лок установлен в подвижных подшипниках, что позволяет произво- дить регулировку ширины выпускной щели. Дробление осуществляет- ся между этими валками, вращающимися навстречу друг другу. Окружная скорость в быстроходных зубчатых валках для мяг- ких материалов доходит до 5 м/сек, а в тихоходных для твердых ма- териалов — не более 2 м/сек. Одновалковые и щечно-валковые дробилки, применяемые для крупного дробления среднетвердых мергелей, слабых известняков, твердых глин, сланцев и пр., обеспечивают степень измельчения мате- риала до 15 и более. Одновалковая дробилка (рис. 7) состоит нз одного зубчатого валка и неподвижной щеки. Щека, подвешенная на осн, удерживает-
Валковые дробилки 287 Техническая характеристика двухроторных зубчатых валковых дробилок Рывшая фирма „Крупп* 1100 1000 До 600 15 40 (шель— 100 мм) 5070 3200 1400 20 „Цемент- аилаген- бау 1100 1250 До 600 14 50 15 кусков до 100 мм) 7500 3000 34 Завода имени Э. Тель- мана (ГДР) 1250 1650 До 600 15 50 до 100 (щель— 90 мм) 1 5 № 5 завзда имени 15 летия ЛКСМУ 1200 900 До 400 и с о t ’ (шель— 80 мм) 4400 3900 1300 15 УЗТМ 2ВГ 1200 500 До 200 75 40 ДО 75 О о чГ О 2200 36 Электро- стальского завода тяжелого машино- строения 1100 1000 До 500 16 28 50—70 с о ооои 4560 1700 19 № 4 завода имени 15 летия ЛКСМУ 900 1200 До 300 40-100 «Г О' г- V 1Г I (щель— | до 60 мм) 3750 3750 1100 15 СМ-92 Челябин- ского о о nm ч kJ о „Стром- машина* 935 900 До 400 ап 26 Пп 19R (щель— до 100 мм) 3450 2900 1200 9,1 № 3 завода имени 15-летия ЛКСМУ 900 900 . До 300 4П— 1Г1П с с 1 (щель— до 60 мм) 3500 3250 1100 10 Показатели Диаметр валка в мм .! Длина валка в мм • . Размер загружаемых кусков в мм .... Число оборотов вал- Потребная мощность r кпт ... Производительность в т]ч ...... ... Габариты в мм'. ширина высота Вес вт
28В РАЗДЕЛ II. Дробление Рис. 6. Валковая двухроторная зубчатая дробилка 1 — вал подвижного валка; 2 — вал неподвижного валка; 3—4 — приводные шестерни; 5—6 — шестерни с удлиненным зубом; 7—s — зубчатые валки; 9 — пружина; 10 — винт; 11 — рама дро- билки; 12 — приводной шкив Рис. 7. Одновалковая дробилка 1 — ступица дробильного валка; 2 — зубчатые сегменты; 5 — ось; 4— щека; 5 — дробящая плита; 6 — тяга: 7 — пружина
Валковые дробилки 289 ся в этом положении тягой с пружиной, что позволяет щеке отодви- гаться, когда в машину попадают посторонние недробимые мате- риалы. Обычно диаметр валка колеблется в пределах от 400 до 1600 мм. Длина валка превышает диаметр примерно в три раза. В табл. 7 приведены данные, характеризующие особенности неко- торых одновалковых дробилок, применяемых в цементной промыш- ленности. Таблица 7 Техническая характеристика одновалковых аубчатых дробилок Показатели Размеры дробилок (диаметр X длина валка) в мм 610X1524, импортная 900X900, Яси- новатского машинострои- тельного за- вода 1100 X2500, Электросталь- ского маши- ностроитель- ного завода Размер загружаемого материала в мм Размер дробленого продукта в мм Производительность (по извест- няку) в т/ч .......... Число оборотов валка в 1 мин. . Установочная мощность двигате- ля в кет До 400 150 До 200 58 75 До 800 100—200 До 100 36 20 До 1000 150 120 14 55 Предельный размер частиц поступающего на дробление материа- ла определяется углом захвата валковой дробилки, который образу- ется касательными к поверхности валков, проведенными в точках их соприкосновения с дробимым куском, а также размером щели между валками. Практически угол захвата редко превышает 25°. При этом максимально допустимую величину кусков загружаемого материала для зубчатых валков устанавливают, исходя из следующей зависи- мости: D S=t-\----[л,и). где t — размер щели между валками в мм; D — диаметр валков в мм; х — поправочный коэффициент, зависящий от свойств дроби- мого материала (для каменистых пород х=5, для мягких пород х=2,5). Производительность валковой дробилки определяют по фор- муле Q = GOnnDLty. — 3600иТ/р. [л3/ч], где п — число оборотов валков в 1 мин; D — диаметр валков в м; L— длина одного валка в At; 19—1621
290 РАЗДЕЛ 11. Дробление t — ширина выпускной щели в л; v — окружная скорость валков в м]сек\ (л—коэффициент разрыхления (для известняка р=0,35, для глины |л=0,4->0,6). Практика показала, что расход металла при дроблении валко- выми дробилками составляет от 0,004 до 0,04 кг на 1 т дробленого материала (бандажи из хромистой или марганцовистой стали). Преимущества валковых зубчатых дробилок — простота конст- рукции и надежность в работе. КОНУСНЫЕ ДРОБИЛКИ В отечественной цементной промышленности конусные дробилки применяют преимущественно для дробления клинкера и твердых абразивных материалов. Рекомендуется применять их и для дроб- ления сырьевых материалов большой твердости. Рис. 8. Конусная дробилка ККД / — корпус дробилки; 2— траверса; 3 —подвески дробящего конуса; 4 — дробящий коиус; 5 — вал-эксцентрик; 6 — приводной вал В конусной дробилке (рис. 8) раздавливание кусков материала происходит под влиянием прерывного, постепенно, нарастающего сжатия между двумя усеченными конусами, вставленными друг в друга, или между футеровкой станины и внутренним дробящим ко-
Конусные дробилки 291 009-00SZ-VWM оонш-1Гэя 0S9I-V3H Техническая характеристика конусных дробилок 081/0061-1ГЯЯ 8 CD о § До 1000 О 1—1 о о CD я 2X200 001/006-КЯЯ § С4 i о о о о со о О 1—1 До 1000 § 8 091/006-ЕЯЯ § т—1 § о До 750 сч 1—1 О со 1—1 8 04 19*
292 РАЗДЕЛ //. Дробление иусом. При сближении дробящих поверхностей материал раздавли- вается, а при их удалении измельченный материал проваливается вниз. Конусные дробилки различают по техническому назначению и конструктивным признакам. По техническому назначению дробилки выпускаются: для крупного дробления; размер поступающих на дробление кусков колеблется от 300 до 1500 мм при ширине выходного отвер- стия от 50 до 200 мм, степень измельчения составляет 5—6; для среднего дробления; размер поступающих на дробление кусков колеблется в пределах от 75 до 350 мм при ширине выходно- го отверстия от 15 до 50 мм; степень измельчения 6—8; для мелкого и среднего дробления; максимальный размер по- ступающих на дробление кусков от 30 до 75 мм при ширине выход- ного отверстия от 3 до 15 мм, степень измельчения составляет 8—15. По конструктивным признакам дробилки выпускаются с подве- шенным валом, эксцентриковые и дробилки с консольным валом (нормальные, средние и короткоконусные). Техническая характеристика основных типов конусных дроби- лок приведена в табл. 8. Угол захвата конусной дробилки с гладкой цилиндрической бронировкой конусов составляет в среднем около 22° и увеличивает- ся до 27—30° для больших дробилок крупного дробления и при криволинейной форме бронефутеровки. Производительность конусной дробилки зависит от рода дроби- мого материала, величины разгрузочной кольцевой щели и конст- руктивных особенностей (числа качаний конуса и угла захвата). Производительность конусных дробилок рассчитывают по формуле С = Ау£»2-5/ [т/ч\, где А — опытный коэффициент (обычно принимается равным 0,98); у— объемный (насыпной) вес материала в т)м3; D — диаметр дробящего конуса в м; I — ширина выпускной щели в м. Мощность двигателя для дробилок крупного дробления состав- ляет МдВ=85-.О2 кет, а для дробилок среднего и м