Эксергетический анализ в задачах формирования состава и стабилизации качества цементных сухих строительных смесей Лукманов, Рафкат Тухватович

Введение к работе

Актуальность проблемы:

В общей классификации сухих строительных смесей (ССС) цементные смеси являются наиболее распространенными и имеют свою широкую область применения. Понятно, что качество таких смесей в определяющей степени зависит от вида и свойств используемых цементов. Но здесь следует отметить, что даже если вид цемента для конкретной смеси определен, задача достижения максимального качества этой смеси и его стабилизации все равно продолжает оставаться до конца не решенной.

Практика показывает, что в рамках любого выпускаемого изготовителем типа и класса прочности цемента всегда имеется множество вариантов такого вида цемента и качество каждого поступающего к потребителю цемента, отличается от предыдущего. Поэтому потребителю каждый раз приходится иметь дело как бы с новым цементом с его измененным химико-минералогическим (Х.М.) и зерновым составами (З.С.). Это приводит к тому, что использование разных цементов одного вида резко затрудняют условия формирования состава и задачу стабилизации качества смеси.

Традиционный текущий контроль качества цемента по его дисперсности, оцениваемой по остатку на контрольном сите и удельной поверхности - параметрами, не отражающими его полный зерновой состав, неучет химико-минералогического состава цемента и отсутствие в итоге канала регулирования «расход цемента - его качество» не позволяют обеспечить оперативное управление процессом стабилизация качества смеси. Поэтому проблема стабилизации вынужденно сводится, в основном, к ужесточению требований к весовому дозированию компонентов, подаваемых в смеситель. Для решения этого вопроса следует использовать другие, новые подходы.

Использование в технологии цемента эксергетического метода анализа и мельниц дискретно-непрерывного действия (МДНД) открыло новые возможности по решению целого ряда актуальных не только для цемзаводов, но и производителей смесей научно-технических задач, традиционным путем не решаемых. Одной их них и является разработка нового способа стабилизации качества сухих строительных смесей на основе нового критерия качества цемента - эксергии цемента Е_цем, учитывающего одновременно все параметры химико-минералогического и зернового составов и их изменения. Главный вопрос, который возникает при этом, можно ли обеспечить оперативное управление процессом стабилизации качества смеси по этому критерию, т.к. с этой точки зрения обычный процесс формирования состава смеси относится к классу трудноуправляемых

ЛЬНАХ і
КА J

СОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА СІНтерб» ОЭ К»'

объектов, причем использующих при этом косвенные, а не прямые регулируемые параметры.

Анализ процессов получения цемента и смесей на их основе показывает, что с точки зрения системного и эксергетического анализа технологии их получения объективно образуют единую систему механо-термо-химического превращения «сырье-композиция-шихта-шлам, мука-клинкер-цемент-изделие», определяющую значения эксергий этих потоков: E_c->E,t—»Е_Ш->Е_ШЛ, E_M—»E|„,—Ецєм-^Ессс- Отсюда видно влияние каждого элемента системы на достижение Ессс max, возможности достижения в схеме рецикла и что наиболее гибкой и оперативно управляемой подсистемой является технология измельчения клинкера и добавок.

Таким образом, впервые представляется возможным реализовать технологическую обрапгую связь между готовым изделием потребителя и

ВХОДЯЩИМ В ЄГО СОСТаВ ЦеМеНТОМ ИЗГОТОВИТеЛЯ. Достижение Ецсмтах должно

проводиться на цемзаводе. И такая задача теоретически и практически уже решена. Определена последовательность реализации такой задачи.

Цель диссертационной работы: Разработка основных положений эксергетического анализа к задачам формирования состава и стабилизации качества цементных сухих строительных смесей (ССС) . Поставленная цель определила следующие направления исследований:

1. дать подробное описание процессов получения сухих строительных смесей, охватывающих комплекс связанных с этим вопросов - от места и роли ССС в стройиндустрии до эффективности применения смесей в рыночных условиях РФ;

2. разработать методическое обеспечение решения задачи, включающее определение новых критериев оценки качества цемента и смесей - эксергий цемента Е_цем, концентрации эксергий цемента E_ueM/dc_P; эксергий смеси Ессс» концентрации эксергий смеси Eccc/dcp и методики их расчета;

3. разработать технологические решения по стабилизации качества ССС и показать эффективность предлагаемой новой схемы получения ССС по сравнению с существующей.

Объектом исследования являются типовые технологии . получения цемента и ССС.

Методологическая основа исследования — общая стратегия системного анализа процессов химической технологии, предложенная академиками В.В. Кафаровым, И.Н.Дороховым, и реализованная в стройиндустрии, в т.ч. цементной промышленности, в работах академика М.А.Вердияна.

Научная новизна. В работе впервые с позиций системного анализа предложен и разработан эксергетический подход к задачам формирования состава и стабилизации качества цементных сухих строительных смесей.

Разработаны:

новые критерии оценки качества цемента и смесей: эксергия цемента Е_цем; концентрация, эксергии цемента E_ueM/d_cp; эксергия смеси Ессс ^и концентрация эксергии смеси Eccc/dcp-

методики определения критериев по п.2, показана эффективность их использования в научных и практических целях. Установлено, что на энергетическую эффективность качества смесей влияет не столько вид цемента, сколько его эксергетические характеристики. Выбор цемента должен осуществляться при максимальных значениях его эксергетических характеристик, которые обеспечат и Ессс max- Поэтому нужно специально выпускать адресный цемент для ССС.

комплексная математическая модель, описывающая в процессах получения цемента и смесей эксергетическое превращение потоков и

УСЛОВИЯ ДОСТИЖеНИЯ Е_цем max И Е_ССС max-

Обоснованность и достоверность результатов.

Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, определяется корректным применением методов системного и эксергетического анализа, математического моделирования и типовыми экспериментальными исследованиями физико-химических и механических свойств клинкеров, полученных на МДНД 3,2x15 м АО «Осколцемент».

Практическая ценность результатов работы состоит в конкретных технологических предложениях по стабилизации качества цементных ССС:

Разработана принципиально новая технологическая схема измельчения цемента и получения ССС. Адресный цемент получают в МДНД на цемзаводе. Далее этот цемент разделяют на основной и управляющий потоки на заводе изготовления смесей.

Выполнена сравнительная оценка эффективности предлагаемой и существующей схем получения ССС. Расчеты показывают, что дисперсия активности цемента после смешения по предлагаемой схеме уменьшается в 2,5 раза. Среднеквадратичное отклонение составляет +0,51 МПа, что в 4-5 раз меньше, чем отклонения в активности у загружаемого в смеситель исходного цемента.

- На строительном предприятии «Крафт» ведутся работы по созданию
многоассортиментного производства по получению на основе цемента, песка
и сопутствующих добавок цементных ССС, пенобетонных блоков и
цементно-песчаных плит. При этом стоимость изготовленных собственными
силами изделий в 2-3 раза меньше, чем покупные.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Уральской научно-практической конференции «Строительство и образование», посвященной 50-летию факультета строительного материаловедения УПИ,

18 апреля 2003г.; Международной научно-практической конференции «Наука и технология силикатных материалов - настоящее и будущее», посвященной 70-летию силикатного факультета РХТУ» 14-17 октября 2003 г.; совместных производственно-технических совещаниях ЗАО «Уралнефтегазстрой», ОАО «Свердловскоблгаз», ООО «Строительное предприятие «Крафт», кафедрах «Технология цемента» и «Оборудование и автоматизация силикатных производств» УПИ, г.Екатеринбург, 2002-2004 г.г.